CNC -jyrsin  joko 3 tai 5 -akselisena, lisänä 3d digitointi 
   päivitys 24.11.18

Framestory Oy on porilainen monialayritys, jonka päätoimialat ovat koulutus ja informaatio-
teknologia.  Tarjoamme tukevarakenteista, laajaan työstöalueen kattavaa ja  voimakkaalla 
2,2 kW karamoottorilla ja taajuusmuuttajalla varustettua 3 tai 5-akselista CNC -jyrsintä. 
Jyrsimen työnimi on  Opus Premiere.  on X, Y, Z akselien  ohjaamana toimiva  3 moottorinen   jyrsin. 

Tämän artikkelin lopussa tarkastelemme syventävää ja uusia mahdollisuuksia tarjoavaa  
5- akselista jyrsiä, jossa jyrsittävä materiaali voi kallistua  jopa viiteen suuntaan sallien 
erittäin monimuotoisten ja suutaisten  materiaalien jyrsinnän.

Lopuksi tarkastelemme toistakin  peruskäyttäjän tarvitsemaa sovellusta, 3 -ulotteisen
 materiaalin digitointia-

Ensin kuitenkin perusasiaan, 3 akselinen CNV`C

OpusPreimere -jyrsimen suunnittelu ja toteutus

Jyrsimemme  soveltuu hyvin vaativaan alan harrastekäyttöön ja pienimuotoiseen 
puusepän työhön. Sillä voi jyrsiä mm. puuta, vaneria erilaisia muovilaatuja, PVC
ja Plexiä.   Terä- ja jäädytysratkaisuista riippuen se kykenee jyrsimään myös alumiinia. 
24000 kierrosta  minuutissa kiertävästä karamoottori riittää moneen käyttöön.

Runkosuunnittelu, lasertyöstö ja akselisto ovat kotimaista työtä, josta yrityksemme on 
saanut suomalaisen työn lipun käyttöoikeuden. 

Asennustarvikkeista moottoriohjauskortti, stepper- ja spindlemoottorit, VDF, muuntajat 
ja liukuholkit tulevat ulkoa Ebayn kautta.

. Kotimaisen valmistuksen ansiosta äyttäjätuen saaminen on varmempaa 
kuin ohjaustuki esim. Kiinasta

OpusVeinte on tukevarakenteinen, sen perusrunko on 6 mm terästä, sen kaikki johteet 
ovat 20mm nollatoleranssisia kromiteräksiä kuulaholkeissa. Tukevan rakenteensa ansiota 
jyrsin tekee laadukasta jälkeä.  Vetävinä akseleina on 16 mm kuularuuvit. Moottorit 
ovat väkivahvat Nema23 tyyppiset askelrmoottorit.

Jyrsimen karaistukkaan sopivat jyrsinterät käyttötarpeen mukaan.  ER20 liitännän sovitteet 
terille: 4mm, 6 mm ,8mm, 12 mm ja 12,7 mm tulevat karan mukana.

Jyrsimen moottori on voimakas, 2,2 kW tehoinen. Karan pyörimisnopeutta voidaan 
säätää taajuusmuuttajan avulla (VFD)  Planet-ohjausohjelman ohjausruudulta välillä 
0-24000 kierrosta. Moottori on vesijäähdytteinen, Vesikiertoa varten on erillinen pumppu 

Taajuusmuuttaja VFD  
 .                                        2,2 kW  Spindlemoottori                 
 .                                                                                   Ruutukaappaus vaiheesta, kun laite jyrsii
                                                                                     3-ulotteista "härkä -hahmoa", katso 
                                                                                     tarkemmin seuraava kuva

Kuvassa yllä jyrsittävä Finnfoam kappale on kiinnitetty 6 mm vahvuiseen Y-pöytään pulttikiinnityksellä, joka on 
mahdollista sekä pitkiltä sivuilta että päädyistä, Y-pöydässä on 10 mm urat ja päissä on14 mm reiät, 
jolloin pulttien sijoittaminen on helppoa. Toinen tapa kiinnittää kappale on Y-levyn 18 kpl 10 mm kierrereikiä ja niihin tukilevyt

How to use a Sindle
Tästä linkistä https://youtu.be/lgib-txdUvY  voit katsoa videon , joka esittelee havainnollisesti  
spindlemoottorin toimintaa  ja terän pyörimisnopeuttaa säätävää taajuusmuuttajaa (eng.)

Jyrsimen ohjaus

Valmistamissani jyrsimissä olen käyttänyt kahta vaihtoehtoista  ohjaustekniikkaa, hienostunutta, mutta pari sataa euroa kalliimpaa Planet 3-4 ohjausta  ja helppokäyttöisempää ja edullisempaa  kiinalaisten muokkaamaa Mach3 ohjausta Molemmat ohjelmat toimivat USB liitännällä tietokoneeseen.

Seuraavassa kuvausta Planet  ohjausratkaisusta

Yllä Planet CNC ohjausnäyttö. Vasemmalla ylhäällä n akselin sijainnit, sen alla 
moottorikohtaiset manuaaliohjauspainikkeet, Keskellä graafisena ajotilanne ja oikella näkyy, missä kohdassa g-koodia edetään

Jyrsimen askelmoottoreita ohjataan tietokoneen USB-portin kautta Planet CNC ohjausohjelmalla. USB-portin ansioista kaikki Win 7,8,10 käyttöjärjestelmien pöytä- ja matkakoneet soveltuvat Planetin alustaksi. Planet suosittelee 63 bittisyyttä

Kuvassa yllä moottorien virtalähde 24V vasemmalla ja ylinnä Nema 23 -tyyppiset askelmoottorit ja niiden alla moottorikohtaiset moottorin ohjauskortit ja keskellä USB-pohjainen Planet MK 3/4 ohjauskortti, (Break-out-board), joka kykenee ohjaamaan 4 moottoria. 

Planetin MK 3/4 ohjauskortti lähikuvassa yllä.

Nimitys Break-out-board saattaa kuullostaa vieraalta. Sen roolia voisi luonnehtia vaikkapa talon pääoveksi, jonka kautta kuljetaan (jonka kautta käskyt tietokoneelta tulevat ja jossa tieto jaetaan eri moottoreille ) ja moottorikohtaiset kortit sisäänkäynneiksi talon eri huoneisiin, siis käytössä oma erillinen ohjauskortti jokaiselle moottorille.

Mootorikohtainen ohjauskortti  Stepper Motor Driver Control Board 3A TB6560. 

Releohjauskortti (70€)

Siinä on  valmiina 3 ohjausrelettä, joilla voi niin halutessaan  käynnistää erillisohjauksessa 
 esim. ilmapuhalluksen, imuroinnin tai porausnesteen ja säätää sen potentiometrin avulla 
spindlen kierrosnopeutta (0-10v säädin) 

MK 3/4 korttiin liitetävä  releohjauskortti

Planet user manual (200 siv.) Planet on laatinut  loppukäyttäjää varten erityisen seikkaperäisen manuaalin, CNC USB Controller User manual 2014-09-10, josta aukeaa pienimmätkin ohjelman yksityiskohdat.

Seuraavassa edullisempi korttivaihtoehto USB-CNC-MACH3

Kuvassa alla netissä laajalti tarjolla oleva USB-CNC-MACH3-100Khz-Breakout-Board-4-Axis.  Tätä korttia ohjataan yleensä ” kiinalaisten modifioimalla Mach3 ohjausohjelmalla, jota ohjelmaa pidetään  yleisesti toimivana ja helppona ohjausratkaisuna.

Mach3 ohjausohjelman keskeisemmät ohjaukset. Ylärivi: ohjauskoodi näkyy vasemmalla, keskellä akselien  näyttö ja oikealla ruutu, joka näyttää poran paikkaa.
Alaosa vasemmalta lukien ajokomennot ja tarkemmat ohjaukset, keskellä työkalun valinta, syöttönopeus ja oikealla spindle ajonopeuden säätö.  Taitojen edetessä valikosta löytyy opiskeltavia hienouksia.

Seikkaperäisen  Mach3 CNC  manuaalin voi ladata netistä. samoin netissä on tarjolla  lukuisia Mach3 videoita.

Askelmoottoreita ohjataan tässä täysin  samoin periaattein kuin Planetissa.  Ohjauskäsky tulee tieotokneelta USB-portin kautta kortille josta komennot lähtee  moottoriohjauskorteille ja niltä edelleen yksittäiselle steppermoottorille.  Yleensä voimakkaammat moottorit tarvitsevat DC35v ja kortit DC24v

Rajakytkimet

Rajakytkimien (x1 x2, y1 y2 ja z1) avulla estetään ajoasetelman mahdollinen törmäys
liukukiskon päätyihin.  Rajakytkimet ovat kolmeen sarjaan kytketyssä piirissä niin, että siitä
riippumatta mikä rajakytkin, ylä-, vasen tai oikea sivukytkin tai pöytälevyn etu- tai takaosan  rajakytkin
törmää päätyyn ja virtapiiri katkeaa auenneen kytkimen ansiosta ja jyrsin pysähtyy välittömästi.  

Virtapiirin katkeaminen aiheuttaa sen, että E-stop alkaa vilkkua eikä mikään toimi ennen kuin päätyyn
törmännyttä akselia siirretään käsin niin, että rajakytin vapautuu ja virtapiiri  toimii jälleen.

Terän ulottuvuus 
OpusVeíntessä terän ulottuvuusarvot  ovat markkinoilla oleviinjyrsimiin nähden täysin omaa 
luokkaansa,  X- leveyssuunnassa 730 mm , Y-syvyssuunnassa  1550 mm ja Z-korkeus on valittavissa
 40 -160 mm . 

HOME limits
Tarkoittaa Planet-ohjelmassa määritettävissä olevia virtuaalisia nolla-arvoja. Käynnistettäessä 
terän aloituspaikka löytyy aina vasemman X1, lähimmän Y1 ja ylemmän Z1 virtuaalisesti 
määritetyistä paikoista.Home -komennolla terä siirtyy paikkaan X 0,000, Y 0,000 ja Z 0,000

Jyrsimen koko pituus tai leveys ja korkeus on tilaajan tarpeen mukaan muokattavissa. 
"Tässä artikkelissa esitetyistä lähtöarvoista" poikkeavat arvot (+-) voivat vaikuttaa laitteen 
hintaan muuttuneen  laserpolttoajon, johteiden, liukuholkkien, kuularuuvien ja kaapeli-
pituuksien muuttuessa. Voin haluttaessa laskea tarkennetun hinnan toivomassanne 
runkokoossa ja kokoonpanossa.

Sähköturvallisuus

Virtalähdekotelo

Kuva rakenteilla olevasta virtalähdekotelosta, 
(johtojärjestys odottaa siistimistä).  

Kuvassa vasemmalla on taajuusmuuttaja (VFD). Keskellä on suojaerotusmuuntaja 
sen alla 24v virtalähde. Oikealla alakulmassa breakoutboard -kortti ja sen ylä-
puolella X, Y, ja Z moottorien ohjauskortit.

. Virtalähde on avaimella lukittava.  Virtalähteen  kannessa on erillinen HÄTÄ-SEIS -kytkin.

Virtalähteeltä jyrsimelle syötetään tarvittavat ohjausjännitteet askelmoottorien
ohjaukseen ja VDF:n ohjausjännite spindlemoottorille.  Myös jyrsimen rungossa on 
HÄTÄ-SEIS -kytkin.

Kaapelointi virtalähteen ja jyrsimen välillä

 Jyrsin yhdistetään virtalähteeseen 3 metrin pituisella kierresuojatulla kaapelinipulla, jossa
tarvittava informaatio kulkee:
- x, y, z, a -askelmoottorien 24V ohjausjännitteet,  4 johdetta/moottori
- spindle moottorin ohjausjännite
- X, Y ratojen molemmissa päädyissä sijaitsevien rajakytkimien ohjaus 
- Z-akselin ylärajan kytkimen ohjaus 
- E-stop kotelon hätäkytkimen ohjaus
- Prope-tunnistin terän korkeuden määritystä varten

Ohjauskaapelit ovat irrotettavissa kierreliittimistään virtalähteen päädyssä, paitsi
karamoottorin kaapeli. Se irrotetaan Spindlen  kierreliittimestä 
 

Koneturvallisuus

Länsi-Suomen aluehallintoviraston  ins.  Anttosen ohjeistus EU-direktiivin edellyttämästä CE-merkinnästä

”Valmistajan tulee laatia CE-merkintä todistus

Valmistajan tulee merkitä laitteeseen näkyvästi valmistajan nimi (yritys) ja tehdä siihen myös vaadittava CE -merkintä,
joka on valmistajan laatima työsuojeluhallinnon konedirektiivin vaatimusten mukainen todistus, koneen tekninen
rakenneselvitys sekä selvitys koneen käyttöturvallisuudesta.”

Jyrsimen valmistaja Framestory Oy on laatinut konedirektiivin vaatimusten mukaisen todistuksen jossa
on koneen tekninen rakenneselvitys sekä selvitys koneen käyttöturvallisuudesta. Todistus toimitetaan
kirjallisena tilaajalle jyrsimen toimituksen yhteydessä.

Jyrsimen käyttöönottokoulutus

Voimme tarjota asiakkaalle cnc-käyttöönotto koulutusta asiakkaan haluamassa laajuudessa joko Porissa tai asiakaan luona

Mistä tarvittava G-koodi?

Ehkä parhaiten ensikäyttöön soveltuu ilmaiseksi verkosta ladattavissa oleva helpohko piirto-ohjelma
nimeltä CamBam. Sillä voi monipuolisesti piirtää, mitoittaa ja tulostaa valmiin G-koodin jyrsinajoa varten.

Sen jälkeen, kun CamBamillä tehdyt versiot alkavat  sujua, voi ottaa askeleen vaativammalle tasolle. 
Syvällisen tutustumisen arvoinen on  Autodeskin valmistama kolmiulotteinen piirto-ohjelma Fusion360. 

Ohjelma on sekä monipuolinen että monimutkainen ja vaatii käyttäjältään syvällistä perehtymistä.
Jos tätä ohjelman  ”hanskaa”, voi tulla tunne, että  osaa piirtää  kolmiulotteista kuvaa ja tuottaa siitä
tarvitsemaansa G-koodia.  

Ohjelmassa sisällä on myös simulaatioajo, joka näyttää, mitä tuotoksesta olisi tullut, jos se olisi CNC:llä jyrsinyt 
piirtämäsi kappaleen. Fusiion360 esittelyitä, tutoriaaleja ja ratkaisuja löytyy verkosta kosolti.  Ajamalla 
ja tutkailemalla näitä, alkaa hahmottaa, millä periaatteella Fusion360 toimii ja mitä syvyyttä se voi tarjota.

Hyvin mielenkiintoinen on Modern Design Centerissä  laadittu Getting Started with Fusion 360.  Jo-Ann Hoganin tekemä koulutusmateriaali on huolellista työtä ja omaksuttavissa.  Kooste kuuluu osana  Autodeskin University 2014-sarjaan kuin myös autodeskiltä löytyvä Learn From the Experts

Omaa CNC -taustaani

Olen  pitänyt Opus Meom CNC /3D koulutusjaksoja teknisen työn opettajille vuodesta 2005 alkaen yhdessä Juha Katilan kanssa . Kursseilla on perehdytty  mm. CNC-jyrsimen ja 3D-tulostimen toimintaperiaatteisiin, mekaniikkaan  ja käytännön “ajoharjoituksiin”. 

Olen toiminut Porin kaupungin opetusteknologiakeskuksen johtajana vuodesta -74 ja sen myötä
saattanut perehtyä informaatioteknologian kiemuroihin. Moni meistä  jää vuosien varrella koukkuun 
johonkin tiettyyn asiaan, kohdallani se koukku oli CNC.  

Itse asiassa juuri  tämän teknisen työn opettajien CNC koulutusten innoittamani olen ryhtynyt tarjoamaan 
Opus Veinte jyrsimiä .  Porissa pidettyjen koulutusten tiimoilta moni opettaja katsoi, että jyrsimen 
voisi voisi merkittävästi syventää teknisen työn sisältöä,  jos jyrsimen voisi kohtuuhinnalla hankkia

Tähän mennessä olen sekä rakennellut ja että muokannut CNC ohjaukset uudelleen,  tuonut maahan osina ja valmiina kokonaisuuksina  muutaman isomman ja pienemmän CNC jyrsimen (60x90 cm) asiakkaalle.   Yritykseni ole sidoksissa tavarantoimittajiin tai muihin sidosryhmiin.  

Hinta

OpusVeinte jyrsimen hinta tukimateriaaleineen ja CE ja EU:n  vaatimuksenmukaisuus -asiakirjoilla
ja USB-CNC-MACH3 kortilla  varustettuna käyttövalmiina tilaajan tiloissa  2200€ + alv 
 tai Planet ohjauskortilla varustettuna käyttövalmiina tilaajan tiloissa  2500€ +lv
Viikonloppukurssi (la su) Porissa                     400€ + alv

Voimme haluttaessa toimittaa perusasetelmaan kiinnostavia optioita

OPTIO 1

Merkittäviä lisäominaisuuksia jyrsimelle voi saada hankkimalla 4. akselin varusteet, joita ovat 
alennusvaihteellinen 4. askelmoottorin sorvi-istukka ja vastakärki. Hinta on 250€ + alv.

 Kuvassa alla 4-akselisen tuloste Milon Venuksesta ”tosin hieman liian krouvilla” terällä ajettuna. 
Teknisenä toteutuksena 4. akselisuus edellyttää  siihen soveltuvanvektori-ohjelman, esim. Desktop Pron hankintaa. se maksaa 300€.  Deskproton esittelydemo on ladattavissa verkosta!

Taitava käyttäjä voi asentaa ajopöydän rungolle  pienten muutosten jälkeen  joko 3D tulostin, leikkaavan
ja kaivertavan laserin tai plasmaleikkurin.

Kaikissa näissä mainituissa laitteissa  on kyse samasta perusasiasta X, Y, Z-suuntaisesta ”pään tai kärjen  ”
siirtelystä g-koodin ohjaamana. Se seikka, mitä tämä pää todella tekee, jyrsiikö se vai kaivertaako se, on
kokonaan toinen kysymys ja erikseen opiskeltava asia, 

OPTIO 2
Leikkaava pystylaser

Kuvassa yllä laser on asennettuna CNC -jyrsimen rungolle.

Pienet pystylaser -leikkurit kykenevät 15w teholla kaivertamaan ja  polttamaan esim. puuta.  Pystylaser on kiinnitettävissä jyrsimen runkoon karamoottorin tilalle. Laserin polttoetäisyys poltettavasta pinnasta on vakio, joten z-moottorin ohjaus-kaapelit on turvallisinta irrottaa virheen välttämiseksi. Laserin hinta on 280€+alv.

 OPTIO3 3D tulostin

3D -tulostimen muovia syöttävän extruder -yksikön kiinnitys jyrsimen runkoon karamoottorin tilalle käy helposti. Tämän lisäksi jyrsimen tulostuspinnalle kiinnitetään esilämmitettävä levy, johon tulostuva muovi kykenee tarttumaan ja alkaamuodostaa sille haluttua esinettä kerros kerrokselta.

3D tulostimen hinta on 300€+alv.

Tiedustelut ja tilaukset:

Tapio Nummi Framestory Oy
Kappalaisentie 11
28200 Pori, Finland

y-tunnus 0834815-9

email: tapio.nummi@edupori.fi
phone: 044 511 9411

P.S. Tarinaa lukijalle, jolle  G-koodiohjaus tai ohjausohjelmaa on vierasta

Käyttäjä käyttää jyrsintä syöttämällä Planet -ohjausohjelmistoon haluamansa kuvion
g-koodin ts. käskyt, miten edetään pisteestä a pisteeseen b.  Esim. jos käyttäjä haluaa
piirtää vaikka tähden, periaatteessa hän voi tehdä sen käsin määrittämällä leikkaus-
pisteiden  x/y-paikat, tosin useimmiten vaativampi koodaus tehdään sen esim.  
CamBam ilmaisohjelmalla.

Jos käyttäjä haluaa jyrsiä kappaleen esim. 10 mm paksuisena, hän antaa Cambamissa  piirrokselle 
myös syvyys- ulottuvuuden ja pyytää ohjelmaa generoimaan siitä 3-ulottiesen kuvion,
esim. g-koodikielisen version nimeltä tahti.nc. 
Kun g-koodi ladataan Planet ohjausohjelmaan, se kykenee ohjaamaan jyrsimen askel-
moottoreita siihen ladatun tahti.nc mukaisesti.

Esimerkki siitä, miten Planet-ohjauksessa jyrsintä etenee:
1. materiaalin erittäin tukeva kiinnitys jyrsinpöytään
2. virtalähteen avaimellisen turvakytkimen kautta ajomoottorit ja kara tulevat
    jännitteellisiksi
3. tietokoneelta ladataan Planet -ohjausohjelma
4. Planetille ladataan ajettava G-koodi
5. käyttäjä laskee terän manuaalisesti kohteen yläpinnalle ja antaa Z:n korkeus-
    arvoksi 000.
6. käyttäjä käynnistää ohjelman ajo käskyllä, jollin spindle moottori käynnistyy
    automaattisesti  g-kodissa olevan m3-käskyn ohjaamana ja se alkaa ohjata 
    jyrsimen liikkeitä.
7. moottorit siirtävät terän haluttuun aloituspaikkaan ja syvyyteen ja aloittaa
    jyrsinnän
8. jyrsinnän valmistuttua karamoottori pysähtyy g-koodista olevalla käskyllä
   terän ja  nousee irti kohteesta ja työ on valmis.