CC BY
35
обладают поликристаллической структурой. Морфология поверхности пленок при различных температурах является гладкой, а размер зерна в пленке незначительно увеличивается с ростом температуры от 50 нм до 70 нм.
Получение нанокристаллических пленок диоксида олова из тетрахлорида пентагидрата олова (БпС14-5ШО) [7]. В качестве растворителя тет-рахлорида пентагидрата олова в основном используется этиловый спирт и дистиллированная вода, в некоторых случаях добавляется небольшое количество соляной кислоты с целью увеличения растворимости хлорида олова. Распыление раствора осуществляется сжатым воздухом или нейтральным газом (аргон, азот), но в этом случае необходимо использовать кислород в качестве газа окислителя. Процесс реакции пиролиза можно записать в виде:
БпС14 + 2ШО ^ Бп02 + 4НС1 (д)
Процесс образования пленок БпО2 лежит в диапазоне температур от 300 0С до 550 0С. Все пленки БпО2, сформированные при указанных температурах, являются поликристаллическими со средним размером кристаллитов ~8-15 нм. Использование в качестве окислителя воздух, а не чистого кислорода, позволяет получать пленки с более высокой кристалличностью. С ростом температуры процесса и продолжительности осаждения увеличиваются толщина пленки и средний размер зерна. Это в свою очередь приводят к увеличению шероховатости поверхности.
Получение нанокристаллических пленок диоксида олова из тетра-н-бутил олова (ТЫВТ) [8, 9]. В
качестве растворителей этого прекурсора можно использовать спирт или воду. Разложение TNBT при низкой концентрации кислорода приводит к образованию пленок черного цвета, из-за неполного разложения прекурсоров. Для полного разложения прекурсора необходимо примененять 80% концентрацию кислорода в газе-носителе. Средний размер частиц SnO2 снижается с 4 0 до 17 нм при увеличении температуры реакции от 300 до 700 С. Эта температурная зависимость размера частиц может быть объяснено уплотнением частиц в реакторе с увеличением температуры.
Выводы.
Температура поверхности подложки определяет степень совершенства формируемой пленки. Если температура слишком низкая, то в пленке образуются трещины. Кроме этого температура осаждения влияет на кристалличность, текстуру и другие физические свойства пленок. Прекурсор является другим важным спрей - параметром, который влияет на морфологию и свойства пленок. Кроме того, морфология пленки и свойства могут быть значительно изменены с помощью различных добавок в исходный раствор.
Анализ применяемых химических реагентов показал, что наиболее дешевым прекурсором для получения тонких пленок диоксида олова, является тетрахлорид пентагидрата олова. Пленки сформированные на его основе кристаллизуются при более низких температурах, чем из дихлорида дигидрата олова, а также не требуют дополнительного температурного отжига или применения кислорода в качестве газа - носителя при распылении.
ЛИТЕРАТУРА
1. Поляков Ю.А., Иванов А.Е., Кабанов Д.Г. Синтез и оптимизация газовых сенсоров раннего обнаружения малых концентраций водорода // Технологии техносферной безопасности, 2010, № 4 (32), С. 1-14.
2. Соловьев В. А., Кондрашин В.И.Мультисенсорный газоанализатор на основе диоксида олова // Методы создания, исследования микро-, наносистем и экономические аспекты микро-, наноэлектроники: сб. материалов III Всероссийской научно - технической конференции. - 2011. - С. 100 - 103.
3. Соловьев В.А. / Карпанин О.В., Метальников А.М. Автоматизированная система для получения и контроля свойств тонких пленок // Инновационные технологии в машиностроительном комплексе: сб. трудов I Международной научно-практической конференции. - Пенза: 2011. - С. 163 - 168.
4. Рембеза С.И., Свистова Т.В., Борсякова О.И., Рембеза Е.С. Влияние примеси палладия на газочувствительные свойства пленок диоксида олова // Сенсор, 2001, №2, с. 39-42.
5. Ganesh E Patil, D D Kajale, D N Chavan, N K Pawar, P T Ahire, S D Shinde, V B Gaikwad, G H Jain. Synthesis, characterization and gas sensing performance of SnO2 thin films prepared by spray pyrolysis // Bull. Mater. Sci., 2011, Vol. 34, No. 1, pp. 1-9.
6. E. Elangovan, M. P. Singha, M. S. Dharmaprakashb, K. Ramamurthi Some physical properties of spray deposited SnO2 thin films // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials Vol. 6, No. 1, March 2004, p. 197 - 203.
7. G. Korotcenkov, V. Brinzari, V. Golovanov Y. Blinov. Kinetics of gas response to reducing gases of SnO2 films, deposited by spray pyrolysis // Sensors and Actuators, 2004 B 98 p. 41-45.
8. Ki Young Kim, Seung Bin Park. Preparation of nanosize SnO2 particles in an aerosol reactor by pyrolysis of tetra-n-butyl tin // Journal of materials science № 34, 1999, p. 5783 - 5788.
9. S. Kaneko, S. Kawasaki, P. V. V. Jayaweera and G. R. A. Kumara. Preparation of Fluorine-doped Tin Oxide by a Spray Pyrolysis Deposition and Its Application to the Fabrication of Dye-sensitized Solar Cell Module // www.spdlab.com/ICCG8th.pdf
УДК 615.914
Шевченко А.В., Груненков Н.В., Акимов Д.М.
ФГБОУ ВО Московский политехнический университет, факультет Машиностроения, Москва, россия МОДЕРНИЗАЦИЯ ФРЕЗЕРНО-ГРАВИРОВАЛЬНОГО СТАНКА CNC2020B
В этой статье описывается процесс модернизации непрофессионального фрезерно-гравировального станка с числовым программным управлением на основе персонального компьютера. Главной задачей данного процесса модернизации является выявление недостатков в существующей системе, поиск путей устранения уязвимостей системы и проверка качества проделанной работы на реальной действующей системе. Результатом проделанной работы станет оборудование, пригодное для оптимизации процесса создания промышленного образца любых малогабаритных изделий: от печатных плат до элементов корпусов радиоэлектронных устройств, оснащённое новыми функциональными возможностями и выведенное на новый качественный уровень за счет увеличения скорости перемещения рабочего инструмента, увеличения мощности шпинделя и интеграции возможности управления скоростью вращения инструмента, а так же имеющее потенциал в области оптимизации рабочего процесса при пользовании этим оборудованием
Ключевые слова:
СТАНКИ С ЧПУ, LINUXCNC, СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ, МОДЕРНИЗАЦИЯ СТАНКОВ
Введение решается с помощью использования станков с чис-
При разработке устройств невозможно обойтись ловым программным управлением, которые в наши без изготовления прототипов: изготовление кор- дни получили широкое распространение практически пусов, печатных плат и других элементов вручную во всех сферах машиностроения: от производства отнимает много времени, а качество полученных сувенирной продукции до ракетостроения. Одним из изделий оставляет желать лучшего. Эта проблема самых бюджетных вариантов станка с ЧПУ является
cnc2 02 0b.
Таблица 1
Характеристики фрезерно-гравировального станка с ЧПУ CNC2020b
Рабочеее поле: 200х200х70 мм
Мощность шпинделя: 300 Вт
Регулировка скорости вращения шпинделя: Нет
Тип шаговых двигателей: Nema 17
Драйверы шаговых двигателей: TB6550
Линейные модули: Шпилька с резьбой M8x1.25
Максимальная скорость перемещения: 350 мм/мин.
Концевые выключатели: Нет
Программное обеспечение: Mach3
Интерфейс связи с ПК: LPT
Стандартный комплект станка имеет ряд серьезных недостатков:
Использование не специализированных операционных систем для управления станком, приводящее к сбоям в работе.
Маломощный шпиндель является двигателем постоянного тока, шумным в работе, требующим частого технического обслуживания и не имеющим регулировки скорости вращения.
Низкая скорость перемещения вдоль осей.
Отсутствие обратной связи по концевым выключателям.
Основная часть
Первым что требуется модернизировать — использовать специализированную операционную систему для управления станком. Наилучшим решением
на сегодняшний день является LinuxCNC - операционная система с открытым исходным кодом, в основе которой лежит ядро реального времени. В отличии от предлагаемой производителем станка связки ОС Windows + Match3, вероятность сбоя при использовании правильно настроенной LinuxCNC крайне мала, а открытый исходный код позволяет изменять систему по своим нуждам: перерабатывать (или полностью исключать) графический интерфейс, использовать любые доступные интерфейсы связи, либо создавать свои. Есть еще ряд операционных систем, функционал которых приближен к LinuxCNC, нет смысла уделять им внимание, потому что большинство из них с закрытым исходным кодом, либо их поддержка прекращена.
Петиция: Относительная Насто:
Рисунок 3 - Графический интефейс Axis LinuxCNC
Современные ЧПУ станки любительского класса, в большинстве своем, используют для связи с ПК USB интерфейс, либо LPT. Первый является последовательным интерфейсом, недостатком которого является относительно высокая вероятность потери сигналов, приводящая к сбоям в системе. Главным недостатком LPT порта является его устаревание, однако, этот недостаток устраняется за счет PCI-LPT контроллеров. Третий вариант интерфейса для ЧПУ - специализированные контроллеры MESA. Кон-
троллеры MESA превосходят LPT по множеству параметров, например, максимальная частота передачи сигналов управления, количество входов для подключения датчиков или количество выходов для управления устройствами. К недостаткам этик контроллеров относится их цена и излишний функционал для простых систем.
В стандартной комплектации CNC2020b имеет шаговые двигатели 17HD4 0 0 05-22B. Согласно расчетам, при использовании этих двигателей максимальная скорость перемещения вдоль осей не может
превышать 400 мм/мин, при этом малый крутящий момент приводит к пропуску шагов во время работы. Было принято решение об использовании двигателя с лучшими характеристиками. Наилучшим из
доступных вариантов, не требующих внесения изменений в конструкцию рамы станка, оказался двигатель 42^48-2504. Расчетная скорость перемещения с новым двигателем была не ниже 2500 мм/мин.
Рисунок 4 - 6I25 Superport FPGA based PCIE Anything I/O card
Таблица 2 Сравнение шаговых двигателей
42HS48-2504 17HD40005-22B
Угловой шаг 8 1 8 1
Ток А 2,5 1.3
R, Ом 1,2 1.6
L, мГн 8 1 3.2
Момент кг*см 5,5 0.36
Диаметр вала 5 5
скорости вращения было решено заменить шпиндель из двигателя постоянного тока на бесколлекторный двигатель с частотным преобразователем.
Из-за замены двигателей, использование контроллера шаговых двигателей из стандартного комплекта станка стало нецелесообразным, так как он не позволял достичь максимальной производительности, а также отсутствие технической документации не позволяло интегрировать в станок концевые датчики ограничения хода осей и датчики домашней позиции. Кроме того, интерфейсная плата и драйверы шаговых двигателей были выполнены на одной плате, что делало систему управления ма-лоремонтнопригодной.
Самой бюджетной альтернативой стали драйверы M542 фирмы Leadshine и интерфейсная плата опто-развязки LPT порта Mach3 interface board.
Использование новой интерфейсной платы позволило получить дополнительные каналы ввода и вывода сигналов с персонального компьютера. Эти каналы было решено использовать для следующих задач:
Ограничение линейного перемещения в пределах рабочей области станка для предотвращения поломки.
Автоматический поиск домашней позиции, позволяющий при каждом перезапуске системы точно определять начало абсолютной системы координат рабочей области станка.
Регулировка скорости вращения шпинделя, для соблюдения технологического процесса и режимов резания.
Первые две задачи были решены с помощью установки концевых выключателей. Для регулировки
ЛИТЕРАТУРА
1. http://wiki.linuxcnc.org/cgi-bin/wiki.pl - Дата доступа: 1.04.2018
2. http://linuxcnc.org - Дата доступа: 2.03.2018
3. http://topcnc.ru/StepperMotorCalculator.html#L=1.2,R=1.8,I=2.5,A=1.8,lng=0,U=4 8,W=4,D=1
4. Емельянов А.С., Петрунин В.В., Каражанов Б.Б., Куатов Е.Ж., Жихарев К.В. 3D-nPmTEP. «Надежность и качество» Т2. 2017г.
5. Баранова И.А., Иванкова М.В., Куличенко И.В. РАЗРАБОТКА МНОГОКАНАЛЬНОГО ВЫСОКОНАДЕЖНОГО ДРАЙВЕРА ШАГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. «Надежность и качество» Т2. 2016г.
Рисунок 5 - Бесколлекторный шпиндель мощностью 500Вт и частотный преобразователь
Заключение
В результате проделанной работы модернизированное оборудование было выведено на новый качественный уровень за счет увеличения скорости перемещения рабочего инструмента от 350 мм/мин до 1800мм/мин, увеличения мощности шпинделя до 500 Вт и интеграции возможности управления скоростью вращения инструмента, а также был заложен потенциал для последующей модернизации.
