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Fräsen Eigenbau CNC-Fräse

MT-Nord

Mitglied
Moin allerseits,

der Weg zur eigenen CNC-Fräse war bei mir laaang und steinig. Vor 10 Jahren hab ich die CNC'ler noch als "Geldsäcke" verspottet, denn solche Maschinen waren zu der Zeit noch wahnsinnig teuer und Hardware kaum bezahlbar. Heute schaut das ein wenig anders aus - aber man muss sich auch in das Thema gut einarbeiten, um sich nicht selbst auf die Hörner zu nehmen.

Meine erste CNC-Fräse war eine CNC3040-Z aus Chinaland - gekauft über Ebay. Hatte 4 Achsen und eine Steuerung - und als Bonus gab es massenweise Fehler. So viele, dass ich das Teil zwar in Betrieb nehmen konnte, die Maschine aber so ungenau war, dass sie beim gravieren sogar in der gleichen Reihe oder gar rückwärts fuhr - Schrittverluste im Mikrostep-Modus ohne Ende.
Da der Verkäufer das Ding auch nicht zurückhaben wollte, erstattete er mir von den 1200€ ganze 800 zurück. Daraufhin verkloppte ich das Teil dann noch mal für 750. Vom Gesamterlös kaufte ich dann eine Stepcraft-2/840, mit der ich zumindest Lernen und Arbeiten konnte.

Aber auch das Teil hatte seine Macken:
So war sie mit 3.000mm/min Verfahrgeschwindigkeit auf allen Achen ausgeschrieben, tatsächlich waren jedoch nur maximal 1.200mm/min drin - darüber traten ebenfalls enorme Schrittverluste inkl. Klemmen der Antriebe auf. Außerdem hat die Maschine gewackelt wie ein Lämmerschwanz, sodass ich mit 2 Stück 40mm Arbeitsplatten den Tisch anheben musste, damit die Z-Achse keinen so langen Hebel hatte und weniger vibrierte.
ABER: Nur durch diese Maschine war es mir möglich, viele Teile meiner eigenen CNC-Fräse anzufertigen.


Die Idee kam mir dazu im Herbsturlaub im Schwarzwald. Meine Frau war so entspannt (auch schwanger im 4ten Monat), dass ich sie recht schnell überreden konnte - zum Glück.

Zurück aus dem Urlaub setzte ich mich dann auch sogleich ans CAD-Programm und entwarf die Maschine Stück für Stück. Jedes Einzelteil wurde so maßhaltig wie möglich gezeichnet und in einer extra Skizze dann zu einer kompletten Maschine zusammengesetzt.



Meine "Dicke Berta" ist ein wenig komplexer als herkömmliche DIY-Maschinen. Das liegt in unterschiedlichen Aspekten begründet:

1.) Ich musste die Kosten gering halten. Aus diesem Grund war es nicht möglich, schwere Aluminiumprofile einzukaufen - die allein hätten sonst schon locker den Budgetrahmen gesprengt.

2.) Ich wollte auf gar keinen Fall, dass das Y-Portal beim Fräsen mit einseitiger Belastung verkantet. Also kam nur ein 2-Spindel-Antrieb in Frage, welcher das Portal stets parallel fahren lässt. Ist schwerer einzustellen, läuft danach aber in jeder Situation parallel.

3.) Die Maximale Bauhöhe war auf 87cm begrenzt. Bei 88cm wäre das Portal mit den Deckenstürzen im Keller kollidiert. Eine Bauhöhe von 86cm konnte ich abschließend einhalten. Teurer, aber funktioniert.


Und so schaut die Maschine nun in der Totalen aus...

 

MT-Nord

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So in etwa... ;)
Die Stepcraft war von Anfang an als Übergangslösung gedacht. Erst einmal "Gehen" können, bevor man da "Laufen" erlernt - und dafür hat die allemal gereicht. Allerdings war das auch eine teils echt heftige Materialschlacht, da die SC sehr oft die Fräser zerbrochen hat. Durch die labile Konstruktion - egal ob Holz oder Alu - ratterten die Fräser beim Ziehen paralleler Geraden. Außerdem war die Spindel (original SC HF-500 für 500€) abschließend zu laut, kraftlos und drehzahltechnisch zu ungenau - drehte im PC-Modus (mit Mach3) sehr wechselhaft, wie ein Verbrennungsmotor mit extrem scharfer Nockenwelle...
 

MT-Nord

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Das geht leider nicht. Das ist ein gant normales Bild. Zwar gibt es die Dateien noch - auch im Original, jedoch handelt es sich bei dieser Skizze um eine reine 2,5D-CAD-Skizze, gezeichnet in Draftsight. Da kann man leider keine weiteren Linien ein- oder ausblenden. Geht aber noch weiter im Baubericht - dann fügt sich das Ganze zu einem Puzzle zusammen
 

MT-Nord

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Nein, leider nicht. Ich kann die Ansichten ein wenig rotieren lassen, mehr geht dann aber auch nicht mehr. Frag nicht, wie aufwändig das Ganze war - aber mit einem reinen 3D-Programm komme ich aber auch irgendwie nicht so richtig klar, zumindest bis heute.
 

bastelbauer

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Ist vom Konzept eigentlich easy. Musst halt nur jedes einzelne Teil virtuell "Erschaffen" (bei Kaufteilen auf Bibliotheken zugreifen) und dann die Teile mit Bedingungen zusammenbauen. Es sind halt die Kosten für die Programme.
 

MT-Nord

Mitglied
Zum BB:

Da ich selbst keine Möglichkeit hatte, die Aluprofile im exakten 90°-Winkel auf Länge zu sägen, musste ich mir also dementsprechend sämtliche Maschinenmaße im Vorfeld gut überlegen. Die Skizzen, wie sie oben zu sehen sind, gab es bis zu diesem Zeitpunkt noch gar nicht - die entstanden erst laaange Zeit später.
Das Problem dabei war, dass ich so viel Verfahrweg wie möglich nutzen wollte, allerdings auch an die baulichen Gegebenheiten meines Kellerraumes gebunden war - und da gab es nur eine Werkbank mit 800mm Tiefe.

Ob ihr es glaubt oder nicht, aber zusätzlich zur Suche nach dem günstigsten Aluprofileanbieter spielte ich auch noch 2 Wochen lang mit den Zahlen herum. Abschließend war klar: Unter 6m Profillänge ist nichts zu machen. So orderte ich hochwertige Profile Nut B mit den Kantenmaßen 160x40mm bei Motedis. Die langen Seiten maßen 1415mm, die "Rippen" 615mm.






Das schwierigste war das Aufmaß des Portalbalkens. Da musste einwandfrei sitzen - ich hatte nur diesen einen Versuch. Doch zum Aufmaß musste ich mir auch erst einmal die nötigen Blaupausen der Linearfühungen und RailCar's besorgen - sind ja auch alle unterschiedlich im Design. Der Händler konnte mir zum Glück weiterhelfen (ein Chinetzenjunge bei Aliexpress).
So orderte ich den Portalbalken dann mit 785mm Länge und den Kantenabmessungen 160x800 - in schwerer Ausführung.
Die Gesamtkosten (exklusive Montagewinkel oder Montageschrauben) betrugen hier übrigens 318€ inkl. Versand.

Dann auch gleich zum Thema:
Da ich ja 2 Linearführungssätze eingeplant hatte, musste ich natürlich auch einen Anbieter finden, der sowas im Portfolio hat. Bei Aliexpress gab es tatsächlich einen, der solch ein Angebot hatte. Dies beinhaltete 4 Linearführungen 1250mm, 2 Linearführungen 750mm sowie 2 Linearführungen 293mm.
Dazu dann noch 2 x Kugelumlaufspindel (KUS) 1300mm, 1 x KUS 800mm sowie 1 x KUS 350mm.
Der Insider wird hier aber schnell feststellen, dass die Längen der KUS leider nicht die maximal möglichen Verfahrwege der Linearführungen matchen. Dazu aber später mehr.



Ein Bekannter von mir meinte, dass die 16mm-KUS auf dieser Länge später aufschwingen und somit Schrittverluste generieren werden. Dazu kann ich nur sagen: Bislang nicht eingetreten...!


LG - MTN
 

MT-Nord

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MT-Nord

Mitglied
Die Kreuzplatte ließ ich auf Arbeit durch meinen Kollegen auf die richtige Länge und Breite fräsen. Daheim wurde die 25mm dicke Aluminiumplatte in bester Dreh-/Fräsqualität dann noch einmal sauber geplant und mit sämtlichen Bohrungen inklusive Kreistaschen für die Schraubenköpfe versehen. Auch wenn man es nicht vermuten mag: Hier seht ihr 3 Stunden Dauerfräsarbeit...



Ein Teil der Bohrungen wurde anschließend nur noch unter der kleinen Tischbohrmaschine durchgebohrt und ich kann euch sagen: Das war ein echter Akt. Immerhin ist die 25mm dicke Aluplatte stolze 450mm hoch und ca. 200mm breit (genaue Maße müsste ich jetzt auch im CAD erst nachschauen). Das wiegt ein wenig, besonders wenn man die Platte zum Bohren in den Randbereichen einseitig abstützen muss.
Anschließend wurden dann noch sämtliche M5 und M8-Gewinde eingeschnitten.
Die beiden Bohrungen, die im unteren Bereich nicht zentrisch gesetzt (und etwas dunkler) sind, sind Ausschuss - aber nicht durch meine Zuarbeit. Ich hatte eine große 500x500mm-Platte bei Ebay für 50€ ergattern können...



Auf den M8-Bohrungen wird dann später der Motorträger befestigt. Dadurch ist dieser auch noch zusätzlich in der Höhe verstellbar.



Rückseitig wurden nun die Linearführungsschienen montiert. Sicherheitshalber hatte ich zuvor die Präzisions-Rundstangen von den Unterbauschienen abgeschraubt, alle Gewinde nachgeschnitten und neue VA-Schrauben eingesetzt. Die Chinetzen arbeiten da sehr gerne mit stumpfen Schneidwerkzeugen und quetschen die Schrauben bis zum Geht-nicht-mehr in die Gewinde, sodass man die Schrauben hinterher auch getrost entsorgen kann.



Die Montage der Linearwägen, Fest- und Loslagereinheit sowie der 16mm Kugelumlaufspindel mit 5mm Steigung. Bei dem Anblick freut man sich als Konstrukteur und Monteur wie Hulle... ;) Nicht perfekt, aber für meine Belange durchaus ausreichend.



Der Wellenanschluss misst 10mm - passend für alle gängigen Präszision-Klauenkupplungen für Linearantriebe.



LG - MTN
 

bastelbauer

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Na holla die Waldfee, da hast Du dir ja viel Arbeit gemacht! :thumbsup:

Das Fräsbild auf der Grundplatte hatte mich anfangs aber etwa irritiert. Sieht aus wie ein Sägezahnmuster. Nehme an dein Fräser war wohl etwas klein im Durchmesser.
 
Zuletzt bearbeitet:

MT-Nord

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Bei der Stepcraft-Spindel HF-500 kann man maximal mit einem 7mm-Fräser arbeiten - der genutzte hatte 6mm. Der Materialabtrag war mit 0,5mm eher maginal - aber mehr konnte man Fräse und Spindel dann auch nicht mehr zumuten.
 

MT-Nord

Mitglied
Mit der Stepcraft wurde nun die Stützplatte gefräst. An dem Spanbild könnt ihr sehen, welch geringe Spantiefe bei der Maschine nur möglich war. Außerdem brachen beim späteren Austrennen der Platte reihenweise die Fräser weg, da der Fräser in der 10mm tiefen Nut Aufgrund starker Schwingneigung ständig Kontakt zur Seitenwand hatte. Der Fräse spielte so gesehen "Ping-Pong" und brach weg. Echt Käse - und auf Dauer nicht nur teuer, sondern auch extrem zeitraubend.



Als die Platte dann fertig war, wurde noch die Rückseite der Kreuzplatte bearbeitet. Diese erhielt noch eine passende Nut zum Einsetzen der Stützplatte sowie entsprechende Bohrungen und Kreistaschen für die Schrauben(-köpfe).
Bei der Montage passte alles wie angegossen. Die Linearwägen wurden hierzu zunächst gelöst, dann auf die Führungsschienen gefädelt und anschließend sternförmig angezogen (um Verkantungen und Spannungen zu vermeiden).


So weit trägt die X-Z-Achsenkonstruktion nun auf. Mit ca. 20kg ist sie auch definitiv kein Leichtgewicht mehr.


Die Z-Achse wurde nun auf dem X-Portalbalken aufgeschoben. Auch wenn die Z-Achse noch nicht ganz so schwer war - man braucht doch ein wenig Ausdauer.
Für meine eigentliche Nicht-Expertenkenntnisse im Bereich der CNC-Technik war das Ergebnis jedoch atemberaubend und ich muss auch gestehen, dass ich mich dabei ertappte, wie ich den Z-X-Wagen einige Male hin und her schob - einfach nur aus Spaß am Ergebnis ;)
Im Gegensatz zur Stepcraft ist das aber auch schon eine ganz andere Liga. Da klappert und vibriert rein gar nichts. Wenn man dort einen 3,2mm-Fräser einspannt, lachen Spindel und Aufhängung nur spöttisch darüber und fragen, wann es denn mal endlich los geht :D


Ein Blick auf die X-Z-Achse von oben...



LG - MTN
 

MT-Nord

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Da der Platz insbesondere in der Höhe so arg begrenzt war, musste ich mir diesbezüglich ebenfalls große Gedanken machen, um später so wenig Verfahrweg der Z-Achse einbüßen zu müssen. Geplant waren ca. 230mm Z-Fahrweg, geschafft habe ich 231mm - passt ;).
Die Platte im Bild ist die Stützplatte der Wellenlagerung inkl. Langlochbohrung für den Riemenspanner. Die Lagerpassung war sehr gut - das 28mm-Lager musste vorsichtig mit dem Schraubstock eingepresst werden.
Die untere Platte dient als Steppermotorträger.


Zuerst die Wellenkpllung auf dem Nema-23 Stepper fest montieren, dann den Stepper auf dem Motorträger.


Dann wurde das obere Stützlagerschild montiert.


Darunter befindet sich der Nema-23 mit Träger, eingelassen in einer 2mm tiefen Nut.
Hier musste ich beim Zeichnen und Programmieren sehr sorgsam sein, damit die Welle auch einwandfrei zum Riellenkugellager fluchtet.
 

UnknownUser69

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Ich verstehe zwar nicht wirklich was von CNC Fräsen (ausser natürlich Grundfunktion usw), aber das ist echt mal richtig interessant was du da baust! Gefällt mir richtig gut! :thumbsup:
 

MT-Nord

Mitglied
Na da sag ich dann doch mal gleich "Danke sehr"... ;)

Das Entwerfen der Rückplatte war nicht ganz Ohne - hat schon ein paar Stunden gedauert, bis ich da die finale Version hatte. Das Problem war vorrangig der Zahnriemen. Um beide Kugelgewindetriebe synchron antreiben zu können, ist natürlich ein Zahnriemen unerlässlich. Das Problem hierbei war die Länge des Riemens. Ich hatte zuerst einen bestellt, der leider viel zu kurz war - ca. 1,5m Länge. Der nächste erschien mir dann aber mit 1,9m Länge viel zu lang. Dabei hatte ich jedoch stumpferweise die Riemenführung nicht ausreichend gut geplant. So war anfangs der Riemen über die beiden äußeren Riemenscheiben geführt und auf der Unterseite über Umlenkrollen im 90°-Winkel nach unten über die Antriebsrolle geführt. Dadurch ergab sich, dass der Riemen lediglich hätte weiter nach oben gespannt werden können, wo jedoch irgendwann auch der obere Teil des Zahnriemens läuft.

Nach ein wenig "tüfteln" fand ich dann aber die PERFEKTE Riemenführung - insbesondere der Spannvorrichtung. Vielleicht kann es sich der Eine oder Andere ja vorstellen:
Der Riemen wird oben über beide Abtriebsscheiben geführt, läuft dann diagonal nach unten zur Mitte der Rückplatte, um die Antriebsrolle herum und dann erneut in Richtung Abtriebsscheibe, wo eine Umlenkrolle die Riemenrichtung dann in die Gegenrichtung zulässt. Bedeutet also: Mir steht so die gesamte Plattenbreite als Riemenspanner zur Verfügung ;).

Gefertigt wurde die Rückplatte aus AlMg3 mit 10mm Wandstärke. Die jeweils 4 Bohrungen übereinander stellen die Montagebohrungen für den Nutprofilrahmen dar. Links und rechts daneben sitzen die Kugellagerpassungen für 28mm-Kugellager. Unten dann der Montageflansch für den Antriebsmotor - das Langloch für die Riemenspannvorrichtung (über Inbusschlüssel mit Arretierung natürlich - bei der Stepcraft muss man beispielsweise den Riemen mit reiner Muskelkraft spannen - ist Käse und sehr ungenau!).



Fertig ist die Platte. Die Kugellagerpassungen sind so gut gefertigt, dass sich die Lager saugend einsetzen ließen - also mit dem Schraubstock und ein wenig Maschinenöl vorsichtig einpressen.



Passt - wie die Faust auf's Auge... ;)
Die Inbusschrauben haben ein M8-Gewinde, bestehen aus Edelstahl und sind 40mm lang. Da schraubt man sich schon fast 'nen Wolf...



Bei der Frontplatte war hingegen nicht wirklich viel zu tun. Gut - ich hätte vielleicht noch die Bohrungen für die Ablagerinne der Energiekette setzen können - aber das hatte es für umsonst. Ist ja jetzt nicht der Aufwand ;)



Das Gestell steht auf eigenen Füßen und auch die oberen Rails sind bereits montiert.


Ich rate nicht, das nachzumachen und der Eine oder Andere wird mich dafür sicher auch ohrfeigen:
Um den maximalen Fahrweg der Kugelgewindetriebe zu nutzen, reichten die mitgelieferten Rails alleine leider nicht aus. Da die Rails der Z-Achse jedoch eh viel zu kurz waren (nur 295mm lang), habe ich diese kurzerhand mittig durchtrennt, auf der Drehbank sauber abgedreht und anschließend bündig an die langen Rails gesetzt. Die später darunter montierte Railseite wird dementsprechend genau anders herum montiert, sodass die Nähte sauber überfahren werden können und die Belastung von der jeweils darüber oder darunter liegenden Schiene sauber abgefangen wird. Was soll ich sagen - bis jetzt funktioniert's tadellos ;)
 

yoshi

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Ich rate nicht, das nachzumachen und der Eine oder Andere wird mich dafür sicher auch ohrfeigen:
Um den maximalen Fahrweg der Kugelgewindetriebe zu nutzen, reichten die mitgelieferten Rails alleine leider nicht aus. Da die Rails der Z-Achse jedoch eh viel zu kurz waren (nur 295mm lang), habe ich diese kurzerhand mittig durchtrennt, auf der Drehbank sauber abgedreht und anschließend bündig an die langen Rails gesetzt. Die später darunter montierte Railseite wird dementsprechend genau anders herum montiert, sodass die Nähte sauber überfahren werden können und die Belastung von der jeweils darüber oder darunter liegenden Schiene sauber abgefangen wird. Was soll ich sagen - bis jetzt funktioniert's tadellos ;)
Wie soll das sonst funktionieren? Schließlich gibt es auch Linearwege, die weit länger sind als die lieferbaren Längen an Schienen. Bei mir auf der Arbeit werden auch Profilschienen passend voreinander geschraubt. Anders sind Verfahrwege von über 6 Meter nicht machbar, wenn die Schienen in maximal 6 Meter Länge lieferbar sind.
 

MT-Nord

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Moin,
ah - OK. Naja, ich hab da schon ganz böse Anfeindungen deswegen damals erleben müssen. Von Daher ist es echt mal gut was Positives zu Lesen... ;) SUPI


Die Zahnriemenspanner - da musste ich ja ein wenig kreativer werden. Nach Ausarbeitung der Skizzen ging es an die Rohlinge. Hier werden gerade die Zugösen aus 2mm Aluminium gefräst.


In guter Handwerksarbeit habe ich dazu gleich noch passende Gewindebuchsen gefertigt. 12mm Alu - erst die Rohlinge ausgesägt, dann mit der Feile auf Maß und allseitig in den rechten Winkel gebracht. Die Bohrungen wurden direkt von der Zugöse übernommen.


M3-Gewinde eingebohrt und die Unterseite der Zugöse tief gesenkt, sodass ich beide Teile mittels 4x M3x12mm Senkschrauben (VA, Inbus) miteinander verbinden konnte.


Beide Zugösen sind soweit fertsch. Jedr Block bekam noch eine M6-Bohrung eingearbeitet. Damals kaufte ich einen 1-Schneider Gewindebohrersatz imBaumarkt, jedoch hatte keiner der Gewindebohrer einen Freischliff. Die Gewindetiefe war sehr hart an der Grenze - reichte gerade noch aus.
Dazu fertigte ich dann noch 2 Montageblöckefür die Justierschrauben. Diese Teile musste ich jedoch fräsen. Wie man unschwer an den Einkerbungen der Fräsfläche sehen kann, hatte mich das einige Fräser gekostet. Für Dünnblech war die Stepcraft gerade noch so zu gebrauchen - bei dickeren Blechen versagte sie jedoch auf ganzer Linie. Abzug in der B-Note... ;)


Die langen M6-Schrauben wurden eingesetzt. Lacht Bitte nicht - bei den Längen der Schrauben hatte ich mich ziemlich gut vertan. Shit happens - bin auch nur ein Mensch ;)


Ein Zuganker wurde auf der Z-Achse montiert. Die passende Achse für die Kugellager hatte ich auf Arbeit angefertigt. Ging daheim nicht. Diese Teile bestehen zwar nur aus Stahl, haben aber das Gewinde und einen Nutring gleich inbegriffen - und das konnte meine CNC-Drehe innerhalb ca. 90s fertigen.


Mit M6x20 Zylinderkopfschrauben wurde das "Festlager" fest verschraubt - U-Scheiben braucht es nicht, da die Schraubenköpfe sich am Aluminium festfressen und sperren.
Für die Umlenkung habe ich 2x Rillenkugellager vom Typ 6000Z (10x26x8 mit Metalldichtung) eingesetzt.
 
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