Meine neues CNC-Selbstbauprojekt X2

[erik_wolfram]

Hallo,

schon lange hatte ich wenig Zeit für das Forum, da es mich ein bisschen aus der Robotik verbannt hat. Um meine nächsten geplanten Projekte zu verwirklichen wollte ich mir die entspechende Ausrüstung beschaffen - in diesem Fall eine über 600 kg schwere CNC-Portalfräse. "Eigentlich" wollte ich viel kleiner bauen ... doch im Laufe der Planung wurde die Fräse immer größer, vor allem, wenn man einen Maschinentisch mit 120 kg geschenk bekommt ...

Nun bin ich nach 2 Jahren so weit, dass die Fräse "lebt" und sich bewegt. Einen Span hat sie noch nicht erzeugt, aber das Ergebnis spricht für sich.
Es stehen noch einiges an Modifikationen aus und einiges benötigt noch die Vollendung. Endschalter, Abdeckungen, Einhausung und Kühlung fehlt noch. Ebenso wie der AUfbau des Schaltschranks. Für die Inbetriebnahme habe ich den kleinen Schaltschrank meiner kleinen X1 entwendet.

Ein kleines Video zu den ersten Bewegungen habe ich bei Youtube (https://www.youtube.com/watch?v=bEAN8eOoBjs) hochgeladen.

Außerdem gibts noch ein paar Bilder.

Gruß Erik

[shedepe]

Hey, die sieht ja wirklich eindrucksvoll aus! Respekt!
Willst du mal ein paar Randdaten wie Genauigkeit, welche Materialen damit gefräst werden können und soweiter nennen ?

[erik_wolfram]

Hallo,

also ein paar Zahlen:

Vorschub ist auf 5000 mm/min im Eilgang ausgelegt. Hierzu erfolgt der ANtrieb über 3 Nm Schrittmotoren, einer Untersetzung 2:1 auf Kugelrollspindeln mit 5 mm Steigung.
Bis auf die X-Achse meistern das die anderen Achsen ganz gut. Auf X komme ich noch nicht ganz ans Ziel heran. Da ich aber die alte (kleine) Steuerung verwende kann ich bei der neuen den Strom noch etwas erhöhen.
Die Schrittmotoren werden mit 48 Volt befeuert, die dann ein 320 Watt Netzteil liefern soll. Als Schrittmotorendstufen verwende ich Leadshine-Treiber ND556 bzw. MD556.

Die Frässpindel hat 1 kW Leistung bei 18000 1/min. Diese soll später wenn das Geld da ist durch etwas stärkeres mit Werkzeugwechsel ausgetauscht werden.

Zur Stabilität: die Fräse wiegt momentan über 600 kg, 800 kg werden es wohl noch mit Kabine, Verkleidungen zusätzlichen Versteifungen etc.
Der Tischunterbau ist aus einem Stahl-Gerippe mit Minerallguss. Das Portal ist momentan aus Aluminium, war aber ursprünglich massiver geplant.
Gemessen habe ich noch nicht, inwiefern sich die Maschine unter Last verzieht. Das werde ich mal machen, wenn mir langweilig ist...

Fräsen möchte ich alles mögliche: Holz, Kunststoff, Aluminium und bedingt Stahl. Später wenn ich mit Kühlmittel arbeiten kann möchte ich auch Glas graviern können!

Aber zunächst muss ich erstmal testen, wie sie sich beim Fräsen schlägt...

[erik_wolfram]

Heute wollte ich die Fräse eigentlich mal richtig in Betrieb nehmen.
Leider bin ich an der Software gescheitert. Meine MACH3 Installation macht mir bei den hohen Geschwindigkeiten auf Windows 7 erhebliche Probleme.
Solange diese bestehe, ist es mir zu gefährlich zu fräsen... - ich habe keine Lust den Fräser im Tisch zu versenken.
Der Intel Atom und Windows 7 haben bei meiner kleinen Fräse und den moderaten Geschwindigkeiten keine Probleme gemacht - jetzt sieht alles anders aus.

Aber anbei mal ein Bild wie die Maschine fertigs aussehen soll.

Gruß Erik
31142

[i_make_it]

Windows 7 ist von hause aus nicht echtzeitfähig.
Entdweder echtzeitfähig machen z.B. mit:
http://www.elektroniknet.de/embedded/software/artikel/95414/
oder ein echtzeitfähiges Linux nehmen:
http://pi.informatik.uni-siegen.de/niere/lehre/SS04/SeminarFinal/9_klein/Ausarbeitung.pdf

[malthy]

... oder Mach3 auf einem 32-Bit XP-Rechner betreiben, das sollte dann problemlos gehen.

[erik_wolfram]

Danke für die Tips, ich vermute aber, dass der Fehler woanders zu suchen ist.
Der Rechner lief jahre lang zuverlässig an meiner kleinen Fräse in dieser Konfiguration. An Windows bin ich durch die Verwendung von MACH3 gebunden, da ich damit vollstens zufrieden bin.
Es gibt zwei mögliche Fehlerquellen die mir Probleme machen könnten. Zum einen hatte ich für Simulationszwecke Creo Elements auf dem Rechner installiert. Ich kann mir gut vorstellen, dass so eine umfangreiche Software Windows gut ausbremsen kann. Die Deinstallation und die Installation der neusten MACH3 Version hat jedoch nicht geholfen. Die andere Ursache kann das Erhöhen der Geschwindigkeiten im Bezug zur Puls-Grundfrequenz (pseudo?! Echtzeit) sein. Während die alte Fräse mit maximal 2000 mm/min fuhr, ist die neue für 7000 mm/min ausgelegt. Damit ist die maximale Pulsfrequenz mit derr MACH3 sich ausführen lässt nahezu ausgelastet.

Es kann daran liegen, dass ich mit dem kleinen 1,6 GHz Intel Atom hier an die Grenzen stoße. Das wäre schade, weil mich der kleine Rechner (Motherboard Mini ITX) sehr zufrieden gestellt hat weil er so kompakt ist.

Ich werde den Rechner jetzt nochmal komplett neu aufsetzten und Windows 7 soweit es geht abspecken. Wenn das nicht geht werde ich es mit XP versuchen.
Ich möchte ungern einen anderen Rechner verwenden. Grade weil er "nur" für die Fräse benötigt wird und nicht viel können soll. Außerdem passt so ein kleiner REchner gut in den Schaltschrank, so dass er professionell verbaut werde kann und nicht neben der Fräse stehen muss.

[i_make_it]

Neu installieren muß nicht unbedingt sein,
Schau dir mal im Taskmanager an welche Dienste auf automatik und auf manuell stehen. und welche Prozesse laufen.
Im Taskmanager unter Autostart kannst Du was in der Registry unter den run Keys liegt bearbeiten.
Dann nimm mal msconfig und schau dir dort die Dienste an.
Kann sein das da von dem Programm auch was installiert wurde.

Wenn Du weiter optimieren willst, starte einmal im Abgesicherten Modus und schreib dir auf welche Dienste und Prozesse da gestartet werden.
Im normalen Modus kann man dann mit installiertem Mach3 nach und nach nicht benötigtes abschalten und prüfen das Mach 3 noch läuft und kommunizieren kann.
Je weniger Prozesse und Dienste auf der Zeitscheibe liegen, um so besser für die Maschinenkommunikation von Mach3.

[erik_wolfram]

Hallo habe heute mal einen registry cleaner drüber laufen lassen. Außerdem hab ich die Systemwiederherstellung ausgeführt.
Danach lief es relativ Problemlos. Außer, dass ich feststellen musste, dass eine Riemenscheibe gelöst war.
Nichtdestotrotz - wenn ich währen dem manuellen Verfahren die Win-Taste drücke fährt dir Achse fleißig weiter... keine Ahnung ob das "normal" ist?!
Erstmal lief heute alles. Allerdings laufen die Motoren jetzt noch im 1/4 Schritt. Bei der Kreisfahrt laufen die Motoren sehr umruhig. Man merkt deutlich eine Resonanz.
Ich werde nochmal den 1/8 Schritt probieren - damit habe ich bis jetzt die besten Erfahrungen gemacht.

[Wsk8]

Hallo,
bist du sicher, dass die 3Nm der Stepper reichen?
Halb so große Maschinenen haben 10Nm+.

mfg

[erik_wolfram]

Rechnerisch sollten sie reichen.
Schließlich habe ich sie 2:1 untersetzt und sie besitzen ein geringeres Massenträgheitsmoment (auch mit der Untersetzung).
Die großen Motoren hatten mir ein zu großes Trägheitsmoment. Daher erher die kleinen Motoren und die Untersetzung ggf. anpassen.

Außerdem habe ich die X-Achse mit dem 50+ kg Portal schon ohne Probleme verfahren können (5000 mm/min getestet 7000 sollten maximal sein mit Sicherheit 3,1). Solche Vorschübe werde ich aber nur nutzen wenn die Maschine über Endschalter und Referenzfahrt verfügt.

[EDIT] Ich verwende Kugelumlaufspindeln, keine Trapezspindeln wie man sie häufig noch findet. Die Achsen lassen sich mit dem kleinen Finger drehen!

[erik_wolfram]

Um das Problem zu beheben habe ich nun beschlossen einen externen CNC-Controller zu verwenden. Damit schaffe ich meine gewünschten Vorschübe und habe einen sicheren Betrieb als mit Windows dazwischen. Hierzu habe ich mir ein CSMIO-Modul mit 125 kHz und 4 Achsen bestellt. Dieses besitzt einen Netzwerkanschluss und alle Ein- und Ausgänge sind optisch isoliert. Außerdem ist die Hardware Mach3 kompatibel und verfügt über eine gute Dokumentation.

Das Modul habe ich schon und bin grade am Schaltschrank - nun baue ich alles komplett im dafür vorgesehenen Schaltschrank auf.
Leider ist mir die Aderleitung am Wochenende ausgegangen ... sonst hätte ich vielleich schon testen können...

Anbei ein Bild vom momentanen Stand.

[erik_wolfram]

Es ist viel passiert.
Der Schaltschrank ist nun endlich fertig nachdem mir erst das 24 Volt Netzteil flöten gegangenen ist. Die Software läuft soweit und heute bin ich zum ausführlichen testen gekommen.

Ich habe erstmal einen Schriftzug in Sperrholz gefräst. Spindeldrehzahl, Vorschub und Lautstärke übertreffen meine alte Fräse bei weitem!
Für den ca. 400mm Schriftzug habe ich bei 12.000 1/min keine 5 Minuten gebraucht. 18.000 1/min könnte ich ...

In den nächsten Tagen werde ich die Fräse an meinem 3D-Drucker testen. Der bekommt ein paar Modifizierungen für die EInbindung eines beheizten Bettes.

Anbei ein paar Bilder. Sobald ich noch mehr Material zusammen habe werde ich ein Video dazu posten.