CNC Fräse

Schon früh haben mich diese Maschinen fasziniert. Wie von Geisterhand fertigen Computer hier scheinbar selbständig Teile. Dazu kommt die hohe Präzision und die geringen Beschränkungen der herstellbaren Geometrien. Diese alles eröffnet ganz neue Möglichkeiten der Konstruktion. Der Wunsch nach einer solchen Maschine ist also entsprechend alt. Als Schüler oder Student war das dafür notwendigen Budget allerdings weit entfernt von jeder Chance auf Realisierung. Jetzt ist endlich der Zeitpunkt gekommen an dem alle notwendigen Ressourcen (Zeit, Platz, Geld,…) für den Bau einer solchen Maschine vorhanden waren. Sogar Heike ließ sich erstaunlich leicht überzeugen.

Zunächst dachte ich an einen etwas modifizierten Bausatz. Schnell war mir aber klar, dass kein Bausatz dieser Welt alle meine Wünsche erfüllen kann ohne das massivste Modifikationen notwendig werden. Da der Kauf einer professionellen CNC Maschine nicht zu Diskussion stand, habe ich mich entschlossen eine vollständige Eigenkonstruktion zu wagen. Begonnen hat also alles vor einem weißen Blatt Papier und endete in einer voll funktionsfähigen Maschine.

Um auch härtere Materialen bearbeiten zu können, habe ich mich entschieden Grundgestell und Portal vollständig aus gelaserten Stahlteilen zu fertigen. Die realisierte Aufspannfläche beträgt 1000 x 1200 mm bei einer Protaldurchlasshöhe von 250 mm. Das bei den zu erwartenden Kräften und der gewünschten Präzision nur Linearkugellager mit Kugelumlaufspindeln in Frage kommen, versteht sich von selbst. Die Vorschubkraft bringen Nema23 Schrittmotoren der 3 Nm Klasse auf die Spindeln. Als zentrale Steuereinheit habe ich mich für eine MK3 von PlanetCNC entschieden. Es handelt sich hierbei zwar nicht um eine Opensource Lösung, allerdings wollte ich mich während der Realisierung der ganzen Mechanik nicht auch noch um dem kompletten Entwurf der gesamten Software und Elektronik kümmern. Nach einigen Modifikationen (z.B. nachrüsten einer Square-Homing-Option) der MK3 erfüllt diese bis heute ihren Zweck. Als Steuerung kommt ein Micro-ATX PC Board mit Intel Atom Prozessor zum Einsatz, auf welches sich die Fräsprogramme bequem via Cloud übertragen lassen. Gleichzeitig dient der PC als Werkstatt PC zum Webradio hören, Mikrocontroller beschreiben, etc.

Als Frässpindel habe ich zunächst aus Kostengründen eine einfach Kress FME 1050 Oberfräse gewählt. Um auch Aluminium, Messing und Kunststoffe  bearbeiten zu können verfügt die Maschine über eine MDE Minimalmengenschmierung von Dynacut. Das primäre Ziel war es zunächst eine grundsätzlich funktionsfähige Maschine zu schaffen. Luxus kommt später. Am Anfang hatte die Maschine noch keine Schleppketten, keine Absaugung, keine Bedienpult, etc. Nachdem die Maschine endlich in der Lage war Teile herzustellen konnte ich mir dann weitere Teile für die Maschine selber herstellen, und den Komfort so sukzessive verbessern. Lutz war praktischerweise während der Montage zu Besuch. Damit auch alles passt hat Heike die Maschine mittels Photogrammetrie exakt eingemessen. Der Aufbau war also mal wieder richtig gutes Team Work!

Da eine Steuerung via Maus und Tastatur auf Dauer sehr unkomfortabel ist, hat die Fräse recht schnell ein zusätzliches Steuerpanel bekommen. Darin sind die Funktionen typischer Jog-Wheel Steuerungen (MPG Pendant) sowie die wichtigsten Tastaturbefehle integriert. Die Jog-Wheel Funktionen sind direkt an die entsprechenden Eingänge der MK3 gekoppelt. So ist sichergestellt, dass elementare Funktionen wie „Notaus“ auch ohne PC funktionieren. Alle weiteren Funktionen werden von einem Arduino kontrolliert, welcher sich gegenüber dem PC als Tatstatur ausgibt und die entsprechenden Tasten als Shortcuts an die Steuersoftware übermittelt.

Ich habe den Aufwand eines kompletten Eigenbaus bis heute nicht bereut. Der gesamte Prozess vom leeren Blatt Papier bis zum heute regelmäßigen Einsatz der Maschine war, und ist, für mich extrem lehrreich. Natürlich bin ich mit meinen Ideen noch nicht am Ende. So wäre eine Absaugung oder eine 4te und 5te Achse ab und zu hilfreich, ein Gravur-Laser ist in der Steuerung bereits vorbereitet, oder, oder, oder…

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