Mini CNC 1419

[Yaman]

Ich habe mir schon länger überlegt, mir eine CNC-Fräse für die Fräsarbeiten zuzulegen, die ich händisch nicht oder nicht so exakt hinbekomme. Eine große CNC-Fräse kam aus zwei Gründen nicht in Frage: erstens will ich händisch bauen und baue auch nur Einzelstücke (da lohnt sich für mich die Programmierung nicht) und zweitens habe ich in meinem Keller keinen Platz.

Ein Selbstbau kam für mich nicht in Frage, weil ich keine Ahnung von der Materie habe (außer das ich vor Jahrzehnten mal einen Treiber für einen Flachbettplotter geschrieben habe).

So habe ich mich nach günstigen chinesischen Bausätzen für kleine CNC-Fräsen umgesehen und ein Modell gefunden, was relativ stabil aussieht und komplett aus Alu ist. Arbeitsfläche ist 14 x 19 x 4 cm, was für meine Bedürfnisse ausreicht.


Es gibt noch ein ähnliches kleineres Modell mit einer Arbeitsfläche von 10 x 13 x 4 cm:


Ich habe mich für das größere Modell entschieden, weil es nur geringfügig mehr kostet, der Arbeitstisch feststeht, die Lager für die Y-Achse unter dem Tisch sind (und so mehr geschützt sind) und es einfach ist, andere Spindelhalterungen anzubringen.


Die Fräse wird mit einer Steuerplatine auf Arduino Uno Basis geliefert und läuft mit der Open Source Firmware GRBL. Netterweise haben die Chinesen auch einen Bootloader auf der Platine, so dass man die Firmware aktualisieren kann (geliefert mit GRBL 0.8, aktuell ist GRBL 1.1).
Außerdem kann man so auch die Fräse mit Estlcam steuern, da Estlcam seine eigene Firmware auf die Steuerplatine schreiben kann.
Die Steuerplatine hat außerdem Anschlüsse für Spindel, Laser, PWM, Endschalter und Tastplatte.


Es wird eine CD mitgeliefert, auf der ein GRBL-Steuerungsprogramm, ein Brennprogramm für Laser und ein Tool zur Aktualisierung der Firmware ist. Zusätzlich gibt es eine Datei mit Links zu YouTube-Videos für den Aufbau, da keinerlei Anleitung mitgeliefert wird.

Ich bin nach folgendem Video vorgegangen:
https://www.youtube.com/watch?v=9TYmnd3_o2E

Beim Kauf kann man zusätzlich einen Offline-Controller (für GRBL) mitbestellen, mit dem man die Fräse ohne Computer verwenden kann: Fernsteuerung über Tasten und der G-Code kann von einer Micro-SD Karte geladen werden.

Der Bausatz macht eine guten Eindruck, die roten Aluprofile sind 10 mm, die Nutenplatten sind 20 mm dick, die Wellen für die Achsen haben einen Durchmesser von 12 mm, alles Edelstahlschrauben. Das ganze Metall hat ein Gewicht von 9 Kg.


Die Kleine hat keine Kugelumlaufspindeln aber einfache Linearlager. Die Motoren sehen aus wie Spielzeug aber einen Testlauf der Z-Achse mit einem 4 Kg-Gewicht hat sie problemlos gemeistert.
Die Spindel (wenn der kleine Motor den Namen überhaupt verdient) ist die gleiche wie bei all den günstigen China-Fräsen. Aber sie hat schon ER11-Spannzangen.

Im Internet gibt es kaum Infos zur Fräse, allerdings ein 3D-Modell:

https://grabcad.com/library/cnc-1419-1

[hatta]

Ich hab das billigmodell (glaub 3018 oder so) und die tut für Inlays tolle Dienste. Außer dass man Windoof dafür benötigt wegen Estl Cam.

Bei deiner gefällt mir besonders, dass der Arbeitstisch feststeht und nicht bewegt wird wie bei meiner.

Viel Spaß damit, Inlays werden so sehr genau und auch schön. Klar ginge es auch mit Hand, aber so eine kleine spielerei macht ab und an auch spaß

Was generell toll wäre: so eine Mini CNC in der Größe, dass man ein komplettes Griffbrett in einem Zug fertigfräsen könnte, also Bundschlitze und Inlays. Haben aber leider alle einen zu kurzen Verfahrweg der Länge nach ...

[Yaman]

Ich hab das billigmodell (glaub 3018 oder so) und die tut für Inlays tolle Dienste. Außer dass man Windoof dafür benötigt wegen Estl Cam.

Genau dafür wollte ich sie auch erstmal einsetzen.
Es gibt inzwischen einige Mac-Programme, die mit GRBL funktionieren. Wenn Interesse besteht, kann ich mal eine Liste posten.
Ich habe mir wegen Estlcam auf einem ausgemusterten iMac mit Bootcamp Windows 7 installiert.

[Rallinger]

Na, die Hardware macht ja schon mal einen ziemlich soliden Eindruck. Für das was du vorhast reicht die sicher aus und bietet eine gute Basis für eventuelle Upgrades. Gratuliere!

Die Motoren sollten NEMA 11 sein, nehm ich an? Wenn du die Inlays nicht im Eildurchlauf fräsen willst, sollte es da keine Probleme geben. Diese Miniendstufen sind halt nicht unbedingt das Gelbe vom Ei. Ohne dir den Spaß verderben zu wollen, aber schau mal hier rein, das dürften deine Platinchen sein:
https://www.youtube.com/watch?v=Hr3n1kRBc68

Da würde ich mir an deiner Stelle vom Fleck weg ein Upgrade gönnen. Die TB6600er Endstufen sind nicht gerade Highend, aber im Vergleich mit dem was du hast sind sie der Burner. Und kosten irgendwas mit 8 Euro pro Stück ...

[Yaman]

Die Motoren sind Nema 14 mit 1,3 A. Ich habe die 4988 Motortreiber gegen DRV8825 getauscht. Die werden mit richtig eingestelltem Strom jetzt ca. 50 Grad warm.

Edit:
In diesem Video wird außer dem Stromproblem auch auf die unzureichende Kühlung dieser kleinen Motortreiber eingegangen:

https://www.youtube.com/watch?v=l1C3jRURX4A

[thonk]

Darf ich fragen, in welchem Shop du die Maschine bestellt hast? Da scheint ja ein recht breit angebotenes Teil zu sein mit Preisen "von-bis".
Das fände ich für so kleine Details ganz interessant. Wenn ich mir bei deinen Bauten die Anwendungshäufigkeit von Fräsständer und Kreuztisch angucke, scheint mir das in deinem Fall der konsequente Weg zu sein.

[Yaman]

Darf ich fragen, in welchem Shop du die Maschine bestellt hast? Da scheint ja ein recht breit angebotenes Teil zu sein mit Preisen "von-bis".

Klar, darfst du. Ich habe sie hier bestellt mit Lieferung aus Polen, da war sie in drei Tagen da und es kostete keinen Zoll und Einfuhrumsatzsteuer. Allerdings versendet der Shop zur Zeit nur aus China
https://de.aliexpress.com/item/40011024 ... 4c4dT7FuYx

Edit:

Hier gibt es die Kleine mit Versand aus Tschechien:
https://www.banggood.com/Red-1419-3-Axi ... rehouse=CZ

[dieratec]

Was generell toll wäre: so eine Mini CNC in der Größe, dass man ein komplettes Griffbrett in einem Zug fertigfräsen könnte, also Bundschlitze und Inlays. Haben aber leider alle einen zu kurzen Verfahrweg der Länge nach ...

Wenn ich mir die Konstruktion anschaue dürfte es ja kein großer Aufwand sein, die X - Achse auf 550 mm zu erweitern.
Da ich aber keine Ahnung von der Steuerung habe, würde mich mal Interessieren ob das so einfach umzusetzen ist.

[dieratec]

Wenn ich mir die Konstruktion anschaue dürfte es ja kein großer Aufwand sein, die X - Achse auf 550 mm zu erweitern.
Da ich aber keine Ahnung von der Steuerung habe, würde mich mal Interessieren ob das so einfach umzusetzen ist.

Es müßten die Wellen, auf denen die Lager laufen, die Antriebsspindel und die beiden Nutenplatten für den Tisch verlängert werden.
Der Steuerung ist das egal.

[dieratec]

Danke. Dann ist das kein großer Aufwand, solange die Gewindestage nicht aus der Norm fällt. Als Tisch kann man ja zwei Rechteck Alu – Profile verwenden und in der Mitte eine MDF – Platte einsetzen. Die Rundführungen bekommt man ja günstig zu kaufen und eine Lohndreherei die einem dann die Lagersitze an die Spindel andreht findet man auch.
Dann warte ich mal, bis die Lieferung wieder aus der EU angeboten wird.

[jhg]

Das sind ja alles Standardteile die vom Chinamann direkt für 3D Printer / Fräsen fertig angeboten werden. Im Übrigen sind das mit Sicherheit keine Kugelumlaufspindeln sondern vorgespannte Trapezgewindespindeln. Da musst du gar nicht irgendwas speziell anfertigen lassen, sondern kannst das dann durch längere Teile ersetzen.

[Yaman]

@dieratec : es gibt ein 3D-Modell der Fräse, da kannst du gut den Aufbau sehen:
https://grabcad.com/library/cnc-1419-1

[Yaman]

Die Fräse hat an jeder der drei Achsen ein 20 mm Loch für optionale Endschalter.

Zur Befestigung habe ich die Endschalter mit der Heißklebepistole eingegossen, ein Loch in den Kleber gebohrt, einen Dübel eingesetzt und kann nun die Schalter exakt befestigen.

[dieratec]

@dieratec: In diesem Video hat jemand die Y-Achse des kleineren Modells der Fräse verlängert:

https://www.youtube.com/watch?v=yvb9jv3snwA&t=240s

[raumneun]

Netterweise haben die Chinesen auch einen Bootloader auf der Platine, so dass man die Firmware aktualisieren kann (geliefert mit GRBL 0.8, aktuell ist GRBL 1.1).

Vorsicht, bei einer Version dazwischen hat sich das pinout geändert, unbedingt vorher testen, ob das Probleme machen könnte. Wenn ich mich recht erinnere, wurde der Endschalter Eingang für die Z Achse mit der Spindel PWM getauscht in v0.9, aber das solltest du nochmal recherchieren. Ansonsten lohnt sich das upgrade auf 1.1 unbedingt.

Edit: hier ein Link zu dem Sender, den ich benutze, hat viele nette Features (heightmap, probing,...):
https://github.com/terjeio/Grbl-GCode-Sender

Viele Grüße
Max

[Yaman]

Die Fräse hatte ich inzwischen nicht mit der originalen Steuerplatine, sondern mit einem Arduino und einem CNC-Shield angeschlossen.

Zuerst habe ich die Motortreiber (A4988) der originalen Steuerplatine verwendet, die aber bei korrekt eingestelltem Strom (1,3 A) für die Motoren sehr heiß wurden. Ich habe sie dann gegen TRV8825 Motortreiber getauscht, die für höhere Ströme ausgelegt sind. Die wurden dann nur ca. 50 Grad warm. Allerdings ist der Decay-Mode bei diesen Treibern auf Mixed eingestellt und sollte für Fräsen dieser Art auf Fast eingestellt sein, anderenfalls verliert der Motor bei langsamen Geschwindigkeiten Schritte. Das kann aber nur durch Löten einer Verbindung im SMD-Bereich gemacht werden. https://softsolder.com/2019/08/23/drv88 ... feit-chip/

So habe ich den Rat befolgt und habe richtige Endstufen passend für die kleinen Motoren gekauft (Leadshine DM320T). Was ein Unterschied. Die Motoren laufen sehr ruhig, keinerlei Geräusche und das Startverhalten ist auch wesentlich besser.
Dafür musste ich natürlich die gesamte Elektronik in ein Gehäuse einbauen. Die originale Lösung mit der Steuerplatine an der Fräse gefiel mir sowieso nicht.

[Yaman]

Das CNC-Shield benutze ich weiter (natürlich ohne Motortreiber und Stromversorgung), weil für die Schalteingänge auf der Stiftleiste jeweils auch ein Masseanschluß vorhanden ist. Das macht die Verkabelung der Endschalter und der Tastplatte einfacher.

[Titan-Jan]

Hm, jetzt macht ihr mich aber neugierig bzgl. der Endstufen. Bei meiner Fräse stört es mich auch etwas, dass die Motoren so warm werden und so wilde Melodien machen.
Kann man die Endstufen einfach 1:1 ersetzen? Oder muss man dann wieder erneut programmieren oder wie läuft das?

[Yaman]

Die Motoren werden bei mir mit korrekt eingestelltem Strom überhaupt nicht warm (Motor 1,3 A, Endstufeneinstellung 0,92 A RMS, Peak 1,3 A). Wieviel Ampere vertragen deine Motoren und was hast du in den Endstufen eingestellt?

Kann man die Endstufen einfach 1:1 ersetzen? Oder muss man dann wieder erneut programmieren oder wie läuft das?

Was meinst du mit programmieren, die Steuerung in Estlcam? Wenn du bei einer anderen Endstufe die Mikroschritte wieder gleich einstellst, brauchst du nicht neu zu programmieren.

[raumneun]

Zum Thema warme Motoren:
Bauartbedingt hängen das Haltemoment und die Verlustwärme linear mit dem Strom zusammen. Das ist ja das schöne im Vergleich zu anderen Typen, dass diese Motoren ein Moment bei 0 Drehzahl haben können, meist sogar ihr größtes. Wenn die Motoren jetzt weniger warm werden, haben sie auch weniger Haltemoment. Meistens wird das über eine Absenkung des Ruhestroms realisiert, das können A4988 und Co glaube ich nicht. In den allermeisten Fällen braucht es auch kein großes Haltemoment, aber das muss man eigentlich anhand der Motorkennlinie entscheiden.
Beim Tausch der Endstufen muss man an sich nichts beachten, außer man ändert das Microstepping.

[raumneun]

Nachtrag: verlustleistung hängt natürlich quadratisch vom Strom ab, peinlich peinlich... Die aussage ist trotzdem die gleiche weniger warm = weniger strom = weniger haltemoment. Vermutlich aber nicht so interessant bei einer maschine dieser größe und steifigkeit

[Yaman]

Meistens wird das über eine Absenkung des Ruhestroms realisiert, das können A4988 und Co glaube ich nicht.

Ja, die DM320T Endstufe senkt den Ruhestrom um 50% herunter.

[Yaman]

Wie ich am Anfang schrieb, hatte ich von der Materie keinerlei Ahnung, außer das ich wußte, was eine CNC-Fräse ist .
So habe ich quasi "Reversed Engineering" betrieben und mir nachträglich das nötige Wissen erarbeitet. Dabei habe ich nebenbei festgestellt, dass in anderen Foren ein deutlich anderer Umgangston herrscht als hier. Auch findet sich viel Halbwissen, teilweise auch falsch, das trotzdem weitergegeben wird. Dumm ist es nur für diejenigen, die das nicht beurteilen können.

Es ist z. B. unglaublich, wieviele in YouTube-Videos ihre CNC-Fräse mit A4988-Treibern ansteuern, obwohl diese Treiber nicht mal ansatzweise den benötigten Strom für die von ihnen verwendeten Schrittmotoren liefern können (siehe Video: https://www.gitarrebassbau.de/posting.p ... 4#pr171410), dann aber wilde Diskussionen über leistungsstärkere Motoren führen.

Was die Einstellung meiner vermeintlich korrekt eingestellten Endstufen betrifft, habe ich mich gewundert, dass die Motoren im Betrieb völlig kalt bleiben.

Die Motoren werden bei mir mit korrekt eingestelltem Strom überhaupt nicht warm (Motor 1,3 A, Endstufeneinstellung 0,92 A RMS, Peak 1,3 A).

Korrekt eingestellter Strom ist etwas anderes. Die angegebene Stromstärke der Motoren ist der RMS-Wert. Im Microstep-Betrieb werden die Motoren mit einem sinusförmigen Stromverlauf angesteuert und dann beträgt die maximale Stromstärke 1,4 x Stromstärke RMS. Also werde ich die Endstufe auf 1,34 A RMS und 1,9 A Peak einstellen und mal sehen, wie sie dann laufen und wie warm sie werden.

[Rallinger]

Jetzt muss ich mal doof fragen (was ich mir in einem CNC-Forum sparen würde): Strom einstellen?

Den Knopf dafür muss ich bei meinem Zeug übersehen haben. Ok. Vermutlich weil es Closed loop Teile sind, die regeln ihren Strom selber abhängig von der Last. Aber ich hab auch einen Open Loop Motor mit integrierter Endstufe rumliegen. Falls man da außer dem Microstepping etwas einstellen können sollte (oder müsste) ist das bisher an mir vorbei gegangen ...

[Yaman]

Ich nehme mal an, dass bei einem Motor mit integrierter Endstufe die Endstufe weiss, was der Motor braucht.
Bei den externen Endstufen kann der Strom über DIP-Schalter eingestellt werden. Bei meiner Endstufe in den folgenden Abstufungen:

Diese Endstufe ist nur für kleine Motoren gedacht, deshalb ist die mögliche Stromstärke auch nur gering.