Meine CNC - Fräse

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Hallo alle zusammen,

nach nun fast einem Jahr Bauzeit (mit Monatelangen Unterbrechungen), habe ich mich nun entschlossen, meine (fast fertige) CNC Fräse hier vorzustellen, und eine kleine Zusammenfassung der wichtigsten Eigenschaften zu verfassen (Wer sich das Lesen ersparen möchte, findet weiter unten die Links zu den Bildern ).
Auf die Idee ein CNC Fräse, oder besser einen CNC Fräsbohrplotter (2.5D) selber zu bauen, bin ich durch das Projekt von "LT" (https://www.roboternetz.de/phpBB2/ze...hlight=fr%E4se) gekommen.

Nun möchte ich kurz auf die drei Hauptteile – Mechanik, Elektronik, Software – eingehen.


Die Mechanik:

Der Grundrahmen, auf welchem die Fräse aufgebaut ist, besteht aus Alu- Profielen (45x45) der Firma Bosch Rexroth. An diesem quadratischen Rahmen (0.5m) sind zwei Silberstahlstangen befestigt, auf welchen sich die Nuttenplatte, angetrieben durch eine Trapezgewindespindel (10x2), über Linearkugellager bewegen kann (x – Richtung). Weiters sind auf diesem Rahmen zwei Vertikale Profile befestigt, auf welchen ebenfalls Silberstahlwellen Montiert sind. Auf diesen Stangen kann sich der Fräskopf in y – Richtung bewegen.
Der Fräskopf besteht aus zwei Nutenplatten, welche sich ebenfalls über Stahlstangen und Linearkugellager verschieben lassen (z – Richtung). Als Fräsmotor verwende ich den Feinbohrschleifer von Proxxon, wobei ich doch besser den Industriebohrschleifer (Alu Schaft) von Proxxon kaufen hätte sollen (leider falsch gespart ).
Diverse Lagerblöcke sowie Mutterblöcke, wurden entweder aus Aluminium oder Zelamitt (Kunststoff) gefertigt


Die Elektronik:

Angetrieben wird die CNC Fräse durch drei Schrittmotoren. Diese Schrittmotoren werden über die „Standart Kombination“ L297/L298 durch einen AVR Controller Mega 8 gesteuert. An dieser Stelle möchte ich nochmals auf mein, noch immer nicht gelöstes, Resonanzproblem hinweisen (Kann es sein, dass ich das Layout so dermaßen unglücklich geroutet habe, das dadurch so gravierende Störungen aufträten? ). Weiters Details zur Steuerung findet ihr ebenfalls dort: https://www.roboternetz.de/phpBB2/ze...esonanzproblem


Die Software:

Als letzten Punkt meiner Beschreibung, möchte ich kurz die Software erwähnen.
Die Firmware für den Mega 8 habe ich ausschließlich in C(++) mit WinAVR und dem GCC Compiler, geschrieben. Grundidee ist folgende: Ein zu Fräsendes Werkstück wird im einem CAD Programm (Corel DRAW hat sich letztendlich am besten angeboten) grafisch gezeichnet. Diese Zeichnung wird durch das CAD Programm in ein HPGL File exportiert, welches mittels Terminalprogramm (Procomm oder Hyperterminal) als RAW ACCSI File zum AVR Controller, über die RS232 mit Software Flusskontrolle (Xon/Xoff), gesendet wird. Die Firmware steuert die x, y Motore mittels Bresenhamschen Linienalgorithmus zur geforderten Koordinate, sowie die z – Achse zur jeweiligen Frästiefe.
Die Firmware umfasst ein Menü (über das Terminalprogramm abrufbar) in welchem man diverse Parameter (Fräsgeschwindigkeit, Nullpunkt, Frästiefen…) festlegen, sowie die Fräse manuell steuern kann. Weiters besteht die Möglichkeit, vier verschiedene Frästiefen festzulegen, welche man in der Zeichnung durch unterschiedliche Farben zuordnen kann. Zu jeder Frästiefe kann, wie bereits erwähnt, die dazugehörige Fräsgeschwindigkeit entweder durch dass Menü, oder aber direkt im CAD Programm (im Export Menüfenster unter Stiftgeschwindigkeit) festgelegt werden.
Durch diese Konzept, ist es quasi möglich, alle beliebigen Formen zu fräsen, ohne diverse Algorithmen (Kreis, Viereck, Ellipse…) zu programmieren.

Abschließend möchte ich noch kurz die Möglichkeiten, Verbesserungen, sowie die Genauigkeit ansprechen.
Das Fräsen von Holz ist ohne jegliche (reelle)Einschränkungen bezüglich der Frästiefe möglich. Teile aus Aluminium sind ebenfalls gut zu verarbeiten, jedoch muss gesagt werden, dass pro Fräsgang nicht mehr als 0.8 mm tief gefräst werden kann (Leistung den Fräsmotors, Fräserkühlung, Entfernung der Spänne). Es ist aber ohne weiters möglich, Teile aus 10mm dicken Aluplatten auszuschneiden.
Die Auflösung der Fräse beträgt grundsätzlich 1/100 mm. Man kommt dann ganz grob auf eine Genauigkeit von 5/100 bei Holz und 1/10 bei Aluminium, wobei diese Werte absolut vom Zustand des Fräsers sowie von der Zerspanbarkeit des Materials abhängen.
Zu verbessern währ auf alle Fälle noch die Stromversorgung (siehe Resonanzproblem, eventuell bessere Schrittmotore), sowie die x – Führungsstangen (16mm statt 10mm, sowie bei der y Achse) und zu guter letzt noch der Fräsmotor (Industriebohrschleifer).

Also ich hoffe, ich konnte euch einen keinen Überblick über mein Projekt geben, und freue mich schon jetzt über eure Anregungen

Und hier noch ein paar Bilder, damit man sich unter dem Text auch etwas vorstellen kann
Ein Video mache ich vielleicht bei Zeiten.

Fräse:
Aufbau 1
Aufbau 2

Fräskopf:
Fräskopf 1
Fräskopf 2

Elektronik:
Platine
Schaltplan

Fräsergebnisse:
Werkstück 1
Werkstück 2

Video:
Funktionstest

Mit freundlichen Grüßen
Roland

[user529]

sehr schönes gerät

warum hast du das grundgestell und den sekrecht stehenden rahmen nicht diagonal ausgesteift?
wie viel hast du investiert (möchte schon lange etwas derartiges bauen, da ich den maschinenpark der schule bald verlassen muss)?
hast du die auch auf platinen ausgelegt(smd)?
was für vorschübe fährst du im moment?

mfg clemens

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Hallo Clemens,

der Grundrahmen ist IMHO ohne Querverstrebung stabil genug, da er zusätzlich auch durch die Führungsstangen ein wenig verstärkt wird. Die Vertikalen Profile kann ich nur umständlich verstärken, da sich ja im inneren der Fräskopf bewegt.
Es sollte möglich sein, Platinen auch zu Fräsen (SMD wird wahrscheinlich schwer), jedoch habe ich es noch nicht getestet, da ich noch nicht im Klaren bin, wie ich die Bohrungen in HPGL Koordinaten umwandeln kann.
Maximale Geschwindigkeit, um außerhalb des Materials zu fahren, beträgt ~3mm/s. Wenn ich jedoch Aluminium Fräse, hat sich eine Geschwindigkeit von max. 1mm/s als geeignet erwiesen.

mfg
Roland

[sigo]

Sehr gediegene Ausführung. Sowohl die Mechanik, als auch die Elektronik gefallen mir gut.

Für einen Omnibot (siehe hier: https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=28970 )
würde ich gern ebenfalls gern (u.a.) die Möglichkeit haben, ihn als Plotter fahren zu lassen um mit einer Sprayvorrichtung oder Kreide beliebig große zu zeichnen.

Dazu brächte ich eine Plotlösung, wie du sie offenbar realisiert hast, bzw. planst.
Es wäre toll, wenn du mir hierfür ein paar Hinweise zur Umsetzung geben könntest. (z.B. Beschreibung der verwendeten Formate, die Umsetzung etc.)

Ich habe jetzt eine 3-Achs-Servoregler-Lösung für die Antriebe fertig (DCMotoren). (siehe Link) Ein Layout ist leider noch nicht fertig.
Falls du mal Servoantriebe einsetzen möchtest, können wir uns ja ggf.austauschen.

Sigo

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Hallo Sigo,

Danke.

Es ist sicher möglich, auf eine ähnliche Art und Weise, deinem Bot das Zeichnen beizubringen
Wobei die Sprayvorrichtung sicher die einfachere Lösung ist, da sich die Kreide abnutzt, bzw. einen konstanten "Anpressdruck" benötigt.
Wegen der verwendeten Formate kannst du mir gerne Fragen per PN stellen.

mfg
Roland

PS.: @clemens: übrigens, ebenfalls Danke, hatte ich glatt vergessen

[user529]

nicht der rede wert;
könntest du mir den code-teil für den bresenham bitte schicken/ins forum stellen (verwende ihn auch, aber habe die kirche wahrscheinlich programmtechnisch ums dorf getragen)?

mfg clemens

[Felix.]

..Silberstahlstangen befestigt, auf welchen sich die Nuttenplatte, angetrieben durch..

irgendwie mag ich sinnentstellende fehler

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Aber immerhin, ich habs nur einmal falsch geschrieben...
Jaja, manche Wörter befinden sich so an der Kante, ein Buchstabe zu viel, oder zu wenig, und gleich wird man verurteilt

[jo_robot]

`hi ! tolles projekt. Mein Kumpel und ich wollten auch mal sowas machen. war aber nur eine doofe spinnerei!
wir wollte nen dremel mit 2 Schrittmotoren in X und Y richtung steuern
LOL

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Hallo, danke.

Naja, wieso nicht, nur der mechanische Aufbau ist eben ein Kompromiss zwischen einigermaßen stabil, und nicht allzu teure. Ich wollte zuerst so selbstgebaute "Lineargleitlager" aus kostengrüden verwenden, jedoch war der Reibungswiderstand zu groß, und durch ein sehr humanes preisliches Entgegenkommen seitens des Händlers, hab ich mich dann für Linearkugellager entschieden.

Anfangs wollte ich auch die gesamte Fräse nicht, wie jetzt, auf einen Rexroth Ramen, sonder einfach auf eine Große Platte (Bakelit), auf welcher sich zwei weitere platten, in X und Y Richtung bewegen können, aufbauen. Der Fräser sollte fix montiert sein.

Ich kann dir nur raten, bleib dann, ist sicher ein lehrreiches Projekt da es alle bereiche der Mechatronik abdeckt. (Mechanik - Elektronik - Software)

mfg