VELEUČILIŠTE U RIJECI

Marin Simčić

IZRADA CNC STROJA UPRAVLJANOG

PUTEM ARDUINO MIKROKONTROLERA (završni rad)

Rijeka, 2013.

VELEUČILIŠTE U RIJECI

Stručni studij TELEMATIKE

IZRADA CNC STROJA UPRAVLJANOG

PUTEM ARDUINO MIKROKONTROLERA (završni rad)

MENTOR STUDENT

Marino Franušić, predavač Marin Simčić

MBS: 2427005016/10

Rijeka, srpanj 2013.

I Z J A V A

Izjavljujem da sam završni rad pod naslovom Izrada CNC stroja upravljanog

putem Arduino mikrokontrolera izradio samostalno pod nadzorom i uz stručnu

pomoć mentora predavača Marina Franušića.

Student

____________________

Marin Simčić

SAŽETAK

Na početku ovog rada prikazan je sažet presjek numerički upravljanih strojeva te su

opisane osnove potrebne za razumijevanje njihova djelovanja. U trećem poglavlju je opisana

izrada nosive tri-osne mehaničke konstrukcije s priloženim 3D i 2D radioničkim nacrtima.

Elektromotorni pogon koračnim motorima se opisuje u četvrtom poglavlju, a u petom je

opisana izrada kontrolno-upravljačkog sklopa. Upravljanje je realizirano s Arduino-UNO

mikrokontrolerom na kojem je izvršen upload CNC kontrolera otvorenog koda, visokih

performansi, napisan u C programskom jeziku. Šesto poglavlje prikazuje implementaciju

open source programskih rješenja za izradu i pokretanje CNC upravljačkog programa.

Mogućnosti nadogradnje realiziranog CNC stroja su opisane u sedmom poglavlju.

Cilj je bio napraviti upotrebljiv alat sa što manje financijskog ulaganja, posebno za

mehanički dio koji je većim dijelom izrađen korištenjem otpadnih materijala te za

elektomotore koji su izvađeni iz rabljenih pisača.

CNC strojevi omogućavaju preciznu obradu uz uvjet da su i sami vrlo precizno

izrađeni. To je osnovni razlog što je za realizaciju mehaničkog dijela stroja trebalo koristiti

pomoć kovinotokara i glodača.

Izrađeni CNC stroj s pisaćim priborom ugrađenim na Z-osi omogućava ispis zadanog

predloška na papiru, a to je i razina gotovosti planirana ovim radom. Slijedeći korak je

ugradnja mini bušilice/glodalice što će stvoriti uvjete za širu primjenu stroja kao što je

graviranje ili 3D rezbarenje manjih predmeta od mekših materijala te obrada tiskane pločice

postupcima kontroliranog bušenja i rezbarenja bakrenog filma.

Na ideju za izradu CNC stroja autor je došao prilikom izrade projektnog rada iz

kolegija Projekt u telematici; Upravljanje koračnim motorima putem ARDUINO platforme,

kada je imao prilike upoznati i koristiti veći dio elektromehaničke opreme ugrađene u

praktični dio ovog rada. No za realizaciju cjelokupnog projekta trebalo je dodatno proučiti

brojne izvore podataka i primjeniti stečena znanja iz većeg broja kolegija Stručnog studija

telematike.

Ključne riječi: numeričko upravljanje, mikrokontroler, 3 osni CNC stroj, G-kod.

SADRŽAJ

1. UVOD .................................................................................................................................... 1

2. OPĆENITO O CNC-U ......................................................................................................... 2

2.1. Usporedba konvencionalnog i numerički upravljanog alatnog stroja ............................ 4

2.2. Vrste numerički upravljanih strojeva .............................................................................. 5

2.3. Definicija NC-a ............................................................................................................... 6

2.4. Programiranje CNC strojeva ........................................................................................... 7

2.5. Struktura CNC programa ................................................................................................ 8

2.6. Koordinatni sustav ........................................................................................................ 10

2.7. Razine upravljanja numerički upravljanih strojeva ...................................................... 12

2.8. Mehanički dio CNC stroja ............................................................................................ 12

2.8.1. Linearno vođenje osi ........................................................................................ 13

2.8.2. Linearni prijenos pomaka ................................................................................. 15

2.9. Elektromotorni pogon CNC stroja ................................................................................ 16

3. IZRADA MEHANIKE CNC STROJA ............................................................................ 18

3.1. 3D prikazi i radionički nacrti CNC stroja ..................................................................... 19

4. ELEKTROMOTORNI POGON ....................................................................................... 20

4.1. Upravljanje koračnim motorom .................................................................................... 20

4.2. Povezivanje motora s kontrolerom ............................................................................... 22

5. IZRADA KONTROLNO UPRAVLJAČKOG SKLOPA CNC-A ................................. 22

5.1 Upravljanje putem Arduino mikrokontrolera ................................................................ 22

5.1.1. GRBL Controller .............................................................................................. 24

5.1.2. Instalacija GRBL-a ........................................................................................... 24

5.1.4. Povezivanje GRBL-a ........................................................................................ 25

5.2. Motor-driver s L298/L297 ............................................................................................ 26

5.3. Sigurnosni sustav za prekid rada stroja ......................................................................... 29

5.4. Izvor napajanja .............................................................................................................. 30

6. UPRAVLJANJE GRBL KONTROLEROM ................................................................... 31

6.1. Konfiguracija GRBL-a ................................................................................................. 32

6.2. Generiranje upravljačkog koda ..................................................................................... 33

7. OPIS RADA CNC STROJA .............................................................................................. 35

7.1. Izrada predloška u CAD softveru ................................................................................. 35

7.2. Konverzija CAD datoteke u G-kod .............................................................................. 36

7.3. Puštanje CNC stroja u rad ............................................................................................. 40

8. MOGUĆNOSTI NADOGRADNJE IZRAĐENOG CNC STROJA .............................. 43

9. ZAKLJUČAK ..................................................................................................................... 44

POPIS KORIŠTENIH KRATICA ........................................................................................ 45

LITERATURA ....................................................................................................................... 45

POPIS SLIKA ......................................................................................................................... 46

POPIS PRILOGA ................................................................................................................... 48

1

1. UVOD

Suvremena industrijska proizvodnja usmjerena na kvalitetu i kvantitetu je nezamisliva

bez strojeva kojima umjesto ljudi upravljaju računala. Numerički upravljani strojevi

uglavnom koriste istu tehnologiju obrade materijala kao i klasični strojevi, bitna je razlika u

dodatku kontrolno-upravljačke jedinice i servo ili koračnih pogonskih motora na osovine svih

vretena pomičnih dijelova stroja. Investiranjem u CNC strojeve tvrtka ulaže u konkurentnost i

opstanak na sve zahtjevnijem globalnom tržištu. Ponovljivost i fleksibilnost u proizvodnji su

dvije od važnijih karakteristika računalno upravljanih strojeva, jednom napisan upravljački

kod lako se može promjeniti i neograničen broj puta upotrijebiti za izradu predmeta jednake

kvalitete. Razvoj mikroelektronike prati razvoj preciznijih, bržih i sigurnijih alatnih strojeva, a

sintezom CNC strojeva različitih tehnologija obrade u takozvane obradne centre moguće je

obraditi predmete različite složenosti geometrije s automatskom izmjenom alata.

Unazad nešto više od 10 godina izrada CNC strojeva i njihovo korištenje smatralo se

privilegijom velikih tvrtki. Pojavom prvih samograditelja, CNC tehnologija je postala vrlo

popularna i danas broji veliki broj, što profesionalnih, što hobi korisnika. Na tržištu se može

naći veliki broj proizvođača koji nude dijelove ili kompletne CNC strojeve u kitu, no mnogi

se, u prvom redu zbog relativno visoke cijene takvih proizvoda, odlučuju na samogradnju

raspoloživim i cjenovno prihvatljivim materijalima. Internet nudi čitavu galeriju

samograditeljskih uradaka, napravljenih od različitih materijala, u velikom rasponu veličina,

oblika, stabilnosti konstrukcija, itd., a na brojnim CNC forumima mogu se naći korisne

informacije, savjeti i zanimljiva originalna rješenja pojedinih konstruktivnih dijelova.

2

2. OPĆENITO O CNC-u

Temelji numeričkog upravljanja alatnim strojevima datiraju od polovice 20. stoljeća,

kada je američka vojska sklopila ugovor s MIT-om (Massachusetts Institute of Technology)

za razvoj programibilnog stroja koji bi se koristio pri izradi lopatica helikopterskog propelera.

Voditelj projekta, John Parsons, je 1952. predstavio tri osnu programibilnu glodalicu, prvi NC

(eng. Numerical Control) stroj. Novina koja se uvodi pojavom NC strojeva je

elektromehaničko upravljanje alatnim strojem pomoću takozvane upravljačke jedinice u koju

se putem bušene papirne trake unosio unaprijed definirani izvršni program. Tadašnja

upravljačka jedinica je bila veća od samog obradnog stroja i nije imala računalo.

Slika 1. Prvi NC stroj

(http://ebookbrowse.com/programiranje-cnc-tokarilice-i-glodalice-m-blazevic-pdf-d93908313, 27.05.2013)

U civilnoj industriji primjena NC strojeva započinje desetak godina kasnije. Izumom

mikroprocesora 70-tih godina 20. stoljeća stvoreni su uvjeti za razvoj CNC (eng. Computer

Numerical Control) strojeva. To je značilo veliki razvojni iskorak u numeričkom upravljanju

alatnih strojeva jer mikroprocesor ugrađen u upravljačku jedinicu preuzima čitav niz posebnih

zadataka kao što su viša razina interpolacije, korekcija geometrijskih odstupanja, tehnika rada

s potprogramima itd.

Razvoj numerički upravljanih strojeva je inteziviran u zadnjih dvadesetak godina

posebno zahvaljujući brzom razvoju mikroelektronike. Obradni centar je naziv za numerički

upravljane alatne strojeve koji omogućavaju visoko preciznu obradu predmeta vrlo složene

geometrije.

3

Slika 2. Obradni centar

(http://www.directindustry.com/prod/grob-werke/, 27.05.2013)

Povezivanjem više obradnih centara putem transportnog sustava nastaju fleksibilni

obradni centri. Trenutni vrh numerički upravljane proizvodnje predstavlja CIM (eng.

Computer Integrated Manufacturing) proizvodnja integrirana računalom koja objedinjava

CAD (eng. Computer Aided Design) projektiranje podržano računalom i CAM (eng.

Computer Aided Manufacturing) proizvodnju podržanu računalom. Sustav CIM-a još čine

računalom podržani sustavi za kontrolu kvalitete, za vođenje skladišta, za transport itd.

Slika 3. Fleksibilni obradni centar

(http://www.zk-system.com/produkte/technologieuebergreifende-systeme/, 27.05.2013)

4

2.1. Usporedba konvencionalnog i numerički upravljanog alatnog stroja

Jedna od osnovnih razlika između konvencionalnih i CNC strojeva je u samom

pogonu. Kod konvencionalnih strojeva je moguće jedan glavni pogon distribuirati na sve

pomične dijelove, a upravljanje pomičnim dijelovima se vrši ručno ili strojno preko ručica za

upravljanje. CNC stroj mora imati odvojene elektromotorne pogone za glavno vreteno i za

svaku radnu os, a rad stroja je automatski preko programirane upravljačke jedinice. Mjerni

sustav kod klasičnog stroja se sastoji od skale s pomičnim mjerilom (nonius) koji omogućava

očitanja preciznosti do stotinke milimetra dok se mjerni sustav kod CNC strojeva sastoji od

linearnog sustava mjerenja preciznosti očitanja do tisućinke milimetra. Kako bi se ostvarila

tako visoka preciznost obrade većina CNC strojeva umjesto trapeznog navojnog vretena i

trapezne matice, kod kojih je neizbježno prisustvo praznog hoda, za linearni pomak koristi

kuglično navojno vreteno s odgovarajućom maticom, a kod visoko preciznih strojeva dvije

matice elastično povezane oprugom za potpuno eliminiranje zazora.

Slika 4. Usporedba klasičnog i CNC alatnog stroja

(http://ebookbrowse.com/programiranje-cnc-tokarilice-i-glodalice-m-blazevic-pdf-d93908313, 27.05.2013)

Neke od osnovnih prednosti CNC alatnih strojeva prema klasičnima su:

Program unesen može se jednostavno spremiti

Spremljeni program se lako ispravlja

5

Ponovljivost

Veća produktivnost

Velika kvaliteta i preciznost obrade neovisna o raspoloženju operatera

Mali zahtjevi za vještinama operatera

Veća iskoristivost stroja

Visoka prilagodljivost pri obradi

Moguće izvođenje više radnih operacija

Jednostavna i brza priprema tehnoloških parametara

Smanjenje ili potpuno eliminiranje troškova skladištenja

Visoki stupanj sigurnosti na radu

Nedostaci CNC strojeva su:

Veći zahtjevi za početno investicijsko ulaganje

Visoki troškovi održavanja zbog složenosti samih strojeva što zahtjeva visoko

stručno servisno osoblje

Potreba za programiranjem zahtjeva visokoobrazovane programere koji

posjeduju specijalistička znanja iz više područja

Neisplativost pojedinačne proizvodnje i obrade malih serija proizvoda

2.2. Vrste numerički upravljanih strojeva

Većina klasičnih alatnih strojeva je danas numerički upravljana što pored

automatiziranog rada osigurava odgovarajuću preciznost, pouzdanost, kvalitetu i kvantitetu,

odnosno karakteristike koje zahtjeva suvremena proizvodnja. Upravljačke jedinice različitih

strojeva se bitno ne razlikuju po funkcionalnosti pa se zato CNC strojevi dijele prema vrsti

obrade:

CNC glodalica

CNC tokarilica

6

CNC brusilica

CNC bušilica

CNC preša

CNC stroj za konturno rezanje

CNC stroj za savijanje cijevi

CNC stroj za probijanje

CNC stroj za rezanje:

o vodenim mlazom

o laserom

o autogeno

o elektro-erozijom

CNC varilica

...

U CNC terminologiji je uvriježena još jedna podjela računalno upravljanih alatnih

strojeva;

CNC glodalice – masivni i teški strojevi, najčešće čelične konstrukcije, često

kraćeg radnog hoda, konstruirani za velika naprezanja i namjenjeni

prvenstveno obradi metala glodanjem. Korišteni motori su veće snage i male

okretne brzine.

CNC routeri – strojevi lagane konstrukcije, velikog radnog hoda i relativno

velike brzine obrade. Za razliku od glodalica intenzitet obrade pri jednom

prolazu je malen i višestruko se ponavlja. CNC strojevi u samogradnji

uglavnom spadaju u ovu kategoriju.

2.3. Definicija NC-a

Pojam numeričkog upravljanja proizlazi iz činjenice da se program sastoji iz brojki,

slova i simbola kojima se šifriraju geometrijsko-tehnološko-funkcionalne naredbe. NC je

7

operacija nad alatnim strojem koja proizlazi iz niza kodiranih instrukcija napisanih logičkim

redoslijedom u unaprijed dogovorenom standardiziranom obliku. NC strojevi su dakle

naprave kojima se upravlja nizom instrukcija unesenih neposredno ili preko podatkovnog

medija. Stroj obradi i izvede unesene instrukcije pri čemu se uneseni parametri ne mogu

dinamično mijenjati, što znači da se ne može pripremiti dinamična šablona za izradu sličnih

predmeta različitih dimenzija.

2.4. Programiranje CNC strojeva

Program je skup šifriranih geometrijsko-tehnološko-funkcionalnih naredbi kojima se

putem različitih fizičkih medija (papirna vrpca, kaseta, disketa) daju upravljačkoj jedinici

numerički upravljanog stroja unaprijed zamišljene radnje (Blažević, 2004., 9.). Načini

programiranja CNC strojeva su:

a) Ručno programiranje – programer definira i opiše operacijski postupak obrade

na CNC stroju s obzirom na radionički crtež, napravi sve izračune i samostalno

napiše CNC program. Ovo je dugotrajan proces koji zahtjeva odgovarajuću

stručnost programera, a kad je čovjek u pitanju velika je mogućnost pojave

greške u programu.

b) Ručno programiranje direktno na stroju – moderne upravljačke jedinice imaju

ugrađenu programsku potporu za programiranje putem menija i raspoloživih

opcija. Mogućnost simulacije programa pomaže programeru otkloniti

eventualne pogreške.

c) Računalno programiranje – programer pomoću CAD-CAM sustava unese crtež

u računalo, koje na osnovu dijaloga programer-računalo i unesenog crteža

generira CNC kod za odgovarajući tip CNC stroja. Također uključuje

mogućnost simulacije obradnog procesa.

d) Automatsko programiranje – najučinkovitiji način NC programiranja koji

zahtjeva znatno manje vremena od prethodnih, a ujedno optimira broj

korištenih alata i njihove putanje čime se bitno skraćuju pripremno završne

radnje, a što donosi velike uštede kod masovne proizvodnje. Kod automatski

generiranog programa mogućnost kolizije pojedinih dijelova sustava svedena

je na najmanju moguću mjeru, posebno važno kod pojedinačne izrade velikih

8

obradaka ili kod obrade skupocjenog materijala gdje se traži program 'bez

greške' (Botak, Ćurković-Bogunović, Đurović, 2009., 6.) Automatsko

programiranje se sastoji od većeg broja sustava podjeljenih u 4 glavne grupe;

1. podsustav za izradu ulazno izlaznih podataka o obratku – izvor podataka je

2D ili 3D crteže nekog CAD programa

2. baza podataka – sadrži podatke o materijalima koji se obrađuju, alatima i

strojevima. Na početku automatskog programiranja programer odabire

materijal obratka, a računalo iz baze podataka odabire geometrijski

pogodne alate, generira njihove tehnološke podatke i usklađuje ih s

tehnološkim podacima stroja.

3. procesor – skupina programa koji na temelju ulaznih podataka i podataka iz

baze podataka određuje putanju alata prema unaprijed programiranoj

strategiji s uključenim automatskim optimiranjem redoslijeda izmjene alata,

stezanja obratka i režima obrade. Za optimiranje parametara obrade mogu

se koristiti programi umjetne inteligencije kao što su neuronske mreže ili

genetski algoritmi.

4. postprocesor – program koji datoteku iz CAM programa prevodi u oblik

čitljiv upravljačkoj jedinici alatnog stroja. Univerzalan postprocesor može

generirati kvalitetan upravljački program za veći broj upravljačkih jedinica

različitih CNC strojeva.

Pojedinačne upravljačke instrukcije programa, zajedničke svim načinima

programiranja, se dijele na geometrijske koje definiraju relativan položaj između alata i

predmeta obrade, tehnološke koje definiraju način, intenzitet i brzinu obrade, te pomoćne

funkcije koje definiraju uključenje/isključenje vretena, smjer vrtnje, hlađenje alata, itd.

2.5. Struktura CNC programa

U CNC programiranju prevladava korištenje takozvane G-kod (eng. G-code)

programske strukture. Izuzetak su namjenski programi napisani za komunikaciju samo s

određenim modelom CNC strojeva koji ograničavaju međusobnu kompatibilnost strojeva

različitih proizvođača, a pogodni su za izradu manje količine proizvoda, najčešće u hobi

uporabi.

9

G-kod je industrijski standard za upravljanje CNC strojevima. Počeo se koristiti 1958.

godine u MIT-u već na samom početku razvoja numerički upravljanih strojeva. Program se

sastoji od redova koji definiraju jednu od radnih operacija, svaki redak je sastavljen od riječi

koje definiraju pojedinačne radnje unutar operacije, a svaka riječ se sastoji od znakova i niza

brojeva s predznakom. Vrijednosti koordinata X, Y, Z se unose u inčima ili milimetrima.

%1452 ime programa

N20 G00 X-450.5 Y1183.3 redak

N20 broj retka

X450.5 riječ

X znak

-450.5 broj s predznakom

Značenje znakova u G-kodu:

N – redni broj programskog retka

G – glavna programska funkcija koja definira vrstu i način gibanja

X – os X, pomak u smjeru X-osi

Y – os Y, pomak u smjeru Y-osi

Z – os Z, pomak u smjeru Z-osi

I, J, K – pomoćni koordinatni sustav za kružne interpolacije

F – intenzitet obrade u mm/min ili mm/okretaj

S – programirani broj okretaja alata

T – oznaka odnosno vrsta alata

M – oznaka pomoćne programske funkcije

Neke od osnovnih naredbi G-koda:

G00 – brzo gibanje

G01 – koordinirano gibanje

10

G02 – kružno gibanje u smjeru kazaljke na satu

G03 – kružno gibanje obrnuto od smjera kazaljke na satu

G20 – mjere u inčima

G21 – mjere u milimetrima

G80 – prekini gibanje

G90 – apsolutni način pozicioniranja

G91 – inkrementalni način pozicioniranja

G92 – privremeni koordinatni sustav

M00 – pauza

M02 – završi program

M03 – uključi radno vratilo u smjeru kazaljke na satu

M04 – uključi radno vratilo obrnuto od smjera kazaljke na satu

...

2.6. Koordinatni sustav

Za definiranje geometrijskih podataka u programu upotrebljava se koordinatni sustav

koji je definiran kroz dvije odnosno tri međusobno okomite osi sa zajedničkim ishodištem.

Ravninski (dvije osi) koordinatni sustavi se upotrebljavaju za obradu na CNC tokarilicama

dok se prostornim (tri osi) koordinatnim sustavima opisuju gibanja kod CNC bušilica i freza,

obradnih ćelija i centara itd.

Svaka os ima dva moguća smjera gibanja + (plus) i – (minus). Os 'Z' je standardno

definirana u smjeru glavnog vretena stroja, najčešće gore/dole. Os 'X' najčešće označava

gibanje lijevo/desno, a os 'Y' napred/nazad. Slovima 'U', 'V' i 'W' se obično označavaju

dodatne osi.

Smjer gibanja je najlakše zapamtiti pomoću pravila desne ruke:

Palac u smjeru pozitivne X osi

Kažiprst u smjeru pozitivne Y osi

11

Srednji prst u smjeru pozitivne Z osi

Slika 5. Pravilo desne ruke

(http://www.cncexpo.com/Cartesian.aspx, 29.05.2013)

Svaki CNC stroj ima svoju referentnu (R) i strojno nultu točku (M). Nulta točka stroja

'M' je početna točka za sva ostala koordinatna ishodišta i referentnu točku. Po uključivanju se

stroj najprije postavlja u 'R' točku koja predstavlja nultu točku po svim koordinatnim osima i

ostaje u memoriji stroja do isklopa istoga. Nulta točka obratka 'W' je koordinatno ishodište

programa na osnovu koje se definiraju sve točake koje treba doseći alatom tijekom obrade. 'B'

je oznaka za ishodišnu točku vrha alata i mora biti poznata upravljačkoj jedinici prije početka

obrade.

Slika 6. Nul točke CNC stroja

(http://ebookbrowse.com/programiranje-cnc-tokarilice-i-glodalice-m-blazevic-pdf-d93908313, 29.05.2013)

U NC programiranju se koriste dva sustava mjerenja; apsolutni i inkrementalni. Kod

apsolutnog koordinatnog sustava postoji jedna nul točka u ishodištu obratka, a koordinate

pojedinih točaka predstavljaju njihove udaljenosti od ishodišta po vrijednosti i predznaku.

12

Kod inkrementalnog koordinatnog sustava naredne točke se izražavaju relativnim

koordinatama prema prethodnim točkama, ishodište koordinatnog sustava je dakle

promjenjivo i nalazi se u točci iz koje kreće svako iduće gibanje.

2.7. Razine upravljanja numerički upravljanih strojeva

S obzirom na istovremenost pomaka osi CNC stroja razlikuju se 3 nivoa upravljanja:

Upravljanje po točki – istovremeno kretanje samo po jednoj osi

Upravljanje po krivulji u ravnini – istovremeno kretanje po dvije osi

Upravljanje po krivulji u prostoru – istovremeno kretanje po najmanje tri osi

2.8. Mehanički dio CNC stroja

Kvaliteta obrade CNC strojem u prvom redu ovisi o preciznosti i kvaliteti izrade

njegovih mehaničkih dijelova. Po izvedbi X osi CNC strojevi se dijele na:

CNC strojevi s nepokretnim X mostom – radni stol se pomiče ispod Y mosta.

Odlikuju se jačom konstrukcijom i većim dimenzijama u odnosu na strojeve s

pokretnim mostom zbog zahtjeva za dužim vodilicama na Y osi. Najčešće se

primjenjuje kod CNC glodalica

Slika 7. CNC stroj s nepokretnim mostom

(http://www.rockcliffcnc.com/Pages/Mechanical.aspx, 29.05.2013)

13

CNC strojevi s pokretnim X mostom – radni stroj miruje a obradni alat se kreće

po sve tri osi iznad predmeta obrade.

Slika 8. CNC stroj s pokretnim mostom

(http://www.rcgroups.com/forums/, 29.05.2013)

2.8.1. Linearno vođenje osi

Neovisno o konstrukciji, linearno vođenje osi može biti izvedeno slijedećim

elementima:

linearne okrugle vodilice s linearnim ležajevima – često korištena kombinacija

Slika 9. Linearne vodilice s linearnim ležajevima

(http://www.cncroutersource.com/, 01.06.2013)

profilirane vodilice s linearnim kolicima – najbolje, ali i najskuplje rješenje

14

Slika 10. Profilirane vodilice s linearnim kolicima

(http://www.cncroutersource.com/, 01.06.2013)

linearne okrugle vodilice s profiliranim radijalnim ležajevima

Slika 11.Linearne okrugle vodilice s radijalnim ležajevima

(http://www.rockcliffcnc.com/, 01.06.2013)

linearne okrugle vodilice s brončanim kliznim ležajevima – najstariji tip vođenja

Slika 12. Linearne okrugle vodilice s brončanim kliznim ležajevima

(http://www.rockcliffcnc.com/, 01.06.2013)

15

2.8.2. Linearni prijenos pomaka

trapezno navojno vreteno s trapeznom maticom – za velika opterećenja, nedostatak

neizbježan zazor

Slika 13. Trapezno navojno vreteno

(http://www.trolist.hr/, 01.06.2013)

kuglično vreteno s kugličnom maticom – visoka preciznost pozicioniranja,

najkvalitetnije i najskuplje

Slika 14. Kuglično vreteno

(http://hudek.hr/servis/, 01.06.2013)

prijenos preko zupčastog remena – za velike brzine pozicioniranja na strojevima gdje

nema velikog pritiska na Z os

Slika 15. Zupčasti prijenos

(http://www.trolist.hr/, 01.06.2013)

16

2.9. Elektromotorni pogon CNC stroja

Kod CNC strojeva se razlikuje takozvano pomoćno i glavno kretanje.

Glavno kretanje najčešće izvodi predmet obrade (npr. tokarilica) ili alat (npr.

glodalica, bušilica). Danas se za glavno kretanje uglavnom koriste izmjenični (AC) motori

koji su cijenom, kvalitetom i fleksibilnošću prestigli istosmjerne (DC) motore.

Pomoćno kretanje se odnosi na linearno kretanje nosača obratka ili alata po X, Y ili Z

osi. Za pomoćno kretanje koriste se:

AC i DC servo motori – brzinom vrtnje i/ili pozicijom se upravlja s upravljačkim

krugom s povratnom vezom. Koriste se u pogonima gdje je potrebna pouzdana brzina

vrtnje odnosno u reguliranim pogonima s preciznim pozicioniranjem. Neke od

najbitnijih karakteristika servo motora su; konstantan okretni moment u cijelom

rasponu brzina, povratna sprega ne dozvoljava gubitak koraka, tihi rad, ne griju se. DC

servo motori su korišteni kod većine starijih CNC strojeva, dok suvremeni koriste

elektronički komutirani AC sinkroni motor s permanentnim magnetima i digitalnim

enkoderom pozicije.

Slika 16. DC servo motor

(http://www.hunor.hr/, 24.05.2013)

Slika 17. AC servo motor

(http://www.hunor.hr/, 24.05.2013)

17

Koračni motori – prikladni su za digitalno upravljanje, jednostavne su konstrukcije i

ne zahtjevaju održavanje. Koriste se kod manjih CNC strojeva i vrlo su popularni kod

samograditelja. S razlogom su jeftiniji od servo motora ali i nepouzdaniji; imaju malu

maksimalnu upotrebljivu brzinu jer im okretni moment opada s povećanjem iste,

uslijed preopterećenja mogu izgubiti korak, bučni su i zagrijavaju se pri radu. S

obzirom na način kretanja osovine dijele se na rotacijske i linearne. Osovina koračnog

motora se pokreće za željeni kut/put u bilo kojem smjeru vrtnje ili translacijskog

pomaka i uz podesivu brzinu, a sve zavisno od sadržaja narinute pulsne električne

pobude.

Slika 18. Rotacijski koračni motor

(http://www.osmtec.com/, 24.05.2013)

Linearni motori – su najnovija tehnologija za pomak pomoćnih osi CNC strojeva. To

je poseban oblik elektromotora bez rotirajućih dijelova (rotora). Odlikuju se velikom

brzinom, velikom točnošću pozicioniranja, a mehaničko trošenje tijekom eksploatacije

je svedeno na najmanju moguću mjeru. Nedostaci su manja mehanička nosivost i vrlo

visoka cijena.

Slika 19. Linearni motor

(http://www.hunor.hr/, 24.05.2013)

18

3. IZRADA MEHANIKE CNC STROJA

Prije izrade vlastitog numerički upravljanog stroja treba definirati namjenu istoga.

Autor je odabrao izraditi CNC glodalicu, u CNC terminologiji poznatu još po nazivu CNC

router, koja može imati višestruku primjenu; ispisivanje, graviranje, bušenje rupa, 3D obrada

reljefa... Plan je bio izraditi manji stroj koji može primiti obradak okvirnih dimenzija

20x20x5cm (širina x dužina x visina), a proučavanjem tipova mehaničkih konstrukcija CNC

strojeva izabran je model s pomičnim radnim stolom po X osi koji osigurava visoku stabilnost

bez potreba za dodatnim ojačanjem kostrukcije. Naime u slučaju konstrukcije s pokretnim

mostom, za zadovoljavajuću stabilnost stroja, nužna je ugradnja dodatnog motora s vretenom,

ukupno po jedan na svakom kraju mosta.

Nosiva konstrukcija je zbog manje ukupne težine, ali i lakše ručne obrade izrađena od

aluminijskih dijelova. Prvotno je napravljena gruba skica s približnim dimenzijama sastavnih

dijelova te je u poduzeću koje se bavi trgovinom otpadnog materijala od obrade obojanih

metala nabavljena dostatna količina aluminijskih ploča raznih dimenzija. Od raspoloživog

otpadnog materijala, kao najpogodniji, odabran je onaj debljine 12mm, s izuzetkom radnog

stola koji je sastavljen od dviju ploča debljine 3mm.

U AutoCAD-u je zatim napravljen detaljan 3D model budućeg stroja, a na osnovu

istog su izrađeni 2D radionički nacrti. U ovoj fazi već su nabavljeni i koračni motori čije su

mehaničke dimenzije također bitne za sveukupno modeliranje. Slijedi grubo izrezivanje

dijelova nosive konstrukcije ručnom brusilicom, opremljenom reznom pločom za obradu

aluminija, te obrada izrezanih dijelova na glodalici. Jedan od ključnih momenata izrade

nosive konstrukcije je precizno pozicioniranje svih provrta što je na korištenoj glodalici

ostvareno pokretnim stolom s digitalnim noniusom. Na strojno obrađenim dijelovima

konstrukcije trebalo je još ručno urezati odgovarajuće metričke navoje na zadanim

pozicijama.

Paralelno s izradom nosive konstrukcije izrađivani su i dijelovi nužni za linearan

pomak radnog stola te Y i Z osi. Potreban materijal je također od obojanog metala, dobavljen

kod već spomenutog dobavljača; vodilice su od inoxa (X=14mm, Y=12mm, Z=10mm),

klizni ležajevi (Y i Z os) od bronce, vretena su izrađena od originalnih inox navojnih palica

M8, a ostali dijelovi su od mjedi (spojnice motor-vreteno, nosači motora, adapteri vreteno-

19

ležaj). U spojnicama motor-vreteno i nosačima motora nakon strojne obrade ručno su urezani

potrebni metrički navoji.

Nakon izrade svih potrebnih dijelova, dobave potrebnih ležajeva i spojnog vijčanog

pribora slijedi sastavljanje mehaničke funkcionalne cjeline. Po sastavljanju iste uočen je

problem na vođenju za linearni pomak radnog stola, brončani klizni ležajevi na nešto dužim

vodilicama većeg promjera su stvarali prevelik otpor okretnom momentu montiranog

koračnog motora. Problem je riješen dobavom linearnih ležajeva s nazivnom mjerom

postojećih vodilica te proširenjem provrta u nosačima radnog stola za prihvat vanjske

dimenzije dobavljenih ležajeva.

3.1. 3D prikazi i radionički nacrti CNC stroja

Pri modeliranju složenih konstrukcija nužan je 3D pristup dizajniranja kako bi se

postigla geometrijska usklađenost sastavnih dijelova konačnog sustava. Za dizajniranje

mehaničke konstrukcije te izradu radioničkih nacrta izrađenog CNC stroja korišten je

popularni AutoCAD, a crteži u prilogu prikazuju slijedeći sadržaj:

Prilog 1 – 3D prikaz kompletne mehaničke konstrukcije CNC stroja

Prilog 2 – 'rastavljni' 3D prikaz mehaničke konstrukcije 'X' i 'Y' osi s označenim

dispozicijama sastavnih dijelova te popisom ugrađenih standardnih tvorničkih

elemenata (vijci, matice, ležajevi)

Prilog 3 – 'rastavljeni' 3D prikaz mehaničke konstrukcije 'Y' osi s označenim

dispozicijama sastavnih dijelova te popisom ugrađenih standardnih tvorničkih

elemenata

Prilozi 4 do 9 – radionički nacrti napravljeni prema dizajniranom 3D modelu nužni za

izradu sastavnih dijelova stroja. Svaki element ima označenu poziciju za lakše

pronalaženje njegova mjesta na odgovarajućem rastavljenom 3D prikazu. Na nacrtu je

označena i vrsta materijala od kojeg su izrađeni pojedini elementi.

20

4. ELEKTROMOTORNI POGON

U praktičnom dijelu ovog rada se za pogon osi CNC stroja koriste koračni motori

izvađeni iz rabljenih A3 matričnih pisača marke Epson.

Osnovni podaci upotrebljenih motora:

tip 42BYG059

standardne NEMA 17 dimenzije (duljine 34mm)

2-fazni hibridni bipolarni koračni motor

otpor jednog faznog namotaja 7,8

nazivni napon 6,6V

statički moment 1,4 kg/cm

4.1. Upravljanje koračnim motorom

Koračni motor može imati 4, 5, 6 ili 8 priključnih žica.

Slika 20. Različite konstrukcije namotaja koračnih motora

(http://www.stepperworld.com/Tutorials/pgBipolarTutorial.htm, 18.05.2013)

21

Za razliku od bipolarne izvedbe, statorski namotaji unipolarnog koračnog motora

imaju srednji izvod na svakom pojedinom statorskom namotaju. Srednji izvod je kod

unipolarnog načina upravljanja priključen na jedan od polova naponskog izvora (+/-) te se

izmjeničnom uzbudom jedne pa druge polovice namotaja postiže promjena struje, a time i

magnetskog polja. Kod bipolarnih je to moguće izvesti samo promjenom vrijednosti napona

na oba kraja namotaja. Koračni motor s 4 priključne žice je dakle isključivo bipolarni i

zahtjeva bipolarni kontroler, a ostali motori se mogu pokretati i unipolarnom i bipolarnom

uzbudom jer se srednji statorski izvod može jednostavno zanemariti.

Razlikuju se dva osnovna načina upravljanja koračnim motorom:

Upravljanje – puni korak (jednofazno ili dvofazno)

Upravljanje – polukorak (izmjena režima jednofazno-dvofazno)

Koračni motori ugrađeni u CNC stroj u sklopu ovog završnog rada su bipolarni te je

na slici br. 21 shematski prikaz oba načina upravljanja bipolarnim koračnim motorom na

primjeru jednostavnog dvofaznog modela s jednim parom polova po fazi i

permanentnomagnetskim rotorom s dva pola, a isti princip rada se primjenjuje i na

najsloženije modele.

Slika 21. Shematski prikaz upravljanja bipolarnim koračnim motorom

(http://powerelectronics.com/images/Versatile-Microstepper-Driver-fig-1.jpg, 18.05.2013)

22

4.2. Povezivanje motora s kontrolerom

Namotaji elektromotora za normalan pogon zahtjevaju odgovarajuće naponske i

strujne vrijednosti, a na izlazu kontrolera su prisutni upravljački impulsi koji ni po čemu ne

zadovoljavaju navedene kriterije. Stoga se između kontrolera i motora ugrađuje adaptivni

sklop, takozvani motor-driver koji na osnovu ulazne pobude snadbijeva priključeni

elektromotor naponskim i strujnim veličinama iz zasebnog izvora napajanja. U slučaju

napajanja koračnih motora, izvor može imati i do 20x veći napon od nazivnog napona motora,

a da ne dođe do oštećenja istoga jer upravljački sklop drivera prekidanjem radne struje koja

ulazi u motor održava njenu prosječnu vrijednost u zadanom rasponu. U tehničkim podacima

motor-drivera se često može naći i podatak o minimalno potrebnom omjeru ulaznog napona i

nazivnog napona motora za ispravan rad čitavog sklopa.

5. IZRADA KONTROLNO UPRAVLJAČKOG SKLOPA CNC-a

Kontrolno upravljački sklop se sastoji od mikrokontrolera, motor-drivera i izvora

napajanja. Mikrokontroler i motor-driveri su smješteni u zajedničko PVC kućište s prisilnim

provjetravanjem ventilatorom zbog velike disipacije snage na izlaznim stupnjevima motor-

drivera. Na kućištu su ugrađene rastavne priključnice za povezivanje s ožičenjem samog

stroja i izvora napajanja. Izvor napajanja je smješten u zasebnom, također prisilno

provjetravanom kućištu.

5.1 Upravljanje putem Arduino mikrokontrolera

Arduino je univerzalni mikrokontroler zasnovan na ATmel tehnologiji i idealan je za

razvoj upravljačke elektronike i robotike. Platforma je otvorenog koda temeljena na

jednostavnoj razvojnoj pločici s ulazno/izlaznim konektorima i besplatnom programskom

podrškom s jednostavnim korisničkim sučeljem. Programiranje uređaja se izvodi iz

integriranog razvojnog okruženja, koje postoji za Windows, Mac i Linux operacijski sustav, u

programskom jeziku sličnom C-u. Glavna je namjena cijelog sustava komuniciranje s

različitim hardverom koji je na njega priključen.

Osnovni model Arduino platforme je model UNO sa slijedećom tehničkom

specifikacijom:

Mikroprocesor : ATmega328

23

Frekvencija procesora : 16MHz

Radni napon : 5V

Ulazni napon (preporučeno): 7-12V

Ulazni napon (ograničeno): 6-20V

Digitalni I/O pinovi : 14 (od toga moguće 6 PWM izlaza)

Analogni ulazni pinovi : 6

DC struja za I/O pinove: 40mA

DC struja za 3,3V pin: 50mA

Flash memorija: 32 KB (0,5KB rezervirano za bootloader)

SRAM: 2KB

EEPROM: 1KB

Slika 22. ArduinoUNO mikrokontroler

(http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUno, 18.05.2013)

Mikrokontroler izvodi jedan program koji je zapisan u njegovu Flash memoriju, a u

EEPROM-u se čuvaju podaci nakon gašenja uređaja, kao u malom hard disku. Za proširenje

Arduina dostupni su brojni dodaci (shield-ovi) koji imaju dodatne mogućnosti ili čak svoje

vlastite mikrokontrolere (Simčić, 2013., 10-11.).

24

5.1.1. GRBL Controller

GRBL je softver otvorenog koda napisan u optimiziranom programskom jeziku C

specijalno za Arduino, razvijen za izvođenje na osnovnoj Arduino UNO platformi. Arduino

UNO s instaliranim GRBL-om postaje CNC kontroler visokih performansi, podržava precizna

mjerenja vremena i asinkroni rad te podržava većinu komandi G-code standarda. GRBL može

istovremeno upravljati s tri servo ili koračna motora i u potpunosti podržava linearna, kružna i

spiralna gibanja. Trenutna verzija Grbl-v0.8c uključuje potpuno upravljanje ubrzanjem s

pogledom unaprijed, što znači da pregledava do 18 budućih koraka i planira svoje brzine tako

da ostvaruje glatko ubrzanje i skretanje bez trzaja.

5.1.2. Instalacija GRBL-a

Instalacija GRBL-a na Arduino UNO mikrokontroler za Windows operacijske sustave

se sastoji iz slijedećih koraka:

Preuzeti s internetske stranice https://github.com/grbl/grbl hex datoteku

Grbl_v0.8c_Atmega328p_16mhz_9600baud

Preuzeti s internetske stranice http://xloader.russemotto.com/ zip datoteku

XLoader.zip v1.00 678kb koja sadrži aplikaciju za softversku nadogradnju

Arduino platforme

Povezati Arduino UNO na računalo putem USB kabela

Raspakirati i pokrenuti Xloader

U pop-up prozoru Xloader-a odabrati preuzetu hex datoteku

U padajućem meniju uređaja odabrati Arduino UNO platformu

Odabrati odgovarajući COM port te podesiti Baud rate na vrijednost 115200

Odabirom gumba Upload pokrenuti nadogradnju GRBL softvera

Nakon nekoliko trenutaka korisnik dobiva poruku o uspješnoj instalaciji ili

eventualno nastaloj grešci prilikom instalacije

25

Slika 23. Sučelje Xloader-a

(Screenshot_autor)

5.1.4. Povezivanje GRBL-a

Instalacijom GRBL-a na ArduinoUNO mikrokontroler logično je definirana i funkcija

njegovih ulazno-izlaznih pinova. To je najbolje prikazano na slijedećoj ilustraciji.

Slika 24. Raspored pinova ArduinoUNO - GRBL kontrolera

(http://blog.protoneer.co.nz/grbl-arduino-g-code-processor-pin-layout/, 19.05.2013)

26

Digitalni pinovi 2-4 šalju pobudu za brzinu okretanja motora po različitim osima, a na

pinovima D5-D6 je definiran smjer njihove vrtnje. Preko pina D8 se blokira/deblokira rad

motor-drivera (napajanje priključenih motora). Pinovi D9-D11 imaju zaštitnu funkciju i

omogućavaju prekid rada stroja u slučaju aktiviranja neke od krajnjih sklopki (u slučaju

pomaka osi van definiranog radnog područja). Pin D12 uključuje motor alata obrade, a smjer

njegove vrtnje je definiran statusom pina D13.

Putem pina A0 se ostvaruje dodatna zaštitna funkcija – sigurnosno tipkalo za prekid

rada stroja u nuždi. A1 služi za aktivno zaustavljanje s kontroliranim usporavanjem kako se

ne bi izgubila trenutna pozicija. Putem pina A2 je omogućen start/nastavak procesa i

inicijalno je uključen. Uključenje hlađenja alata obrade je moguće putem pina A3.

5.2. Motor-driver s L298/L297

U izlaznom stupnju kontrolno upravljačkog sklopa korišteni su modularni motor-

driveri s integriranim krugom L298N. Integrirani krug L298N je dvostruki H-most DC motor

driver, koji može upravljati s dva odvojena istosmjerna motora ili jednim bipolarnim

dvofaznim koračnim motorom.

Slika 25. Raspored pinova IC-a L298N

(http://www.flickr.com/photos/, 04.05.2013)

Tehnička specifikacija korištenog modula motor-drivera:

ulazni napon Vs: 5 36V

stalna izlazna struja: ≤2A po kanalu

27

kratkotrajna vršna izlazna struja: <2.5A

nazivna snaga: 25W po kanalu (pri temperaturi hladnjaka 75oC)

napon logičkog napajanja Vss: 5 7V (interni napon 5V)

struja logičkog napajanja: 0 36mA

raspon upravljačkog napona (input): Low:-0.3V ≤ Vin ≤ 1.5V, High: 2.3V ≤ Vin ≤ Vss

raspon kontrolnog napona (enable); 2.3V ≤ Vin ≤ Vss

Slika 26. Modularni motor-driver s L298N

(http://www.cebuelectronics.com/, 04.05.2013)

Koračnim motorom se putem ovog modula upravlja sa 6 signala, 2 kontrolna kojima

se blokira/deblokira izlazni stupanj te 4 upravljačka za brzinu i smjer vrtnje. No kad se

pogleda konfiguracija GRBL-a vidljivo je da se brzinom i smjerom vrtnje koračnog motora

upravlja s dva signala step-brzina vrtnje i dir-smjer vrtnje. Stoga je trebalo izraditi dodatni

elektronički sklop baziran na integriranom krugu L297, primarno proizvedenim za upravljanje

koračnim motorima putem H-most drivera L298N i L293E. U izvornim tehničkim podacima

za L297 se nalazi i elektronička shema spajanja za rad s navedenim integriranim krugovima.

L297 pored osnovne funkcije da ulazne step i dir signale s mikrokontrolera pretvara u

upravljačke impulse H-mosta, omogućava izbor koračnog (obje faze motora pod naponom) i

polukoračnog (naizmjenično energiziranje obje pa jedne faze) upravljanja motora te

regulaciju radne struje motora. Podešavanje struje se vrši na pinu broj 15 gdje se razdjelnikom

napona s višeokretnim potenciometrom podešava vrijednost napona Vref, a prema slijedećoj

28

formuli: Struja motora x 0,33 = Vref. Na primjer za koračni motor od 2A Vref = 2A x 0,33

= 0,66V. 0,33 (paralalni spoj 3 otpornika 1 /0,5W) je vrijednost otpornika koji povezuju

masu i referentne točke izlaznog modula (pinovi 1 i 15 inegriranog kruga L298N). Integrirani

PWM (eng. Pulse Width Modulation – pulsno širinska modulacija) čoper sjecka izlaznu struju

kad napon u tim točkama dosegne Vref te na taj način sprječava prekoračenje njezine nazivne

vrijednosti.

Slika 27. Raspored pinova IC-a L297

(https://solarbotics.com/product/17350/, 04.05.2013)

L297 zahtjeva vrlo malo dodatnih diskretnih elemenata te su na jednoj univerzalnoj

tiskanoj pločici dimenzija 45x120mm napravljena sva tri potrebna sklopa.

Slika 28. Kontrolno-upravljački sklop

(autor)

29

5.3. Sigurnosni sustav za prekid rada stroja

Stroj je opremljen sklopkama za trenutno zaustavljanje u izvanrednim situacijama:

Krajnje sklopke – ugrađene u parovima na obje krajnje pozicije svake pokretne

osi. Sprječavaju havariju elektromotornog pogona i upravljačke elektronike

uslijed mehaničke blokade u krajnjim točkama pomaka. NO (eng. Normally

Open), normalno otvoreni kontakti sklopki svake osi su vezani paralelno s

jedne strane na masu, a s druge na odgovarajući pin na ArduinoUNO

mikrokontroleru (X=9, Y=10, Z=11).

Panik tipka – ugrađena nadohvat ruke na razvodnoj kutiji ožičenja CNC stroja

omogućava operateru da po potrebi, u svakom trenutku, prekine rad stroja. NO

kontakti ove sklopke su vezani na masu i pin A0 ArduinoUNO

mikrokontrolera.

Slika 29. Krajnje sklopke 'Z' osi

(autor)

Slika 30. Panik tipka

(autor)

Izvršni pinovi sigurnosnog sustava su u normalnom radu preko internih pull-up

otpornika samog mikrokontrolera postavljni na visoko. Aktiviranjem neke od navedenih

sklopki priključni pin se postavlja na nisko i GRBL kontroler prelazi u mod beskonačne

alarmne petlje. Za nastavak rada treba otkloniti uzrok kvara, resetirati GRBL kontroler te

ponovno pokrenuti upravljački program.

30

5.4. Izvor napajanja

Izvor napajanja mora osigurati napajanje koračnih motora, davati napon +5V za

logičko napajanje integrirane elektronike, te napon +12V za napajanje ventilatora za hlađenje

kontrolno-upravljačkog sklopa i samog ispravljača. Iskorišten je raspoloživi toroidni

transformator 220/2x14V-150VA te se jedan sekundarni namot koristi za napajanje motora, a

drugi za preostala dva potrebna napona. Naponski izvor za koračne motore ima mogućnost

regulacije izlaznog napona u rasponu 0-20V te se odgovarajuća vrijednost naknadno može

eksperimentalno podesiti, a preostala dva izvora su izvedene s integriranim stabilizatorima

stalnog napona serije 78XX. Elektronički sklop ispravljača je također napravljen na

univerzalnoj tiskanoj pločici koja je zajedno s transformatorom smještena u kutiju rabljenog

računalnog napajanja.

Slika 31. Napajanje

(autor)

Prilog broj 10 na kraju ovog rada sadrži kompletnu elektroničku shemu

implementiranog kontrolno upravljačkog sklopa s istaknutim granicama zasebnih cjelina

sustava i njihovim rastavljivim spojnim vezama.

31

6. UPRAVLJANJE GRBL KONTROLEROM

Za komunikaciju s CNC strojem upravljanim GRBL kontrolerom, na računalo je

potrebno instalirati odgovarajuću aplikaciju za slanje naredbi. Open source varijanta je

Universal GcodeSender, trenutna verzija 1.0.6, aplikacija napisana u Java razvojnom

okruženju. Postupak instalacije je slijedeći:

aplikaciju skinuti sa stranice https://github.com/winder/Universal-G-Code-Sende

zip datoteku raspakirati na željeno mjesto na računalu

dvostrukim klikom miša pokrenuti .jar file

Slika 32. Početni prozor Universal GcodeSender-a

(Screenshot_autor)

Otvara se korisničko sučelje na kojem treba odabrati odgovarajući ulaz, brzinu

prijenosa postaviti na 9600 te pritiskom na gumb Open uspostaviti komunikaciju s Arduinom.

Značenje kartica za interakciju s korisnikom:

Commands – otvara se redak za unos komandi u svrhu konfiguriranja kontrolera

File Mode – za pozivanje i pokretanje datoteka s upravljačkim kodom

Machine Control – za ručno pozicioniranje osi stroja

32

6.1. Konfiguracija GRBL-a

GRBL ima sustav '$' naredbi za podešavanje postavki i okidanje runtime naredbi.

Prikaz trenutnih postavki se poziva komandom $$ te pritiskom na enter.

Inicijalne postavke GRBL-a su slijedeće:

$0=755.906 (x, step/mm) – broj koraka za pomak X osi za jedan mm

$1=755.906 (y, step/mm) – broj koraka za pomak Y osi za jedan mm

$2=755.906 (z, step/mm) – broj koraka za pomak Z osi za jedan mm

$3=30 (step pulse, sec) – rezolucija impulsa u mikrosekundama

$4=500.000 (default feed, mm/min) – brzina kretanja pri obradi

$5=500.000 (default seek, mm/min) – brzina kretanja pri pozicioniranju

$6=28 (step port invert mask, int:00011100) – neki CNC-stepper driveri zahtjevaju

invertiranje high/low ulaza za ispravan rad brzine i smjera vrtnje

$7=25 (step idle delay, ms) – vrijeme držanja motora pod naponom po završetku

kretanja

$8=50.000 (acceleration, mm/s2) – ubrzanje pri pokretanju motora

$9=0.050 (junction deviation, mm) – veće vrijednosti rezultiraju bržim kretanjima na

skratanjima, a manje sporijim i opreznijim

$10=0.100 (arc, mm/segment) – podešavanje finoće kretanja po kružnom luku

$11=25 (n-arc correction, int) – korekcija broja segmenata kružnog luka

$12=3 (n-decimals, int) – odabir broja decimalnih mjesta GRBL vrijednosti

$13=0 (report inches, bool) – povratna vrijednost o pozicioniranju osi u mm ili inčima

$14=1 (auto start, bool) – uključenje/isključenje automatskog starta nakon pritiska na

enter

$15=0 (invert step enable, bool) – blokada/deblokada motor-drivera

$16=0 (hard limits, bool) – uključenje/isključenje rada krajnjih sklopki

33

$17=0 (homing cycle, bool) – za točno i precizno lociranje '0' pozicija na stroju

$18=0 (homing dir invert mask, int:00000000) – GRBL podrazumjeva da su krajnje

sklopke u pozitivnom smjeru, ovom naredbom ($18=1) to se može okrenuti

$19=25.000 (homing feed, mm/min) – brzina pomaka pri približavanju '0' točki stroja

$20=250.000 (homing seek, mm/min) – brzina pomaka pri traženju '0' točke stroja

$21=100 (homing debounce, ms) – rješava problem istitravanja kontakata sklopke

$22=1.000 (homing pull-off, mm) – sprječavanje slučajnog okidanja krajnjih sklopki

Za promjenu, na primjer akceleracije na vrijednost 30mm/s2 potrebno je u redak

naredbi upisati $8=30 i pritisnuti enter.

Vrijednost postavki u najvećoj mjeri ovisi o broju koraka koračnog motora za puni

krug i razmaku između dva uzastopna navoja navojnog vretena odnosno njegovu koraku za

puni krug. Za koračni motor rezolucije 200koraka/okret i navojno vreteno M8, čiji korak

iznosi 0,625mm/okret vrijednost, pomak u koracima/mm se izračunava na slijedeći način:

200koraka/okret / 0,625mm/okret= 320koraka/mm

Vrijednosti $0, $1 i $2 moraju biti postavljene na 320step/mm za način upravljanja motorom

'puni korak', dok za polukoračno upravljanje ta vrijednost iznosi 640step/mm.

Neke vrijednosti se dakle mogu matematički izračunati, a neke će biti potrebno

eksperimentalno mijenjati dok se ne dobije zadovoljavajuća funkcionalnost.

6.2. Generiranje upravljačkog koda

Upravljački ili G-kod je tekstualna datoteka s ekstenzijom .nc (prolazi i .txt). Čitav kod

je teoretski moguće ručno napisati, no to uzima dosta vremena i velika je mogućnost

pogreške. Jednostavniji i brži način je izraditi crtež obratka u CAD softveru te ga konvertirati

u .nc datoteku.

DraftSight je CAD softver otvorenog koda za izradu 2D crteža koji se može preuzeti

na stranici http://www.3ds.com/products/draftsight/download-draftsight/ i nakon instalacije

jednostavno i besplatno aktivirati putem elektronske pošte. Ovaj alat za crtanje je sličan

popularnom AutoCAD-u samo što ima puno skromnije mogućnosti. Pri crtanju treba voditi

računa da koordinate pojedinih točaka ne izađu iz okvira koji CNC stroj može dohvatiti. Za

34

potrebe izgrađenog CNC stroja crtež mora biti unutar kvadrata dimenzija 180x180mm s

donjim lijevim uglom u ishodištu koordinatnog sustava, a da se prilikom izvođenja programa

ne aktiviraju sigurnosne sklopke pri dobro podešenoj ishodišnoj točci alata. Crtež napravljen u

DraftSight-u treba spremiti u formatu R12 ASCII Drawing (*.dxf).

ACEconverter je program otvorenog koda za konverziju 2D CAD crteža u G-kod

datoteku. Na stranici http://www.dakeng.com/ace.html se može preuzeti zip datoteku

aplikacije i raspakirati na željeno mjesto na računalu. Nakon pokretanja otvara se jednostavno

korisničko sučelje. Odabirom dugmeta Open otvara se pretraživač za odabir izvorne .dxf

datoteke.

Slika 33. Početni prozor ACEconverter-a

(Screenshot_autor)

Dvostrukim klikom na svaki sloj crteža moguće je odrediti redoslijed njegove obrade,

konačnu vrijednost pomaka Z osi te iznos pomaka po istoj osi za svaki prolaz alata.

Dvostruki klik na prioritet izvođenja nudi podešavanje dodatnih opcija kao što je

veličina uvlačenja Z osi prilikom premještanja alata, aktiviranje alata obrade, aktiviranje

hlađenja...

Produkt konverzije CAD crteža u G-kod je tekstualna datoteka s ekstenzijom .nc koja

se poziva iz sučelja Universal GcodeSendera.

35

7. OPIS RADA CNC STROJA

Opis rada CNC stroja biti će prikazan na praktičnom primjeru dizajniranja, konverzije

i ispisa jednostavnog predloška.

7.1. Izrada predloška u CAD softveru

Prvi korak je izrada crteža u DraftSight-u (ili korištenje postojećeg crteža).

Slika 34. Sučelje DraftSight-a s crtežom na radnoj površini

(Screenshot_autor)

Na jednostavnom crtežu su vidljiva dva geometrijska lika, riječ 'TEST' i okvir crvene

boje kojim su definirane granice radnih dimenzija stroja po XY ravnini. Sve je moglo biti

nacrtano u istom sloju, ali su formirana četiri odvojena sloja za bolje razumijevanje

konverzije u upravljački kod. Riječ je također nacrtana linijama i krivuljama jer se tekstualni

objekt u .dxf formatu ne može pretvoriti u G-kod, za to se koriste zasebna softverska rješenja.

Redoslijed linija u G-kodu odgovara redoslijedu nastajanja pojedinih dijelova crteža

pa je o tome potrebno voditi računa prilikom izrade crteža kako bi upravljački kod bio što

36

bolje optimiziran. Upravljački kod će na CNC stroju biti izveden to brže što su kraći razmaci

za prijelaz alata u nizu između dva objekta ili dvije faze rada. Ovo se odnosi samo na objekte

u istom sloju jer se prioritet izvođenja slojeva može naknadno definirati.

Gotov crtež je potrebno spremiti u R12 ASCII Drawing (*.dxf) formatu.

7.2. Konverzija CAD datoteke u G-kod

U poglavlju 6.2 su opisane osnovne funkcije ACEconverter-a, a ovdje se navode

dodatne mogućnosti podešavanja.

Odabirom gumba Setup dostupno je podešavanje inicijalnih opcija, zajedničkih svim

slojevima:

Dimensions Precision – broj decimalnih mjesta za preciznost dimenzija

Default Z Offset – konačna dubina pomaka Z osi

Default Max Z/Pass – dubina pomaka Z osi za svaki prolaz alata (bitno kod

obrade brušenjem ili glodanjem za optimalno opterećenje alata)

Default Release Plane – visinski pomak Z osi za premještanje alata između

dvije koordinate

Default Close Enough – koliko rubovi dva objekta mogu biti odmaknuti, a da

se još uvijek smatraju spojenima

Slika 35. ACEconverter – podešavanje inicijalnih osobina slojeva

(Screenshot_autor)

37

Nakon otvaranja izvorne .dxf datoteke u prozoru Layer...Priority su vidljivi svi

formirani slojevi. Dvostrukim klikom na svaki od njih otvara se prozor podešavanja postavki

sloja. Na slici 36 je prikazan primjer isključenja sloja te za isti neće biti generiran G-kod. U

konkretnom slučaju radi se o pomoćnom sloju koji sadrži okvir za definiranje granica crteža

na radnoj površini CAD softvera.

Slika 36. ACEconverter – isključenje sloja

(Screenshot_autor)

Za aktivne slojeve unutar istog prozora su moguća slijedeća podešavanja:

Arc Direction – odabir smjera izvođenja lukova (nije važno, obrnuto od smjera

ili u smjeru okretanja kazaljke na satu)

Z Offset i Max Z/Pass – inicijalne postavke unutar Setup-a se po potrebi mogu

mijenjati i prilagoditi pojedinom sloju

Z Character – Z os se po potrebi može drugačije adresirati (A, B, W)

Priority – izbor prioriteta izvođenja sloja 1 do n

38

Slika 37. ACEconverter - podešavanje osobina aktivnog sloja

(Screenshot_autor)

Na slici 37 je vidljivo da će se G-kod, s obzirom na zadani prioritet, generirati redom

za slojeve TEXT, KRUG, KVADRAT.

Dvostruki klik na pojedini prioritet izvođenja unutar glavnog sučelja ACEconverter-a

otvara prozor za podešavanje njegovih osobina:

Pre-Priority Code i Post-Priority Code – za generiranje dodatnih kodova prije

regularnog G-koda, a kojima se uključuju alati obrade, hlađenje alata...

Release Plane i Close Enough – inicijalne postavke unutar Setup-a se po

potrebi mogu mijenjati i prilagoditi pojedinom prioritetu

Optimize – svi objekti čiji su rubovi udaljeni manje ili jednako vrijednosti

unesenoj u polje Close Enough biti će spojeni ukoliko je ova opcija uključena

39

Slika 38. ACEconverter_osobine prioriteta

(Screenshot_autor)

Nakon podešavanja svih parametara potrebno je odabrati dugme Convert te se otvara

prozor koji nudi slijedeće mogućnosti oblikovanja tekstualnog sadržaja upravljačke datoteke:

Generiranje I i J koordinata kao relativnih (u suprotnom će biti apsolutne)

Generiranje I i J koordinata prije ostalih u bloku

Generiranje rednog broja bloka naredbi

Generiranje Z koordinata samo ako im se mijenja vrijednost

Slika 39. ACEconverter_izbor opcija konverzije

(Screenshot_autor)

Odabirom dugmeta OK formira se G-kod datoteka s ekstenzijom .nc.

40

7.3. Puštanje CNC stroja u rad

Nakon što je kontrolno upravljački sklop povezan s CNC strojem, ispravljačem i

računalom te je uključeno napajanje može se pokrenuti Universal GcodeSender, alat za

komunikaciju računala i GRBL kontrolera.

Slika 40. CNC stroj spreman za rad

(autor)

Pri prvom uključenju potrebno je konfigurirati GRBL kontroler s obzirom na

karakteristike koračnih motora i način njihova upravljanja (koračno/polukoračno). Osnove

rada s Universal GcodeSender-om i inicijalne postavke GRBL kontrolera su navedene u 6.

poglavlju.

Za odgovarajuću funkcionalnost izrađenog CNC stroja promjenjene su slijedeće

vrijednosti:

$0=320.000 (x, step/mm) – broj koraka za pomak X osi za jedan mm

$1=320.000 (y, step/mm) – broj koraka za pomak Y osi za jedan mm

$2=320.000 (z, step/mm) – broj koraka za pomak Z osi za jedan mm

$4=350.000 (default feed, mm/min) – brzina kretanja pri obradi

$5=350.000 (default seek, mm/min) – brzina kretanja pri pozicioniranju

41

$8=40.000 (acceleration, mm/s2) – ubrzanje pri pokretanju motora

$15=1 (invert step enable, bool) – blokada/deblokada motor-drivera

$16=1 (hard limits, bool) – uključenje/isključenje rada krajnjih sklopki

Korištenjem kartice Machine Control za ručno pozicioniranje osi stroja ili kartice

Commands za ručni unos naredbe potrebno je provjeriti ispravnost unesenih postavki na način

da odziv i pomak pojedine osi stroja odgovara unesenim koordinatama. Isto tako po sve tri osi

treba definirati granice radnog prosora unutar kojih ne dolazi do aktiviranja krajnjih sklopki.

Prije pokretanja izvršnog programa sve tri osi CNC stroja treba postaviti u nulti

položaj. Za os Z to znači postaviti visinu koja će omogućiti odgovarajući fizički kontakt alata

i predmeta obrade u samom radu, a prema unaprijed definiranom odmaku.

Upravljački program se pretražuje gumbom Browse te otvara pritiskom na gumb

Open. Odabirom gumba Visualize otvara se prozor s grafičkim prikazom kontura obrade i

trenutnom pozicijom alata, a pokretanje samog programa vrši se pritiskom na tipku Send.

Slika 41. Universal GcodeSender_pokretanje upravljačkog G-kod programa

(Screenshot_autor)

Žuta vertikalna linija na grafičkom prikazu vizualizira poziciju alata, a linije tirkizne

boje predstavljaju put premještanja alata bez obrade. Unutar prozora Machine Status na

glavnom sučelju Universal GcodeSender-a mogu se iščitati trenutne apsolutne koordinate

alata po sve tri osi. Izvođenje programa se tijekom rada može pauzirati ili otkazati. Ovisno o

sadržaju upravljačkog programa, alat nakon završene obrade ostaje u krajnjoj točki ili se vraća

42

u ishodište. U prvom slučaju poželjno je alat 'poslati' u nultu točku odabirom gumba Return to

Zero unutar kartice Machine Control.

Slika 42. Osi CNC stroja u nultoj točki nakon izvršenja programa

(autor)

43

8. MOGUĆNOSTI NADOGRADNJE IZRAĐENOG CNC STROJA

Mehanička konstrukcija se pokazala vrlo stabilnom i preciznom te bi stroj trebalo

opremiti minijaturnom brusilicom/glodalicom što bi omogućilo obradu manjih predmeta

izrađenih od mekših materijala, na primjer tiskanih elektroničkih pločica. Za kućne uvjete

rada uz obradni alat dobro bi došao i minijaturni usisavač prašine. Napajanje navedenih

uređaja se izvodi iz posebnog izvora napajanja putem releja i već implementiranih

upravljačkih pinova ArduinoUNO-GRBL kontrolera.

Problem bi mogao predstavljati manji okretni moment ugrađenih motora. Dobava

jačih motora iz skupine NEMA17 značila bi najjednostavnije rješenje zadržavanjem

postojećeg nosivog i spojnog pribora bez preinake mehanike. Ugradnja jačih motora iziskuje

provjeru i eventualnu nadogradnju ili zamjenu izvora napajanja.

S opisanim izmjenama stroj bi mogao obraditi i manje 3D predmete korištenjem

odgovarajućih programskih aplikacija koje podržavaju 3D dizajniranje i konverziju u G-kod

upravljački program.

44

9. ZAKLJUČAK

CNC tehnologija je, osim u poslovnom svijetu, vrlo popularna u privatnoj i hobi

primjeni, a u literaturi i na internetu su dostupni brojni praktični savjeti, ideje i iskustva

vezana uz ovu temu. Na raspolaganju je i veliki broj softverskih rješenja među kojima su i ona

besplatna, a koja omogućavaju zadovoljavajuću funkcionalnost gotovih strojeva.

U okviru završnog rada izrađen je funkcionalan CNC router upravljan ArduinoUNO

mikrokontrolerom. Razina izgrađenosti stroja ima prije svega edukativni karakter, omogućava

razumijevanje tehnologije numerički upravljanih alatnih strojeva i nudi alat za učenje sintakse

G-koda. Mehanička konstrukcija stroja se pokazala vrlo stabilnom no relativno sporom zbog

činjenice da je za pomična vretena korišten spori milimetarski umjesto uobičajenog navoja

većeg koraka, kao što je trapezni ili kuglični. No na uštrp brzine ostvarena je zadovoljavajuća

preciznost jer milimetarski navoj ima manji prazni hod. Korištena vretena su u svakom

slučaju primjerenija manjem okretnom momentu ugrađenih koračnih motora.

Uporaba koračnih motora za pokretanje CNC strojeva ima nedostatak povratne

informacije o trenutnoj poziciji osi, koja bi mogla biti uključena u zatvorenom regulacijskom

krugu kao što je to slučaj s upravljanjem servo motorima. Uslijed prevelikog opterećenja

koračnog motora isti može izgubiti korak, no program nastavlja s izvršavanjem bez korekcije

nastale greške i to može biti otkriveno tek uočavanjem nepravilnosti na gotovom proizvodu.

Zato je potrebno voditi brigu o opterećenju CNC stroja i dati prednost polukoračnom

upravljanju koji osigurava veći okretni moment od upravljanja punim korakom.

45

POPIS KORIŠTENIH KRATICA

AC (eng. Alternating Current) – Izmjenična struja

CAD (eng. Computer-aided design) – Računalom podržano dizajniranje

CAM (eng Computer-aided manufacturing) – Računalom podržana proizvodnja

CIM (eng. Computer-integrated manufacturing) – Računalom integrirana proizvodnja

CNC (eng. Computer Numerical Control) – Računalno numeričko upravljanje

DC (eng. Direct Current) – Istosmjerna struja

EEPROM (eng. Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) –

Električno izbrisiva programibilna ispisna memorija

MIT (Massachusetts Institute of Technology) – Istraživačko sveučilište u Cambridgeu

NC (eng. Numerical Control) – Numeričko upravljanje

PWM (eng. Pulse Width Modulation) – Pulsno širinska modulacija

SRAM (eng. Static Random Access Memory) – Statička memorija s nasumičnim

pristupom

LITERATURA

1. Blažević, Z., Programiranje CNC tokarilice i glodalice, Virovitica, 2004.

2. Overby, A., CNC Machining Handbook, The McGraw-Hill Companies, USA,

2011.

3. Hood-Daniel, P., Kelly, J.F., Build Your Own CNC Machine, Apress, USA, 2009.

4. Hršak, B., Čikić, A., Katić, D., Projektiranje, izrada i testiranje CNC glodalice,

Tehnički glasnik, Vol.6, 2012., br.2, str. 187-190.

5. Simčić, M., Upravljanje koračnim motorima putem Arduino platforme, Veleučilište

u Rijeci, Rijeka, 2013.

46

6. Botak, Z., Ćurković-Bogunović, L., Veleučilište u Varaždinu, Varaždin; Đaković,

Đ., Specijalna vozila d.d., Slavonski Brod; Automatsko programiranje CNC

strojeva, Tehnički glasnik, Vol.3, 2009., br.1-2, str. 5-10.

7. Arduino – Home Page, URL: http://www.arduino.cc., 18.05.2013

8. Using Motor Bridges, URL: http://www.robotoid.com/appnotes/circuits-

bridges.html, 01.06.2013

9. Arduino Motor Shield L298_Manual, URL:

http://droboticsonline.com/ebaydownloads/L298_Motor_Shield_Manual.pdf,

18.05.2013

10. https://github.com/grbl/grbl, 25.05.2013

11. http://reprap.org/wiki/Stepper_motor, 25.05.2013

12. http://blog.protoneer.co.nz/configuring-grbl-arduino-based-cnc-controller/,

26.05.2013

13. Stepper Motors and Control, URL:

http://www.stepperworld.com/Tutorials/pgBipolarTutorial.htm, 28.05.2013

14. Power Electronic Tehnology, URL: http://powerelectronics.com/images/Versatile-

Microstepper-Driver-fig-1.jpg, 28.05.2013

15. http://www.dakeng.com/ace.html, 28.05.2013

16. http://www.businessknowledgesource.com/manufacturing/cat_manufacturing.html,

28.05.2013

17. http://www.rockcliffcnc.com/Pages/Mechanical.aspx, 01.06.2013

18. http://marija-ivanovic.wikispaces.com/, 27.05.2013

19. http://www.hunor.hr/, 01.06.2013

POPIS SLIKA

Slika 1. Prvi NC stroj ...................................................................................................... 2

Slika 2. Obradni centar ................................................................................................... 3

47

Slika 3. Fleksibilni obradni centar .................................................................................. 3

Slika 4. Usporedba klasičnog i CNC alatnog stroja ....................................................... 4

Slika 5. Pravilo desne ruke ........................................................................................... 11

Slika 6. Nul točke CNC stroja ...................................................................................... 11

Slika 7. CNC stroj s nepokretnim mostom ................................................................... 12

Slika 8. CNC stroj s pokretnim mostom ....................................................................... 13

Slika 9. Linearne vodilice s linearnim ležajevima ........................................................ 13

Slika 10. Profilirane vodilice s linearnim kolicima ...................................................... 14

Slika 11.Linearne okrugle vodilice s radijalnim ležajevima ........................................ 14

Slika 12. Linearne okrugle vodilice s brončanim kliznim ležajevima .......................... 14

Slika 13. Trapezno navojno vreteno ............................................................................. 15

Slika 14. Kuglično vreteno ........................................................................................... 15

Slika 15. Zupčasti prijenos ........................................................................................... 15

Slika 16. DC servo motor ............................................................................................. 16

Slika 17. AC servo motor ............................................................................................. 16

Slika 18. Rotacijski koračni motor ............................................................................... 17

Slika 19. Linearni motor ............................................................................................... 17

Slika 20. Različite konstrukcije namotaja koračnih motora ......................................... 20

Slika 21. Shematski prikaz upravljanja bipolarnim koračnim motorom ...................... 21

Slika 22. ArduinoUNO mikrokontroler ........................................................................ 23

Slika 23. Sučelje Xloader-a .......................................................................................... 25

Slika 24. Raspored pinova ArduinoUNO - GRBL kontrolera ...................................... 25

Slika 25. Raspored pinova IC-a L298N ........................................................................ 26

Slika 26. Modularni motor-driver s L298N .................................................................. 27

Slika 27. Raspored pinova IC-a L297 ........................................................................... 28

48

Slika 28. Kontrolno-upravljački sklop .......................................................................... 28

Slika 29. Krajnje sklopke 'Z' osi ................................................................................... 29

Slika 30. Panik tipka ..................................................................................................... 29

Slika 31. Napajanje ....................................................................................................... 30

Slika 32. Početni prozor Universal GcodeSender-a ..................................................... 31

Slika 33. Početni prozor ACEconverter-a .................................................................... 34

Slika 34. Sučelje DraftSight-a s crtežom na radnoj površini ....................................... 35

Slika 35. ACEconverter – podešavanje inicijalnih osobina slojeva ............................. 36

Slika 36. ACEconverter – isključenje sloja .................................................................. 37

Slika 37. ACEconverter - podešavanje osobina aktivnog sloja .................................... 38

Slika 38. ACEconverter_osobine prioriteta .................................................................. 39

Slika 39. ACEconverter_izbor opcija konverzije ......................................................... 39

Slika 40. CNC stroj spreman za rad .............................................................................. 40

Slika 41. Universal GcodeSender_pokretanje upravljačkog G-kod programa ............ 41

Slika 42. Osi CNC stroja u nultoj točki nakon izvršenja programa .............................. 42

POPIS PRILOGA

Prilog 1_3D prikaz CNC stroja

Prilog 2_Dispozicija elemenata X i Y osi CNC stroja

Prilog 3_Dispozicija elemenata Z osi CNC stroja

Prilozi 4-9_Radionički nacrti mehaničkih dijelova CNC stroja

Prilog 10_Elektronička shema kontrolno upravljačkog sklopa