Η παρούσα πτυχιακή εργασία πραγματεύεται την αναβάθμιση με ηλεκτρονικά μέσα μιας μηχανουργικής εργαλειομηχανής και συγκεκριμένα ενός τόρνου. Ο στόχος είναι να “μεταφράσει” και να προσομοιώσει την μηχανική μετάδοση κίνησης που επιτυγχάνεται με οδοντωτούς τροχούς (γρανάζια) με ηλεκτρονικά μέσα. Η αναβάθμιση θα στηριχθεί σε σύστημα που αποτελείται από αισθητήρες (Rotary Encoder), πλατφόρμες ανάπτυξης όπως ESP32 (Espressif Systems Platform) με αρχιτεκτονική 32bit, Raspberry PI, οθόνες LCD (Liquid Crystal Display) και βηματικό μοτέρ (Stepper Motor). Αφού γίνει ανάλυση και κατανόηση του τρόπου λειτουργίας, ανίχνευση των σημείων προς βελτίωση και πρακτικών εφαρμογών, θα παρουσιαστεί ο τρόπος προσέγγισης και εφαρμογής βελτιώσεων ενός μηχανουργικού τόρνου με ηλεκτρονικά μέσα. Πιο αναλυτικά, θα εξεταστεί η αντικατάσταση των ανταλλάξιμων γραναζιών, τα οποία ανάλογα τον συνδυασμό δίνουν διαφορετική σχέση μετάδοσης κάνοντας δυνατή την κοπή διαφορετικού βήματος σπειρωμάτων, με ηλεκτρονικά μέσα που θα δίνουν την δυνατότητα επιλογής διαφορετικών σπειρωμάτων εύκολα και γρήγορα μέσα από ένα μενού επιλογών που θα εμφανίζεται σε μια οθόνη υγρών κρυστάλλων η οποία θα επικοινωνεί με πρωτόκολλο I2C (Inter-Integrated Circuit) με τον μικροελεγκτή ESP32. Η περιήγηση στο μενού θα γίνεται με ένα περιστροφικό button που θα είναι συνδεδεμένο σε GPIO (General Purpose Input Output) στον μικροελεγκτή ESP32. Η αναβάθμιση αυτή θα μειώσει σημαντικά τον χρόνο που χρειάζεται για την αλλαγή συνδυασμού των ανταλλάξιμων γραναζιών και θα αυξήσει σημαντικά την παραγωγικότητα στην εκάστοτε κατεργασία υλικού. Η λειτουργία του συστήματος για το ηλεκτρονικό γρανάζωμα θα βασίζεται στην πλατφόρμα ανάπτυξης ESP32 η οποία θα διαβάζει σε ένα κανάλι PCNT (Pulse Counter) τους παλμούς που θα παράγονται από έναν Rotary Encoder καθώς περιστρέφεται το τσοκ του τόρνου. Στη συνέχεια, και σύμφωνα με την επιλογή σπειρώματος ή πρόωσης από τον χρήστη, ο μικροελεγκτής ESP32 εκτελώντας τους απαραίτητους υπολογισμούς θα στέλνει την απαραίτητη πληροφορία των steps που θα πρέπει να εκτελεστούν από το βηματικό μοτέρ στον Driver που το οδηγεί. Επιπλέον το σύστημα θα έχει την δυνατότητα να συλλέγει δεδομένα, στατιστικά, και να απεικονίζει σε δεύτερη οθόνη χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με την κατεργασία μέσω πλατφόρμας Raspberry PI. Οι πληροφορίες, είτε θα συλλέγονται μέσω αισθητηρίων και μετρητών ενέργειας, είτε θα εισάγονται από τον χρήστη για υπολογισμούς που έχουν σχέση με την εκάστοτε κατεργασία. Θα αναπτυχθεί, εφαρμογή απομακρυσμένου ελέγχου και παρακολούθησης του συστήματος μέσω οπτικοποίησης των τρέχουσων τιμών, πλήκτρων χειρισμού του συστήματος καθώς και δημιουργία στατιστικών και ιστορικών γραφημάτων της χρήσης και των δεδομένων του συστήματος. Η υλοποίηση θα γίνει μέσω της πλατφόρμας Node-RED (με δυνατότητα απομακρυσμένου ελέγχου).

This thesis focuses on the electronic upgrade of a machine tool, specifically a lathe. Its objective is to replicate and digitally simulate the mechanical transmission of motion, traditionally achieved through gear trains, using electronic means. The upgrade is based on a system composed of sensors (rotary encoder), development platforms such as ESP32 and Raspberry Pi, LCD displays and a stepper motor.

After analyzing and understanding the operating principles of the mechanical system, identifying areas for improvement and exploring practical applications, the thesis presents the approach and implementation of electronic enhancements to a lathe. More specifically, it examines the replacement of interchangeable gears which, depending on their combination, provide different transmission ratios and enable the cutting of various thread pitches. The electronic system will allow users to easily and quickly select different thread types through an on-screen menu displayed on an LCD, which communicates with the ESP32 microcontroller via the I2C protocol. Menu navigation will be enabled/supported using a rotary input device connected to the ESP32's GPIO (General-Purpose Input/Output) pins.

This upgrade will significantly reduce the time required to change gear combinations and substantially increase productivity during machining operations. The electronic gearing system is driven by the ESP32 platform, which uses a PCNT (Pulse Counter) channel to read pulses generated by a rotary encoder as the lathe chuck rotates. Based on the user’s selected feed rate or thread pitch, the ESP32 microcontroller performs the necessary calculations and sends the corresponding step commands to the stepper motor driver.

In addition, the system will be capable of collecting data and displaying useful machining information and statistics on a second screen via the Raspberry Pi platform. Data may be acquired from sensors and energy meters or entered manually by the user for machining-related calculations. The project also includes the development of remote monitoring and control functionality, providing real-time visualization of system parameters, control buttons, and statistical or historical graphs of system usage and collected data. The implementation may be carried out via a Node-RED web interface based (with remote access capability).