Hochwertige 3D CNC Eigenbau Fräse fertigstellt

[Dennis2006]

Hallo,

Nach 9 Monaten ist es nun endlich soweit und ich kann mich freuen ,als glücklicher Besitzer einer Eigenbau CNC-Fräse, hier nun diesen Thread zu verfassen.

Alles begann natürlich hier mit diversen CNC-Projekten, die auch sehr ausführlich vorgestellt wurden. Da wuchs bei mir auch der Gedanke ein solches Projekt ins Leben zu rufen, da nun auch bei mir das ewige Feilen ein Ende haben sollte.

Von den 9 Monaten habe ich alleine 2 Monate am PC verbracht und die Fräse entwickelt. Ich habe mir das wirklich am Anfang viel einfacher vorgestellt. Jede kleinste Schraube muss bemessen und berechnet werden und man wird vor Probleme gestellt, worüber man sich sonst keine Gedanken macht. Jedoch wuchs damit das Interesse und die Erfahrung immer mehr.

Lange Rede kurzer Sinn, hier die Fräse im Überblick:

Bild hier  

Bild hier  


Eine Bildergallery findet ihr hier:

http://cncwolf.meine-bilder.com/

Technische Daten

- 3D CNC Fräse
- X-Achse zwei 20 mm unterstütze Präzisionsstahlwellen-Linearführungen
- Y-Achse zwei 25mm Präzisionsstahlwellen
- Z-Achse zwei 20 mm Präzisionsstahlwellen
- 1050W Kress-Frässpindel
- Linearkugellager auf allen Achsen (keine billigen Sinterbronzelager)
- Kugelumlaufspindeln auf allen Achsen
- ISEL-Kugelumlaufmuttern auf allen Achsen
- Aluprofil schwere Ausführung
- Referenz-/Endschalter auf allen Achsen
- Präzisions Fest- und Loslager
- Kabelführung mit Energieketten
- Steuerung im hochwertigen Serverrack
- 5,6A Leadshine ND556 Endstufen
- 3,0 Nm Schrittmotoren auf allen Achsen (bipolar parallel geschaltet)
- Benezan Breakout Board Interface
- Zwei Schrittmotoren auf der X-Achse Synchron angesteuert
- Zwei seperate Netzteil verbaut
- Zwei getrennt schaltbare 230V Steckdosen
- hochwertiger Zahnriehmenantrieb auf der X-Achse zur Vorbeugung bei einem Schrittmotorausfall
- Unterbau mit Schiebetüren
- Wartungsbohrungen
- Mach3 Frässoftware

Viele Grüße

Dennis

[Klingon77]

hi,

nun bin ich der erste welcher Dir zu Deiner Fräse gratulieren darf \/ \/

Sieht wirklich professionell und sauber gearbeitet aus.
Die Steuerung von Benezan ist sicherlich auch vom Feinsten.
Der Unterbau ist natürlich auch sehr praktisch; da kann man alles, was zur Maschine gehört schön sauber und ordentlich unterbringen.




Welchen Arbeitsbereich hat die Maschine?

Welche Vorschubgeschwindigkeiten kannst Du erreichen?

Warum hast Du in die kürzere Y-Achse die stärkeren Wellen verbaut?

Welche Genauigkeit erreichst Du mit der Maschine?

Wie groß ist das Umkehrspiel der Kugelrollspindeln?

Was kostete die Maschine (in etwa)?



Was Du noch machen könntest:

* Absaugung anbringen
* Die X-Achsen Gewindespindeln und Führungen z.B: durch ein Gewebeband welches vorne und hinden mit Federvorspannung aufgerollt wird gegen Spände zu schützen.
Wenn Du das Band nur zum "einhängen" an der Y-Z Achse befestigst kannst Du es zum reinigen der Maschine einfach aushängen.
Evtl. kann man es auch (unten durch den Tisch) umlaufend fertigen. Dann braucht man keine Feder oder ein Gewicht.



liebe Grüße,

Klingon77

[just4fun]

Hi Dennis,

sehr beeindruckende, saubere und dabei noch optisch ansprechende Arbeit! Zwei Fragen dazu:

1. Was hat das gute Stück denn ungefähr gekostet (Material, geschätzter Aufwand)?
2. Würdest du es wieder tun?

Noch mal: Respekt vor dieser beeindruckenden Leistung!

Gruß,

just4fun

[Dennis2006]

Hallo, Vielen Dank für die positive Resonanz!

Viele Fragen bedürfen viele Antworten:

@Klingon77

- Der Arbeitsbereich der Maschine umfasst 700mm x 481 mm x 225 mm (X/Y/Z).

- Die Maximalvorschubgeschwindigkeiten betragen:

X1: 4687,5 U/Min.
X2: 4687,5 U/Min.
Y: 4687,5 U/Min.
Z: 2343,75 U/Min.

Da jedoch bezüglich der Schrittverluste man die Motoreinstellungen nur auf 20% der Maximalwerte stellen soll ergeben sich folgende Geschiwndigkeiten:

X1: 3750 U/Min.
X2: 3750 U/Min.
Y: 3750 U/Min.
Z: 1875 U/Min.

Allerdings haben sich in der Praxis folgende Werte bewährt:

X1: 3009,6 U/Min.
X2: 3009,6 U/Min.
Y: 4000,2 U/Min.
Z: 1999,8 U/Min.

- Da auf der X-Achse zwar „nur 20 mm“ Rundstahlwellen aber dafür unterstützt sind, ist hier die Durchbiegung gleich 0 mm. Auf der Y-Achse haben wir aber freitragende Stahlwellen und daher habe ich Sie etwa größer als nötig dimensioniert. Natürlich habe ich dafür das von Dir erstellte Excel-Map genutzt zur Berechnung der Durchbiegung angenommen mit 100N Kraft die beim Fräsen am Fräsmotor entsteht und das Portal in der Mitte aller Achsen, also am ungünstigsten Punkt, steht.

- Bezüglich der Genauigkeit konnte ich bisher immer auf 1/100stel Fräsen. Allerdings bis jetzt nur in Sperrholz, Styropor und Plexiglas in verschiedenen härten (Bastlerglas, Plexiglas GS und Plexiglas XT). Bei Aluminium konnte ich bisher 2/100stel bei langsamen Vorschub und Schnittgeschwindigkeiten erreichen.
Allerdings habe ich noch nicht viel Aluminium gefräst und eher dünnes Material. Natürlich ist ein dafür spezieller Aluminiumfräser die absolute Voraussetzung

- Auf die Frage bezüglich des Umkehrspiels habe ich gewartet Was soll ich Dir sagen: Sie beträgt 0,00 mm. Deswegen habe ich ja auch Kugelumlaufspindeln und extra die ISEL Kugelumlaufmuttern verwendet. Die haben den Vorteil, dass es 3 Wartungsbohrungen gibt (1mal Fixierung der Mutter über eine Madenschraube, 1 mal Spieleinstell-Madenschraube, 1mal Schmiernippel). Natürlich muss man dazusagen, dass die Maschine jetzt noch neu ist und auch wenn es oberflächengehärtete Kugelumlaufspindeln sind, Metall auf Metall reibt und das auf Dauer gesehen immer einen gewissen Abrieb verursacht. Daher muss man dann irgendwann mal das Spiel nachstellen. Aber bei weitem nicht so oft wie bei den Trapezgewindespindeln.

- Zu den Kosten der Maschine kann ich nur sagen, dass ich es noch nicht genau ausgerechnet habe. Natürlich habe ich alle Rechnungen verwahrt aber wenn man nur einmal in den Baumarkt rennt und eine Maschinenschraube Innensechskant M5 x 30 benötigt, so muss man gleich eine Packung mit 10 Stück inkl. Muttern für 1,98 € kaufen. Daher wird sich die genaue Summe zwischen 3000 – 5000 € reine Materialkosten belaufen. Dazu muss ich sagen, habe ich meine in AutoCAD entworfenen Alublöcke und Konstruktionen sehr günstig fräsen lassen können. Wenn die Maschine auf 1/100stel arbeiten soll, müssen die Teile mindestens mit einer Maschine auf 5/1000stel gefräst werden. Ich habe diverse Fertigungsanfragen (auch im Ausland) an Firmen gestellt, wo dann die Maschinenstunde mit mehreren, hunderten von € honoriert werden sollte. Dabei habe ich natürlich viel gespart. Die Eigenleistung ist hier natürlich nicht in die Summe integriert, da dies den Rahmen sprengen würde.
Alleine das ganze rumtelefonieren bezüglich der Materialen hat schon etliche Stunden in Anspruch genommen. Und wenn man zum ersten mal so eine Maschine baut klappt auch nicht immer alles gleich auf Anhieb und man muss sich wieder fachkundigen Rat einholen.

- An der Absaugung bin ich schon am Arbeiten. Ein Nass-Trockensauger ist schon geliefert worden und vom Aufbau her finde ich die Absaugeinrichtung von BZT echt gut.
- Mit dem Späneschutz ist eine gute Idee. Ich habe zwar Schmutzabstreifer an den Linerarlagern und an den Kugelumlaufmuttern aber ich werde mal sehen was sich da noch machen lässt. Wenn man aber so penibel wie ich die Maschine nach jedem produziertem GCode reinigt muss man auch gegenrechnen, ob sich der Aufwand lohnt?!
Allerdings kommt über den Zahnriehmen noch ein abgekantetes Alu-Blech um den Riehmen und auch sein eigenes Wohl zu schützen!

@ just4fun:

- Deine erste Frage habe ich weiter oben schon zum Teil beantwortet. Bezüglich des Aufwands kann ich halt nur angeben: 2 Monate CAD-Entwicklung und 7 Monate Bauzeit (inkl. Warten auf Lieferungen)
- Diese Frage ist berechtigt und habe ich auch schon mehreren CNC-Fräsenbauern gestellt. Die Antwort war immer die Selbe: Es war eine riesen Erfahrung aber noch mal würde ich es nicht tun, zumindest nicht privat. Ich habe eine Menge dabei gelernt und es hat auch Spaß gemacht. Natürlich gab es Durststrecken, aber das Resultat macht alles wieder gut. Spätestens wenn Du zum ersten Mal die Achsen von Hand verfährst . Ich entschied mich zu einem Eigenbau, da es für mich keine Fräse auf dem Markt (zumindest nicht in diesem Preissegment) mit diesen Fähig- und Fertigkeiten gibt. Alles was man dafür bekommt ist eine Konstruktion mit freitragenden Wellen auf den X-Achsen. Und bei 800 mm und 20er Wellen sowie 100 N Kraft am Fräsmotor wirst Du eine Genauigkeit von 1/100stel nie hin bekommen, da die Durchbiegung einfach schon viel größer ist.
Dazu muss ich noch sagen, dass ich gelernter Elektroniker Fachrichtung Betriebstechnik bin, und ich somit Schwierigkeiten im mechanischen Aufbau sah. Jedoch zeigte sich in der Praxis, dass eine ausgiebige Vorbereitung diese Schwierigkeiten ausmerzt.

Daher an alle die so ein Projekt vorhaben: Lasst Euch nicht ermutigen, es ist auf jedenfall mit dem gewissen Ergeiz möglich sich auch so eine Maschine zu bauen!

Jetzt fragt ihr euch bestimmt, wozu hat er sie nur gebaut. Ich will es Euch verraten: Ich Konstruiere jetzt schon seid einem Jahr an einen humanoiden Roboter in lebensgröße! Erst dachte ich, ich könnte mir die Teile dafür alle fertigen lassen. Aber da ich das Projekt rein privat finanziere, würden alleine die Produktionskosten schon meinen mir vorgestellten Rahmen um einiges sprengen. Einen kleinen ca. 40 cm großen humanoiden Roboter alla KHR-1 habe ich ja schon gebaut und hier auch vorgestellt. Die Fertigstellung du die Resultate der CNC-Fräse haben mich in meinem Vorhaben nur gestärkt. Klar gibt es viele, die sagen, so was ist privat nicht möglich. Aber genau durch diese Leute bekommt man auch noch einen weiteren Anreiz um das Gegenteil zu beweisen. Eine geplante Fertigstellung des Roboters ist für das Jahr 2020 angesetzt!

[just4fun]

Danke für die ausführlichen und sehr ehrlichen Antworten.
Außerdem habe ich nun einen weiteren Anreiz bekommen, das Forum weiter bis 2020 zu besuchen.

[Dennis2006]

Hier habe ich soeben noch ein Video von der Fräse in Aktion hochgeladen:

http://www.youtube.com/watch?v=pHWFqdQJ8vA

[Dennis2006]

Und hier gibt es noch ein Video zum Aufbau:

http://www.youtube.com/watch?v=gMmtLrf_5Wc

[Klingon77]

hi Dennis,

mal Dank für die ausführliche und ehrliche Antwort \/

Das mit dem Umkehrspiel glaube ich Dir gerne; auch die Fräsgenauigkeit nehme ich Dir, mit entsprechenden Schlichtdurchgängen gerne ab.

ca. 4000 1/min sind schon beeindruckende Werte für Schrittmotoren.
Ist denn "Bene´s" Steuerung wirklich so gut?

Bei meiner Kleinen ist bei max. 300 1/min Schluß; aus Sicherheitsgründen fahre ich meistens nur mit max. 150 1/min.
Bei einer Gewindesteigung von 1mm (M6) fräse ich also mit max. 150mm/min.

Daß Die Wellen der Y-Achse nicht unterstützt sind habe ich zuerst nicht gesehen.
Da hast Du natürlich richtig gebaut


Wenn ich nun sehe mit wieviel Eifer Du das Ziel "Fräse" verwirklicht hast freue ich mich schon, Dein nachfolgendes Projekt mitzuverfolgen.

Muß der Robby denn wirklich sofort 1,80m groß werden?

Selbst Konzerne mit fast unbegrenzten Mitteln bauten Ihre Zweibeiner in "Kindergröße".

Die Fräse ist Dir dabei sicherlich sehr hilfreich.
Wenn ich Dir noch einen Tipp geben darf:
Suche Dir noch eine Drehmaschine (eine Spitzenweite von ca. 400mm sollte vollkommen ausreichend sein).
Eine Säulenbohrmaschine und ein wenig "drumherum" (kann man sich nach und nach zumsammenkaufen.

Dann kannst Du Deine Mechaniken und auch Werkzeuge (nach dem Studium von ein wenig Fachliteratur) komplett selber fertigen.



liebe Grüße,

Klingon77

[Dennis2006]

hi,

Also ich kann zu Benes Steuerung nur sagen, dass ich vorher so eine aus der Bucht angebotene China-Steuerung hatte und die der letzte Müll war.
Daher habe ich nicht viele Vergleichsmöglichkeiten, aber ich bin zufrieden mit der Steuerung. Bisher konnte ich keine Schrittverluste feststellen und auch die Kommunikation zwischen PC und Interface funktioniert einwandfrei.

Über die 1,80 m war ich auch sehr lange unentschlossen und wollte auch erst einen Roboter in Kindergröße (1,20m) bauen. Doch so wie ich mich kenne, werde ich dann immer noch nicht zufrieden sein und auf 1,76m (momentanes deutsches Durchschnittsmaß) lebensgröße gehen. Das auf die nächsten 10 Jahre berücksichtigt, wären wir dann ca. bei 1,80m deutsches Durchschnittsmaß!

Also Du würdest Dich wundern wenn Du in meine Werkstatt kommst . Auf manchen Bildern sieht man ja im Hintergrund ein paar meiner Maschinen.. Die Fräsmaschine war die letzte große Maschine die noch in meinem Sortiment fehlte.

- Die Drehmaschine habe ich mir schon letztes Jahr gekauzft von Rotwerk mit 350 mm Spitzenweite und digitalen Skalenringen sowie digitaler Drehzahlanzeige. Zuerst wollte ichd iese auch auf CNC umrüsten, doch nach langem Überlegen, habe ich es dann doch sein gelassen, da man die CNC Option für meinen Bereich zuwenig beim Drehen benötigt.

- Säulenbohrmaschine ist schon seid 5 Jahren vorhanden, sogar mit Titanbohrerkasetten von 1 - 13 mm alles dabei.

Sonst noch ein kleiner Ausschnitt aus meinem Werkzeugsortiment:

- Tischkreissäge mit Alu und Kunststoffblatt
- Metallkappsäge
- Band- und Tellerschleifer
- Sandstrahlkabine mit Glasperlen
- Elektrische Bandsäge
- Dekupiersäge
- Belichtungsgerät
- Ätzstraße (sogar mit Lötstopplaminator)
- Lötstation mit digitaler Istwert-Überwachung
- Lötabsauganlage
- Zangensortimente
- Schraubendrehersortimente
- …

Ich glaube Du würdest Dich in meiner Werkstatt wohlfühlen!
Sonst noch fragen?

[Klingon77]

hi,

sag mir wo Du wohnst und ich ziehe sofort bei Dir ein

liebe Grüße,

Klingon77