Tarea 03 Proyecto máquina escritora FMD 2019 - Fernanda Talamilla, Martina García, Francisca Álvarez, Javiera Aranda, Alondra Zamorano

De Casiopea
Máquina Dibujo


TítuloMáquina Dibujo
Tipo de ProyectoProyecto de Curso
Palabras Claveproyectomaquina
Período2019-2019
AsignaturaFabricación con Medios Digitales
Del CursoFabricación con Medios Digitales 2019
CarrerasDiseño, Diseño Gráfico"Diseño Gráfico" is not in the list (Arquitectura, Diseño, Magíster, Otra) of allowed values for the "Carreras Relacionadas" property., Diseño Industrial"Diseño Industrial" is not in the list (Arquitectura, Diseño, Magíster, Otra) of allowed values for the "Carreras Relacionadas" property.
Alumno(s)Martina García, Fernanda Talamilla P, Javiera Aranda Reinoso, Francisca Alvarez Escobar, Alondra Zamorano
ProfesorLeonardo Aravena

PROYECTO MÁQUINA CNC DE DIBUJO

Investigación previa a la forma

¿Qué es una máquina CNC?

En pocas palabras, el Control Numérico Computarizado es el uso de una computadora para controlar y monitorear los movimientos de una máquina herramienta. Entre esas máquinas herramienta, tanto estáticas como portátiles, podemos mencionar: fresadora, torno, máquina de corte por láser,prensa, brazo robotizado, etc. Todas las máquinas CNC comparten una característica en común: tienen dos o más direcciones programables de movimiento llamadas ejes.Dichos ejes son un requisito para generar los movimientos necesarios para el proceso de fabricación. Si seguimos con el ejemplo de un taladro industrial, los ejes ubicarían la herramienta sobre el orificio a mecanizar (en dos ejes/coordenadas) y efectuarían la operación (con el tercer eje). Los nombres más comunes de los ejes lineales son X, Y y Z. Una máquina CNC no sería útil si solo contara con un control de movimiento. Casi todas las máquinas son programables de varias otras maneras. El tipo específico de máquina está directamente relacionado con sus accesorios programables apropiados, por lo que puede programarse cualquier función requerida en una máquina CNC. En nuestro caso, como realizaremos una maquina de dibujo, necesitamos una programación única para cada eje (x, y, z). Cabe mencionar, que para programar todo el funcionamiento de nuestro proyecto, utilizaremos un arduino uno.

¿Qué es un Arduino UNO?

Arduino es una plataforma de desarrollo basada en una placa electrónica de hardware libre que incorpora un microcontrolador re-programable y una serie de pines hembra, los que permiten establecer conexiones entre el microcontrolador y los diferentes sensores y actuadores de una manera muy sencilla. Nosotros ocuparamos arduino tanto para controlar los 2 motores de corriente continua de los ejes x e y, y para controlar el eje z a través de un servomotor. Además, como la idea es que la maquina funcione a través de sensores, ocuparemos un joystick para controlar los 3 ejes.

¿Qué es un motor de corriente continua?

El motor de corriente continua es una máquina que convierte energía eléctrica en mecánica, provocando un movimiento rotatorio, gracias a la acción de un campo magnético. Algunas aplicaciones especiales de estos motores son los motores lineales, cuando ejercen tracción sobre un riel, como lo es en nuestro caso.

¿Qué es un servomotor?

Servomotores disponibles en el MadLab
Servo SG90

Un servomotor es un motor que genera un movimiento de rotación de manera controlada, ya que posee una tarjeta de control que indica el ángulo y velocidad del movimiento que se desea, previamente configurado en Arduino. Dentro de los servomotores existen diferentes tipos, nosotros ocuparemos el servomotor de modelismo, el cual se utiliza para armar prototipos de robótica, juguetes, cualquier aparato que no requiera de una considerable energía, como la que aportan los servomotores industriales, además que son más económicos y fáciles de conseguir, como por ejemplo: El Servo SG90 es capaz de mover un objeto de máximo 1.5 kilogramos (Kg) a una distancia radial de 1 centímetro (cm) y a medida de que hay mayor distancia respecto al eje, menor debe ser la masa, por lo tanto se produce la siguiente relación, referida al torque (capacidad de fuerza):

m1xd1=m2xd2

Por otro lado, hay que tomar en cuenta la cantidad de voltaje para que el aparato funcione de manera óptima, en este caso es entre 4.8 - 6 volteos.
Dentro de los servomotores de modelismo se encuentran los de giro limitado, o sea solo pueden moverse en 180° y los de giro continuo, que quiere decir que da la vuelta en 360° continuamente, ambos casos permiten el control del grado y velocidad del movimiento.
Nosotros utilizaremos precisamente un servomotor SG90 de giro continuo.

¿Qué es una palanca de mando?

Una palanca de mando o joystick​ es un periférico de entrada que consiste en una palanca que gira sobre una base e informa su ángulo o dirección al dispositivo que está controlando. El joystick analógico es el más tradicional. En forma de manche, este dispositivo posee una palanca para posicionamiento continuo. Es movido libremente al lo largo de dos ejes, un vertical y un horizontal, y es apoyado sobre una mesa a través de ventosas, que ayudan en su fijación. Ya el Joystick digital, también conocido como joypad, no posee palanca, pero sí una pequeña cruz con la cual pueden ser definidas las posiciones direccionales (arriba, abajo, izquierda, derecha). Para nuestro proyecto, utilizaremos la palanca de mando analógica puesto que es la indicada para programar. Esta, será utilizada para mover los 3 ejes, permitiendo generan movimientos de izquierda a derecha y viceversa en el eje x e y y movimiento de arriba hacia abajo y viceversa en el eje z.

¿Qué es un driver shield?

Un shield motor drives L293D, tal como lo dice su nombre es un facilitador para el control de motores con Arduino. Esta diseñado como un placa y se pueden conectar motores del tipo Servo, Stepper y DC, aumentando la potencia y precisión del controlador.

¿Qué es un protoboard?

Una protoboard o placa de pruebas, es un instrumento en la que se pueden insertar elementos electrónicos y cables con los que se arman circuitos sin la necesidad de soldar ninguno de los componentes. Las protoboards tienen orificios conectados entre si por medio de pequeñas laminas metálicas. Usualmente, estas placas siguen un arreglo en el que los orificios de una misma fila están conectados entre si y los orificios en filas diferentes no. Estas, permiten probar el diseño de un circuito sin la necesidad de soldar o desoldar componentes. Las conexiones en una Protoboard se hacen con solo insertar los componentes lo que permite armar y modificar circuitos con mayor velocidad. Normalmente estas placas son usadas para realizar pruebas experimentales. Si la prueba resulta satisfactoria el circuito se construye de una forma más permanente para evitar el riesgo de que algún componente pueda desconectarse. En caso de que la prueba no sea satisfactoria, puede modificarse el circuito fácilmente.

¿Qué es un puente H?

Un Puente en H es un circuito electrónico que generalmente se usa para permitir a un motor de corriente continua girar en ambos sentidos, avance y retroceso. Entonces, juntando el puente H con cada motor y con el joystick, podremos mover los ejes x e y de izquierda a derecha y al revés.

Propuesta

Desde la idea de reutilizar y reciclar piezas para la realización del proyecto, investigando y buscando a través de diferentes medios, nos encontramos con una máquina de dibujo hecha a partir de piezas de un antiguo dvd, que nos permitió obtener los carriles de los ejes x e y y los motores para ambos ejes. Piezas que, como explicamos anteriormente, son básicamente las principales para que funcione la máquina CNC. Reutilizamos además, un Arduino UNO que nos facilitaron en el MadLab, y también el terciado 18 mm para la estructura y el acrílico para posicionar la hoja de papel. Por otro lado, tuvimos que comprar jumpers, la palanca de mando, tornillos, un driver shield, un protoboard y un puente H.


Primer prototipo máquina

Fotomaquinafcmd1.jpeg Fotomaquinafcmd2.jpeg Fotomaquinafcmd3.jpeg

Proceso constructivo

Desarmado y armado estructural

Primeramente, desarmamos 2 dvd's para conseguir los carriles, ejes y motores, que venían todos en una misma pieza. Luego, hicimos las piezas de madera; la base y los soportes superiores en AutoCAD para luego cortarlas en la fresora. Cortamos además una base en acrílico para apoyar el papel. Para el soporte del lápiz, nuestra intención inicialmente era reutilizar algún tubo plástico ya sea de la carcasa de un plumón o parte de una manguera, sin embargo, al necesitar que el lápiz quedara casi justo dentro del tubo, tuvimos que hacerlo en Inventor para luego imprimirlo en 3D. Una vez que tuvimos todas las piezas listas para armar, comenzamos juntando los soportes superiores con la base a través de las cavidades. Luego, insertamos las piezas el carril del eje y en los orificios de la base y el del carril X en los soportes superiores. Finalmente pegamos el acrílico al eje Y y el soporte del lápiz al eje X.

Cableado y programación

El siguiente paso fue establecer las conexiones entre el joystick, los motores de los ejes, el arduino y el puente H. Cabe destacar que para esto nos ayudamos de un protoboard ya que varios cables iban conectados a más de un puerto. Luego programamos e hicimos varias pruebas pues inicialmente no funcionaba ya que se había quemado el arduino que estabamos utilizando. Una vez que los cambiamos

Materiales

  • 2 motores DVD (eje x, eje y)
  • 1 circuito Arduino uno
  • 1 motor driver SHIELD L293D
  • 1 mini servo botón Pen
  • strip cable
  • USB cable 1-1.5 m
  • power supply 4-24 v
  • 1 tubo transparente
  • Elástico
  • 1 trozo de madera, 2mm de 15x23 cm
  • 2 trozos de madera 2mm de 20x7.5 cm
  • 1 trozo de madera 2mm de 7x4 cm
  • 2 trozos de madera 1 mm de 2.5x3.5 y de 2.5x5 cm
  • 8 imanes pequeños
  • 1 trozo de acrílico
  • 8 pernos, 8 argollas y 8 tuercas.
  • 6 tornillos #6-20x1 1/4"
  • 4 tornillos 5x5/8"

Bibliografía