CNC-Fraese

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CNC-Fräse

Release status: stable [box doku]

Labor Fraese Keller.jpg
Description CNC-Fräse für Alu, Holz, Kunststoff, CFK und Platinen
Author(s)  André, Netzpfuscher, Tesla, Tixiv, MadEngineer
Last Version  1.0 (04.03.2012)
Platform  Hardware / Linux-CNC
License  N/A


Einleitung[Bearbeiten]

Wir haben eine kleine CNC-Fräse im Labor stehen und dafür sollte eine neue Steuerung entwickelt werden, weil die alte ganz doll saugt. Das ganze ist uns bisher gut gelungen, so dass wir schon einige Werkstücke gefräst haben. Mit dieser Maschine können wir viele verschiedene Werkstücke bearbeiten, wie zum Beispiel:

  • Hartschaumplatten: Styrodur(tm)
  • Holz: MDF und Sperrholz)
  • Aluminium: bisher sind nur Bleche verarbeitet worden
  • Kupfer
  • Kunststoff: Hart-PVC, Polystyrol("Bastlerglas"), PMMA ("Plexyglas")
  • Platinenmaterial
  • Kohlefaserplatten
  • 5mm Messing

Die harten Jungs, wie Stahl oder gar Edelstahl haben wir bisher noch nicht ausprobiert. Da hier aber mehr Kraft nötig ist, stellt sich die Frage ob die Maschine das schafft.

Wichtig[Bearbeiten]

Die Fräser sind teuer und bei falscher Bedienung brechen sie sehr schnell ab. Also bitte nicht an der Maschine rumspielen, wenn ihr keine Ahnung habt. Wenn du etwas fräsen willst, dann wende dich bitte an

  • Netzpfuscher
  • tesla
  • madengineer
  • AndréM
  • tixiv
  • GrafZahl
  • blafoo
  • bilex


Baustellen[Bearbeiten]

  • NOT-AUS verkabeln und einbinden
    • Der Taster für den Notaus war mechanisch nun schon länger vorhanden...
    • Es wurde bereits eine Software-Lösung vorbereitet: Das interne Not-aus-Signal wird auf Pin1 des Parallelports ausgegeben. Gleichzeitg wird der Zustand des Pins 11 abgefragt. Hardwaremäßig sind Pin 1 und Pin 11 verbunden und mit einem Pulldown nach Masse versehen. Der Öffner wird jetzt zwischen Pin 1 und Pin 11 geschaltet und der Pulldown hängt an Pin 11. Die Erweiterung des HAL-Scripts ist schon eingebaut und funktioniert. Die Endgültige Verkabelung scheiterte an einem fehlenden D-Sub9 Stecker.
    • In einer zweiten Version soll die gesamte Not-Aus Logik in Hardware erfolgen. Durch Betätigung des Notaus sollen Motorendstufen und Spindel vom Stromnetz getrennt werden.
  • Weiterentwicklung der Steuerung des Umrichters
    • Beschränkung der max. Drehzahl auf 20.000U/min, da der Umrichter bei größeren Werten abschaltet. Besonders kritisch ist das, wenn bei einer eingestellten Drehzahl von 20.000U/min die Spindelübersteuerung auf über 100% gestellt wird.
    • Drehzahlrückmeldung einbauen (am Umrichter auslesbar)
    • Implementierung des spindle-at-speed-Signals, um Ende des Hochlaufs anzuzeigen. Bisher ist hier nur ein Timeout eingebaut.
  • Werkzeuglängen-Taster zur automatischen Einmessung nach einem Werkzeugwechsel.
    • Alternative: Höheneinstellgerät (ca 80€) Dies ist ein Block mit definierter Höhe von 50mm mit einer Druckplatte auf die der Fräser gefahren wird und den Nullpunkt kann man dann auf einer Messuhr ablesen. Siehe hier
  • Bau eines Vakuumtisch zum einfachen Aufspannen. Besonders Platinen und zum Gravieren.
  • Minimalmengenkühlung
  • G-Code-Erzeugung dokumentieren
  • Nutenplatte könnte umgedreht werden, um wieder eine schönere Oberfläche zu haben, die nicht ganz so viele Fräsmale enthält.

Aktueller Stand[Bearbeiten]

  • 19.10.2012
    • Die Z-Achse hatte zu viel Spiel und wurde in einer Nachtschicht ausgetauscht, justiert und beschmiert.
  • 30.09.2012
    • Nach zig Teilen aus Aluminium musste nun was aus Messing (Legierung unbekannt) zwecks Stoffschluss (Löten) gefräst werden. Messing ist härter als Alu. Ist der Vorschub zu groß verlieren die Motoren Schritte und das Frästeil sieht merkwürdig schief aus. Der Vorschub sollte nicht größer als 300mm/min gewählt werden. Mit folgenden Optionen glänzen sogar die Schnittkanten, das ganze dauert jedoch etwas länger:
      • Drehzahl: 6500U/min
      • Vorschub: 120mm/min
      • Zustellung: 0,4mm
      • Fräser: Einschneidig 3mm.

Ist die Drehzahl zu hoch wird der Fräser schnell Stumpf und bricht.


  • 04.03.2012: Die letzten Schritte wurden nicht mehr eingetragen, hier eine kleine Zusammenfassung:
    • Das Ganze funktioniert schon sehr zuverlässig und es wurden schon viele Teile gefräst:
      • Lemming-Häuschen und Gewürzregale aus Holz
      • Frontplatten für die Schrittmotor-Einschübe
      • Stromschienen aus 3mm Alu
      • Nadelbett-Adapter aus PVC
    • Viele neue Fräser, siehe Werkzeuge
    • Bisher kein weitere Fräser abgebrochen. Toitoitoi...
  • 02.02.2012
    • Ich habe einen neuen Spindelantreib im austausch mitgebracht Tixiv - das ist ein ordentlicher Motor mit Isel Umrichter, max. Drehzahl 20.0000/min
    • Inbetriebnahme des Umrichters mit der Software auf dem alten Windows 95 Rechner - funktioniert schonmal (serielle Schnittstelle) allerdings lässt Sich das Teil nicht überreden, sich mit dem vorhandenen Poti statt mit der Software zu steuern.
    • Noch ein paar Fräsversuche - die Schrittmotortreiber sind etwas tückisch - die Z Achse steigt aus, wenn der Treiber warm wird, und die Y-Achse hat wesentlich weniger Saft als die X-Achse
    • Schrittmotorspannungen oszilloskopiert an X- und Y- Achse: Tatsache: Der Strom der Y-Achse ist deutlich kleiner als der der X-Achse, auch bei voll aufgedrehtem Strom-Poti
  • 06.02.2012
    • Schrittmotor-Steuerkarten wurden verbessert und das Stromproblem wurde gelöst (falscher Jumper)
    • Die neue Spindel ist nun komplett transparent angesteuert (Phython Script im HAL)
    • Erstes Teil in 3D gefräst
  • 30.01.2012
    • Die Kiste wurde ins Labor geschleppt und erstmal gereinigt
    • Reverse engineering der Schrittmotor-Treiber
    • Bau der Interface-Karte zum PC
    • Anlegen der Wiki-Seite
    • Erste Versuche mit EMC2
    • Alle drei Achsen lassen sich steuern und Endschalter funktionieren
    • Problem mit den Achsen im Endbereich, da sie etwas schwergängig sind.
    • Erste Erfolge mit der Billig-Bohrmaschine ausm Baumarkt
      • Der Schriftzug EMC wurde in einen Pizzakarton gefräst
      • Es wurde versucht das Labor-Logo in eine Holzplatte zu fräsen. Dank eines Fehlers im G-Code hat die Holzplatte ein tiefes Loch mehr und der Fräser eine Spitze weniger. (Es ist zwar noch einer da, aber ich kümmer mich um Ersatz.--MadEngineer 11:49, 31. Jan. 2012 (CET))

Mechanik[Bearbeiten]

Es handelt sich hier um eine kleine Portalfräse mit 3 Achsen, welche über Kugelumlaufspindeln per Schrittmotor angetrieben werden.

Verfahrwege:

X-Achse: 550mm
Y-Achse: 450mm
Z-Achse: [To Be Measured]
Im Moment 60mm Abstand zwischen Tisch und Unterkante der Linearführung, diese kann aber noch nach oben verschoben werden, um einen größeren Verfahrweg zu bekommen

Daten der Schrittmotoren:

Zweiphasen-Schrittmotor
1,8° pro Schritt --> 80 Schritte/mm entspricht einer Auflösung von 12,5µm
Rw= 0,72Ohm
Iw= 1,9A


Gallerie[Bearbeiten]

[!-- Dateien bitte mit dem Prefix cnc_gal_ versehen --] Hier folgen ein paar Eindrücke von bisher gefrästen Werkstücken

Medien[Bearbeiten]

Video: Erstes Teil in 3D nach Inventor-Modell gefräst

Video: Zweiter Teil


CNC-Fräse