Project: NC Controlled Divider

Another little project. This time I am creating an NC/CNC controlled divider head for my conventional Korradi UW1 Universal Milling Machine. The article will be extended on a regular base.

 

But let’s start with some background information.

When working with conventional milling machines a dividing head (sort of a turn table) will come handy whenever a workpiece needs to be positioned at an angle or moved. This way creating hole patterns or milling an outside radius becomes an easy task.

 

At a glance a dividing head consists of a base plate and a dividing plate, both connected through a bearing. The dividing plate usually holds a 3 or 4 jaw chuck, slotted plates are also commonly found.

Simple dividing heads need to be rotated by hand. More advanced types come with a gear for manual movement or motor powered movement.

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The idea

The units will consist of 3 parts

  1. The actual diving head with gearbox, workholding chuck and servo motor
  2. A casing for power and servo amplifier
  3. A control unit which can be fixed at any place of the machine for easier access.

The controller will be based on an Arduino and features a fully graphical user interface. Everything will be optimized for easy usability and quick access to most used functions. My first draft is still based on PowerPoint:

 

 

Functions

Modi

  • Schrittweise Drehung [Drehzahl, Drehrichtung]
  • Kontinuierliche Drehung [Drehzahl, Drehrichtung] Bei 3.000U/min Eingangs- bzw. 300U/min Ausgangsdrehzahl kann man so auch leichte Dreharbeiten mit der CNC Fräse durchführen
  • Externer Step/Dir Betrieb zum Anschluss an bestehende CNC Steuerungen als weitere Achse

Weite Funktionen

  • Speicher für Profile / Setups
  • Erstellen von Programmen für unregelmäßige Teilungen

Ausstattung

  • Sensor für Nullpunkt
  • Pneumatisches Magnetventil für eine Bremse
  • Relais für elektromagnetische Bremse o.ä.
  • 128×64 Pixel Grafikdisplay

Teileliste

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Hardware

Mechanik

Die Mechanik nebst 1,1 KW Servomotor gab es zusammen mit einem Röhm Vierbackenfutter für unter 130 Euro bei eBay.  Abgesehen davon, dass ich jetzt noch eine passende Servoendstufe mit Step/Dir finden muss welche mit dem Servoencoder funktioniert, erst mal eine super Ausgangsbasis. Das Vierbackenfutter wird später zur Drehbank wandern, an dessen Stelle wiederum ein noch vorhandenes Dreibackenfutter montiert.

Einzig die Gesamtlänge stört ein wenig. Der Servo besitzt hinten noch einen aufgeflanschten Drehencoder… Eventuell tauschen wir den Motor gegen einen deutlich kürzeren Closed Loop Schrittmotor mit elektrischer Bremse aus.

Arduino

Meine Wühlkiste gab aktuell einen Arduino Uno und einen Mega her. Ich habe den Mega genommen, da ich so mehr Pins und auch Speicherplatz für das Programm habe. So wirklich sparsam programmieren liegt mir irgendwie nicht. Gerade die Bibliotheken für das Grafikdisplay schlucken Unmengen an Speicher (wenn man zu faul ist diese herunter zu minimieren).

Tastatur

Ebenfalls ein eBay Zufallsfund. Ich hatte nach Folientastaturen mit Funktionstasten sowie vollem Nummernfeld gesucht. Gefunden habe ich eine neue FT 60018 D von BOPLA für weniger als 1/5 des Ladenpreises.

Das Ganze wird klassisch als Matrix angeschlossen. Unabhängig von der Anzahl der Tasten sind immer Zeilen und Spalten miteinander verknüpft (Siehe Schema). Für 18 Taster werden also nur 11 Pins benötigt.

Gehäuse

Ich wollte schon immer mal ein schickes Gehäuse für irgendetwas herstellen, nun habe ich die Gelegenheit dazu. Zumindest das Bedienteil erhält ein zweiteiliges Aluminiumgehäuse. Für die Leistungselektronik komm ein Gehäuse von der Stange zum Einsatz… wir wollen es ja nicht übertreiben.

Hier mein erster Entwurf des Gehäuses aus PowerPoint (noch nicht maßstabsgetreu).

Und hier das ganze nochmal weiter fortgeschritten im CAD. Aufgrund der Größe der Bauteile ist die finale Form dann doch etwas wuchtiger ausgefallen (190 mm x 111 mm x 30mm). Vor allem den Not Aus Schalter unterzubringen ist nicht ganz einfach. Die Wahl ist auf einen RAFI Lumotast25 mit 16,5mm Einbauöffnung gefallen.

Aktuell fehlen noch die Pfosten um die beiden Gehäusehälften miteinander zu verschrauben sowie die Abstandshalter/Hülsen für die elektronischen Komponenten.

Das Gehäuse besteht aus 2 Teilen, welche jeweils von 2 Seiten bearbeitet werden müssen.

Software

An der Software arbeite ich schon fleißig. Hier die ersten fertigen Screens / Funktionen.

Das Grafikdisplay wird mit der u8g Lib mit Daten beschickt. Das ist super komfortabel und ist einfach in der Umsetzung. Manchmal würde ich mir jedoch einen Offline Debugger wünschen…

  1. Startbildschirm mit Auswahl interne (NC) oder externe (CNC) Steuerung. Entsprechend der Auswahl wird ein anderer Screen gezeigt.

2. Positionsbildschirm im Modus 2 (NC). Informationen zur aktuellen Position, eingestellter Teilung in Grad und als Zahl, verwendete Speicherbank und Status der Bremse.

3. Settings Screen mit Parametern und Einstellungen. In der rechten Spalte wird der aktuelle Wert angezeigt. Navigiert wird innerhalb des Menüs mit den Zifferntasten. Das spart viel Klickerei.

Montage

Details später…

Testlauf

Details später…

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