Fräsmaschine

[StefanW]

Projektstart

im CAD funktioniert das schon ganz gut  __18__

[friedhelm]

Aber Hallo

Des sieht jo emol gar nit schlecht us  __31__

Cha me do au eventuel ä Worbörd druff fräse ?? __19__

[StefanW]

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

[StefanW]

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__

[StefanW]

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.

[StefanW]

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.

[StefanW]

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.

[Stefan]

Sehr edel!

[StefanW]

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!

[StefanW]

als nächstes kommt die Z-Achse und die Spindel der X-Achse dran

[StefanW]

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 ....

[Folko]

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

[StefanW]

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__

[StefanW]

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.

[StefanW]

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__