martedì 14 agosto 2018

CNC taglio al plasma (no THC), configurazione Mach3 con macro

Ben trovati!
Ritorno sull'argomento Plasma perchè ritengo sia molto interessante dotare la propria cnc di una torcia capace di tagliare lamiere fino a 25 mm.
Il costo e lo sforzo sono veramente minimi e con poco vi ritroverete con una CNC combo. Personalmente credo che fare una combo fresa + plasma sia un buon compromesso rispetto alla combo fresa + laser perchè quest'ultima richiederebbe parametri di taglio (velocità e accelerazioni) completamente diversi oltre al fatto che il laser (sia Co2 che diodo) è molto delicato e particolarmente sensibile alle vibrazioni e alla polvere prodotte da una fresa.




Tempo fa avevo pubblicato un articolo dove installavo la torcia al plasma sulla mia CNC Raptor e questa volta vorrei approfondire l'argomento perchè mi sono deciso a migliorare un pò le cose.
Mentre prima avevo scritto solo un post-processore apposito per Aspire questa volta ho voluto fare qualche passo in più per semplificarmi (forse) un pò la vita.

Come prima cosa ho comprato una nuova macchina al plasma perchè la CUT50 si è bruciata per la seconda volta e da quello che ho appreso dai forum non è uno strumento poco affidabile. La componentistica elettronica è di scarsa qualità, i cablaggi interni sono fatti in modo poco professionale (non a caso è cinese), in totale l'avrò usata si e no 10 volte.

Una tra le migliori case costruttrici di macchine al plasma è la Hypertherm ma anche il modello più econimico ha dei prezzi inavvicinabili (€ 1600) soprattutto per quello che devo fare io (qualche pezzo ogni tanto).

Dopo tante ricerche ho trovato un'azienda tedesca  Stamos Welding che produce macchine al plasma di buona qualità (sicuramente meglio di quelle cinesi) a prezzi più abbordabili e come se non bastasse ti garantiscono il prodotto per 3 anni.

Ho comprato il modello S-PLASMA 85CNC che è indicato per applicazioni su macchine a CNC perchè dispone di un'uscita per il collegamento con il THC (torch height control) che però al momento non voglio utilizzare.



Normalmente le macchine al plasma hanno l'innesco a contatto, significa che per iniziare il taglio la torcia deve toccare il pezzo da tagliare, questa macchina (come la precedente CUT50) ha la funzionalità arco pilota l'innesco del plasma avviene senza il contatto diretto, il che ci viene in aiuto.

L'approccio che voglio utilizzare per eseguire il taglio è tramite un sistema meccanico di rilevamento pezzo, il THC (torch height control) per il momento ho deciso di non integrarlo sia per i costi sia perchè non credo di avere applicazioni che ne richiedono l'utilizzo; in ogni caso avendo la macchina predisposta posso sempre decidere di aggiungerlo in futuro.

La messa a terra (molto importante)

Ho letto che è fondamentale (anzi di più) assicurarsi di aver messo a terra tutti i componenti compresi per evitare in primis di prendere la scossa e, ultimo ma non meno importante, per ridurre le frequenze e i disturbi che si generato durante il taglio.

Nel retro del mio garage ho piantato un palo zincato da 2 mt nel terreno dal quale ho fatto partire due cavi da 6 mm diretti uno verso il telaio della cnc e l'altro verso il telaio del plasma.






La prima cosa che ho fatto è costruire un supporto per sorreggere la torcia a testa fluttuante (vedi sotto) e per farlo ho "cannibalizzato" l'asse Z da una delle cnc che avevo costruito tempo fa al quale ho applicato una molla ed un finecorsa.


fonte: proma-elektronika.com





L'utilizzo della molla serve per evitare collisioni tra la torcia ed il pezzo e anche per far funzionare il tutto come fosse un probe per l'azzeramento pezzo.


Principio di funzionamento

Il principio di funzionamento è molto semplice e richiede l'utilizzo delle macro di mach3.

In pratica la macro fa scendere la torcia fino a che non tocca il pezzo da tagliare poi grazie alla molla l'asse Z continua a scendere fino a che non tocca il fine corsa. Al tocco del finecorsa viene azzerato il DRO dell'asse Z e fatto risalire di una quota prestabilita, nel mio caso la quota di alzata è quella che serve per mantenere la punta della torcia a 1 mm dal pezzo.

Ho modificato una macro esistente (rinominata in M1111) che si occupa di gestire un comune probe mettendogli i valori di alzata finale.
Riporto qui di seguito una gif che spiega in breve il principio di funzionamento.

fonte: proma-elektronika.com

In aggiunta alla macro per azzerare lo Z della torcia ne ho scritte altre 2  (M1112 e M1113) per gestire l'innesco e lo stop.
In linea di massima quello che vorrei fare è che ad ogni segmento di taglio la torcia deve fare lo zero pezzo e innescare l'arco alla giusta distanza.

Riepilogo i passaggi per ogni segmento da tagliare:
  1. Effettuo lo zero pezzo con la macro M1111
    1. La torcia scende fino a toccare il pezzo e quindi il finecorsa
    2. l'asse Z viene azzerato
    3. la torcia risale fino ad una distanza di 1 mm dal pezzo
    4. fine macro
  2. Aziono l'innesco con la macro M1112
    1. Accendo la torcia con M03 (alla distanza di 1mm)
    2. Attendo circa 1.5 secondo per lo sfondamento del pezzo
    3. Alzo la torcia a 2mm dal pezzo (distanza ideale per il taglio)
    4. fine macro
  3. Movimentazione assi X e Y con la torcia accesa per effettuare il taglio
  4. Fine del segmento, spengo la torcia con la macro M1113
    1. lancio il comando M05
    2. Risalita di sicurezza di 10mm
    3. fine macro

Nel caso in cui avete una torcia al plasma senza arco pilota sarà necessario modificare la macro M1112 in modo che l'innesco avvenga per contatto e quindi la Z dovrà essere a 0 o -1 (del resto la molla serve a questo).

Mach3, attivare il segnale del Probe

Per far si che l'azzeramento pezzo funzioni è fondamentale collegare il finecorsa della torcia ad uno dei pin di ingresso della breakpout board DB25-1205.



Io l'ho collegato al PIN15 in modalita NA (normalmente aperto) e dall'altro capo del finecorsa ho colletato +5V in modo che al contatto i 5V entrino nel pin15 magari aggiungeteci una resistenza.

Lato Mach3 ho configurato il Probe sul PIN 15



Mach3, le macro in breve...

Chi non ha mai usato le macro di mach3 scoprirà che sono una vera potenza per gestire situazioni personalizzate.
Come avrete notato mach3 accetta istruzioni  G es. G01, G03, G90, ecc ma anche istruzioni M, quest'ultime sono macro e da M01 a M99 sono usate da Mach3 dall M100 in poi sono personalizzabili.
Personalizzabili significa che posso scrivere una macro che ad esempio oltre ad accendere il mandrino aziona anche una elettrovalvola per il soffio dell'aria oppure una luce lampeggiante ecc...

Come si scrive e dove va salvata una macro

Le macro si scrivono in VBscript e questa cosa non deve spaventare perchè è un linguaggio di programmazione semplice e in ogni caso su internet ci sono tonnellate di esempi.
Le macro si trovano nella cartella di mach3:


C:\Mach3\macros\[nome del tuo profilo] es: C:\Mach3\macros\Raptor

Noterete che ci sono diversi file *.m1s quelli sono macro, un file M3.m1s è la macro M3 da usare nel Gcode. Se si vuole creare una macro personalizzata basta creare un nuovo file es. M1111.m1s, aprirlo con il blocco note e scrivere del codice. All'interno di una macro è possibile inserire anche del gcode.

Macro M1113 (M1113.m1s)

qui sotto vi mostro la macro M1113 che ho scritto per spegnere la torcia:



Quando Mach3 esegue il comando M1113 esegue due azioni: M05 e G0 Z10 (i testi fra parentesi sono solo dei commenti).

Macro M1112 (M1112.m1s)

La macro M1112 è leggermente più complessa, può essere richiamata con 2 parametri per controllare la pausa e l'altezza es. M1112 P1.5 Q2
P1.5 è il primo parametro e indica i secondi di pausa per lo sfondamento del pezzo
Q2 è il secondo parametro e indica l'altezza della torcia dal pezzo
Nel codice qui sotto recupero i valori dei 2 parametri con param1() e param2() e li utilizzo per comporre del Gcode.



Macro M1111 (M1111.m1s)

Il valore 5.8 che trovate alla 4° e 5° riga è l'offset in mm del mio asse Z ovvero la distanza che serve per toccare il finecorsa e sarà quello che dovrete variare per adattarlo al vostro sistema.


E' facile comprendere quanto è potente Mach3 per gestire situazioni complesse.

Per maggiori informazioni sulle macro di Mach3 vi consiglio di leggere la documentazione ufficiale.

Vectric Aspire, il Post-processore... 

Fino a qui ho solo istruito Mach3 per gestire l'altezza torcia e la fase d'innesco dell'arco creando dei nuovi comandi M ma tali comandi devono poi essere inseriti nel post-processore che genera il Gcode.
Io lavoro sempre con Apire per cui vi mostro come ho gestito la cosa.
Se utilizzate altri CAM non disperate perchè ognuno di essi ha una sezione dove è possibile gestire i post-precessori.

Su Aspire i file dei post-processori si trovano nella cartella PostP es:
C:\ProgramData\Vectric\Aspire\V3.0\PostP\
oppure
C:\ProgramData\Vectric\Aspire\V4.0\PostP\

all'interno troverete tanti file *.pp, ecco quelli sono i post processori.

Il consiglio è quello di partire da uno gia fatto, salvarlo con un nuovo nome e modificarlo.
Io sono partito da questo file gcode_arc_mm.pp e salvato in: RaptorPlasma.pp

RaptorPlasma.pp

Questo è il contenuto del mio post-processore



Noterete verso metà del file che ho introdotto i comandi M1111, M1112, M1113 con dei commenti e oltre a questo ho eliminato tutte le istruzioni [Z] per evitare che la torcia si sposti sull'asse Z.

In questo video ho simulato il taglio di 3 quadrati che si trovano ad altezze diverse, per ogni elemento da tagliare viene eseguito lo zero pezzo per cui la punta lavora sempre a 2mm da esso.

Installazione della torcia sulla CNC

Da un punto di vista meccanico ho installato la torcia a bordo macchina a fianco al mandrino su una basetta metallica con delle fascette a incastro che ho leggermente modificato per poterle stringere.







Come piano di lavoro ho usato un vecchio cancello.



Progettare il percorso utensile

Il taglio al plasma presenta delle caratteristiche ben diverse da quello a fresa per cui anche l'approccio al pezzo deve cambiare.
Come prima cosa è necessario crearsi un proprio utensile con le caratteristiche del taglio al plasma.


Il taglio al plasma è più "sporco" del taglio a fresa e una permanenza anche di pochi decimi di secondo sulla linea di taglio (con la torcia accesa) potrebbe comprometterne la qualità e lo spessore creando un bordo irregolare.

Se ad esempio devo tagliare un quadrato capita che per fare gli spigoli gli assi devono decelerare e accelerare e di conseguenza il tempo di permanenza aumenta, per ovviare a questo è consigliabile creare un percorso/raccordo (o fillet) che va fuori dalla linea di taglio e rientra come in figura sotto.

Come avrete notato nel punto in basso a sinistra non ho creato alcun raccordo perchè è il punto iniziale del taglio e tale raccordo lo si genera dal percorso utensile.


Essendo il punto in basso a sinistra l'inizio del taglio imposto il raccordo nella sezione "guide". Tale raccordo fa si che il plasma inizi a sfondare generando quel caratteristico "buco" e inizi il suo tragitto lontano dal pezzo. Lo stesso vale per la fine del percorso.



Uno dei primi test di taglio



Spero che queste informazioni vi siano state di aiuto e alla prossima...

sabato 10 marzo 2018

DIY - Piano di lavoro elettrico regolabile per Laser K40 (40 Watt)

ben ritrovati... sono passati ormai diversi mesi dal mio ultimo post.

Ultimamente per motivi di lavoro ho avuto poco tempo per portare avanti i miei progetti personali.

Questo mio ultimo progetto riguarda un upgrade che ho fatto alla Laser K40 e si tratta di un piano di lavoro regolabile elettricamente.



Chi possiede una laser 40 Watt sicuramente si sarà scontrato con una problematica nota: la distanza tra il laser ed il pezzo da tagliare/incidere.
Se la distanza non è calibrata bene il laser non è efficiente e in certi casi non si riescono a fare lavorazioni.

Il motivo principale è dovuto al fatto che il fascio laser viene collimato dalla lente in un punto ben preciso ed è proprio in tale punto che si concentra tutta la potenza, se la superficie del pezzo non si trova esattamente nel punto di collimazione il laser lavora male.

Il pezzo da lavorare si dovrà trovare esattamente nel punto focale, vedi figura sotto.

Il problema salta fuori quando si devono lavorare pezzi di spessori differenti, anche un solo millimetro potrebbe compromettere l'efficienza del laser, a me capita spessissimo di tagliare compensato da 3 a 6mm,  impiallacciatura, carta, plexiglass e ognuno di questi richiedono una distanza diversa rispetto alla lente.

Nella laser K40 la distanza ottimale tra lente e superficie del pezzo è di 50 mm.


Fatta questa doverosa premessa è necessario dotarsi di un sistema per poter regolare agilmente il piano di lavoro in funzione dello spessore del pezzo dal lavorare.



Ci sono diversi modi per poterlo fare, inizialmente avevo costruito un supporto con 4 dadi e 4 viti e per regolare l'altezza del piano ogni volta dovevo toglierlo dalla K40 regolare le 4 viti singolarmente e riposizionarlo, con l'andare del tempo era diventata una vera scocciatura e quando dovevo tagliare pezzi di spessore diversi era anche una bella perdita di tempo.


Decido di mandare in pensione il vecchio piano di lavoro regolabile per costruirne uno più efficiente.

Ho progettato con Rhino tutta la struttura ipotizzando di utilizzare dei comuni profili di alluminio recuperabili in qualsiasi ferramenta, dei pezzi stampati in 3D, qualche cuscinetto, una barra filettata M8, puleggie per stampanti 3D, e un  motorino con riduttore recuperato da un giocattolo rotto di mio figlio.






La progettazione è semplice perchè i componenti in gioco sono davvero pochi.

Il principio si basa sull'azionare contemporaneamente 4 barre filettate dotate di puleggia con una cinghia ed un motorino elettrico con riduttore.

Premetto che non ho assolutamente inventato l'acqua calda, ho semplicemente preso spunti da un prodotto già esistente sul mercato.







Dopo aver generato i file .stl li ho caricati nella stampante 3D.




Seguendo le quote ho tagliato e forato i profili di alluminio




Le pulegge per le stampanti 3D hanno un diametro di 5 mm e per poterle calettare sulle barre filettate M8 le ho dovute forare al tornio.




Preparati tutti i pezzi segue la fase di assemblaggio con viti e dadi M3.







Il supporto del motore sarà avvitato su un lato della struttura e oltre al motore saranno montate due coppie di cuscinetti per poter avvolgere meglio la cinghia attorno alla puleggia.












Ora passiamo alla cinghia...
non ne vado  molto fiero di come ho adattato la cinghia ma non avevo voglia di aspettare una settimana per ordinare una cinghia chiusa su misura.
Dato che il problema della perdita di passi non c'è ho pensato di prendere una cinghia a metraggio che avevo in casa e di cucirla con del filo da pesca. Il risultato non è il massimo ma fino a che funziona rimarrà così.






I collegamenti elettrici per azionare il motorino sono molto semplici, praticamente con un doppio commutatore ho collegato i fili in modo da invertire il verso della corrente.



corrente verso positivo

Stato di fermo

corrente verso negativo




Il motore è alimentato con una comune pila da 9 Volt


Fatti i collegamenti ho fatto un foro sul pannello frontale della K40 nel quale ho inserito il commutatore.



Ora per poter regolare l'altezza in modo manuale e veloce ho tagliato una specie di righello verticale che posizionerò sul pezzo quando dovrò regolare l'altezza del piano.


Vi lascio con questo breve video e spero abbiate gradito questa guida.