Eigenbau CNC Portalfräse mit Werkzeugwechsler!

[chris-t]

Hallo Zusammen,

ich möchte euch mein Projekt, welches ich im letzten Halbjahr gebaut habe, nicht vorenthalten. Somit habe ich ein paar Bilder zusammengetragen, welche den Bau der Fräse gut dokumentieren.

CNC 63 ATC

Die komplette Fräse besteht aus Item Aluprofilen und Feingefrästen Aluminium Platten (7050).

Zu Beginn wurde eine CAD Baugruppe mit Solidworks erstellt:



Item Aluminium Profile (80x80) 1400mm lang

Vorder und Rückplatte aus 15mm Alu.



2010 Kugelumlaufspindeln von Aliexpress auf X und Y (20mm Durchmesser, 10mm Steigung )

2 Spindeln auf der langen Achse verbaut.



25mm dicke Portalseitenwände aus Feingefrästen Aluplatten.

Vorraussichtlicher Verfahrweg 1180mm x 980mm



20mm Profilschienenführungen auf X und Y, 15mm auf Z.



Kleinteile bis 20mm Stärke, werden auf der bisherigen Eigenbau CNC Fräse gefertigt. Größere wurden in Autrag gegeben: http://www.ms-modelltechnik.de/cnc-fraesdienst-c-213.html?SESS=1jdtlqjvqqe028us1t216covc4



Die Portalseitenwände werden zusätzlich von außen mit 20x40mm Alu verstärkt.



Um Beide Kugelumlaufspindeln anzutreiben, wollte ich keine 2 Motoren nutzen, da diese Variante deutlich teurer ausgefallen wäre. Somit habe ich mir einen Riemen bei Maedler in der richtigen Länge schweißen lassen.

Die Riemenlänge kann mit dem Maedler tool oder in Solidworks ermittelt werden.



Die Abdeckung für den Riemenantrieb sollte aus 2mm Alublech entstehen, welches an den Kanten gelötet wird.



Das spätere Werkzeugmagazin für USOVO Sk15 umfasst 15 Werkzeughalter und einen Längensensor, ebenfalls von USOVO.



Um gut Formen fräsen zu können, wurde speziell darauf geachtet, dass die neue Fräse deutlich mehr Durchlasshöhe als die Alte aufweist.





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euer Chris

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[chris-t]

Grundgestell und Profile

Nach und nach kamen dann auch die ersten Bauteile per Post.



Die ersten hochfesten Aluplatten, welche selbst auf der bisherigen Fräse bearbeitet werden.

Dazu gehören Abstandshalter für die Loslager, Portalbalken Abedeckungen . . .



Erste Bestellung für das Grungerüst von Motedis.







Die Profile, welche sich später nicht bewegen (Grundgerüst) wurden zur Hälfte mit Quarzsand befüllt, um ein späteres aufschwingen zu vermeiden.



Damit der Sand auch wirklich in den Profilen bleibt, wurden Abdeckungen aus PLA 3D gedruckt.



Bereits zu diesem Zeitpunkt konnte ich das Grundgestell nicht mehr selber tragen, bzw. heben.



2K PU-Schaum wurde zum Befüllen der beweglichen Teile verwendet. (Portalbalken)





Portalbalken (200mm x 80mm) von SMT Montagetechnik

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[chris-t]

Die ersten Frästeile!

Da die CAD-Zeichnung soweit stand, konnten die ersten Teile gefräst werden.





Portalbalken-abdeckkappen, aus 15mm hochfestem Alu. Hier wird das Festlager und der X Motor angeschraubt.







Abstandshalter zum befestigen der Loslager der Y Achse.

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[chris-t]

Spindeln, Führungen, Motoren

Um später hohe Vorschub Geschwindigkeiten erreichen zu können, wurde auch dementsprechend die Mechanik und Elektronik ausgelegt.

Kugelumlaufspindeln mit einem Druchmesser von 20mm sollten bei einer Länge von 1400mm weniger dazu neigen sich aufzuschwingen, als gängige 16mm.

Durch eine Steigung von 10mm wird die Drehzahl der Spindel herabgesetzt, welches ebenfalls gegen Aufschwingen vorbeugt.



Gut verpackt, mit Sperrholzbrett vom Chinamann



Es war vorgesehen, die KUS Mutterhalter aus China zu verwenden, was nicht zu empfehlen ist.
Die Halter weisen extreme Fertigungstoleranzen auf.









Closed-loop Hybrid Schrittmotoren von Rattm Motor. 2x Nema 34, einmal Nema 23.



Erste Anbrobe.

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[chris-t]

Riementrieb und Untertisch

Da die neue Fräse den Platz der Alten einnehmen sollte, und schwerer sein wird, ist ein stabiler Untertisch nötig.

Somit habe ich beim Gebrauchtwarenmarkt mir 50x100 Böma Aluprofile in der richtigen Länge zugesägt und ein Untergestell gebaut.



Böma Profile zum Alu-Schrottpreis





Das komplette Gestell wurde einheitlich grundiert und lackiert, da die Profile unterschiedlich eloxiert waren.

Die Standfüße wurden mit 10mm Gummi beschichtet, welchen man normalerweise unter Waschmaschinen nutzt.



Der Name der Fräse : CNC 63 ATC (automatic tool change)

Das Logo soll an einen bekannten Autobauer aus Stuttgart erinnern





Klapptüren aus MPX Holzplatten. Später wird dahinter eine CNC Steuerung, ein Staubsauger und ein Kompressor platz haben.



Detailbilder vom HTD Riementrieb



Vielen Dank an Martin, fürs bearbeiten der Riemeräder auf der Drehbank!!!



PAZ beschichteter HTD Riemen von Maedler



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[chris-t]

Weitere Frästeile und Abdeckung

Weitere Teile wurden gefräst, wie zum Beispiel die 20mm starke Portalverstärkung, welche von mehreren Seiten bearbeitet wurde.









Die Fräskanten fallen leider teilweise unschön "treppenförmig" aus, da meine alte Fräse ursprünglich nicht für die Bearbeitung von Metallen gedacht war.



Alle Schrauben, bis auf wenige Außnamen sind DIN 912 Zylinderkopf mit Innensechskant.



Die Abdeckung für den Riementrieb wurde aus 2mm Alublech gefräst und danach zusammengelötet mit speziellem Alu Lot.



Durch die Vibrationen der Kress Spindel, war es nicht immer einfach die Teile zu fräsen.

Hier wurde ein 6mm Zweischneider zum Opfer.

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[chris-t]

Elektronischer Teil

Der Teil, der mir persönlich nicht gefällt, aber einfach gemacht werden muss!

Damit kein Durcheinander entsteht wurde die komplette Steuerung und das Gehäuse komplett durch konzipiert. Somit passte am Ende auch alles zusammen.

Die Steuerung besteht aus einem Pokeys57CNC, welcher per Ethernet Verbindung seine Signale von Mach3 bekommt.

Am Pokeys sind 3 Endstufen der Hybrid Schrittmotoren angeschlossen. X und Y werden von einem 80V DC Netzteil gespeist. Z hat sein eigenes 48V Netzteil.

Zusätzlich ist ein 12V Netzteil für die Versorgung von Lüftern und Pokeys verbaut. um elektropneumatische Ventile schalten zu können, welche für den Werkzeugwechsel zuständig sind, wurden weitere 4 Relais verbaut.











Damit kein Staub / Schmutz in das Gehäuse gelangt, wurde ein Kohleflies Filter verbaut.



Damit bei hoher Last nicht die Sicherung rausspringt, habe ich ein neues Kabel verlegt, welches seine eigene Sicherung hat. Nun kann ich pro Phase bis zu 32A belasten.



Die elektro pneumatischen Ventile haben ihren Platz in einer kleinen Plastikbox gefunden. Die Ventile sind von Banggood, der Rest von Sorotec.



Um die Fräse einfach bedienen zu können, dient ein 19" touchscreen Monitor in Verbindung mit einem wireless Handrad. Der Notaus ist auch vorne an der Maschine platziert. ( Hat sich bisher bewährt )



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[chris-t]

Die neue Fräse soll beständiger gegen Schmiermittel sein und Teile sollen einfacher aufgespannt werden können.

Somit stand fest, dass ein Nuttisch genau das Richtige ist. Um die Kosten gering zu halten, wurde auf eine einzelne Platte verzichtet. Statt dessen mehrere kleine Nutplatten mit dem Grundgestell verschraubt.





Nachteil bei dieser Methode ist, dass jede Platte einzeln auf der Fräse bearbeitet werden musste, um sie später fest zu schrauben. Hierbei kamen M5 Senkkopf zum Einsatz.

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[chris-t]

Z-Achse

Wie bereits beschrieben, soll die Z Achse viel Fahrweg aufweisen. Somit habe ich mich für eine 400mm 15er Profilschienenführung entschieden. In Zusammenhang mit einer 1605 Kugelumlaufspindel, ebenfalls 400mm lang.

Die erste Aluplatte, welche den Versatz von Mutterhalter und Profilschienen Wagen ausgleicht, hat eine stärke von 20mm.



20mm Adapter zwischen Z-Achse und X-Achse.



Niveauausgleich zwischen Führungen und Kugelumlaufspindel



Größenvergleich: Alte Achse 200mm x 100mm, neue Achse 400mm x 200mm



Schleppkettenhalter für X und Z aus 5mm Alu gefräst und verlötet.





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euer Chris

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[chris-t]

Ref.Schalter

Um die Referenzschalter ausreichend zu isolieren, wurden kleine Abdeckungen 3D-gedruckt.

Die Halterung erfolgt über 4mm Alu Frästeile mit M3 Gewinden.









Das Kabel wird direkt aus dem Gehäuse geführt.



Da ein kleiner Fehler in der Zeichnung gemacht wurde, musste der Spindelhalter nachträglich noch einmal bearbeitet werden. Vielen Dank hierfür an Martin

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euer Chris

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[waheiko]

Hi Chris,

sieht sehr gut aus was du da baust.

Gruß, Heiko

 

[chris-t]

Hallo Heiko,

vielen Dank. Die Fräse steht bereits fertig im Keller, leider habe ich noch ein paar Probleme mit der Steuerung. Hoffentlich bekomm ich das noch in den Griff

LG Chris

 

[chris-t]

Frässpindel mit WZW

Wie bereits zu erkennen war, habe ich zwei Spindelhalter auf der Z-Achse montiert. Der Obere für eine 60mm 1,5kw HF-Spindel, der Untere für einen 43mm Vorsatzwechsler (USOVO SK15).



Da der Werkzeugwechsler einige Gebrauchsspuren aufwies, habe ich die Dellen auf der Drehbank plan gedreht.

Danach wurde er schwarz lackiert, was wesentlich besser zur Farbgebung der Fräse passt, als das pink



Leider musste ich feststellen, dass bereits erworbene Sk15 Aufnahmen aus Ebay, nicht in den USOVO Wechsler passen. Die USOVO Steilkegel sind wesentlich kleiner im Durchmesser!



Die im Internet angegebenen 4mm Anschlüsse der Pneumatik sind in Wirklichkeit 6mm. Somit waren zwei Adapter nötig, um nicht neue Schläuche kaufen zu müssen.

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euer Chris

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[chris-t]

Erster Frästest

Der erste Test noch ohne automatischen Werkzeugwechsel.

Vorschub ca. 5000mm / min

 

[1.AVM]

Wie siehts aus mit dem Rundlauf am Fräser? schlechter als 5 µm?

 

[chris-t]

Hallo Patrick,

habe gerade nachgemessen mit der Uhr. Direkt unterhalb der Überwurfmutter am Anfang vom Fräser schwankte die Uhr von +/- 0.0135mm. also einen Rundlauffehler von 0,027mm.

LG Chris

 

[Marc P.]

Moin,

ziehe mal bitte mit einer Kofferwage mit 100 N am Fräser und messe unten an der Z-Platte in X und Y Richtung die Verformung. Einmal mit Z-Achse oben und einmal mit Z-Achse unten.

Bin gespannt wie steif deine Fräse in X und Y ist.

Gruß Marc

 

[Thunderbolt150]

Mensch Chris,

Lecker Teilchen hast du da konstruiert! Sehr feiner Bericht!
Hoffe, nein bin mir sicher, dass du mit der Maschine viel Spaß haben wirst.

Gruß Nils


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[chris-t]

Hallo Marc,

mit 100N (10kg mit der Kofferwage) konnte ich einen Ausschlag von 0,05-0,07mm mit der Uhr messen. (X und Y-Richtung)

Z konnte ich leider nicht messen, da zurzeit der Schrittmotor der Z Achse kaputt ist.

Danke für die lobenden Worte Nils, aber leider ist zur Zeit wie oben beschrieben ein Schrittmotor kaputt. Es werden noch Videos folgen, sobald alles funktioniert.

LG Chris

 

[Marc P.]

Moin,

welchen Wert hast du mit Z-Achse ganz unten mit Kraft in Richtung der langen Achse?

Gruß Marc