IMG_4278Ich wurde gebeten, meine CNC einmal etwas genauer vorzustellen. Dieser Bitte komme ich natürlich gerne nach. Sicherlich hilft der Beitrag dem einen oder anderen bei der Planung einer CNC Maschine. Wenn ihr Fragen haben solltet, schreibt in die Kommentare, ich werde diese gerne beantworten.
Hier nun die Infos zu meiner CNC.

Warum eigentlich eine eigene CNC Maschine?

Bevor ich angefangen habe in der Werkstatt mehr zu arbeiten, habe ich recht viel Zeit mit Modellbau verbracht. Hierfür war die CNC-Maschine primär gedacht. Denn im Modellbau erleichtert eine CNC vieles. Da mir fertige CNC-Maschinen einfach zu teuer waren, kam schnell der Gedanke auf, eine CNC selbst zu bauen. Und hier beginnt nun die eigentliche Geschichte.Meine Zielsetzung war es von Anfang an, eine CNC zu bauen, die auch relativ große Werkstücke aufnehmen kann. Es ging mir hierbei nicht um große Verfahrwege der Achsen, sondern wirklich um die Größe des Werkstücks. Oft habe ich schon Sätze wie “Kann mir jemand etwas fräsen? Meine CNC ist hierfür leider zu klein” gehört. Das sollte mir nach Möglichkeit erst bei relativ großen Werkstücken passieren. Die Genauigkeit sollte so hoch wie möglich sein, denn Ungenauigkeiten bekommt man sehr schnell in die Maschine, auch wenn man das nicht will ?

Verwendetes Material

Steuerung

Steuerung

Da ich die Kosten nicht aus dem Ruder laufen lassen wollte, habe ich mich nach günstigen Lieferanten umgeschaut. Ich bin nach einiger Sucherei auf den Webshop von rc-letmathe.de gestoßen. Hier gab es genau das richtige Set (Ansteuerung) für mein Vorhaben. Dieses Set gibt es noch heute: “Powerfräse 2” Hiermit war schonmal klar, was das Herz der Fräse werden soll.
Falls ihr eure CNC etwas stärker auslegen wollt, gibt es hier noch Sets, die mehr Leistung haben.

 

Trapezgewindespindel

Spindel

Die Trapezgewindespindeln habe ich ebenfalls von letmathe bezogen. Hier habe ich für die X-Achse 16mm und für die Y und Z Achse 12mm Spindeln verwendet. Die 16mm Spindel habe ich verwendet, da bei einer Länge von 1000mm eine 12mm Spindel anfängt zu schlackern.

 

 

Linearführung

Linearführung

Die Linearführung hatte ich von einem Händler bei Ebay. Da mir Führungsschienen von Igus oder ähnlichen Lieferanten zu teuer waren. Sucht man bei Ebay nach “Linearführung” bekommt man u.a. auch die Führungen, die ich verwendet habe.
Mit diesen Linearführung bin ich soweit zufrieden, natürlich darf man diese nicht mit industriellen Maßstäben vergleichen.

 

 

Fräse

Fräse

Als Frässpindel habe ich eine Kress FME-1. Bei dieser Frässpindel passt das Preis-Leistungs-Verhältnis. Zumal ich diese Spindel auch als Oberfräse verwende. Hierzu habe ich mir einen passenden Frässchuh gekauft.
Verwendete Spindel: http://amzn.to/29k2o2r

 

 

Grundgestell

Grundgestell

Das Grundgestell habe ich, da es für mich am einfachsten war, aus Multiplex gefertigt. Hierbei ist es wichtig, eine möglichst hohe Steifigkeit zu erreichen. Daher habe ich versucht möglichst viele Streben zu verbauen.
Die Z-Achse habe ich aus Alu gefertigt, da ich durch die dünneren Platten (im Vergleich zu Multiplex) weniger Platz verliere und daher die Verfahrwege möglichst groß bleiben.

 

Frästisch

Frästisch

Der Frästisch ist aus einer einfachen MDF Platte gefertigt. MDF ist recht schwer, wodurch die Vibrationen und dadurch auch der Geräuschpegel etwas gedämpft werden. Zusätzlich ist MDF  schonend für die Fräser. Hat der G-Code einen Fehler und die Fräse rauscht in den Tisch (ist mir bis heute glücklicherweise noch nicht passiert), sind die Überlebenschancen für den Fräser höher, wie wenn der Fräser in Alu rauscht. Ob der Fräser eine solche Aktion überleben würde, kann trotzdem bezweifelt werden.

 

Opferplatte

Opferplatte

Um das Material ordentlich auf dem Tisch befestigen zu können, habe ich mir eine passende Opferplatte aus 19mm MDF gebaut. Diese hat ein Lochraster von 5cm mit Einschlagmuttern auf der Unterseite, damit ich alle Materialien gut auf dem Tisch befestigen kann.
Die Opferplatte habe ich dann mit der Fräse plan gefräst um auf der Z-Achse über den ganzen Tisch hinweg genau die gleiche Höhe zu haben.
Mit der Zeit nutzt sich die Platte natürlich etwas ab. Ist die Abnutzung weit genug vorangeschritten, fräse ich die Platte einfach wieder plan. Bisher habe ich diesen Vorgang nur 1x durchgeführt. D.h. meine Opferplatte wird sicherlich noch gute 5 Jahre halten, bevor diese zu dünn wird und ausgetauscht werden muss.

Meine Fräser (hauptsächlich 1/8″) beziehe ich von Sorotec. Mit diesen Fräsern habe ich gute Erfahrungen gemacht. Abgesehen von den 1mm Fräsern, die brechen mir immer recht schnell ab. Ab einem Durchmesser von 1,5mm ist die Standfestigkeit bei meiner Fräse wesentlich besser.

Spannelemente

Spannelemente

Die Spannelemente habe ich mir, nachdem die Fräse soweit fertig war, einfach selbst gefräst. Hierzu habe ich 7mm Multiplex verwendet. Eine kurze Zeichnung angefertigt, G-Code erzeugt und los ging’s.
Bei den Spannelementen verfahre ich genauso, wie bei der Opferplatte. Sind diese defekt oder abgenutzt, fräse ich mir einfach ein paar neue.

Technische Daten

Abmessungen
Länge: 110cm
Breite: 100cm
Höhe: 65cm

Verfahrwege
X-Achse: 800mm
Y-Achse: 400mm
Z-Achse: 200mm

Max. spannbares Material
X-Achse: theoretisch unendlich groß, da in dieser Richtung kein Portal im Weg ist
Y-Achse: 700mm
Z-Achse: 200mm

Max. Verfahrgeschwindigkeit
Ca. 800mm/min. auf der X- und Y-Achse
Ca. 600mm/min, auf der Z-Achse
Die Werte könnte ich jeweils noch um 15-20% erhöhen. Sicherheitshalber habe ich diesen Puffer eingebaut, damit es zu keinen Schrittverlusten kommt.

Genauigkeit
So ganz genau habe ich das noch nicht gemessen, diese sollte bei ca. 0,5mm liegen. Es kommt immer etwas auf die Geschwindigkeit, Material und Frästiefe an. Dazu kommt noch die Position an der ich fräse (siehe unten beschriebenes Problem: Spindeln auf der X-Achse).

Software

Um eine CNC betreiben zu können, sind drei Softwarekomponenten nötig. 1. Ein CAD Programm um die Werkstücke zu zeichnen. 2. Ein CAM Programm um aus den gezeichneten Werkstücken den für die Maschine nötigen G-Code zu erzeugen. 3. Die CNC Software selbst, welche den G-Code in Bewegungen der Maschine umwandelt.

Es gibt gefühlt ca. 1 Millionen Möglichkeiten, wie man diese drei Softwarekomponenten zusammensetzen kann. Ich arbeite mit zwei verschiedenen Varianten.

Variante 1

Meine Windows basierte Lösung
CAD Programm: AutoCAD
CAM Programm: CAMBam
CNC Software: LinuxCNC

Variante 2

Meine OSX (macOS) basierte Lösung
CAD Programm: Sketchup
CAM Programm: SketchuCAM (Sketchup Plugin)
CNC Software: LinuxCNC

Beide Varianten funktionieren für mich ausreichend gut. Variante 1 kann zwar etwas mehr, kostet aber auch wesentlich mehr. Variante 2 ist komplett kostenlos. Was natürlich ein starkes Argument ist.

Da das Thema Software ein Kapitel für sich ist, werde ich hierfür einen eigenen Beitrag erstellen, falls Interesse besteht.

Würde ich wieder eine CNC bauen?

Ja! Generell bereue ich den Bau der CNC in keiner Weise. Die Vorteile die eine CNC bietet, sind vielfältig. Immer den Zugang zu einer CNC zu haben, ist super. Sicherlich gibt es Dinge, die ich heute besser bzw. anders bauen würde. Daher:

Was würde ich heute anders machen?

Nach einer Betriebszeit von mehreren Jahren lernt man seine Maschine natürlich immer besser kennen. Es gibt Dinge, die man besser oder auf eine andere Art und weise bauen würde. Insgesamt würde ich nicht allzu viel ändern. Aber den einen oder anderen Punkt schon

Spindeln auf der X-Achse

Die Hauptänderung betrifft die X-Achse. Hier habe ich eine Spindel in der Mitte verbaut. Heute würde ich zwei Spindeln verbauen. Eine rechts, eine links und diese beiden Spindeln per Zahnriemen verbinden.
Dadurch würde sich die Genauigkeit auf der X-Achse sehr verbessern. Aktuell kann die X-Achse etwas verwinden, wenn man seitlich am Portal drückt. Dieses Problem wäre beseitigt, wenn man ich zwei Spindeln hätte.

Steuerung und Motoren

Gut wäre es, wenn ich die Geschwindigkeit der CNC erhöhen könnte. Mit meinen aktuellen Motoren und der Steuerung ist dies nicht möglich. Da bei noch höheren Geschwindigkeiten Schrittverluste vorkommen und dadurch die komplette Fräse aus dem Tritt kommt.
Um höhere Geschwindigkeiten zu erreichen, müssten diese beiden Komponenten getauscht werden. Als Steuerung wäre aktuell ein Trible Beast meine erste Wahl, dazu entsprechend stärkere Motoren.

Lagerung der X und Y Achse

Ich habe recht massive Lager für die beiden Achsen verbaut. Diese sind von der Montage recht schwer zu positionieren. Daher wären etwas weniger massive Lager besser, welche sich gut positionieren lassen.

Fazit

Ich kann es nur empfehlen, eine CNC an der Hand zu haben. Egal ob es sich um eine gekaufte oder um eine selbst gebaute handelt. Mit einer CNC gibt es etliche Möglichkeiten, passende Teile, Schablonen und sonstiges herzustellen. Durch die CNC wird so mancher Arbeitsschritt vereinfacht.
Allerdings neigt man gerne dazu, zumindest ist das bei mir so, auch recht einfache Dinge mir der CNC herzustellen. Obwohl es mit herkömmlichen Methoden schneller gehen würde. Aber warum einfach, wenn es auch kompliziert geht ?