CNC-Fräse im Eigenbau

[Gregor]

Nun, ist es endlich soweit. Ich habe mich dazu entschlossen, und werde mir eine CNC Fräse selber bauen. Wofür? Einfach, weils Spaß macht.
Ich habe schon lange mit dem Gedanken gespielt. Man hat soviele Möglichkeiten irgendwelche Dinge zu basteln.
Die ersten Planungen sind bereits in meinem Kopf vorhanden. Ans Zeichnen kann es jedoch erst ab 5. Februar gehen

Dennoch will ich vorweg mal ein bisschen Theorie zum Bau einer CNC vermitteln

Grobe Kategorisierung: Es gibt grob zwei Typen von CNC Fräsen. Einerseits wären da die massiven Fräsen, bei denen die Werkstücke über einen schweren Kreuztisch bewegt werden. Der Fräsemotor wird nicht bewegt. Aufgrund der hohen Masse, und hoher Stabilität kann man damit so ziemlich alles fräsen. Der Nachteil: Die Verfahrenswege sind (für Hobby-CNCler) meist zu gering. Klaro, gibt es auch entsprechend große Maschinen aber deren Preise liegen fern des 5stelligen Bereichs.

Ich werde mich mit dem Bau einer Portalfräse beschäftigen. Hier wird der Fräsmotor in x als auch y Richtung bewegt. Das Werkstück bewegt sich nicht. Vorstellen kann man sich das wie ein Kran im Containerhafen. Die Verfahrenswege sind nahezu unbegrenzt, jedoch kann die Stabilität mit einer "Standfräse" nicht mithalten.

Maßgeblich bestimmt wird die Genauigkeit einer Portalfräse durch die Führungen, auf denen sich das Portal bzw die Achsen bewegen. Der Antrieb speziell den "Gewindestangen", mit denen die Achsen bewegt werden. Hinzukommt natürlich die Steifigkeit der Maschine. Darauf werde ich im Laufe der Zeit aber noch einmal genauer eingehen.

Was sind die Ziele meines Aufbaus:
- Verfahrenswege sollten ca sein: 80x50x10cm
- Zerspanung von Holz, GFK, CFK sowie NE-Metallen soll möglich sein
- Möglichst kostengünstiger Aufbau, trotzdem wird es wohl kaum unter 2000 Euro bleiben

Die erste grobe Planung:

- Grundgestell wird aus 8er oder 10er Stahl gelasert und geschraubt sowie verklebt(haelt gigantisch, auch wenn man es nicht glauben mag)

- Für die x-Achse kommen THK Führungsschienen mit vier Kugelumlaufwagen zum Einsatz

- die y-Achse wird wahrscheinlich aus einem isel LFS 8-4 Profil mit zwei Kugelumlaufwagen ausgestattet. Das Profil wird wahrscheinlich mit Mineralguss (Silimix + Harz) ausgegossen, zwecks höherer Stabilität

- die z-Achse wird aus Alumniumplatten gefraest; Führungen sind noch unbekannt

- Antrieb: wahrscheinlich kommen Trapezgewindesspindeln(18x4 und 16x4) zum Einsatz, da Kugelumlaufspindeln das Budget einfach extremst strengen werden

- Fraesspindel: Eine Suhner mit ca 1800W, oder was größeres, wenn ebay was bereit haelt ;)

- Weitere Gimmicks: Minimalmengen Kühlung (Kühlmittel wird via Pressluft fein zerstaeubt-> wesentlich bessere Kühlung);

- Steuerung wahrscheinlich eine 4-Kanal Steuerung, da ich mir noch eine 4-Achse bauen will; via Relaisplatte wird dann die Minimalkühlung sowie die Fraesspindel gesteuert

So...soweit so gut. Ein Großteil der Forenmember wird mit den Begriffen eh nichts anfangen können, aber ich werde versuchen sie im Laufe des Aufbaus( ~ halbes Jahr) zu erklaeren.

Edit: Die finalen CAD Bilder:



:)

[Axel]

Span(n)nendes Vorhaben,

Wonach gehst Du vor? Hast Du einen Bauplan oder machst Du es ganz selbst?

Kugelumlaufspindeln wären, auch wenn teurer, eine richtig gute Sache. Weniger Verschleiß und vor allem weniger fehleranfällig. An einer vorigen Fräse (Step-Four 540) hatte ich Trapezgewinde und Gleitlager auf den Achsen. Trotz guter Schmierung neigen die Gewindespindeln zum stocken und Schritte gehen verloren. Das machte es nötig, immer dabei zu stehen und notfalls zu stoppen, auch wenn es selten vorkommt. Die jetzige Fräse (Isel) mit Kugelgewinde und Linear-Kugellagern ist komplett die Probleme wie vorher los.

Viel Spaß beim bauen und viel Spaß, wenn's fertig ist!

[B.K.]

Schönes Projekt, sowas freut doch den Maschinenbau-Studenten!

[Gregor]

Hallo ihr :)

Zitat von Axel

Wonach gehst Du vor? Hast Du einen Bauplan oder machst Du es ganz selbst?

Angefangen hatte es mit einem Bauplan, damals die TRON Fräse, falls die dir was sagt. Aber schnell hat man dann festgestellt, dass das so garnicht auf die Bedürfnisse passt. Ergo andere Pläne angeguckt, teils von Forenmitgliedern ihre Baupläne geschickt bekommen etc. Aber mit der Zeit stellt man fest, dass für ein das Beste ein bisschen von der Fräse, ein Teil von der usw ist.

Ergo: selber bauen :) Diese Fräse wird nach meinen Wünschen gebaut, ich werde aber sicher auch an manchen Stellen abstriche machen müssen. Wenn die Fräse rennt, dann hab ich schon ein zweites, ähnliches, aber auch günstigeres Modell in Planung. Dort will ich dann auch die kompletten Baupläne zum Nachbau anbieten :)

Zitat von Axel

Kugelumlaufspindeln wären, auch wenn teurer, eine richtig gute Sache. Weniger Verschleiß und vor allem weniger fehleranfällig. An einer vorigen Fräse (Step-Four 540) hatte ich Trapezgewinde und Gleitlager auf den Achsen. Trotz guter Schmierung neigen die Gewindespindeln zum stocken und Schritte gehen verloren. Das machte es nötig, immer dabei zu stehen und notfalls zu stoppen, auch wenn es selten vorkommt. Die jetzige Fräse (Isel) mit Kugelgewinde und Linear-Kugellagern ist komplett die Probleme wie vorher los.

Ansich klar: Kugelumlaufspindeln sind top. Aber dein Probleme lagen meiner Meinung nach wo anders. Es gibt leider viele ach so tolle fertige Fräsen, die, wenn man sie genauer betrachtet, ihr Geld einfach nicht wert sind. Bei dir dürften es m.M. nach nämlich weniger die Trapezgewindespindeln gewesen sein, sondern eher die Gleitlager. Dort tritt ein sogenannter Slip-Stick Effekt auf, aud deutsch: die Verkanten sich einfach. Vorallem ist das problematisch, wenn man für die x-Achse nur einen Antrieb wählt. [ Die Entfernung des Antriebs darf maximal 2*Abstand der Gleitlager sein: http://www.mixware.de/bilder/x9.jpg]
Deshalb verwenden die Hersteller meist zwei Antriebe, aber synchornisieren diese wiederrum nicht per Zahnriemen. Und wenn dann einer der beide Antriebe leicht abweicht, hast du sofort den o.g. Effekt.

Das ein Verkanten bei Kugelumlaufwagen + Trapezgewindespindeln auftritt ist mir nicht bekannt. Es sei denn, man stellt sich extrem ungeschickt an ;)

Und nochmal zum Thema Kugelumlaufspindeln: Was du als "Fertigkäufer" wahrscheinlich nicht weißt: Man muss ja die Enden der Spindeln entsprechend seiner Maschine bearbeiten lassen. Bei einer Kugelumlaufspindel ist das nicht so einfach, da die Oberfläche mit 65 rockwell gehärtet ist. Ergo muss du die am Ende erst wieder auf kirschrot glühen, und dann langsam abkühlen lassen. Sonst ruinierst du dir die Meisel. Hinzukommt, dass du dann bei so einer teuren Spindel die Enden nicht auf Maß drehen (zu ungenau) lassen solltest, sondern erst grob auf Maß drehen, und den Rest schleifen lassen. Das summiert sich alles zu einem riesen Batzen Geld :(

Zitat von Axel

Viel Spaß beim bauen und viel Spaß, wenn's fertig ist!

Ja, ich hoffe das wird ein Spaß und ich verrechne mich nicht... =/ aber das dauert eh noch ein Weilchen, bis die Fräse fertig ist.

Zitat von B.K.

Schönes Projekt, sowas freut doch den Maschinenbau-Studenten!

Hehe, naja noch ist ja nicht viel zu sehen. Bin ja als WIng auch ein halber Maschinenbauer ;)

[Christian]

Ich hab grad zuhause eine Festotool technicum cnc bz5450 stehen. Allerdings ohne Steuereinheit und Unterlagen findet man zu dem Teil auch nicht gerade viel :( Vielleicht hat hier ja jemand zufällig was rumliegen, oder weiß wo ich was finde :)

Ich will das Ding schnellstmöglich zum Laufen bringen

[Jochen]

in der Elektor war auch mal ein CNC-Projekt drin.

[derbaum]

mal abgesehen von der mechanischen seite, wie willste die kiste steuern ?

[Gregor]

@ Christian: Schreib doch mal in www.cncecke.de - das ist so ein gigantisches Forum mit richtigen Fachleuten. Da kann Dir bestimmt jemand helfen

@derbaum: Naja mit ner Steuerung halt. Welche, darüber habe ich mir noch keine Gedanken gemacht. Einfach und günstig wäre natürlich eine Voll- und Halbschrittsteuerung. Aber Die erzeugen teils unsaubere Oberflächen und müssen auch bei der Bearbeitung für extra Lärm sorgen. Deshlab wirds wohl eine Mirkostep werden. Da liegen wir dann preislich aber ziemlich sicher nicht mehr unter 350 Euro. Selbstlöten kommt noch in Frage. Die Bausätze von Firmen sind aber meist nur 20 Euro günstiger - da wäre es mir das Riskio nicht wert, es dann doch zu versemmeln.

Eine günstige, aber dennoch Mikroschritt wäre die hier: http://shop.strato.de/epages/6112548...ducts/SM33PCV6

Hat den Vorteil, dass sie mit einer 4. Achse erweiterbar ist, und auch schon 3 Relais onboard hat. ---- Wie mir gerade auffällt ist das eigentlich die ideale Steuerung für mich :)

[Simon]

Bevor es keine Bilder gibt, sag ich hier garnichts :P Habe selber auch mal mit dem Gedanken gespielt, eine CNC zu bauen und mir auch dementsprechende Baupläne besorgt. Letztendlich ist es am Preis gescheitert. Mit Kompromissen wie Trapezgewinde oder der gleichen wollte ich mich nicht abgeben :) Wenn dann schon Kugelgewindespindel und ne ordentliche Linearführung.

Hast du dir schon Mal die UHU Steuerungen angeschaut? Ist halt nur für Servomotoren, aber soll für Selbstbau-CNCs sehr gut sein.

[Gregor]

Bilder? Kann Dir die ersten vier Bauteile als CAD reinstellen. Ist aber alles andere als spannend. :P

Naja, diese Aussage selber bauen und Kugelumlaufspindel - das ist fast ein Widerspruch in sich. Wenn Du KG-Spindeln und KG-Führungen verbaust (alles neu gekauft), dann lohnt sich ein selbstaufbau nicht mehr. Da zahlst Du alleine schon 2000 Euro nur für diese Dinge. Mal ganz davon abgesehen, dass Du dann auch anständige Servos etc brauchst. Dann kannst Du dir auch gleich eine fertige CNC kaufen. Für 5000 Euro hab ich da schon sehr geile (neue!) Angebote bekommen.

Und wie gesagt, ich will den Bauplan später zum Nachbau anbieten. Wenn ich dort eine Teileliste von 4000 Euro aufstelle, dann baut den keiner mehr nach. Ist ja auch logisch.

Die UHU Steuerung von Uli ist klasse, nur sind anständige Servos sch.... teuer. Das fängt bei 150 Euro an und geht bis weit über 4000 Euro das Stück. Außerdem sollte man nicht vergessen: Es wird ein Hobby CNC ;)
Und das Umkehrspiel kannst Du software-seitig auf 0,000mm einstellen.
Von der Belastung her würde ich Trapezgewindespindeln nicht zu sehr unterschätzen. Denk mal an Deinen Wagenheber mit Plastik-Mutter. Der hält ein vielfaches von dem aus, wa sbeim Fräsen an Kräften wirkt. Wenn dort 5kg auf den Fräser an Kraft wirken, dann ist das schon viel!
Klar sie sind in der Steigungabweichung nicht so genau etc. Aber wenn ich mir angucke, wie oft die Leute mit isel KG-Spindeln probleme haben, dann kannste letztendlich nur bei Romani einkaufen. Und dann wirds richtig teuer!