Finger´s elektrische Welt

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Das Forum für den durchgeknallten Bastler

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Maschinen und Apparate

Die Drehbank

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Achtung: Güde liefert die Maschine HG400 nicht mehr aus. Aber der Lagerbestand wurde von einem deutschen Versandhandel aufgekauft und wird unter dem Label Dema weiter verkauft. Stand: 17.6.2015.

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Für alle Besitzer dieser Maschine und alle metallisch interessierten steht jetzt eine ausführliche FAQ zur verfügung.
Zusätzlich gibt es für alle kaufwilligen noch eine Rezension zu dieser Maschine.
Und falls ihr weitere Einblicke braucht, gibt es noch die Original-Anleitung.
Sucht ihr ausführliche Informationen für Einsteiger? Dann besucht http://drehbank.co/

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Weil meine bei EBAY gekaufte Drehbank zu wenig Komfort bot und man für jeden Drehzahlwechsel Riemen wechseln musste, beschloß ich also, das Ding komplett umzubauen.

Mit einem Frequenzumrichter und Drehstrommaschine ausgestattet, entfällt schon mal der ständige Riemenwechsel.

Aber wie schnell dreht sich die Spindel ? Welcher Vorschub ist eingestellt ? Wie hoch ist die Schnittgeschwindigkeit ? Also mal wieder einen Controller in das Ding genagelt...

Über Hallsensoren und in die Riemenscheiben eingeklebte Magneten wird die Geschwindigkeit detektiert :

An der Vorschubspindel wird ein abgerauchter Servomotor befestigt und dessen Winkelgeber zur Drehzahldetektion eingesetzt. Das Gequietsche der schrottigen Lager des Motors wird mit viel ekeligem Fett bekämpft :

Dieser enthält gleichzeitig etwas Signalaufbereitung, die mit Heisskleber befestigt wird :

Ein teilbares Zahnrad auf der Welle ermöglicht die Montage ohne die Vorschubmechanik zerlegen zu müssen :

In den Riemenkasten wird hinter einer Blechabschirmung die Elektronik eingebaut :

Die Bedienung erfolgt über einen Druck/Drehgeber und ein 4-zeiliges LC-Display auf der Vorderseite :

Dort kann der Werkstückdurchmesser und die Betriebsart Drehen/Fräsen eingestellt und alle Parameter wie Spindeldrehzahl, Schnittgeschwindigkeit und Vorschub abgelesen werden. Den Schaltplan gibt es hier, die Software liegt hier. Programmiert ist das Ding mit einer Demoversion vom IAR-Compiler, den gibt es hier. Ach ja, das Layout ist wie immer mit einer Demoversion von Protel gemacht, die gibt es hier.

Das ganze Design ist EMV-mäßig eine absolute Katastrophe, aber nichts, was man nicht mit 1Kg Ferriten hinbekommen könnte ;-)

Der Umrichter ist der Einfachheit halber auf eine Aluplatte geschraubt und direkt an die Wand gehängt :

Nebenbei habe ich auch die obere Mutter durch eine Flügelmutter mit eingelötetem Gewindeeinsatz ausgetauscht

und die Tür zum Getriebe und zum Riemenkasten mit einem Magnetschnäpper ausgerüstet, damit ich schneller drankomme :

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Da es bei Aldi und Co in letzter Zeit häufig sehr preiswerte Messschieber mit Schnittstelle gab, wollte ich so ein Teil auch an die HQ400 häkeln :

Interessant wird es bei der Schnittstelle. Für Einsteiger gibt es hier Informationen zu den verschiedenen Schnittstellen dieser Teile und hier weiterführende Informationen.

Das Datenformat ist alles andere als wirklich gebräuchlich. Synchron übertragen werden 2 * 24 Bit in Burstpaketen von ca. 800 us Länge und das ca. 3 mal pro Sekunde (Kanal 1 Data, Kanal 2 Clock) :

Jedes Datenpaket sieht so aus :

Interessanterweise ist der Ausschalter an den Dingern ein Fake. Lediglich das Display geht aus, die Daten werden weiter gesendet. Und die Metallteile der Schieblehre liegen auf + der Batterie, - hingegen liegt auf GND.

Das erste Burstpaket enthält eine absolute Position, deren Ursprung ich ums verrecken nicht herausgefunden habe. Ziemlich sinnlos also. Das zweite Burstpaket enthält die relative Position. Diese wird auch auf dem Display angezeigt (Hier z.B. 10.15mm). Das Ausgabeformat ist eine Zahl im Format 1/20480 Inch (So ziemlich das dämlichste Maß, was ich je gesehen habe !).
Es wird übertragen mit LSB zuerst im Einer-Komplement (Data valid bei Clock High). Multipliziert man diese Zahl mit 127/1024, bekommt man ziemlich genau Hunderstel-Millimeter heraus.

Soviel zur Theorie. In Praxis habe ich mal eine Schaltung entworfen, die das ganze auf einem Display anzeigen und ein paar Berechnungen anstellen soll.

Ein kleiner Teil (Impulsaufbereitung und Spannungsstabilisierung) ist aus EMV-Gründen in unmittelbarer Nähe zur Schieblehre angeordnet und versorgt diese auch gleich. Das Kabel zum Rest der Schaltung muss unbedingt geschirmt und einseitig auf GND gezogen werden) :

Die Anschlüsse sind direkt an das Gehäuse geklebt :

Das kleine Kästchen war mal eine SMD-Transportverpackung und wird mit Epoxidharz vergossen. Dieses habe ich mit etwas Toner aus einem alten Kopierer gemischt, damit es diese wunderbare schwarze Farbe erhält :

Der Rest der Schaltung ist (wie bei mir in den letzten Jahren üblich) lose auf Lochraster gefädelt :

Die Taster sind Piezotaster, die Impulse von 20ms liefern. Da das Timing der Schnittstelle hier kritisch ist, sind hinter den Tastern Flipflops angebaut, die deren Impulse verlängern. Das Display hat 4*20 Zeichen (die gibt es mittlerweile sehr preiswert bei Reichelt, ebenso das Gehäuse). Bei der Taktfrequenz des Controllers sollte man nicht unter 5 Mhz internen Takt kommen, sonst wird Assembler notwendig, um das kritische Timing noch hinzubekommen.

Programmiert ist das Teil mit der Demoversion von PICC18 von Hi-Tech, den Brenner findet ihr hier.

Die Software für das Teil hat folgende Funktionen :

- Anzeige einer relativen Position -
- Anzeige eines relativen Durchmessers -
- Nullsetzen der aktuellen Position -
- Eingabe eines Werkstückdurchmessers -
- Anzeige eines Absoluten Durchmessers (nach Eingabe) -

Das Display wird huckepack montiert :

Die Taster übernehmen bei der Durchmesser-Eingabe "Softkey"-Funktionen :

Den Quellcode und das Hex-File findet ihr hier. Weiterführende Informationen liegen hier.

Jetzt fehlt natürlich noch der mechanische Teil. Der Messschieber soll die Position des Planvorschubs anzeigen. Dazu habe ich als erstes die Nasen abgetrennt und 3 Löcher hineingebohrt :

Der Dremel-Fake von Aldi mit einer kleinen Schleifscheibe hat hier gute Dienste geleistet. Die Löcher waren mit einem billigen Vidiabohrer (ebenfalls von Aldi) bei guter Kühlung ohne Vorbohren bei niedriger Drehzahl ebenfalls kein Problem.
Die Montage am Support sollte eigentlich seitlich erfolgen, aber an der vorgesehenen Stelle links am Quertisch war nicht genug Platz. Deshalb habe ich den Tisch mit einer stabilen Konstruktion nach hinten verlängert :

Als ich die Schieblehre dann eingebaut hatte ist sie verreckt ! VERDAMMTE SCHEISSE ! Tot.

Die Elektronik aus einem nur leicht anders aussehenden ALDI-Messschieber auf die Mechanik zu transplantieren hat überhaupt nicht funktioniert. Scheinbar hatte der ein leicht anderes Messprinzip.

MANN kam ich mir mal wieder verarscht vor. Erstmal bei Ebay einen zumindest gleich aussehenden Messschieber geordert. Derweil hatte ich Zeit, die Mechanik zu komplettieren. Der Schieber aus Aluprofilen hatte allerdings den Nachteil sich durchzubiegen und damit Messfehler zu verursachen :

Interessanterweise hat das Teil aus Baustahl ähnliche Probleme. Schätze, ich muß das Vorhaben, oben auf den Anbau eine durchgehende Blechplatte zu schrauben erstmal aufgeben.

Der nächste Messchieber war dann identisch konstruiert und ich konnte dessen Elektronik auf meine Mechanik flanschen. Der Antrieb erfolgt jetzt direkt. Der Schlitz in der Abdeckplatte wird dann mit einer Bürste soweit möglich verdeckt :

Das Kästchen ist jetzt an der Wand festgedübelt und ich werde demnächst mal den ersten Praxistest machen.

Inzwischen kann man den Kram angeblich auch fertig bei ELV kaufen. Geprüft habe ich das nicht.

Nachtrag: Das Design stammt aus dem Jahre 2002, ist mittlerweise knappe 10 Jahre alt und war stets zickig bis unbrauchbar. Warum und was ich dagegen getan habe findet ihr weiter unten im Text. Finger Januar 2012.

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Die Drehbank stammt übrigens von der Firma Güde und hat die Bezeichnung HQ400B. Wenn ihr auch eine solche Maschine besitzt, meldet euch bitte bei mir.

Ganz nebenbei, das hier findet sich in der Bedienungsanleitung :

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Hier folgen jetzt noch einige Umbauten anderer HQ400-Besitzer. Dieser Frequenzumrichter wurde direkt mit der Maschine verschraubt

und mit einem eigenen Bedienpanel versehen :

Die ganze Maschine ruht in einer Stahlwanne, um die fehlende Span/Kühlmittelwanne zu ersetzen :

Zu Weihnachten habe ich mir einen Anbaumessschieber gegönnt. Der sollte natürlich auch eine schöne Anzeige bekommen (siehe weiter oben, das hier ist ein 10 Jahre altes Foto).

Da ich die originalen Designdaten aus dem Jahre 2002 nicht wiedergefunden habe, habe ich auf der Basis des oben erwähnten ELV-Entwurfs, welcher schon lange wieder aus dem Programm genommen wurde, eine neue Schaltung entworfen, welche auf dem PIC-Modul beruhen sollte.

Als ich da so vor mich hin frickelte dachte ich mir : "Finger, was tust du da eigentlich?". Das Ding ist doch schon fertig, da müssen nur neue Komperatoren dran und eine neue Software rein. OK, die Taster sind auch scheisse, die RS232 funktioniert nicht richtig und die Versorgung ist unterdimensioniert. Aber ansonsten doch schon ein TOP-Entwurf. Also ein wenig im alten Schaltplan herumgemalt und eine neue Software geschrieben.

Der Messschieber bekommt eine weniger anfällige Position wie damals:

Ein Blechdeckel schützt das Ding vor herabfallenden Spänen:

An die Knöpfe kommt man zwar nicht mehr, aber die Software ist auch nicht mehr darauf angewiesen. Aus EMV-Gründen bleibt die Batterie drin. Diese muß man also gelegentlich wechseln.

Der Kasten hängt inzwischen dann auch an einer anderen Position und die hakeligen Piezotaster von damals sind einem Druck-Drehgeber gewichen, welcher Nullstellung und die Eingabe von Werkstückabmessungen ermöglicht.

Hier nochmal ein Bild von einer weiteren Maschine, allerdings ohne externe Auswertung:

Zum Ablesen muß man sich also etwas bücken....

Neues von Roland:

Anbei ein paar Bilder zur drahtlosen Positionsanzeige für meine Fräse. Die Übertragung mache ich mit RFM70 Funkmodulen. Die Sendeelektronik hat eingangsseitig einen LM339 um die 1,5V Pegel des Messystems auf 3V zu bringen. Eingelesen wir die Positionsinfo von einem ATTiny44. Dieser schickt die Rohdaten über SPI an das RFM70. In der Anzeigeelektronik ist nur ein Empfangsmodul. Herausforderung ist hier dieses so zwischen den Kanälen umzuschalten, dass alle Achsen mit möglichst wenig Latenz empfangen werden können. Hier wäre auch noch Verbesserungspotential. Problematisch ist auch der Stromverbrauch der einzelnen Sender. Momentan

Zur Fernanzeige:
Für den Sender gibt es Schaltpläne, da ich hier eine Platine habe fertigen lassen. Leider ist das Layout nicht fehlerfrei, man muss ca. an 5 Stellen Leiterbahnen durchtrennen und etwa 5 brücken legen. Hierbei ist ein Widerstand und 1 Verbindung verlorengegangen, die zwar im Schaltplan ist, mir aber bei der PLatzierung durch die Lappen gegangen ist.

Momentan plane ich von meiner Seite nicht, das Layout neu zu machen, da ich genügend Platinen habe, und auch schon etwa 4-5 gepatched habe. Bedarf bei mir ist ja 2x3 für Fräse und Drehe. Ggf, würde ich noch welche umbauen um drahtlose Drehzahlsensoren anzubringen. Ach ja, das bestehende Layout behndelt nur einen Typpolarität von Messystemen, ich habe da wo nötig über Patches (Vertauchen Referenzspannung und Eingang) die andere Variante hersgestellt. Bei neuem Layout sollte man versuchen, das als Bestückungsoptionen (mit 0Ohm Rs) vorzuhalten.

Natürlich habe ich Sourcen vom Sender und vom Empfänger, diese bauen aber auf dem RFM70 Democode von Hope RF auf. Ich habe nicht geprüft wie hier die Rechtlichen Bedingungen sind, was veröffentlichung oder gar kommerzielle Nutzung betrifft. Könnte mir aber Vorstellen, dass es hier keine Hindernisse gibt, da Hope ja seine Hardware verkaufen will. Wäre aber noch zu prüfen.

Den Empfänger habe ich ohne Schaltplan aufgebaut, die Portbelegung ist aber zum Teil im Code dokumentiert. Ich habe a ber schon angefangen in Target Schaltplan zu zeichnen. Ich habe bemerkt, dass man eigentlich 2 Stück benötigt: Einen in der Werkstatt und einen 2. zur SW Weiterentwicklung. Da ich keine Zeit und Lust für eine Löt- und Verdrahtungsorgie habe, ist die Idee hier auch ein Layout zu machen. Kann aber noch dauern.

Zum Sender: Die Momentane SW braucht etwa 4mA im Durchschnitt (DVM). Wenn man die USI Routinen als Inlinefunctions macht und die optimierung von -O0 auf -O2 umstellt, dann kann man den Takt von 8 MHz auf 2 MHz absenken. Mal sehen, ob das auch ohne Inlinig geht, hab ich noch nicht probiert. Bei 2Mhz Takt braucht der Sender nur noch ca. 2 mA im Schnitt. Ich werde mal mit den Sleep Modes probieren, wie weit das noch runter zu kriegen ist. Bei einem neuen Sender würde ich whl noch einen FET vorsehen, um die Engangsstufe abschalten zu können. Da sollte dann insgesamt noch ca. ein Faktor 10 weniger Strom möglich sein.

Noch ein Kommentar zur SW: Ist alles ein ziemlicher Hack, insbesondere die Strukturierung der SW zur RFM70 Ansteuerung ist stark verbesserungswürdig. Vielleicht gibt es auch schlauere aber vermutlich auch kompliziertere Lösungen für das Problem mehrere Sender (auf verschiedenen Frequenzen), aber nur einen Empfänger zu haben, und dabei akzeptable Latenzzeiten zu erreichen. Hängt auch von den Messystemen ab.

Wie gesagt, die SW tut soweit, ich kann aber auf die Strukturierung nicht besonders stolz sein, aber wie gesagt es herrscht chronischer Zeitmangel.

Ich habe mal den Code vom Sender und Receiver beigelegt. Beim Sender muss der Kanal je Messystem angepasst werden. Empfänger muss eine Tabelle mit den Eigenschaften der Messysteme konfiguriert werden. Bei Fragen unterstütze ich natürlich (hoffentlich zeitnah). Der Democode zum RFM 70 habe ich auch beigelegt. Schade das isch so schnell keine Zeit habe das auf ordentlichen STand zu bringen. ABsicherung das es noch geht müsste dann auch sein, ebenso wie bei neuem Layout, oder wenn Layout des Empfängers fertig ist.

Ach ja, noch ne Anmerkung zum Empfänger:

Das LCD Display ist eigentlich zu klein und zu schlecht aus der Ferne lesbar. EIgentlich braucht man da ein großes (ca. 10-20mm Ziffernhöhe) LED Display. Ich denke das würde aber bei 3 Achsen, 6 Digits Position + 2 Digits Batteriespannung erheblich Strom brauchen. Bei 10 mA pro Segment (keine AHnung ob das üblich ist) wären es ja 3*8*8*10MA=1920 mA ! Beim LCD ist der Hauptverbraucher mit ca. 100 mA die Beleuchtung.

Hier noch ein paar Daten dazu:

MessTransV2_24012014.zip
RemoteDisplay_24012014.zip
D810149S.ZIP
FernanzeigeV2.zip

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