Präzision-CNC um 300 Eur für Platinen bohren und Alu fräsen

[ModRob]

Die Eckdaten sind (alles nur ca.)

Bohren-Platinengröße bis 250x600mm
Wiederholgenauigkeit beim bohren: <0,05mm für Europakarten .. <0,2mm für die volle Größe

Fräs-Wege: 250mm x 150mm x 40mm
Frässpiel: 0,1mm (in den randzonen 0,2mm)

USB-Fileupload: Notebook anstecken file uploaden .. Notebook wieder mitnehmen und die Maschine arbeitet selbstständig... das ist eher für das Fräsen relevant, weil das Bohren sollte in wenigen Minuten erledigt sein.

LCD Display .. damit die CNC angeben kann welcher Bohrer jetzt einzuspannen ist.

Schrittverlust-überwachung: falls der Schrittmotor schritte verliehrt, reguliert die software automatisch auf 1/4 der Geschwindigkeit und probiert es erneut .. falls das wieder nicht geht .. Abbruch und Error am Display

Offset-Kalibrierung: Werkstück kann ausgespannt und anders wieder eingespannt werden .. dannach soll die Maschine es erneut einmessen können .. das brauche ich vorallem für sehr große Platinen .. zuerst ein Teilstück bohren, dann versetzt einspannen, den neuen Offset anhand bereits gebohrter Löcher bestimmen und dann weiterbohren

Werkzeugbegrenzung: Falls der Fräser zu nah an Spannbacken oder sonstige Einspannwerkzeugen kommt ... Abbruch und Error am Display.


Die zentralen Komponenten sind
1 x Proxxon Koordinatentisch KT 70
1 x Proxxon Koordinatentisch KT 150
1 x Proxxon MICROMOT 50/E
1 x ComputerNetzteil
4 x L298 (Schrittmotortreiber)
4 x Günstige Schrittmotoren von Polin
1 x Atmega 1281 (8k Ram für den Fileupload.. und genug pins)
1 x FT USB auf seriell Adapter

Diese Teile bekommt man um ca. 250 Eur .. bleiben noch 50 Eur für Kleinteile und Gerüst.

Der KT150 ist der Boden .. die Fräsmaschine wird auf den KT 70 .. 90° dazu montiert
Die Koordinatentische werden mit ein paar Stellringen und Kugellager modifiziert damit das Wendespiel verringert wird.
Falls das nicht reicht kommen noch ein paar weitere Modifikationen. .. (dann wird es wohl ein paar eur mehr kosten)

Die Software sortiert die Bohrlochreihenfolge so um das sie schnellst möglich gebohrt wird außerdem kümmert sich darum das die Schlitten beim Bohren immer nur aus einer Richtung gezogen werden um die Genauigkeit zu erhöhen

Die Schrittmotoren bekommen eine RC-Kompensation um die Geschwindigkeit bzw. das Drehmoment bei Bewegung zu erhöhen (bzw um sich dem L297 zu sparren)

Die meisten Teile hab ich schon .. als Gerüst hab ich massive U-Profile aus verzinktem Stahl (70x40x2mm) auf dem Müllplatz gefunden (hätten aber wohl nicht mehr als 15 Eur gekostet) .. das wird mit der Bodenkonstruktion verspannt (lange diagonale Schrauben), sodaß sich beim Fräsen durch den Druck auf den Fräser nichts bewegen kann.

Bilder gibts unter http://http://www.modulbot.com/bilder.html



Ich weiß zwar recht gut was ich tue, trotzdem Kritik bzw. Anregungen sind erwünscht...

[Besserwessi]

Ich hätte gewisse Zweifel, das die Kordinatentische so gut sind. Da ist zum einen die Haltbarkeit, dann das Umkehrspiel (beim Bohren nicht so schlimm, aber beim Fräser ein extremes Problem) und dann ist die Frage ob die Abwägung zwischen Spiel und Leichtgängigkeit passt. Wichtig ist auch noch das die Steigung passt, damit das ganze nicht zu langsam wird zum Fräsen - beim Bohren hätte man ja reichlich Zeit, aber beim Fräsen sollte der Vorschub schon einigermaßen stimmen, sonst halten die Fräser nicht lange und einige Materialien wie Plexiglas gehen dann ggf. gar nicht.

Wenn man die L297 sparen will, wird man mit RC Kompensation nicht viel weiter kommen, ggf. könnte eine Reine Softwarelösung im µC gehen, ist aber aufwendig und könnte für 2 Achsen den µC überfordern.

[dussel07]

Hört sich spannend an!
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[ModRob]

Das Umkehrspiel wird durch Modifikationen an den Spindelhalterungen verringert.
Außerdem gibt es da noch den Trick mit der Software .. die kann dabei auch noch kompensieren. Mein Tintenstrahldrucker macht das auch so.

Die RC Kompensation kommt zusätzlich zur Software im µC .. die Schrittmotoren haben sowieso nur 48 Schritte .. und 1 kHz sollte doch wohl drinnen sein .. damit komme ich auf 40mm/sek

[Besserwessi]

Ohne eine gute Stromregelung kommt man kaum auf 1 kHz Schrittfrequenz. Wenn man den Motoren nur ihre Nennspannung gibt muss man eher mit 50-100 Hz als maximale Schrittfrequenz rechnen. Wie viel mehr Spannung man in Software beherrschen kann ist dann die Frage.

Die Kompensation des Umkehrspiels im Software geht für das Bohren, bzw. anfahren einer Position. Beim Fräsen geht das aber nur eingeschränkt, weil der Fräser auch Kräfte ausübte und man für Kurven ggf. auch bei der Bearbeitung umkehren muss.

[ModRob]

Ich hab einmal meine Motoren durchgemessen und alles durchsimuliert .. 50 Hz pro Wicklungsstrang ergeben. ca 80% des Drehmoments ... Aber wenn ich mir das richtig zusammengereimt habe, übersetzten sich 50 Hz auf 200 Schritte pro Sekunde .. das sind dann 8mm/sek ... ich denke fürs Fräsen wären selbst 2mm/sek auch noch ausreichend (Plexi interessiert mich nicht).

Weiters haben meine Simulationen ergeben, das ein L297 bei der gleichen Überspannung nur unwesentlich besser ist als eine RC-Kompensation .. den einzigen nutzen den er bringt ist, das man die Leistung halt nicht am Widerstand verheizt.

Die Softwarelösung kann man sehr einfach lösen, indem man die interne-PWM benutzt .. quasi den PIN auf High für 5ms und danach am selben PIN die PWM aktivieren. (muß man halt im layout berücksichtigen, das man die PWM pins benutzt).

Ich geh einmal davon aus das ich SW-mässig das Umkehrspiel ausreichend (auch beim Fräsen) kompensieren kann ... sollte das nicht gehen hab ich immer noch die Option mir pro Achse eine zusätzlich Trapezgewindemutter einzubauen (gibts um 4 eur pro stück) um das Spiel zu minimieren.

Habe versucht Umkehrspiel zu messen: 0,05- 0,10mm pro Spindel ... das genau zu messen ist mit meinen Mitteln nicht so einfach ..
die Linearführungen erscheinen Spielfrei .. d.h. kleiner als ich messen kann.

Ich hab die X-Achse doppelt .. heißt auch doppeltes Spiel .. weil ja die Grundplatte und die Geräteaufhängung jeweils eine X-Achse haben .. fürs Fräsen kann ich aber, wenn ich die volle breite nicht benutzten muß die obere X-Achse fixieren und reduzieren mir damit das Spiel wieder vom doppelten auf den normalen Wert

[Besserwessi]

Das könnte schon knapp werden mit der Vorschubgeschwindigkeit, auch bei Aluminium. Hier
http://www.carbide-tools.com/knowHow.htmld/

sind z.B: rund 28 mm/s als passender Vorschub für einen 3 mm Fräser in Alu angegeben. Auch mit Z1 wären das noch 14 mm/s.

Je nach Werkzeug kann es aber auch langsamer gehen, ggf. auch auf Kosten von mehr Verschleiß am Werkzeug.

0,05-0,1 mm Umkehrspiel klingen schon mal gar nicht so schlecht.

[ModRob]

Diese hohen Werte gelten nur für eine Spielfreie Profi-CNC Maschine. Dafür hat die Spindel nicht genug kraft und würde sofort stecken bleiben.. und dann der Fräser abbrechen. Das 0,05mm Umkehr-Spiel ist da auch zu berücksichtigen .. das verursacht das der Fräser sich plötzlich um diese 0,05mm bei einem Lastrichtungswechsel (zB. bei einem Kreis) verrücken kann .. wenn es blöd hergeht, kommen die 0,04mm Vorschub dazu .. und das hält der Fräser nicht aus.

Ich arbeite da lieber mit einem 2mm Fräser .. das geht mit der Spindelleistung besser. Die bringt dann vielleicht noch 12000 U/min bei 0,01mm Vorschub, der niedrigere Vorschub verurschacht auch nicht so starke und schnelle Lastwechsel und mach auch noch vernünftige Ergebnisse. Damit komm ich dann auf 12mm/sek ...

Ich probier mal wie es funktioniert .. und wenn die Ergebnisse nicht gut sind kann ich die Software bzw. die Hardware noch immer ändern.

[ManuelB]

Hallo,

am Ende muss man es zwar probieren aber bei 48 Schritten/Motor und 2mm/rev der Spindeln ist die Auflösung ja schon "nur" 0,04mm. Erscheint mir schon etwas grob. Des Weiteren könnten Resonanzprobleme auftreten bei so großen Schrittwinkeln im Vollschritt. Meine Kleine klingt im Vollschritt nicht mehr wirklich schön
Aber warten wirs ab...
Wolltest Du die Motoren mit 12V betreiben aus dem PC Netzteil?

MfG
Manu

[ModRob]

Ja die 12V aus dem PC-Netzteil benutz ich .. mit Vorwiderstand auf 10V Motoren. Ich hab ja auch noch die Option auf Halbschritt oder Viertelschritt per Software .. Ich hab im Hardwarelayout alle 6 Steuerleitungen auf den Microcontroller gelegt, sodas ich mir damit alle Möglichkeiten offen lasse.