Projektstart
im CAD funktioniert das schon ganz gut __18__
Aber Hallo
Des sieht jo emol gar nit schlecht us __31__
Cha me do au eventuel ä Worbörd druff fräse ?? __19__
Nach einem Jahr intensiver Vorbereitung soll das Projekt Fräsmaschine nun zum Ende gebracht werden.
Das Ganze ist ein Gemeinschaftsprojekt von Jörg und mir und im Laufe der Zeit hat sich die Arbeit
so aufgeteilt:
Jörg: alles was mit mechanischer Fertigung zu tun hat
Stefan: Konstruktion und die gesamte Steuerung
Zunächst muss einmal ein Name für das Maschinchen gefunden werden. Meine Wahl ist
auf KF-1 gefallen. KF steht dabei für "KäseFräse" - so wurde unsere Maschine
vor einiger Zeit von einem netten Vereinskollegen bezeichnet. Die 1 steht für die Größe des Tisches.
Diese beträgt mit 1270 x 790mm ziemlich genau 1m².
und wenn wir schon bei der Größe sind, hier noch ein paar technische Daten:
Verfahrweg Y: 1000mm
Verfahrweg X: 600mm
Verfahrweg Z: 200mm
Antriebe: Schrittmotoren mit einem Drehmoment von 3Nm
Spindel: Suhner 1050W, Drehzahl max. 25000 1/min
Die Bauart:
wie man auf dem 3D-Modell erkennen kann, wird ein Portal entlang der Y-Achse über den
Tisch bewegt. Am Portal selbst sind die Führungen für die X-Achse montiert. Am X-Schlitten
sind dann die Führungen für die Z-Achse angebracht. Die Aufnahme ist im Moment für die
Suhner-Spindel ausgelegt, es lassen sich jedoch ohne großen Aufwand weitere Werkzeuge
wie Messer, Extruder, .... daran befestigen. Steuerungstechnisch werden wir uns jedoch erst
einmal auf das Fräsen konzentrieren.
Die Führungen:
Ein Thema, das mit Sicherheit ganze Bücher füllt. Zuerst möchte ich mal festhalten: es geht
darum Holz und Kunststoffe zu bearbeiten. Und wenn die Kiste mal läuft werden wir sicher
Versuche mit Alu machen. Mehr nicht. Natürlich sollten auch die Kosten im erträglichen Rahmen
bleiben. Und somit fällt bei den Führungen die Wahl sehr schnell auf einfache geschliffene
Wellen mit Support und halboffenen Kugelumlaufbuchsen. Die Spindeln werden als Trapezspindeln
mit stinknormalen Messingmuttern ausgeführt. Ja! Wir wissen, dass es präzisere Elemente
gibt - und es gibt auch Spinner (mit dem nötigen Kleingeld), die so etwas an einer Hobbyfräse
verbauen. Wir nicht - weil es total egal ist, ob eine Balsa-Rippe auf 1/100 oder 1/10 genau
gefräst ist. __67__
Jetzt aber zum Projekt:
Das Gerät braucht natürlich eine Basis. Wie es der Zufall will, ist uns ein Tisch aus
Alu-Profilen in die Hände gefallen. Dieser eignet sich sehr gut als Grundgestell. Die
Steifigkeit ist dabei gar nicht wichtig, da die Konstruktion der Maschine selbst sehr
stabil ausgelegt ist.
Die gesamte Konstruktion besteht aus Aluminium 12mm stark. Alle Teile wurden wasserstrahlgeschnitten
und an den maßlich wichtigen Stellen gefräst.
Die Tischkonstruktion besteht aus 2 Längs-Elementen, die später die Führungen der Y-Achse aufnehmen.
Dazwischen werden über die gesamte Länge 7 Quer-Elemente verschraubt. Alle Teile wurde plangefräst.
Darauf wird dann die Tischplatte verschraubt. Darin sind Nuten eingebracht, um das Spannen der Werkstücke
zu vereinfachen.
Die Bierflasche dient übrigens nur zur Darstellung der Dimensionen.
weiter geht's mit dem Portal
es wird eine Kastenkonstruktion mit einer inneren Verstrebung.
Die Führungen für die X-Achse sind darauf verschraubt; eine für die Kräfte in Z-Richtung
und eine für die Y-Richtung. Das Ganze wird ein Kompromiss und hat einen einfachen Grund:
Es waren bei der ursprünglichen Planung andere Führungen vorgesehen. Diese wurden dann
nochmals verändert, aber die Teil waren zu diesem Zeitpunkt schon fertig geschnitten. Deshalb
sind auf den Bilder auch immer wieder mal Bohrungen zu sehen, die keine Funktion haben. --troest--
Egal. Nach dem Zusammenbau hat sich gezeigt: Das Portal ist bocksteif.
Sehr edel!
im nächsten Schritt werden die Führungen für die Y-Achse am Tisch verschraubt. Ich habe sie unterhalb der
Baerbeitungsfläche plaziert, um die Verschmutzung möglichst gering zu halten. Die Verbindung zum Portal
erfolgt mit 2 Seitenwangen, die in Querrichtung mit einer zusätzlichen Alu-Platte verstärkt sind. Das Ganze
wird miteinander verschraubt und dann mit einer Maschinenwasserwaage und einem Präzisionswinkel
möglichst genau ausgerichtet. Da erfolgt gleich mal die erste Ernüchterung: obwohl die Teile der Unterkonstruktion
des Tisches in einer Aufspannung sehr genau plangefräst wurden, zeigt die Wasserwaage eine deutliche
Berg- und Talfahrt. --troest-- Das Messinstrument hat eine Genauigkeit von 0,1mm/m (!!!) und zeigt somit
wohl auch einen Mückenschiss auf dem Tisch an. Wenn das Gerät in Betrieb ist, werden wir mit einer
Meßuhr den gesamten Tisch noch abfahren, dann werden wir sehen ob noch was zu verbessern ist.
Ich sehe mich aber in meiner Meinung bestätigt: Wenn es mit dem betriebenen, recht großem Aufwand nicht
möglich ist, eine ebene Fläche hinzubekommen, dann braucht es auch keine superteuren Präzisionsführungen!
als nächstes kommt die Z-Achse und die Spindel der X-Achse dran
Zwischendurch wird an der Steuerung gebastelt. Sie besteht im Wesentlichen aus den Komponenten:
- Steuerung CPU5A von Eding CNC (auf dem Bild mittig rechts)
- 3 Schrittmotor-Endstufen Leadshine DM556 (oben links)
- Stromversorgung für die Endstufen 48V, max. 5,7A (oben rechts)
- Stromversorgung 24V, 5A für die Zusatzkomponenten (Endschalter, Sensoren, ...) (mittig)
- 2 Solid-State-Relais für die Spindel und eine Zusatzkomponenten (Kühlung, Absaugung, etc.) (mittig links)
An dem freien Platz kommt noch etwas Elektronik für die End- und Referenzschalter und der Werkzeuglängensensor hin.
Evtl. braucht es noch eine 5V Versorgung für die CPU. Diese wird im Moment über USB gespeist, es wird sich zeigen
ob das ausreichend ist.
Das Ganze kommt in einen Schaltschrank rein und wird ordentlich auf Klemmen verdrahtet.
Zuerst werden aber mal provisorisch ein paar Kabel verlegt, ich will ja sofort und auf der Stelle wissen, ob das auch
alles funktioniert. Noch schnell die Software auf den Rechner, mit einem USB-Kabel den PC und die
CPU verbunden und Zack.... ich glaub ich spinne! Es funktioniert auf Anhieb! __49__
Die X-Achse fährt problemlos mit verschiedenen Vorschüben hin und her. Einzig der zurückgelegte
Weg und die Anzeige am Rechner stimmen irgendwie nicht überein. Kann auch an der Mikroschritt-
Einstellung der Endstufe liegen, nach 2 Stunden rumprobieren habe ich aber keinen Nerv mehr
und verdränge das Problem einfach mal für die nächsten Tage ....
Seh ich das richtig, dass da noch nen Röhrenmonitor dranhängt??
Soll ich da vielleicht einen Flachbildschirm spenden?
Tolle sache....da können wir ja die nächste Staffel drauf fräsen.
Gruss
Folko
Folko, natürlich ist das ein Flachbildschirm. Das Bild ist ein bisschen verzerrt weil das schräg von unten aufgenommen wurde
damit sich der Blitz nicht spiegelt.
Optimal wäre ein Touch-Screen, damit die Späne nicht in der Tastatur hängen bleiben. Wenn Du uns so etwas spendieren
möchtest, dann sagen wir nicht nein. __10__
Weiter geht es mit der Z-Achse. Die Führung und die Spindel ist identisch mit der X- und Y-Achse. Der einzige Unterschied besteht darin, dass der Spindel-Antrieb mit der Achse mitfährt.
Zur Kabelführung werden alle Achsen mit Schleppketten ausgestattet. Eigentlich sollten dafür auch spezielle Kabel verwendet werden, die für das ständige hin und her geeignet sind. Mein Elektrik-Fachmann sieht in den normalen preisgünstigen Standardkabel aber kein Problem. Es ist ja nicht zu erwarten, dass die Achsen täglich mehrere Kilometer zurück legen. __15__
An den Antrieben sind leider nur Kabelenden dran. Ein Stecker wäre sicher sinnvoll, jedoch auch deutlich teurer. Und da der Antrieb normalerweise nur selten gewechselt wird, kommt eine einfache Abzweigdose dran. Das Kabel von der Abzweigdose bis zum Steuerschrank ist geschirmt und wird geerdet um Störungen durch hohe Frequenzen zu vermeiden. Das macht auch Sinn - beim Versuchsaufbau war der Radioempfang im Hobbyzimmer irgendwie futsch...
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Als Fräs-Spindel kommt eine Suhner mit 1050W zum Einsatz. Diese wird über ein Solid-State-Relais ein- und ausgeschalten. Die Steuerung könnte auch über einen 0..10V oder einen PWM-Ausgang dir Drehzahl stufenlos einstellen. Dann könnte die Spindeldrehzahl ganz komfortabel über den G-Code bzw. über die Werkzeugdatenbank programmiert werden. Das ganze scheitert jedoch (zunächst einmal) am Preis.
Da die Spindel nur geklemmt ist kann sie mit einem Handgriff entfernt werden und wird somit auch mit einem Stecker ausgestattet. Vielleicht kann man ja mal ein anderes Werkzeug montieren. Ein Messer zum folienschneiden, oder ein Extruder oder, oder, oder ... ///////////
noch ein paar Worte zur Steuerung und Programmierung:
wir haben uns für die Steuerung CPU5A von Eding CNC entschieden. Es handelt sich dabei um einen Controller der den G-Code eigenständig ausführt und der über USB verbundene Rechner mehr oder weniger nur als Ein- und Ausgabegerät dient. Es gibt auch einige Software, die die Maschine über einen LPT-Port ansteuert. Unter anderen gibt es für Linux-Rechner eine Freeware names EMC. Das funktionioniert mit Sicherheit auch, jedoch macht mir die Eding-Steuerung einen vernüftigen Eindruck bei einem guten Preis-Leistungsverhältnis. Die Software gibt es frei zu Download und so lassen sich im Demo-Mode alle Funktionen testen. Es lassen sich auch direkt DXF-Dateien einlesen und daraus G-Code erzeugen. Zur Programmierung kommt aber zunächst das Programm ESTL-CAM zum Einsatz. Das lässt sich sehr einfach bedienen und bietet fürs Erste einen vollkommen ausreichenden Funktionsumfang: Werkzeugdatenbank, freischneiden von Ecken, Stege, Gravuren und eine einfache 3D-Bearbeitung.
Jetzt gehts aber los. Fräser (1mm VHM) in die Spannzange, Programm laden, Nullpunkt anfahren und den Start-Knopf drücken...
__57__ __24__ __18__ --victory--
Saubere Arbeit.....!
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Tja Manne "saubere Arbeit" ist fast schon untertrieben.
Das" Balsabearbeitungszentrum" lauft tadellos,ich has nämlich scho schaffe g`seh. __27__
Grosses Kompliment an die beiden,Jörg u. Stefan, Planer und Erbauer.
na, ganz so tadellos war das ja nicht. __29__
Man nennt es auch Vorführeffekt.
Die Führung der Y-Achse hat nicht sauber mit dem Loslager der Spindel gefluchtet. Es haben 2/10mm gereicht
um das Gerät zum Stillstand zu bringen. Aber der Fehler ist behoben.
Jetzt müssen wir nur noch diskutieren ob es ein Konstruktions- oder ein Fertigungsfehler war. __53__
Mittlerweile wurden die Referenz- bzw. Endschalter angebracht. Dazu habe ich ein Stück Lochstreifen-Platine
ausgefräst und eine IR-Gabellichtschranke darauf gelötet. Davon wurden jeweils 2 Stück an den Achsen montiert.
Mit einer Fahne am Schlitten sollte die Lichtschranke dann ausgelöst werden und ein Signal an die Steuerung geben.
Der erste Versuch ging erst einmal in die Hose - es war mir nicht bekannt, dass 1,5mm-Epoxi-Platten derart IR-durchlässig
sind dass es die Lichtschranke nicht im geringsten interessiert. Nachdem ich die komplette Steuerung und jedes einzelne
Kabel geprüft hatte, habe ich den Fehler dann aber doch noch gefunden. __6__
Jetzt funzt das Ganze einwandfrei. Nach dem Einschalten der Maschine wird über alle Achsen eine Referenzfahrt in die
vorgegebenen Richtungen bis zu den Endschaltern gemacht. Dann sind der Steuerung die Maschinenkoordinaten bekannt.
Ab diesem Zeitpunkt fungieren die Lichtschranken als Notaus. Zusätzlich sind in der Software die maximalen Verfahrwege
bekannt und die Maschine sollte rechtzeitig vor den Lichtschranken anhalten. Somit dürfte es keinen Crash geben... --ENGEL4--
Irgendwie war es auf dem Maschinentisch sehr dunkel und es war mühsam, einen genauen Punkt am Werkstück
anzufahren. In der Krims-Krams-Kiste habe ich noch ein paar Stücke LED-Streifen (überbleibsel von der Aquarium-
Beleuchtung) gefunden. Die passen doch wunderbar unter die Spindelaufnahme. Also schnell noch ein Kabel
verlegt (langsam wird es ganz schön eng in den Schleppketten) und an die 24VDC-Versorgung im Schaltschrank
angeschlossen. Es werde Licht ...
Respekt !
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weiter geht es mit dem nächsten "Teilprojekt", das Wetter am vergangenen Wochenende war dazu optimal.
Die Fräsmaschine soll auch ein Handbediengerät bekommen, sodass nicht immer mit Maus oder irgendwelchen
Tastenkombinationen gearbeitet werden muss. Die wichtigsten Funktionen sowie ein Handrad und ein Notaus
sollen direkt verfügbar sein. Die Eding-Steuerung hat Anschlüsse für ein Handrad, Not-Aus sowie Start- und
Pause-Tasten. Das Handrad beeinflusst den Vorschub und im Stillstand können bei entsprechender Vorwahl die
Achsen mit verschiedenen Geschwindigkeiten verfahren werden.
Somit müssen auf das Handheld 3 Tasten für die Achsen und 2 für verschiedene Auflösungen.
Zudem sollen die Achsen auf Knopfdruck auch in alle Richtungen fahren, das ganze mit 3 verschiedenen
Geschwindigkeiten. Macht also insgesamt 13 Funktionen, die irgendwie in die Steuerung rein müssen. __6__
Nachdem ich im Internet nichts brauchbares gefunden hatte, kam mir eine Idee, dass die Tasten Tastaturcodes
auf den Steuerrechner senden. Es musste also irgendein Tastaturcontroller her der ein paar Digital-Eingänge
hat und die Codes frei programmierbar sind. Das war schnell gefunden, ein Arduino kann das. Der hat auch alles
an Board, 20 Eingänge, USB, Tastatur-Emulator, flexible Beschaltung, .... Kostenpunkt ca. €22,-
Das ganze wird in ein Gehäuse gepackt, die Öffnungen für die Taster natürlich selbst gefräst __62__
Der erste Versuchsaufbau hat dann nach ersten Hürden bei der Programmierung auch ganz gut geklappt. Probleme
gibt es noch, wenn 2 Tasten gleichzeitig gedrückt werden um z.B. auf Eilgang umzuschalten. Aber das liegt an
meinen eingerosteten Programmierkenntnissen.
Das Handrad und die Tasten, die direkt am Controller angeschlossen sind haben auf Anhieb funktioniert.
Saubere sache! Respekt!
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