CNC Fräse im Eigenbau

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Vor einem Monat habe ich mir ein neues Projekt in den Kopf gesetzt: Die Fertigung einer Eigenbau CNC Fräse.

Inspiriert hat mich vor allem das Forum von Peter. (Link zu www.cncecke.de). Nach einer ersten Vorauslegung habe ich bereits einige Teile bestellt. Diese Woche sind die ersten Eigenbau CNC Fräskomponenten bereits angekommen:

Wichtige Komponenten der Eigenbaufräse

Antriebsmotoren der Eigenbau CNC Fräse

Schrittmotor der Eigenbau CNC Fräse

Bild 1: High-Torque Schrittmotor ISEL SM60L

Für den Vorschub von X-Y und Z-Achse will ich Kugelgewindespindeln mit einer Steigung von 5 einsetzen. Für diese drei Achsen habe ich jetzt drei gleiche Schrittmotoren von Isel bestellt (s. Bild1).

Diese Schrittmotoren haben ein Haltemoment von 3,0 Nm und bringen mehr als ausreichend Kraft für die Vorschubachsen meiner Eigenbau CNC Fräse.
Hier findest Du mehr zur Auslegung von Schrittmotoren.

Spannungsversorgung für die Antriebsmotoren der Eigenbau CNC Fräse

Spannungsversorgung 48 V

Bild 2: Schaltnetzteil SP320-48-6,7A von Mean-Well mit 48 V

Als Steuerung werde ich eine bewährte TripleBeast einsetzen. Als Spannungsversorgung habe ich mir das in Bild 2 gezeigte Schaltnetzteil von Mean Well gekauft.

Mean Well ist ein chinesischer Hersteller von Schaltnetzteilen, welche äußerst günstig und qualitativ dennoch sehr brauchbar sind.

Dieses Schaltnetzteil ist kurzschlusssicher, überspannungsfest und schaltet bei Übertemperatur ab.

Ein weiterer positiver Effekt den ich bemerkt habe: Vor den elektrischen Anschlüssen ist eine Kunststoffabdeckung. Die Abdeckung verhindert ein versehentliches Berühren der stromführenden Kontakte.

Schaltentzteil 48 V der Eigenbau CNC Fräse

Bild 3: Schaltnetzteil 48 V – Front

Das Schaltnetzteil besitzt an der Front jeweils 3 Anschlüsse für + und -.

Außerdem sind drei Anschlüsse für die Erdung, den Leiter und den Nichtleiter vorhanden.

Für den späteren Anschluss muss ich mir noch überlegen, wo ich den Not-Aus Schalter und die Sicherungen im Kreis anschließen will.

Bearbeitungsspindel für meine Eigenbau CNC Fräse

Als Bearbeitungsspindel habe ich mir eine wassergekühlte 1,5 kW HF-Spindel zugelegt (Bild 4).

Diese sollte genug Power haben um neben Holz auch Aluminium Fräsen zu können. Die Einzelteile für die Wasserkühlung und den Frequenzumrichter stehen ganz oben auf meiner Einkaufsliste. Parallel bin ich auch noch am Eigenbau einer Frässpindel dran.

Man darf gespannt bleiben!

Spindel 1,5kW

Bild 4: Frässpindel mit 1,5 kW Leistung und Wasserkühlung

Was ist deine Eigenbau Erfahrung? Lohnt sich das ganze?

Vielleicht interessiert dich ja auch mein Beitrag zu CNC Fräse Bausatz, in welchem ich verschiedene günstige Bausätze vorstelle.

Im Folgenden erfährst Du mehr zum aktuellen Konstruktionsstand, der Gestaltung der Führungen und Antriebsachsen und zum Aufbau des Rahmengestells.

CNC Fräse im Eigenbau – aktueller Konstruktionsstand

In folgendem Bild seht Ihr meinen derzeitigen Konstruktionsstand:

Bild CNC Fräse

Meine Eigenbau CNC Fräse

Verwendest du die Fräse nicht nur zum Gravieren und willst du auch mal Stahl zerspanen, so musst du besonderes Augenmerk auf die Steifigkeit des Aufbaus legen.

Ansonsten kauf dir lieber gleich eine einfache günstigere und Graviermaschine 😉

Um die Biegung der z-Achse möglichst gering zu halten, habe ich mich dafür entschieden, die x-Achse, also den Tisch, angetrieben zu gestalten.

Das Portal selbst ist – wie bei Portalfräsen üblich – fest.

Die Frässpindel wird dann in y- und z-Richtung verfahren.

Die Gestaltung der CNC Achsen und Führungen

Konstruktion von X – und Y- Achse

Die X-Achse und y-Achse werden über jeweils ein Kugelgewindetriebe (16×5) angetrieben.

Hierbei wird die Mutter mit dem Tisch verbunden, und die Welle in über eine Fest-Los Lagerung oder alternativ eine angestellte Lagerung gelagert.

Angetrieben werden die Kugelgewindetriebe über die Spindel, welche jeweils mit einem Schrittmotor verbunden ist.

Ein Kugelgewindetriebe besitzt gegenüber dem Trapezgewindetrieb folgende Vorteile: Der Wirkungsgrad und die Leichtgängigkeit ist besser, da die Reibung um Faktoren geringer ist.

Es kann eine dauerhafte Vorspannung der Achsen ohne Nachstellen erreicht werden. Auch die Geräuschentwicklung lässt sich durch das verwenden von Kugelgewindetrieben in Maßen halten. Nachteilig ist jedoch der deutlich höhere Preis für ordentliche Kugelgewindetriebe.

Gestaltung der Z-Achse

Die Z-Achse erhält einen Trapezgewindetrieb. Vorteil eines Trapezgewindetriebs ist die Selbsthemmung. Bei Stromausfall bleibt also die z-Achse in Position stehen und rauscht nicht nach unten.

Führungen der Achsen

Als Führungen werde ich Profilschienen mit Laufwägen in der Standardausführung verwenden. Die Führungen will ich derzeit direkt auf die Aluminium Rahmenprofile schrauben. Idealerweise beschaffst Du dir Laufwägen die spielfrei sind, damit du nachher auch gerade Linien und ohne Umkehrspiel fräsen kannst!

Nicht ist ärgerlicher als zu viel Spiel in den Achsen, da dies zum einen ungenaue Teile und schnellen Werkzeugverschleiß verursacht.

Alle Achsen und Führungen sollten möglichst spielfrei sein. Sowohl beim Gleichlauffräsen als auch beim Gegenlauffräsen soll der Schneideingriff niemals die Position des Werkstücks beeinflussen, indem der Schlitten innerhalb seines Spiels hin und hergerückt wird.

Die Spielfreiheit erreichen wir durch definiertes Vorspannen der Lager und möglichst spielfreie Führungen. Beim Gravieren ist dies weniger wichtig, da hier keine hohen Bearbeitungskräfte auftreten werden.

Rahmengestell der Selbstbau CNC Fräse

Für den Rahmen werde ich 45×45 Aluminiumprofile verwenden. Die Abmessungen kannst du übrigens ganz einfach mit einer Schieblehre prüfen. Durch die Kastenbauform erhoffe ich mir geringe Verwindung bzw. hohe Steifigkeit der Maschine. Aufgrund des höheren E-Moduls wäre für die Maschinensteifigkeit der Werkstoff Stahl natürlich besser.

Praktisch ist auch, dass ich dann ohne großen Aufwand Schutzbleche anbringen kann, sodass der Raum der CNC Bearbeitung abgeschottet werden kann.

Anbieter von Aluminiumprofilen

Am bekanntesten sind die Aluminiumprofile von Bosch Rexroth und Item.

Weitere geeignete Aluminiumprofile für den Eigenbau der CNC-Fräse, die teilweise sogar kompatibel zu den bekannten Marken sind, gibt es bei:

Die meisten Hersteller geben hier Angaben zum Widerstandsbiegemoment (manchmal Flächenträgheitsmoment). Bei vergleichbaren Preisen solltet Ihr immer die Profile mit dem größten Widerstandsmoment (Flächenträgheitsmoment) nehmen, Diese sind vom Aufbau steifer.

Ein Zuschnitt und das Bohren von Löchern ist bei den meisten Händlern ebenfalls gegen geringes Entgelt möglich. Aufpassen müsst Ihr beim Zubehör (Schrauben, Winkel, Nutensteine…). Hier wird teilweise kräftig zugelangt.

Ein weiteres Update mit Bauplan zu meiner Eigenbau Fräse wird bald folgen! Außerdem dürft Ihr gespannt sein was meine Recherchen zur CNC Steuerung ergeben haben. Recherchiert habe ich z.B. PCNC von CNC Step, Triple Beast, die Uhu-Steuerung und weitere.

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