4.1 Einführung
AKKON ist eine CNC (Computer Numeric Control)-Software
zur Steuerung von 2D- und 2-1/2D-Maschinen. Als Kommandosprache
verarbeitet AKKON G-Code nach DIN 66025. Die Anwendung ermöglicht
die Steuerung einer CNC-Maschine im Automatik- sowie im Handbetrieb.
Ein Screenshot der CNC AKKON CNC sieht man im Bild oben rechts.
AKKON CNC funktioniert nach dem Client Server
Pinzip. Die Steuerung erfolgt von einem Personal Computer mit MS
Windows XP oder Windows 2000 als Betriebssystem aus über die
Software AKKON Desk. AKKON Desk stellt dabei das Interface für
die Benutzer bereit. Von hier aus kann Befehlscode (G-Code) eingelesen
werden. Dieser gelangt zum AKKON USC CNC controller. Er erzeugt
schliesslich die Signale zur Steuerung von drei Schrittmotoren,
prüft laufend sechs Endschalter, generiert das Steuersignal
für die Frässpindel, steuert die Kühlmittelpumpe
und den Staubsauger o.ä.. Abbildung 1 zeigt die Funktionsweise
einer CNC-Maschinensteuerung mit AKKON CNC.
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Abbildung 1: Functionsweise einer CNC-Maschinensteuerung
mit AKKON CNC
4.2 Funktionalität
von AKKON
-
Steuerung von drei Schrittmotoren (x-, y- und z-Richtung)
w-Achse auf Hardware bereits implementiert und zum Teil unterstützt
-
Programm verarbeitet G-Code nach DIN 66025, RS274.
-
Import-Funktion für HPGL- und EXCELLON-Daten. Import von
Dxf-Files mittels AkkonModeller (demnächst) oder kostenlosen
Konverter (z.B. Ace-Konverter)
-
Import von Gerber-Daten zum Isolationsfräsen von Prototypen
(zusätzliches Module zum Akkon CNC system
-
Vordefinierte Makros erleichtern das Gravieren von einfachen
Texten (eigene Vektorfonts), Ausnehmungen und Bohrungen
-
Einfacher Zugriff auf den CNC-Controller über die USB
oder RS232 Schnittstelle
-
Integrierter Simulator ermöglicht die Prüfung des
erstellten CNC-Programmes
-
Schnittstelle zum AKKON CNC-Controller ist offengelegt d.h.
es sind eigene Automatisierungsprojekte möglich
-
Software unterstützt Stromabsenkung der Schrittmotoren
im Stillstand
-
Digitale Ausgänge z.B. zum Ein- und Ausschalten einer
Kühleinrichtung und einer Staubabsaugung möglich
-
PWM-Ausgang zur Ansteuerung der Frässpindel (0..100%)
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Steuerung unterstützt Mikroschrittbetrieb
-
Abfrage von sechs Endschaltern
-
Software-Updates können über die RS232 bzw. USB-Schnittstelle
durchgeführt werden
-
Flexible Anpassung von Werkzeugwechslern
-
Steuerung von 4 zusätzlichen Hilfsachsen (z.B. zur Steuerung
von zwei Werkzeugwechslern) mit zweitem CNC-Controller mit Hilfe
von G-Code
-
Automatische Werkzeuglängenvermessung (für jedes
Werkzeug separat wählbar)
-
Eingang für Not-Aus-Schalter oder Taster
-
Eingang für Run/Pause zum Pausieren eines Programmes im
Automatikbetrieb. Verwendung z.B. beim Plasma-Schneiden
-
3D-Viewer-G-Code-Viewer mit komforablen Zoom-Funktion
-
Simulator für Echtzeitsimulation eines CNC-Programmes
-
Programmablauf kann durch Setzen von Haltepunkten (Breakpoints)
pausiert werden
-
Benutzerfreundliche Konfiguration der Software und Hardwer
über grafisch unterstützte Dialoge
-
Rampenbetrieb im Eilgang
-
Programm in deutscher und englischer Sprache verfügbar,
weitere Sprachen durch den Benutzer erweiterbar
-
Referenzpunkt benutzerspezifisch festlegbar
-
Programm arbeitet mit AKKON Handrad zusammen
-
Program-Debugging mit Hilfe von Haltepunkten
Mit optionaler Hardware kann eine Drehzahlregelung für die
Bohr-/Frässpindel realisiert werden (siehe
Spindelsteuerung mittels Phasenanschnitt).
4.3 Vom virtuellen
Modell zum phyischen Modell
AKKON arbeitet DIN G-Code. DIN G-Code wurde als eine einheitliche
Sprache zur Ansteuerung von numerisch gesteuerten Maschinen entwickelt.
Die Steuerbefehle sind normalerweise in einer Textdatei gespeichert
und werden von einem CNC-Steuerrechner (CNC-Controller) übersetzt
und in Signale zur Steuerung der Hardware umgewandelt. Obwohl CNC-Programme
für einfache Aufgaben auch von Hand geschrieben werden können,
gibt es am Markt ein breites Spektrum an Software, welche aus CAD
(Computer Aided Drawing)-Modellen über CAM (Computer Aided
Manufacturing)-Software G-Code erzeugen kann. In Abbildung 2 wird
der Ablauf (von links nach rechts) aufgezeigt wie man von einem
CAD-Modell über ein CAM-Modell zu den von der CNC-Software
AKKON lesbaren CNC-Programmen gelangt.
Step 1: Create CAD model |
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Step 2: Create CAM-model |
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Step 3: Create physical model |
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Virtuelles Model wird in einem 2- 3D-CAD-Programm erstellt. |
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Geometriedaten werden vom CAM-Prozessor in Fertigungsdaten
(Fräsbahnen etc.) umgerechnet (Dieses Beispiel stammt
von der Anwendung MeshCAM). |
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Eine CNC-Maschine
wird von AKKON gesteuert und das physische Modell erzeugt. |
Abbildung 2: Vom virtuellen zum physischen Modell
CAD-Modell (grafisches Modell)
Ein CAD-Modell repräsentiert die Geometrie und weitere Eigenschaften
wie z.B. der verwendete Werkstoff in einem Computer lesbaren Format.
Bekannte CAD-Programme sind beispielsweise AUTOCAD, EUCLID, CATIA,
SOLIDWORKS oder PRO-ENGINEER. Es gibt aber auch eine Reihe an vektororientierten
Grafikprogrammen wie z.B. Corel Draw mit denen man 2D, 2-1/2D und
3D-Modelle erzeugen kann. Die meisten dieser Programme besitzen
geeignete Exportfilter um die Modelle im DXF- oder HPGL-Format zu
speichern.
CAM-Modell
CAM-Software konvertiert aus den Geometrie- und Materialdaten des
CAD-Modells die Fräsbahn und weitere Steuerbefehle wie z.B.
Kühlmittel ein-/ausschalten, Frässpindel ein-/ausschalten
oder den Vorschub auf eine bestimmte Geschwindigkeit einstellen.
CNC-Modell
Ausgehend vom CAM-Modell generiert der CNC-Prozessor Signale zur
Ansteuerung der Maschine und den Hilfsantrieben.
4.4 Dateiimport und Isolationsfräsen
mit AkkonDesk
Datei-Import
AkkonDesk ist in der Lage Excellon und Hpgl-Files einzulesen und
daraus G-Code zu erzeugen. Das Excellon-Dateiformat beschreibt die
Position von Bohrungen und den Durchmesser. Excellon-Dateien werden
von den meisten Programmen zum Leiterplattendesign unterstützt.
Das Hpgl-Format ist ein wird hauptsächlich bei Der Datenimport
erfolgt unterstützt durch Dialoge und bietet die Möglichkeit
zusätziche Informationen, welche für die Fertigung notwendig
sind einzugeben.
Import von Excellon-Files:
Isolationsfräsen mit AkkonDesk
Unter Isolationsfräsen versteht man ein mechanisches Verfahren
mit dessen Hilfe elektronische Leiterplatten hergestellt werden
können. Die Leiterbahnen, Leitflächen und Pads entsehen
dabei indem an der Aussenkontur der leitenden Flächen Kanäle
gefräst werden. Die Feinheit der Leiterbahnen und deren Abstand
sind damit begrenzt. Gewöhnlich beträgt die Kanalbreite
>= 0.2 mm. Das Verfahren eignet sich damit auch zur Herstellung
von Leiterplatten mit SMD-Bauteilen. Nachfolgende Abbildung zeigt
die Arbeitsschritte von einer elektronischen Schaltung zu den Isolationskanälen:
Abbildung 3: Funktionsweise einer CNC-Maschinensteuerung
mit AKKON CNC
4.4 Hardwareanforderungen
Da die direkte Ansteuerung der Hardware unter MS Windows XP™
nur beschränkt möglich ist, arbeitet AKKON nach dem Client-Server-Prinzip.
Alle Aufgaben, die eine Benutzereingabe erfordern werden vom Client
(AKKON Desk) unter MS Windwos erledigt. Der Server (AKKON Desk auf
einem MS-Windows(TM)) ist mit dem AKKON
USB Controller Board über die USB-Schnittstelle verbunden
und sendet dem USB Conroller Board Steuerbefehle. Dieser formt die
Steuerbefehle in Signale zur Hardwareansteuerung um. Abbildung 3
zeigt die Screenshots der AKKON
USB Controllers Boards basierend auf PIC18F4550 (links) und
ARM7 LPC2148.
Abbildung 4: AKKON USB Controller Boards
Bei diesem Konzept ist es möglich, dass die Aufgaben des CNC-Controllers
von einem Computer mit Echtzeit-Betriebssystem vorgenommen wird
oder eine Mikrocontroller zum Einsatz kommt.
Für den Betrieb von AKKON benötigt man einen Personal
Computer mit Pentium Prozessor > 1GHz mit dem Betriebssystem
MS Windows™ (2000 oder XP). Windows Vista wurde nur teilweise
getestet.
4.5 Typische Anwendungen
für AKKON
4.6 Unterstützte G- und
M-Codes (nicht vollständig)
AKKON unterstützt eine Reihe von wichtigen G- und M-Codes,
welche zur Erzeugung von 2-1/2D Geometrien notwendig sind. Abbildung
5 zeigt eine Übersicht über die unterstützen Befehle.
Eine detaillierte Beschreibung aller von AKKON
unterstützten Befehle kann man hier herunterladen. Die
Dokumentation kann offline in einem Browser betrachtet werden.
M03 |
Spindel einschalten |
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M05 |
Spindel ausschalten |
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M06 |
Werkzeugwechelsposition anfahren |
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M08 |
Kühlmitteleinrichtung einschalten |
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M09 |
Kühlmitteleinrichtung ausschalten |
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M30 |
Programm Ende |
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G00 |
Geradeninterpolation im Eilgang |
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G01 |
Geradeninterpolation im Eingriffmoduls |
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G02 |
Kreisboen im Eingriffsmodus im Uhrzeigersinn |
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G03 |
Kreisboen im Eingriffsmodus im Gegenuhrzeigersinn |
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G20 |
Angaben der Geometrie in Zoll (1 Zoll = 25.4 mmm; bzw. 1Zoll
= 1000mil) |
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G21 |
Angaben der Geometriedaten in metriescher Form |
|
G40 |
Radiuskorretkur ausschalten |
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G41 |
Radiuskorrektur auf der linken Seite des Fräsers |
nur teilweise implementiert. (die meisten CAM-Programme übernehmen
diese Aufgabe) |
G42 |
Radiuskorrektur auf der rechten Seite des Fräsers |
nur teilweise implementiert. (die meisten CAM-Programme übernehmen
diese Aufgabe) |
G66 |
graviere Text |
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G67 |
Setzte Font Stil |
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G68 |
Setzte Fontausrictung |
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G69 |
Setzte Fonthöhe |
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G70 |
Setze benutzerdefinierten Font |
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G74 |
Setze Werkstücknullpunkt |
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G76 |
verfahre mit dem Bohr-/Fräskopf zum Machinennullpunkt |
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G77 |
Verfahre zur Werkzeugwechselpoition |
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G79 |
Bohrzyklus auf Position |
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G81 |
definiere Bohrzyklus |
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G86 |
Generiere rechteckige Ausnehmung |
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G87 |
Generiere rechteckige Frästasche |
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G88 |
Gerneriere Ausnehmung für Sub-D-Stecker/Buchse |
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G89 |
Generiere Skala für Potenziometer
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G90 |
verwende Absolutkoordinaten |
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G91 |
verwende inkrementelle Koordinaten |
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Abbildung 5: Liste der von AKKON aktuell unterstützten
G- und M-Codes (nicht vollständig)
Beispiel für die Verwendung von Fonts
Einfache CNC Programme lassen sich auch sehr gut manuell erstellen.
Man benötigt dafür nur einen Texteditor wie z.B. das Programm
Notepad. Abbildung 6 zeigt ein einfaches Beispiel eines CNC-Programmes
zur Herstellung eines Namensschildes.
Abbildung 6: Easy CNC-program written in notepad and output on AKKON
Desk
Während der Programmierung kann das Ergebnis gleichzeitig
mit dem Freeware-Programm CNC-Viewer betrachtet werden. Das oben
programmierte Beispiel ergibt folgende Ausgabe:
Abbildung 7: Einfaches CNC-Programm, geschrieben
in Notepad
Die in in gelber Farbe dargestellten Linien und Kreise stellen
die Kontur dar. Die in hellgrüner und blauer Farbe dargestellten
Linien und Kreise den Weg der Frässpindel wobei die blauen
Lininen eine Bewegung im Eilgang simulieren.
Nach der Verarbeitung des CNC-Modelles und Prüfung am AKKON
Simulator ergibt sich als Resultat die Bahnbewegung und die Steuerinformation
für die Hilfstriebe. Das Ergebnis der Bearbeitung wird im Ansichtsfenster
in AKKON Desk dargestellt (Abbildung 8).
Klicken
Sie auf das Bild um eine vergrösserte Darstellung zu erhalten
Abbildung 8: Ergebnis der Bearbeitung im Ansichtsfenster
4.7 Betatest
Die CNC-Software AKKON ist im Betatest. Die Hardware, das AKKON
USB Controller Board, ist als Bausatz verfügbar. Die CNC-Software
AKKON Desk ist beim Kauf des AKKON
USB Controller Boards zunächst gratis.
Wer kein Lötprofi ist, dem kann die Platine für 80 Euro
bestückt werden.
Während er Betatestphase kann ich (ein wenig) Support geben.
4.8 Downloads
4.9
Sonstiges
AKKON ist aktuell in der Beta-Phase und steht
für interessierte Benutzer in einigen Monaten zur Verfügung.
Der künftige Preis wird bei ein paar Hundert Euro liegen.
Wer daran interssiert ist, kann mir ein kurzes Mail schreiben.
Wie der Betatest ablaufen soll, das weiss ich noch nicht.
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