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Frässpindel Eigenbau

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Frässpindel Eigenbau – Die PreciSpindle

Parallel zum Eigenbau der CNC Fräse zeige ich dir den Bericht zum Eigenbau meiner Frässpindel. Zumal eine hochwertige Frässpindel wichtig ist, um ein gutes Fräsergebnis zu bekommen.

Zuerst zählt bei einer Frässpindel  die Steifigkeit und Lebensdauer der Lagerung. Weiterhin benötigst du eine ausreichend hohe Leistung – also Drehmoment und Drehzahl – der Frässpindel.

Wunschdaten meiner idealen DiY Eigenbau Frässpindel:

  • Drehzahlen über 15000 U/min möglich
  • Spitzenleistung bis zu 1500 W
  • Steife Ausführung für hohe Präzision
  • Kostengünstige Lösung
  • Wasserkühlung der Spindel möglich

Frässpindel Eigenbau – Lagerung

Frässpindel Eigenbau

Frässpindel Eigenbau: Bild der 3D Konstruktion

Für ausreichend hohe Genauigkeit soll die Spindellagerung steif gestaltet sein.

Aus konstruktiver Sicht sollte deshalb eine günstige und dennoch steife Ausführung in Form von Schrägkugellagern geeignet sein.

Im Detail überlege ich eine angestellte Lagerung in O-Anordnung zu verwenden, bei der ich die Lagerung während der Montage bereits vorspannen kann. Dieses Vorspannen entfernt alle konstruktionsbedingten Spiele und führt zu einer genauen Bearbeitungsspindel.

Mit Hilfe von Schrägkugellagern erreichst du einen großen Lagerabstand (=geringer Kippwinkel) in der Konstruktion.

Durch die Wahl von Schrägkugellagern in O-Anordnung setzt du nämlich den gedachten Kraftangriffspunkt näher zum Tool Center Point (Werkzeugspitze) der HF-Spindel. Dadurch verkürzt sich der Hebelsarm, welcher das Kippen der Frässpindel verursacht.

Weitere Details zur angestellten Lagerung in O-Anordnung findest du hier auf Wikipedia.

Durch die Wahl von Schrägkugellagern in O-Anordnung setzt du den Kraftangriffspunkt näher zum Tool Center Point (Werkzeugspitze) deiner Frässpindel.

Noch besser sind natürlich richtige Spindellager, diese kosten jedoch gleich über 100 Euro. Durch Schrägkugellager bekommst du für umgerechnet ca. 20 Euro jedoch gleich die gesamte Lagerung deiner Spindel.

Von Vorteil ist es außerdem, wenn du Lager mit metallischen Dichtscheiben verwendet. Diese sind Reibungsarm und erzeugen damit eine geringe Verlustwärme. Dennoch ist damit zu rechnen, dass diese Eigenbauspindel zu hoher Erwärmung führt.

Letztes Update am 14. August 2020 12:47

Frässpindel – Konstruktive Gestaltung

Zentraler Bestandteil der Selbstbau Frässpindel ist eine ER20 Spannzange.

Über die Spannzange wird das zweireihige Schrägkugellager in O-Anordnung und das normale Schrägkugellager gelagert.

Außerdem werden die beiden Lager in das gleiche Gehäuse eingepresst. Dadurch wird zusätzlicher Achsversatz zwischen den beiden Lagern aufgrund von zusätzlichen Montagetoleranzen zwischen verschiedenen Gehäusen vermieden.

Zusätzlich werden die Lager über das Gehäuse verschraubt und damit definiert vorgespannt.

„Die Lager werden über das Gehäuse verschraubt und damit definiert vorgespannt.“

Um ein Eintreten von Spänen in das Gehäuse zu verhindern habe ich mir eine einfache metallische Labyrinthdichtung ausgedacht. Der Innere Teil der Labyrinthdichtung ist wellenfest und rotiert mit.

Weiterhin wird der äußere Teil der Labyrinthdichtung mit dem Gehäuse verschraubt. Zwischen den beiden Teilen der Labyrinthdichtung habe ich einen kleinen Spalt von 0,3 mm für den Freigang der beiden Teile vorgesehen.

Frässpindel Eigenbau Zeichnung

Frässpindel Eigenbau Zeichnung

Für die Verbindung der Spannzangenaufnahme und den BLDC Motor habe ich eine Adapterwelle mit Gewinde vorgesehen. Diese wird mit Loctite verklebt und am anderen Ende über eine Klauenkupplung mit Kunststoffkranz mit der Motorwelle verbunden.

Anschließend schraubst du den Motor direkt an die Flanschplatte. Diese ist direkt am Spindelgehäuse befestigt. Darüberinaus ist zur Sicherheit noch eine Motorabdeckung in Planung.

Zudem muss die Wasserkühlung in den Motorflansch noch integriert werden.

HF-Spindel Selbstbau – Kosten

Derzeit kalkuliere ich mit ca. 140 € für den Gesamtaufbau der Spindel:

  • BLDC Motor: 19 €
  • Spannzangenfutter ER20: 20 €
  • Lager: 20 €
  • Drehteile (7 Stück): ca. 80 € (günstiger wenn man eine eigene Drehmaschine hat)

Schön dass Du dich für meinen Beitrag interessiert hast! Bitte hinterlasse doch einen Kommentar mit Deiner Meinung über meinen Selbstbau! Über Anregungen und Verbesserungsvorschläge freue ich mich immer!

Eine weitere schöne Selbstbauanleitung einer Frässpindel mit Zahnriemen findest du auch hier auf Metallmodellbau.de.

Alternative zum Selbstbau: Fertige Spindel kaufen

Letztes Update am 14. August 2020 12:47

16 Gedanken zu „Frässpindel Eigenbau“

  1. Hallo Toni,

    wie ist der aktuelle Stand deiner DIY-Spindel?
    Spiele ebenfalls mit dem Gedanken eine Spindel selber zu bauen anstatt eine Kress zu kaufen. Meine Anwendungsbereich wäre überwiegend Holz, Alu und gelegentlich Stahl. Theoretisch sollte dies ja mit den Leistungsdaten deiner Spindel, dem richtigen Werkzeug und den richtigen Einstellungen möglich sein. Doch wie sieht das ganze in der Praxis aus?
    Eine Antwort würde mich sehr interesiieren.
    LG Matteo

    1. Hallo Tobias,
      das Spannzangenfutter ER20 für die Frässpindel bekommst du zu diesem Preis und teilweise noch günstiger auf Ebay. Allerdings handelt es sich bei diesem Preis selbstverständlich um Importware auf Fernost, wo man auch mal 1 Monat oder länger auf das Paket warten muss!

        1. Hallo Daniel,
          in der Tat die Zeit verrinnt und aktuell ist das Thema Spindel Selbstbau bei mir etwas eingeschlafen. Sobald ich etwas mehr Zeit habe geht’s aber wohl weiter. Wie ist es bei dir?

          Gruß,
          Toni

  2. Moin moin,
    Ich bin gerade auf der suche nach einer Brauchbaren Frässpindel für den Eigenbau. Was ist aus eurern Spindel geworden? Hat jemand fertige Bilder ? Querschnitte Bilder zur Anregungen? Gruß Markus

    1. Hallo Markus,

      meine Antwort kommt etwas verspätet, aber möglicherweise befasst Du dich ja trotzdem noch intensiv mit dem Bau der CNC Spindel. Falls Du mit dem Bau schon fertig bist, würde mich Dein Ergebnis sehr interessieren! Meine eigene Frässpindel befindet sich aus Zeitgründen immer noch in der Konzeptphase. Einen Tip habe ich jedoch noch für Dich: Schau doch mal auf in das RC-Network Forum, da gibt es einen interessanten Thread zu diesem Thema:
      http://www.rc-network.de/forum/showthread.php/404028-Eigenbau-Brushless-Spindel
      Schöne Grüße, Toni!

      1. Moin Toni,
        Danke für die Antwort. Mein Projekt liegt gerade auch Zeitlich flach. Studiere eben Maschinenbau in Vollzeit. Die Frage die ich mir Stelle ist ob man eine Selbstbau Spindel mit Alu belasten kann. Weist du wie viel Fräs Kraft auftritt? Grüße aus Schleswig Holstein. Markus

        1. Hallo Markus,
          interessante Frage von dir. Ich habe mir mal die Mühe gemacht, und die Fräskraft für einen Beispielfall ausgerechnet. Das Ergebnis kannst Du in folgendem Beitrag nachlesen.
          Berechnung der Fräskraft
          Die Lager müssen halt enstprechend dimensioniert sein, dass die Schnittkraft aufgenommen werden kann, dies ist aber kein großes Problem meine ich.
          Schöne Grüße,
          Toni

  3. Hallo,

    zur Zeit arbeite ich mit einer Selbstgebauten Frässpindel und bin stetig auf der Suche nach einem besseren Konzept.
    Mein Aufbau sieht ähnlich Deinem aus und kann Dir vielleicht noch ein paar Tips geben.
    Da ich die selbe Lagerung habe kann ich Dir sagen das die Lager Deine Drehzahl nicht aushalten werden. Meine Maximaldrehzahl ist 6000 U/min, bei dieser Drehzahl werden die nach ca. 30 min so warm das daß Lagerfett ausläuft. (Es gibt Hochgeschwindigkeitslager, die sind aber ein ‚wenig‘ teurer).
    Die Spindel nach dem einstellen zu verkleben ist keine so gute Lösung. Erfahrungsgemäß ’setzen‘ sich alle Teile noch während des Betriebes und Du bekommst zwangsläufig ein größeres Spiel wenn Du nicht nachregulieren kannst. (Mein Aufbau ist ähnlich nur habe ich die Verschraubung mit einer art Presspassung gesichert, das ermöglicht das leichte Nachstellen der Lager. Ist aber auch keine optimale Lösung).

    Als BLDC Motor nutze ich einen 150 Watt 48 Volt Motor von Nanotec. (ca. 80 €) Da ich Hauptsächlich Alu fräse reicht die Leistung um bei einer Schnitttiefe von 3mm, einem Fräserdurchmesser von 6mm eine Schnittgeschwindigkeit von 100mm/min zu erreichen.
    Als Treiber für den Motor nehme ich eine China-Endstufe (D-5015) ca. 90€ , man kann sie von Hand regeln, ich steuere sie über den Computer als muss noch ein PWM-Analog-Regler dazu (ca. 30€)
    Schaltnetzteil noch dabei (48 Volt, 10 A, ca. 70 €) und dann läuft die Sache.

    Ich rate Dir das hintere Lager durch ein Kegelrollelager zu ersetzen, das kannst Du dann auch immer einstellen.

    Viel Erfolg!!

  4. bei der „PRECI-Spindel “ fehlt m i r die Konterung für die Vorspannung der Lager !
    Oder hab‘ ich da was übersehen ?
    viele Grüße aus Passau

    H.Z.

    1. Hallo H.Z.!
      Vielen Dank für Deinen Kommentar. Du hast recht, die Lager werden zwar festgeschraubt, aber nicht gekontert.

      Mein bisheriger Plan ist, an der Stelle die Verschraubung nicht durch eine Kontermutter zu sichern. Stattdessen will ich das Gewinde mit Loctite verkleben. Loctite Schraubensicherung „hochfest“ o.ä. sollte ausreichend halten. Was meinst Du?

      Schöne Grüße,
      Toni!

      1. Hallo, Toni!

        Ja halten wird das schon…
        aber N a c h s t e l l e n wird dann etwas schwierig, wenn Du ein „Loctite xxx“ nimmst, das fest aushärtet.
        Kontern ist da, meine ich, besser geeignet…
        oder eine Querverschraubung/ Klemmung an der Kupplung ?
        Liebe Grüße aus Passau
        Herby
        P.S.:
        Ich bin auch gerade am „Konstruieren“ einer solchen Spindel.
        Einen BLDC NANOTEC (150 W) habe ich aber bisher noch nicht gefunden
        Nanotec verweist mich auf einen „Unterhändler“ und dieser reicht mich nochmal weiter,
        sodaß am Ende 400 +++€ samt Steuerung herauskommen.
        Welche „Quellen“ hast Du denn da gefunden ?
        (bei eBay gibt’s dazu gar nix)
        Habe schon versucht bei den RC-Bastlern was Brauchbares in BLDC zu finden.
        Aber die überbieten sich hauptsächlich mit KW (Verlustleistung ?)

        1. Servus Herby!
          Das stimmt, nachstellen wird bei verkleben schwierig. Ich denke ich werde an der Stelle meine Konstruktion ändern.
          Günstige RC-Motoren aus Fernost gibt’s übrigens beim „hobbyking“.

          Schöne Grüße,
          Toni

  5. Hallo!
    Ich habe mir eine ähnliche Frässpindel für meine Hobby-CNC gebaut. Mich interessiert, wo die die Teile zu den Preisen herbekommst? Lager, o.k. hab ich bei ebay schon bekommen. Spannzangenfutter ER20 für 20 €? Beim Chinamann auch über ebay, hab ich eine ER11 auch schon bekommen, würde ich aber nicht wieder machen. Die Odysse von China, am Zoll vorbei war eine langwieriges Abenteuer. Jetzt zum Motor: Habe ich auch über ebay (gebraucht/neu) bekommen (500Watt) und da wartet noch ein 1KW Motor auf seinen Einsatz, der bringt aber nur so 9000 U/min. Jetzt fehlt in der Rechnung noch der Controller und ein richtig-richtig starkes Netztteil (Computernetzteil). Die kosten aber dann schon etwas mehr. Also woher der Motor für 19€ und wieviel U/min bringt der bei 12V?
    Hast du die Spindel schon in Betrieb gehabt? Wieviele Betriebsstunden? Bei mir sind es ca.2, mal sehen wie lange der Motor durchhält.
    Konstruktiv gefällt mir deine Spindel sehr gut! Werd mal über einen Nachbau nachdenken, wenn du gestattest.
    Gruß Jens

    1. Servus Jens!

      Hier mal die Quellen meiner Einkäufe:
      Lager: Ebay
      Spannzangenfutter: Chinamann auf Ebay. Verzollung ging glücklicherweise problemlos bei mir.
      BLDC Motor: habe ich vom Chinahändler meines Vertrauens (hobbyking.com). Der Motor den ich für die Frässpindel gekauft habe (Turnigy 500 H3126) ist aus einem deutschen Warenlager verfügbar, Verzollung also nicht mehr notwendig.
      Netzteil: noch nicht beschafft, wird wahrscheinlich wie Du schon sagst, ein PC-Netzteil. Preise habe ich da noch nicht recherchiert. Vielleicht tuts auch ein älteres aus einem ausrangierten PC. Bisher hatte ich den Motor an meinem Labornetzteil laufen.
      Controller: Habe einen dieser günstigen Servotester von Amazon. Ca. 15 Euro glaube ich warn das. Mal schauen wie lange der durchhält.

      Zur Leistung vom Motor: Der Turnigy 500 hat 1600kV, das heißt pro Volt schafft der 1600 U/min. Bei Anlegen von 12V sind das schon über 19000 U/min, sollte also Dicke ausreichen. Maximal verträgt der Motor 22V, dann hat man schon 35200 U/min :-). Das Problem ist dann eher die Verlustleistung (Wärmeabgabe des Motors), welche bei einer Maximalleistung des Motors von 1500 W ordentlich sein dürfte. Bisher hatte ich den Motor nur kurz am Labornetzteil ohne Last laufen. Die Erwärmung hält sich da in Grenzen. Aber Für den Fräsbetrieb werde ich mir schon eine gute Wasserkühlung überlegen. Die Sache ist, dass der Aussenläufer nicht am Mantel gekühlt werden kann (dieser rotiert ja) sondern dann nur über die Stirnfläche. Das heißt die Wasserkühlung muss an der Stirnfläche entlanglaufen. Dürfte aber ein lösbares Problem sein.
      Sobald die Konstruktion steht, werde ich mir eine dieser günstigen PC-Wasserkühlungen oder einfach eine billige Teichpumpe verwenden.

      Finde ich gut, dass Dir meine Konstruktion gefällt! Wichtig ist glaube ich, dass beide Lager in einem Gehäuse verbaut sind damit man eine sehr genaue Führung und geringen Rundlauffehler an der Spindel bekommt. Nachbau ist natürlich erlaubt, die Zeichnungen habe ich allerdings noch nicht fertig 🙂

      Hast Du mal den Rundlauffehler an Deiner Spindel gemessen, bzw. wie ist Deine Spindel gelagert?

      Gruß,
      Toni

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