Neues Langzeitprojekt: CNC-Fräse

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Neues Langzeitprojekt: CNC-Fräse

#1

Beitrag von TripleFan » 10.01.2016, 22:27

Nach langer Abwesenheit möchte ich mich mal wieder zu Wort melden.
Obwohl der Gitarrenbau bei mir seit mehr als zwei Jahren ruht schaue ich in letzter Zeit doch immer wieder mal im Forum vorbei. Dabei bin ich Mitte 2015 auf den Thread von ArnoMunich zur c´t-Hacks-Multiplex-CNC gestossen. Ich war wegen des extrem simplen Aufbaus sofort fasziniert von dem Ding. Den Wunsch nach einer CNC-Fräse trage ich ja quasi schon seit Beginn meiner Gitarrenbau-Ambitionen mit mir herum (immerhin auch schon seit 2006), da ich ja alle Planungen beruflich vorbelastet sowieso am 3D-CAD mache. Die Ableitung zu den nötigen Fertigungsdaten wäre für mich also ein "überschaubarer" Schritt.

Ich hab also Arnos Thread verschlungen, mir dann das c´t-Hacks Heft als PDF geordert, den Artikel inhaliert und dann mal angefangen eine grobe Planung am CAD aufzureissen. Aber wie das so ist, erschienen mir einige Details dann doch nicht ausreichend; mehr Aluminium statt Multiplex, mehr Z-Hub, etc.. Dazu kam, dass ich aus Restbeständen meines Arbeitgebers bereits Führungsschienen hatte, die eine Umkonstruktion nötig machen würden. Irgendwann war ich dann bei etwas angekommen, dass mehr Ähnlichkeit mit einer (verstärkten) ShapeOko, Openbuilds OX, oder auch den Konstruktionen von CNCRouterparts hatte.

Im Spätsommer 2015 hab ich dann per Zufall eine unbenutzte Linearachse von IEF für lau bekommen. Das Teil ist natürlich massiver und präziser als alles, was ich jemals selbst zusammenfrickeln könnte. Zusätzlich konnte ich noch ein paar gebrauchte Isel Linearführungen und einen Igus Lineartisch mit Trapezspindel abstauben.

Alles ziemlich cool, zog aber einen kompletten Konstruktionsneustart nach sich.
Die neue Planung heisst jetzt festes X-Portal (die IEF-Achse) und bewegter Tisch (Isel Führungen). Der Arbeitsbereich soll ~1200x600x200mm betragen.

Eine Besonderheit ist der Antrieb von Portal und Tisch, den ich momentan als Riementrieb plane. Das Besondere daran ist, dass ein Zahnriemen mit dem Rücken auf einem festen Träger verklebt wird. Ein zweiter Riemen, der "Arbeitsriemen", greift mit seiner Zahnung in die Zahnung des festen Riemens. Die Idee dahinter ist, dass Streckung, Umkehrspiel und Resonanzen der Riemen nicht mehr auf der gesamten Länge des Arbeitsriemens wirken, sondern nur noch in dem kurzen Bereich, in dem der Riemen um das Riemenrad geführt wird.
Das Prinzip wird oft als "Belt-on-Belt" oder "Servobelt" bezeichnet.
Mir ist natürlich bewusst, dass die Auflösung und damit die Präzision eines Riementriebs nicht an eine Lösung mit Trapez- oder Kugelgewindespindel heranreicht. Mir schien eine Riemenlösung anfangs aber einfacher zu fertigen (wobei ich das mittlerweile nicht mehr ganz so sehe), zudem ist der Invest in ein paar Meter Riemen und ein paar Riemenräder überschaubar, weswegen ich das jetzt erst mal so weiter verfolge und schaue, wohin mich das führt.
Als Riemen verwende ich momentan HTD 5M mit 10mm Breite, GT3 hab ich im Zulauf.
Eine Umkonstruktion auf Kugelspindeln ist aber immer noch möglich.

So, nach viel Text bringt mich das jetzt endlich zu dem, was ich momentan habe. Nämlich eine Konzeptstudie.
Die große Lienarachse aufgebockt auf der Werkbank. Antrieb über besagtes Riemensystem mit mitfahrenden Motor.
Darunter eine Linearführung, bei der der Antrieb steht und den Tisch "vorbeizieht".
Die Z-Achse besteht aus dem selben Führungstyp, wie der Tisch, der Antrieb ist eine Trapezspindel aus dem ausgeschlachteten Igus Lineartisch.
Das Ganze ist momentan nur provisorisch mit Zwingen fixiert und noch nicht ausgerichtet, aber die Achsen fahren immerhin schon mal.

In nächster Zeit würde ich den Tisch gerne verbreitern und mit einer zweiten (geschleppten) Führung versehen um fürs erste einen Arbeitsbereich von 600x600mm zu erreichen.
Dann möchte ich Genauigkeits- und Stabilitätstests machen um zu sehen, wo die Schwachstellen sind, die ich konstruktiv angehen muss.

Mittelfristig soll das Ding natürlich einen eigenen Unterbau bekommen, die Multiplexteile durch aluminium ersetzt und ggf. die Riementriebe durch Kugelspindeln ersetzt werden.

Steuerung erfolgt über einen alten PC mittels LinuxCNC.
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Re: Neues Langzeitprojekt: CNC-Fräse

#2

Beitrag von Titan-Jan » 10.01.2016, 23:03

Genial! Ich freue mich und werde das eifrig mitverfolgen!

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Re: Neues Langzeitprojekt: CNC-Fräse

#3

Beitrag von liz » 10.01.2016, 23:07

Schön, dass du wieder mal hier reinschaust! Freu mich auf den Thread!

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Re: Neues Langzeitprojekt: CNC-Fräse

#4

Beitrag von TripleFan » 10.01.2016, 23:10

Danke für die warmen Worte! ;)
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Re: Neues Langzeitprojekt: CNC-Fräse

#5

Beitrag von Poldi » 11.01.2016, 05:23

liz hat geschrieben:Schön, dass du wieder mal hier reinschaust! Freu mich auf den Thread!
dito.

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Re: Neues Langzeitprojekt: CNC-Fräse

#6

Beitrag von Haddock » 11.01.2016, 09:31

Hallo,

jup, da feru ich mich auch drauf.

Gruss
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Re: Neues Langzeitprojekt: CNC-Fräse

#7

Beitrag von Ganorin » 11.01.2016, 10:55

und ich mich erst :)

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Re: Neues Langzeitprojekt: CNC-Fräse

#8

Beitrag von TripleFan » 11.01.2016, 12:46

Freut mich, wenns euch alle freut... :D

Hier mal noch ein paar Videos, speziell zu riemengetriebenen CNC-Maschinen und deren Leistungsfähigkeit.

https://www.youtube.com/watch?v=CFiRlF8Bab8
Momus

https://www.youtube.com/watch?v=xm03YK9yt5Q
"Getunte" Shapeoko 2.
Die Schnittgeschwindigkeit finde ich für eine Hobbymaschine wirklich beeindruckend.

https://www.youtube.com/watch?v=qXjLuLqFb-U
Beispiel für eine Servobelt-Konfiguration.
Martin Barfoed hat einige sehr interessante und hilfreiche Videos zum Theme DIY-CNC auf Youtube.

https://www.youtube.com/watch?v=OdJoVh6DRPA
Erklärung und Demo des Servobelt.
Bell-Everman hält da ein Patent drauf. Mike Everman ist oder war aber bei CNC-Zone sehr aktiv und hat die Leute immer ermutigt dieses System in ihren Eigenbauten zu adaptieren und hat auch einiges an Hilfestellung und Erklärungen dazu gegeben.

HIER noch ein längerer Forenthread zur Openbuilds OX zum Gitarrenbau. Im letzten Drittel des Threads gibts auch ein paar Videos. Sieht mMn für eine relativ günstige Hobbymaschine bzw. Kit sehr brauchbar aus!
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Re: Neues Langzeitprojekt: CNC-Fräse

#9

Beitrag von TripleFan » 13.01.2016, 09:47

Ich hab gestern Abend noch ein paar Minuten Zeit gefunden und mein persönliches "Hello World" produziert. Ich hab das Ding als "Stiftplotter" laufen lassen und dazu ganz primitiv einen einigermassen spitzen Bleistift in die Spannzange der Frässpindel gesteckt. Damit hab ich dann ein Testmuster zeichnen lassen, dass ich irgendwann mal im Netz gefunden habe.
Sorry für die miese Handycam-Qualität
Sorry für die miese Handycam-Qualität
Fürs erste bin ich positiv überrascht! Die Größe des Plots passt schon seht gut, meine Steuerungsparameter scheinen also nicht komplett daneben zu sein. Die Linien treffen sauber aufeinander bzw. die Kreuzungspunkte scheinen sehr genau zu sein, was mMn. darauf hindeutet, dass die Maschine ein recht geringes Umkehrspiel hat. Der kleine Kreis im linken oberen Quadranten wurde z.B. zwei Mal gezeichnet und sieht dafür schon recht gut aus.

Problem natürlich ganz eindeutig, dass der Stift keinen Federausgleich besaß und deswegen die Linienstärken sehr stark variieren. Das muss besser werden.
Außerdem ist eigentlich noch nichts zueinander ausgerichtet. Mit meinem Präzisionsgeodreieck ( :lol: ) messe / schätze ich ~0,3° - 0,5° zwischen X und Y. Mal schauen...

Ich versuch heute Abend das Muster noch mal in besserer Quali einzuscannen und dann ggf. hochzuladen.
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Re: Neues Langzeitprojekt: CNC-Fräse

#10

Beitrag von TripleFan » 13.01.2016, 22:35

Hier noch mal ein Scan des Testplots, etwas nachgedunkelt für besseren Kontrast:
Ein paar Details, wo die Striche bereits erstaunlich gut aufeinandertreffen:
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Re: Neues Langzeitprojekt: CNC-Fräse

#11

Beitrag von Titan-Jan » 13.01.2016, 23:29

Das sieht doch schon mal nach was aus! Daumen hoch :-)

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Re: Neues Langzeitprojekt: CNC-Fräse

#12

Beitrag von Izou » 12.07.2016, 16:06

Coole Idee, mit dem Stift. Versuchst du es auch im nächsten Schritt mit ner Polystyrolplatte? Soll soweit sehr gut für die ersten Versuche geeignet sein. (think)
Gruss Marcel

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Re: Neues Langzeitprojekt: CNC-Fräse

#13

Beitrag von TripleFan » 12.07.2016, 22:31

Ja, die liegt schon lange bereit. Ich hatte zuletzt auch den Aufbau noch deutlich versteift und versucht noch etwas besser auszurichten.
Allerdings ist mir dann wieder mal das Leben dazwischen gekommen: wir erwarten demnächst noch mal Nachwuchs. Deshalb haben wir in den letzten Monaten massiv umgebaut und renoviert. Arbeiten an der Fräse sind dabei natürlich leider komplett auf Eis gelegt worden.
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Re: Neues Langzeitprojekt: CNC-Fräse

#14

Beitrag von Izou » 13.07.2016, 08:22

Na dann gratulliere ich mal ganz herzlich zum Nachwuchs. (clap3)
Gruss Marcel

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Re: Neues Langzeitprojekt: CNC-Fräse

#15

Beitrag von TripleFan » 06.11.2016, 21:07

So, dann will ich mal wieder... Die letzten Monate waren sehr ereignisreich und nicht immer ganz einfach. Aber mittlerweile kommen wir wieder in ruhigere Fahrwasser und ich hab auch wieder etwas Zeit mich mit der Fräse zu befassen.

Zuletzt wollte ich ja gerne Fräsversuche in Styrodur unternehmen, bin aber dann nicht mehr dazu gekommen. Nachdem wir dann hier renoviert hatten und ich mal wieder einen Blick auf die Fräse geworfen habe musste ich feststellen, dass die provisorische Z-Achse nicht mal in der Lage war ihr Eigengewicht zu tragen und sich die Befestigung der Trapezgewindemutter gelöst hatte. :?

Ich hatte schon von vornherein geplant irgendwann eine neue Z-Achse zu bauen. Dann auch mit Kugelspindel statt Trapez und stabileren Führungen. Das hab ich jetzt halt einfach vorgezogen.
So, ohne längeres Geschwafel... Bilder:
CAD-Entwurf
CAD-Entwurf
Und in echt...
Und in echt...
Spindelaufnahme
Spindelaufnahme
Sieht so weit ganz massiv aus. Sind jetzt auch etwas höhere Verfahrgeschwindigkeiten möglich. Mal schauen, in welche Richtung ich jetzt weitergehe. Fräsversuche oder grösserer Tisch mit Kugelspindelantrieb...
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Re: Neues Langzeitprojekt: CNC-Fräse

#16

Beitrag von TripleFan » 09.04.2018, 23:29

So, nach langer Zeit will ich mich mal wieder zurück melden.

Nachdem ich die Portalauflage und die Z-Achse überarbeitet hatte, hab ich angefangen am Y-Tisch zu planen. Aber irgendwie bin ich mit dem ursprünglich geplanten Riementrieb zu keiner Lösung gekommen, die mich vom Fertigungsaufwand, Platzbedarf und Wartungszugänglichkeit überzeugt hat. Letztenendes haben die extrem günstigen Preise für Kugelumlaufspindeln bei Ali-Express den Ausschlag gegeben und ich habe den Tisch auf KUS-Antrieb umkonstruiert.
Danach hab ich mir dann (vielleicht etwas verspätet) Gedanken über den endgültigen Platzbedarf und damit Aufstellungsort und damit dann wiederum der Unterkonstruktion der Maschine gemacht und musste zähneknirschend feststellen, dass ich nicht drum herum komme meine Werkbank zu opfern. Ärgerlich, aber anders wäre das in der gemeinschaftlich genutzten Garage/Werkstatt nicht zu realisieren gewesen. :?

In den letzten Monaten hab ich mir dann sporadisch etwas Zeit genommen das alles umzusetzen.
Zuerst hab ich eine Art Beistelltisch gebastelt, der an der Rückseite der Werkbank befestigt wurde und deren Tiefe grob verdoppelt.
Darauf hab ich dann Siebdruckplatten befestigt, die als Grundplatten für den beweglichen Y-Tisch und die Portalständer dienen.
Zuletzt hab ich dann den Y-Tisch aufgebaut. Ebenfalls aus Siebdruckplatten mit einem Rahmengerüst aus 40x40mm-Aluprofilen. Das sollte den Tisch hoffentlich ausreichend verwindungssteif machen. Außerdem entstehen dadurch drei "Kammern" die ich ggf. irgendwann zum Vakuumspannen nutzen könnte.

Aktueller Stand ist jetzt, dass alle drei Achsen fahren. Momentan möchte ich die Maschine jetzt zueinander ausrichten und dann die Portalachse abbohren und verschrauben. Und dann endlich, endlich, ENDLICH vielleicht mal Späne machen und schauen, wie genau oder ungenau das Ding ist.
Der aktuelle Stand
Der aktuelle Stand
Mittelfristig möchte ich dann gerne von LinuxCNC auf EstlCAM als Steuerung wechseln und eine Nullpunktkamera und eine Touchplate integrieren. Aber das kann, wie alles bei mir, noch etwas dauern... ;) :lol:
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Re: Neues Langzeitprojekt: CNC-Fräse

#17

Beitrag von thoto » 10.04.2018, 06:39

Wow, sieht schon richtig gut aus!
Bin gespannt auf das erste Fräs-Video!
Thoto
Aktuelles Projekt: viewtopic.php?p=116032

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Re: Neues Langzeitprojekt: CNC-Fräse

#18

Beitrag von Titan-Jan » 10.04.2018, 08:48

Schön, dass du weiter kommst! Lieber langsam als gar nicht... ;-)

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Re: Neues Langzeitprojekt: CNC-Fräse

#19

Beitrag von TripleFan » 25.06.2018, 22:40

Momentan mache ich mir gerade Gedanken über die Steuerung. Ein Detail dabei ist der Notaus-Kreis.

Im Notfall würde ich gerne das Netzteil der Schrittmotoren vom Strom trennen um ggf. die Achsen dann von Hand verschieben zu können. Mein erster Gedanke war vom Notaus-Schalter eine Relais-Platine anzusteuern, die dann die Stromversorgung des Netzteils mechanisch trennt.
Problem ist aber wohl, dass solche Relais nicht gut für induktive Lasten, zu denen wohl auch Schaltnetzteile zählen, geeignet sind. Die Relaiskontakte sollen beim ein- bzw. ausschalten durch Funkenschlag verschweissen.

Was wären meine Alternativen? Statt Netzteil vom Strom trennen lieber den Enable-Eingang der Schrittmotortreiber beschalten? Lieber ein Solid-State-Relais einsetzen?

Oder anders gefragt an die CNC-User hier: habt ihr einen Notaus-Schalter an der Maschine? Wie ist der beschaltet? Was macht der?
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Re: Neues Langzeitprojekt: CNC-Fräse

#20

Beitrag von Ganorin » 26.06.2018, 06:49

Also meine Fraese kann ich auch nicht schieben wenn sie vom Strom getrennt ist...mir fehlt das auch nicht...nur so als anmerkung...:)
Mein Notausschalter haengt einfach an der Triplebeast steuerung und macht was er soll...im Notfall alles sofort stopppen....

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Re: Neues Langzeitprojekt: CNC-Fräse

#21

Beitrag von KNGuitars » 26.06.2018, 08:00

Ganorin hat geschrieben:
26.06.2018, 06:49
...
Mein Notausschalter haengt einfach an der Triplebeast steuerung und macht was er soll...im Notfall alles sofort stopppen....
bei mir genau so, maschine bleibt stehen, und spindel wird abgeschalten ... und wenn ich dann was bewegen will einfach not-aus rausziehen, spindel bleibt aus, und achsen über herkömmliche bedienung (bei mir derzeit noch tastatur) bewegen ... wenn du die achsen von hand verschiebst musst du wieder eine neue referenzfahrt machen und den nullpunkt neu einmessen

@Ganorin ... was hast du denn für eine maschine, wenn ich fragen darf? ... bei meiner GP100/50 (100x50cm 250kg stahlblechkonstruktion) lassen sich die achsen noch relativ locker schieben
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Re: Neues Langzeitprojekt: CNC-Fräse

#22

Beitrag von KNGuitars » 26.06.2018, 11:54

mir ist nochwas eingefallen, was gegen das abschalten der schrittmotorspannung spricht:

wenn du einfach die spannung wegnimmst kanns sein, dass die maschine noch "ausrollt" bzw nachläuft (das netzteil liefert ja noch ein paar Sekunden nach abschalten der Eingangsspannung Ausgangsspannung), außerdem kanns bei schwerer Z-Achse (und spindel) sein, dass sich die Achse von selbst absenkt
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Re: Neues Langzeitprojekt: CNC-Fräse

#23

Beitrag von TripleFan » 26.06.2018, 13:29

Ich beziehe mich auf ein paar Anregungen, die Christian Knüll, Entwickler von Estlcam, dazu in einem anderen Forum gegeben hat.
Er unterscheidet dabei zwischen Situationen, in denen es um, ich nenne es mal Sachschadenvermeidung geht und Situationen in denen akuter Personenschaden droht.
Im ersten Fall reicht seiner Meinung nach ein Programm-Stopp-Befehl. Also das, was ihr mit dem Notaus-Schalter am Steuerungseingang auslöst. Vorteil ist, dass die Maschine wie erwähnt eben nicht die Position verliert. Nach Beseitigung des Problems kann das Programm fortgesetzt werden.
Im zweiten Fall aber, wenn Quetschung, Abscherung, Stromschlag etc. droht ist ein hartes Stoppen der Maschine sinnvoller. Positions- Werkzeug- oder Werkstückverlust ist dann nachrangig. Da macht dann eben auch das Trennen der Stromversorgung Sinn. Die Achsen können anschließend per Hand weg geschoben oder durch manuelles Drehen der Umlaufspindeln wegbewegt werden.

Seine Argumentation finde ich schon schlüssig. Ich kenne das auch ähnlich von den Maschinen, die mein Arbeitgeber baut. Aber derartige Notaus-Vorrichtungen nach Industriemaßstäben sind mMn. für Hobbymaschinen überzogen und auch zu teuer.

Das Absacken der Z-Achse ist zumindest bei mir kein Thema. Die Steuerung würde ich im Notausfall weiter bestromen und parallel ein Fehlersignal an die Steuerung schalten. Somit würde das Programm gestoppt und die Schrittmotor-Treiber bekämen ein Stopp-Signal bevor sie ihre Versorgungsspannung verlieren. Das sollte das "Austrudeln" zumindest eindämmen.
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Re: Neues Langzeitprojekt: CNC-Fräse

#24

Beitrag von KNGuitars » 26.06.2018, 14:19

verstehe ... denke ich hab den Beitrag von christian auch schon gefunden, und macht tatsächlich auch irgendwie sinn

umgesetzt hab ichs wie oben geschrieben nicht, aber vielleicht hilft dir das weiter:
ich hab bei mir die versorgungsspannung der gesamten elektronik (also steuerung und netzteil) über ein relais geschalten, und bis jetzt sind mir die kontakte noch nie kleben geblieben) ... hab das aber nicht wegen dem stromlos schalten der schrittmotoren umgesetzt, sonder da der pc beim hochfahren unkontrollierte signale über die LPT-schnittstelle schickt, und die maschine ansonsten zuckt ... also schalte ich das relais erst wenn der pc hochgefahren ist.

was ich damit sagen will, ich hab bis jetzt noch keine probleme mit relias/schütz und netzteil gehabt, und eventuell werd ich die abschaltung der versorgungsspannung auch umsetzen (think)
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Re: Neues Langzeitprojekt: CNC-Fräse

#25

Beitrag von TripleFan » 26.06.2018, 14:41

Die Diskussion war im RC-Network Forum: Hier und Hier.
Ich hoffe die Links sind OK.

Danke für die Info mit dem Relais. Ich denke ich werde in Richtung SSR gehen. Die sind kostengünstig und ich muss mir keine Sorgen wegen den Kontakten machen, auch wenn es bei dir zum Glück funktioniert. Netter Nebeneffekt ist, dass ich dabei auch gegen Kabelbruch abgesichert bin, wenn ich keinen Denkfehler habe. ;)
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