Technische Daten

Technische Daten

Technische Daten
Maximaler
Verfahrweg
X-Achse 365 mm XYZ-AXIS
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Y-Achse 512 mm
Z-Achse 102 mm
Abmessung X-Achse 800 mm
Y-Achse 650 mm
Z-Achse 600 mm
Gewicht ca. 85 kg
Schrittweite
bei
Halbschrittbetrieb
0.0125mm

Aluminium-Profile

Bei den Aluminium-Profilen handelt es sich um Profile der Firma mk, Maschinenbau Kitz in Troisdorf mit einem Nut-Abstand von 25mm und einer Breite von 25mm. Gewinde-Einsätze, Verbindungswinkel, Gleitmuttern und passende Federclips wurden ebenfalls über diese Firma bezogen. Preislich lagen die Profile (im September 2000) in der Variante 150mm x 25mm (25mm Nut abstand) bei ca. 75 DM pro Meter (nicht Euro!!!) + Mwst und zusätzlich ca. 2,50 DM pro Säge-Schnitt. Es gibt noch diverse andere Anbieter von Aluminium-Profilen (z.B. die Firma Item). Während meiner Recherchen habe ich Profile mit 25mm Nut-Abstand jedoch nur bei der Firma Kitz entdeckt. Meistens findet man wohl Profile mit 30 oder 40mm Nutabstand.
Die T-Nuten-Platten, als Aufspannfläche – welche allein schon ca. 15kg des Gesamtgewichts der Maschine ausmachen – stammen ebenso wie dazu passende Anschlagschienen, T-Nutensteinen und Spannpratzen von der Firma

Linearführungen

Als Linearführung sind Linearführungsschienen der Firma isel automation im Einsatz. An sämtlichen drei Achsen wurden Linearführungsschienen vom Typ MLF 3 und passende Laufwagen vom Typ LW 7 verwendet. Die Bohrung zur Befestigung der Linearführungsschienen haben einen Abstand von 100mm und passen somit ideal zum 25mm Nut-Abstand der Aluminium-Profile.

Der Antrieb der Laufwagen erfolgt über Kugelgewindestangen mit 16mm Durchmesser und einer Steigung von 5mm. Diese, sowie dazu passende Kugelgewindemuttern wurden ebenfalls von der Firma isel automation geliefert. Wer es noch günstiger möchte, obwohl isel im Vergleich zu den (vermutlich allerdings auch hochwertigeren Linearführungen von z.B. Star, TKH, INA, etc.) recht günstig ist, kann sich z.B. bei der Firma Mädler nach Trapezgewindestangen umsehen. Alternativ kann man mit etwas Geduld auch beim Auktionshaus ebay immer mal wieder hochwertige gebrauchte Linearführungen entdecken!

Motoren

Die verwendeten Schrittmotoren stammen von der Firma MIR-Elektronik aus München. Hier lassen sich Motoren als Industrie-Restposten (?) zum Teil recht günstig erwerben. Bei den hier verwendeten Exemplaren handelt es sich um Motoren vom Typ L2108 der Firma Teco mit einem Schrittwinkel von 1.8° und einem maximalen Haltemoment von 105Ncm. Mit diesen Motoren ergibt sich im Halbschrittbetrieb rechnerisch die oben erwähnte Auflösung von 5mm Steigung pro Umdr. / (2*200 Schritte pro Umdr)= 0.0125mm / Schritt .
Obwohl die Motoren in der Anlage nur mit ca. 75% ihres Nennstromes betrieben werden, ließen sich bisher auch beim Fräsen von Aluminium (3-Schneider, d=6mm, ca. 10000 Umdr/Minute, ca. 0.5mm Zustelltiefe, Verfahrgeschwindigkeit ca. 1000mm/min) keine Schrittverluste feststellen. Für diesen Test wurde der Fräskopf n-fach durch das Aluminium und dann wieder gegen eine Meßuhr mit einer Auflösung von 1/100 mm verfahren.
Die Verbindung zwischen Motor und Kugelgewindestange erfolgt für die Z-Achse über eine Wellenkupplung von isel. Sowohl die Kugelgewindestangen der X- als auch die Y-Achse sind über Zahnflachriemen und Zahnriemenscheiben mit dem Motor verbunden. Verwendet wurden hier Zahnriemenscheiben mit 15 Zähnen und einem Durchmesser von 28mm. Diese wurden – ebenso wie passende Kugellager, Lager- und Doppellagerböcke – in der örtlichen Modellbauabteilung von Conrad erworben.

Elektronik

Die Elektronik ist für den Anschluß an den Parallelport eines PCs ausgelegt. Die Leistungselektronik basiert auf dem Chip-Paar L297 als Halb-Schritt-Schrittmotor-Controller und L6203 als H-Endstufe mit max. 4A Phasenstrom. Die Schaltpläne existieren z.Zt. nur in gescannter (und leider nicht ganz aktueller) Form:

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Parallel-Port-Interface Blatt 1/3

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Parallel-Port-Interface Blatt 2/3

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Parallel-Port-Interface Blatt 3/3

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Endstufe Blatt 1/2

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Endstufe Blatt 2/2

Planung

Zur Vermeidung von Fehlkäufen der zum Teil nicht gerade günstigen Teile und insbesondere zur millimetergenauen Bestellung der Aluminium-Profile wurde die Anlage zunächst in allen Details mit einem CAD-Programm geplant. Diese Arbeiten alleine haben ca. 1/3 der Bauzeit in Anspruch genommen.
Die Grundmaße der Maschine (80cm x 65cm) wurden so gewählt, daß die Maschine (mit etwas Überstand der X-Achse) in ein Ikea-Regal passt. Mittlerweile wird die Maschine aber nicht mehr in einem Arbeitszimmer einer Mietwohnung gehalten, sondern ist artgerecht in einem Kellerraum eines Hauses untergebracht. Aus heutiger Sicht ärgere ich mich deshalb bereits die Maschine nicht größer gebaut zu haben; dieses wäre nur unwesentlich teuerer geworden. Naja, vielleicht juckt es eines Tages wieder in den Fingern, mit den beim Bau der ersten Anlage gewonnenen Erfahrungen, eine verbesserte größere Maschine zu bauen!?

Fräsmotor

Als Fräsmotor wurde zunächst eine 69,- DM Oberfräse aus dem Baumarkt verwendet. Beim Fräsen von Holz ist so ein Modell anscheinend auch völlig ausreichend. Beim Fräsen in Aluminium zeigen sich 2 Probleme. Zum einen fehlt eine Drehzahlregelung (mit einem 8mm-Fräser bei 30000 U/min durch Aluminium ist nicht ideal 🙂 , zum anderen war das Lagerschild der Spindellagerung dieser einfachen Fräse aus Kunststoff! Die Schnittflächen beim Fräsen in Aluminium sahen damit nicht besonderes sauber aus. Mir ist dann ein 900 Watt Kress-Fräsmotor mit Drehzahlreglung in die Hände gefallen. Jetzt macht auch das Zerspanen von Aluminium wieder Spaß 🙂

Kühlschmierung

Kühlung und Schmierung? Für saubere Schnittflächen und lange Fräser-Standzeiten bei der Alu-Bearbeitung unabdingbar! Angeregt durch eine Diskussion bei Peters CNC-Ecke (Stichwort: Minimalmengen-Kühl-Schmierung (MKS)) habe ich mir eine Festo-Wartungseinheit für Kompressoren und eine Ausblaspistole mit einer besonders langen Düse besorgt. Hiermit wird das Werkstück während des Fräsvorgangs mehrfach (von Hand) mit einem feinen Nebel von CRC-Schneidöl überzogen. Ein fortwährende Sprüh-Kühlung mittels einer an der Z-Achse angebrachten Düse scheitert leider daran, daß der vorhandene Kompressor mit einer Speicherkapazität von 25 Litern bei 8 Bar zu klein ist. Wer will schon neben dem Krach der eigentlichen Fräse auch noch ständig die 90 dBA Geräuschkulisse des Kompressors um sich haben. Mit einer “Tankfüllung” von 25 Litern und ein paar ml Schneidöl kommt man schon locker über eine halbe Stunde über die Runde.

Software

Meine Favoriten sind emc und Master 5.
emc (enhanced machine controller) ist eine Open-Source Software für den Einsatz unter einem realtime-gepatchten Linux. Über www.linuxcnc.org/bdi kann man eine sogenannte “Brain Dead Installation” dieser Software herunterladen. Hierbei handelt es sich um ein CD-Image einer kompletten Realtime-Linux-Installation (augenblicklich, Stand 01/2003, ReadHat 6.3), welche bereits eine lauffähige Version von emc enthält. Damit emc aber 100% mit meiner Hardware zusammenarbeiten kann, wären noch einige Anpassungen am Maschinen-Interface der Software nötig. Hierin sehe ich zwar aufgrund meiner nunmehr fast 10 jährigen (u.a. auch beruflichen) Erfahrungen mit Linux keine Problem. Leider fehlte aber bisher die Zeit. Allerdings ist auch mit der Standardvariante schon möglich mit der Anlage zu fräsen. Es fehlen zusammen mit meiner Anlage jedoch Schaltmöglichkeiten für die Fräs-Spindel, Absaugung und Kühlung sowie eine zusätzliche Softwareauswertung des Not-Aus-Knopfes. Da emc standardmäßig bis zu 6 Motoren ansteuern kann und damit eine Parallelport-Karte schon fast belegt ist, benötigt emc für diese Funktionen eine zweite Parallelport-Karte. Diese mißfällt mir jedoch, da meine 3-Achs-Steuerung “natürlich” nur für eine einzelne Parallelport-Karte ausgelegt ist. Da aber wie gesagt der Quelltext zu emc verfügbar ist … Im Augenblick benutze ich emc indem ich Spindel und Absaugung “zu fuß” bediene.

Master 5 und seine großen Brüder Mach1 und Mach2 sind als Demo-Version herunterzuladen und laufen direkt unter MS-Windows! Entgegen anfänglicher Zweifel (von wegen des Zwistes Windows und Realtime) läßt sich diese Software (Treiber mit periodischem Timerinterrupt) relativ problemlos verwenden. Der G-Code-Interpreter von Master 5 hat übrigens wie der von emc die gleichen Wurzeln bei einem Amerikanischen Institut Namens NIST. Zusätzlich zu G-Codes kann Master 5 auch DXF und HPGL laden!
Alternativ wären noch PC-NC, CNC-Player von Walter Preg und CNC-Pro zu nennen.

Bauzeit

Von Planung bis First-Cut jede freie Minute, die mir die Familie in ca. 8 Monaten (darin enthalten 6 Wochen Urlaub) gelassen hat 🙂 Wirklich fertig ist (wird) die Maschine auch heute (2006) – fast 6 Jahre nach Beginn der Planung – wohl nie. Es gibt ständig wieder Verbesserungen und Ergänzungen.

Kosten

Eine der häufigsten Fragen, die in Anfragen an mich auftaucht, ist die nach den Kosten für die gesamte Anlage! Hierauf kann ich (leider) nur “größer 1500 DM bzw. 750 Euro” antworten. Beim Überschreiten der Grenze von ca. 1500 DM habe ich “vorsichtshalber” aufgehört meine Excel-Tabelle mit der Kostenaufstellung weiterzuführen.

Konstruktionszeichnungen

Die Konstruktionspläne sind leider bei einer Festplatten-Aufräumaktion abhanden gekommen. Es existieren leider nur noch die JPG-Screencopies der Pläne, welche auf meiner Web-Seite zu finden sind.

Ausblick

To be done …

Hilfe, Diskussionsforen, etc.

Weil es irgendwann mit den vielen Anfragen zu den Bildern meiner Fräse zu anstrengend wurde, habe ich mich aufgerafft und diesen Text geschrieben. Den Text werde ich auch weiterhin mit neuen gestellten Fragen (aus E-Mails an mich) ergänzen. Ansonsten helfen einem natürlich Suchmaschinen wie z.B. google oder metager.

Für ebenfalls nicht unwichtig halte ich aber auch Diskussionsforen, wie z.B. die Gruppe cnc-de bei Yahoo (Anmeldung bei Yahoo erforderlich) oder cad-cam-edm bei Yahoo (englischsprachig, Anmeldung bei Yahoo erforderlich) oder aber Peters CNC-Ecke.

Wichtig!!! Bevor man in den Foren irgendwelche Fragen stellt, sollte man aber immer erst einmal per Suchfunktion die zugehörigen Foren-Archive durchsuchen (lassen). Häufig gibt es hier bereits lange Threads zu häufigen Probleme/ Themen!!!!

Materialquellen

Material Bezugsquelle
Aluminiumprofile,Gewindeinsätze, Verbindungswinkel, Gleitmuttern + Federclips Maschinenbau Kitz
T-Nuten-Platten, T-Nuten-Steine, Spannpratzen, Wellenkupplungen, Linearührungen, Kugelgewindenstangen, Kugelgwindemuttern isel automation
Trapezgewindestangen, Zahnriemen, Zahnriemscheiben, … Mädler
Schrittmotoren MIR-Elektronik
Zahnriemen, Zahnriemenscheiben, Lagerböcke, Kugellager, Elektronische Bauteile, Kabel, Trafos Conrad
Elektronische Bauteile Reichelt Elektronik
Wellenkupplungen, Lagerflansche, bereits fertig bearbeitete und aufsteckbare Enden für Trapezgewindespindeln, u.v.a.m…. Frank Thiemig – Fertigteile
Schrauben, Kabelführungen, Trafos, etc. … RS-Components
Aluminium in Kleinstmengen Alu-Verkauf.de
Kress Fräsmotoren, Spannzangen für Kress Fräsmotoren, Fräser, Gravierstichel, Schmiermittel, … CNC-Modellbaushop – Roland Christ

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