App für CNC-Steuerung / App for CNC control

Nutzung
Aus eigener Erfahrung kann ich behaupten, dass die Steuerung der CNC-Fräsmaschine per App mittels Smartphone mir viel unkomplizierter und angenehmer erscheint, als von dem PC: man lädt die Zeichnung, schließt den OTG-Adapter an, startet die App - und das war’s mit Vorbereitung.

Anwendungsbereich
Die unten beschriebene CNC-Man-Auto-Applikation für die Android-Geräte dient zur 2,5D-Steuerung der CNC-Fräsmaschine mit unipolaren Schrittmotoren. Und wie der App-Name schon verrät, darf man damit die Position des Fräskopfes entweder per manuelle Eingaben oder automatisch, entsprechend der Zeichnungsdatei bestimmen.

Hardware und Software, App-Funktionsprinzip
Von Hardware-Seite betrachtend, beinhaltet die elektronische Steuerung außer Smartphone/Tablett auch das Arduino-Board UNO R3 und drei Verstärker für Motoren.

Die koordinierte Bewegung des Fräskopfes gewährleistet die Software, welche in zwei Segmente gegliedert ist: die Android-App und der Arduino-Sketch. Es werden die Botschaften von App per serielle Schnittstelle an das Arduino-Board versendet. Sie enthalten entweder die X/Y-Zielkoordinaten der Fräser und seine erforderte Z-Position, oder die Zahl von Pulsen an Schrittmotoren und ihre Drehrichtung (welchen Inhalt die Botschaften haben, hängt von ausgewählter Steuerungsart ab – automatischen oder manuellen). Der Arduino-Sketch wandelt am Ende die erhaltenen Daten in Pulsen um und richtet sie an Schrittmotore.

CNC-Steuerung in Details
Nach dem App-Start entscheidet der App-Nutzer zuerst, auf welche Weise die Positionierung vom Fräskopf realisiert werden soll.

Falls die Entscheidung auf die manuelle Steuerung fällt, bekommt man die Möglichkeit, die Fräse in Bezug auf das Koordinatensystem der CNC-Maschine zu positionieren (man orientiert sich in dem Fall an das Werkstück, aber nicht auf die maschinenbezogenen Koordinatenwerte). Zuerst soll die Zahl der Pulse oder die Größe der Verschiebung in Millimeter angegeben und danach die Taste mit dem gewünschten Bewegungsrichtungspfeil angeklickt werden. Als Folge wird die entsprechende Botschaft an das Arduino-Board gesendet und der Fräskopf versetzt. Ob bei dieser Bewegung auch gefräst wird, hängt von der Lage des Fräskopfes auf der Z-Achse ab: in seiner höchsten oberen Position wird die Fräse nicht gedreht; in niedrigeren Lagen schaltet sich der Fräsantrieb ein. Deswegen soll vor der X/Y-Bewegung gezielt die Änderung der Z-Position des Fräskopfes vorgenommen werden.

In der Praxis nutze ich die manuelle Steuerung zum Fräsen nur gelegentlich. Viel öfter kommt sie zum Einsatz für die erste Positionierung des Fräskopfes vor dem Start der automatischen Steuerung.

Bei Auswahl von dieser zweiter Art des Fräsens wird dem App-Nutzer anfangs die ganze Information über die bevorstehende Arbeit verschafft: es werden das Fräskontur dargestellt, die Datensätze mit Positionskoordinaten und die Liste von Botschaften gezeigt, die maximalen und minimalen X/Y-Werte ausgerechnet und ausgegeben. Die Ansicht und Analyse von erwähnten Daten soll dem Nutzer ermöglichen, sie das letzte Mal unmittelbar vor der Anwendung zu kontrollieren, um Ausschuss zu vermeiden.

Nach dem Start der automatischen CNC-Steuerung wird die Bewegung des Fräskopfes entlang dem Fräskontur und auch seine Positionsänderung ohne zu fräsen auf dem Display verfolgt und in unterschiedlichen Farben wiedergegeben.

Bemerkungen am Rande
Ich glaube kaum, dass jemand außer mir diese App brauchen würde. Es gibt nicht viele Menschen, denen auch die zu der App passende CNC-Maschine als mechanische Konstruktion zur Verfügung steht. Ich hatte aber Glück: bei einer Leiterplattenproduktionsfirma in Wien, wo ich vor vielen Jahren beschäftigt war, wurde mir der Koordinatentisch einer CNC-Bohrmaschine einfach geschenkt. Und jetzt habe ich mit der App (und nicht wie vorher mit PC und Turbo-Pascal-Programm) die Nutzung meiner CNC-Maschine wirklich optimiert. Mit der Hoffnung auf Fertigung von produktionsreifen Prototypen der von mir ausgedachten Erfindungen.