Tips zum Aufbau einer CNC Fräse

Auf die Idee eine CNC-Fräse zu bauen kam ich, weil das Herstellen von Schneideschablonen für Styroporkerne sehr langwierig ist. Allerdings soll nicht verschwiegen werden, daß eine CNC-Anlage inklusive Software ca. 2000.- bis 2500.- DM verschlingt. Es ist also abzuwegen, ob sich so eine Anlage lohnt. Viele Teile der Fräse habe ich auf der Altmetallverwertung gefunden ( dort liegt das Geld sozusagen auf der Straße). Doch nun zur Aufstellung der Bezugsfirmen.

Kugelgewindemuttern, Kugelgewindespindeln und Schlittensysteme

-ISEL Elektronik, Tel.: 06672-898-0     FAX: 06672-898888

-ITEM Systemtechnik, Tel.: 0212-6580-0     FAX: 0212-62049

-Franke Positionierungssysteme, Tel.: 07361-92-0     FAX: 0212-62049

Zahnriemen und Zahnriemenscheiben

-Mädler GmbH Antriebe und Zahnräder, 0711-72095-0     FAX:0711-7209533       z.B.   sehr günstige Zahnriemen und weitere Normteile

Schrittmotoren

-MIR Elektronik, Tel.: 089-595881   FAX:089-595821

Software und Anlagen

-Styroporschneideanlage mit meiner Elektronik an Aktion, tolle Fotos der Anlage mit  Schneideergebnissen

-Thomas Gmelin   Styroporschneidesoftware vom Feinsten und Schneideanlagen (Top-Programm, aber     auch teuer)

-Preg Datentechnik Tel.: 09131-15955 z.B. CNCPROFI und andere (Top-Programm, guter Preis) keine  Demoversion verfügbar

CNC-Player von Walter Preg die ultimative Killerapplikation in Sachen CNC Programme.
 Das Programm ist noch in frühen Stadium und daher noch Freeware. Die Konfiguration ist nicht einfach,  aber ein Blick auf das Programm lohnt wirklich. Für Nachfragen zum Programm sollte das CNC-Player  Forum genutzt werden.

-Burkhard Lewetz  Tel.: 07542-21886 FAX:07542-3889 z.B. PCNC (Top-Programm, guter Preis),  Demo von PCNC, Demo von Contour 2.0 (Outliner)

-Boenigk Elektronik Tel.:0228-258787   FAX:0228-258787  z.B. Outliner unter Dos (gut)

-Peter Haase Tel.:02137-76783 FAX: 02137-76984 z.B. Plotter im Eigenbau und CNC-Fräse

-Möller und Huth

Elektronikbauteile und Elektroniksoftware

-Reichelt Elektronik Tel.: 04422/955-0    FAX:04422/955-111  z.B. Bauteile sehr günstig, große Auswahl

Easytrax, gutes Platinenlayoutprogramm ohne Schematic Teil, sehr einfach zu bedienen (DOS)

ScooterPCB, gutes Platinenlayoutprogramm ohne Schematic Teil, aber einfach zu bedienen

Target 2001 Discover, gutes Platinenlayoutprogramm mit Schematic Teil, umständlich zu bedienen

Eagle, gutes Platinenlayoutprogramm mit Schematic Teil, sehr umständlich zu bedienen

Fräser, Bohrer, Maschinen zum umrüsten

-Bungard Elektronik, Tel.: 02292/5036   FAX: 02292/6175

-vhf computer GmbH, Tel.: 07031/7519-0   FAX: 07031/654031

-Ritz GmbH, Tel.: 02333/8215   FAX: 02333/76523

Technische Werkzeuge Cristian Wöhler, Tel.: 0201 - 8159466  FAX: 0201 - 8159467  Fräsen und Drehbänke

Knuth Werkzeugmaschinen

Applikationen

-ST Mircroelectronics L297, L297, L6203, L6115

-Ericsson PBM3960, PBD3517, PBL3770A, PBL3772, PBL3774

-National Semiconductor LMD18200, LMD18245

Die Linearührungen, Kugelgewindemuttern, Kugelgewindespindeln habe ich von ISEL gekauft. Es handelt sich hier um die Artikel Nr.: 220 001 xxx (Doppelspurführungsschine), Art Nr.:223 001 (Doppelspurset), Art.: 213 001 (Kugelgewindemutter), Art Nr.: 211134 xxx (Kugelgewindspindel 5mm Steigung). Die Linearführungen und das Doppelspurset würde ich allerdings nicht mehr benutzen, da diese Kombination bei höheren Aufbauten zum Kippeln neigt. Empfehlenswerter ist wohl eher die Kombination Linearführungsschine LFS3 und Laufwagen LW2 oder Doppelspurführungsschiene und Laufwagen LW4 . Weiterhin sehr empfehlenswert sind die Wellenkupplungen von ISEL ,da dadurch eine sehr exakte Verbindung zwischen Schrittmotor und Gewindespindel geschaffen wird. Allerdings kann man sich diese Ausgabe auch sparen, wenn man die Gewindespindel mit einem Zahnriemen 1:1 vom Schrittmotor aus antreibt. Dies hat ein Bekannter von mir so an seiner CNC-Fräse realisiert.

Ich benutze bipolare Schrittmotoren der Firma VEXTA 3,1 Volt/1.06 Ampere Strangstrom. Diese Motoren eigenen sich sehr gut für den Anfang. Sie werden in meiner Anlage mit 32Volt betrieben. Da der Strom zu den Motoren mit 20 kHz gechoppert wird, schadet die hohe Spannung den Motoren nicht. Das Gegenteil ist eher der Fall, die Motoren werden mit zunehmender Spannung immer schneller. Außerdem  habe ich noch Motoren der Marke Bautz 3,3V/4Ampere Strangstom. Diese Motoren sind mit angeflanschten Getriebe (Zahnriemenantrieb 1:5,333 untersetzt) für ca. 90.-DM bei MIR Elektronik zu bekommen. Diese Antriebseinheit ist zwar langsam, aber für schwere Fräsarbeiten sehr gut geeignet. Die Elektronik zum Ansteuern der Motoren habe ich selber gebaut. Diese gliedert sich in zwei Komponenten auf. Eine Platine dient zum Entkoppeln der Endstufe zum PC und zum Ansteuern einer Bohrspindel und Kühlpumpe über Relais. Weiterhin verwaltet diese Platine zur Zeit vier Schalter für Referenzfahrt  der Maschine und vier Anteuereinheiten für entsprechende Endstufen.Diese Platine ist ca 100 x 180 mm groß. Auf der zweiten Platine befinden sich drei Enstufen die maximal 40 Volt/ 4 Ampere vertragen. Als Treiber -Endstufenkombination kommen die IC´s L297, L6203 von ST-Microelectronics zum Einsatz. Die Endstufen werden gemeinsam syncronisiert, der Strangstrom ist getrennt regelbar und Halb -Vollschrittbetrieb ist einzeln einstellbar. Die Ausmaße der Platinen belaufen sich auf 138x 300mm. Sollte Interresse an Platinen bestehen, bin ich gerne bereit geätzte und gebohrte Platinen herzustellen.

Wer mehr über das grundsätzliche Design und Handling von Schrittmotoren und deren Ansteuerungen wissen will, dem sei wärmstens die Application Note AN 468, AN 235, AN 460, AN470 und AN 279 von ST-Microelectronics empfohlen. Die Application Notes von Ericsson geben auch ein Menge wissenswertes her. Alles ist zwar in Englisch aber dafür kostenlos. Hier kann man so richtig in die Materie einsteigen.

Welche Software zum Ansteuern der Fräse benutzt wird ist letzendlich eine Glaubensfrage.

Die zwei meistbenutzten Programme sind wohl CNC-Profi von Preg Datentechnik und PCNC von Burkhard Lewetz. Ich habe beide Programme ausprobiert und kann beide uneingeschränkt empfehlen. Beide Programme haben ihre Vor- und Nachteile.

Als Software  benutze ich CNC Profi von Preg Datentechnik und PCNC von Burkhard Lewetz . Das Programm enthält Fräserradiuskorrektur, eine Werkzeugverwaltung und eine sehr gute grafische Vorschau des Fräsverlaufs besitzt. Weiterhin kann bestimmt werden, welche Vektoren zuerst gefräst werden sollen. Das Programm kann vier Schrittmotoren ansteuern.  Das Programm ist schnell konfiguriert und sehr übersichtlich. Der Support der Software ist ebenfalls vorbildlich. Als neuestes entwickelt Herr Preg eine Steuersoftware, die unter Windows 95 läuft. Was da auf uns zu kommt, sieht schon sehr vielversprechend aus. Im Moment ist die Software noch in einem frühen Entwicklungsstadium. Wer noch mehr Informationen über CNC-Technik haben will sollte sich in die CNC-Mailingliste bei e-Groups eintragen lassen. Die Software läuft mitlerweile schon recht stabil. Dabei wird nicht mehr über den LPT-Port des Steuerrechners gearbeitet, sonder über die serielle Schnittstelle ein DOS-PC als Client mit den Daten beliefert. Dieser setzt die Informationen auf seinen LPT-Port um. Man kann so seine Steuerung die vorher mit Dos-Software lief auf Windows umstellen.

Sehr gut ist auch das Programm PCNC von Burkhard Lewetz geeignet um eine CNC-Fräse anzusteuern. Das Programm hat ebenfalls eine Werkzeugverwaltung und grafische Fräsvorschau. Die Fräsdatenoptimierung wurde in ein eigenes Programm ausgelagert. Das ist vom Handling etwas umständlich. Eine Vektoroptimierung von Hand konnte ich nicht finden. Bei einer großen HPGL-Datei war die programmmäßige Optimierung von PCNC aber besser als bei CNC-Profi. Allerdings wurden bereits mit CNC-Profi optimierte HPGL-Files nach dem Bearbeiten mit der Radiuskorrektur von PCNC in den Vektorketten total verändert. Die Maschiene würde nun an anderer stelle mir dem Fräsen anfangen. Das Laufverhalten der Motoren ist bei PCNC wesentlich besser als bei CNC-Profi. Die Bahnsteuerung und das vorrausschauende Fahrverhalten ist einfach Spitze. Die Motoren werden bei dieser Ansteuerung auch nicht so warm. Mein neuer Rollenplotter funktioniert sehr gut mit PCNC. Das Handling des Programmes ist teilweise besser als bei CNC-Profi. Weiterführende Infos zu PCNC gibt es bei Lewetz.de. Dort gibt es auch eine Demo des Programms und eine Demo von Contour 2.0 zum Erzeugen für Isolationsdaten.

Vorsicht bei der PCNC Version, die von Conrad-Elektronik vertrieben wird. Diese Version steuert nach Auskunft von Herrn Lewetz nur SMC 800 und SMC 1500 Karten an. Takt und Richtungs Ausgabe ist nicht vorgesehen.

Mann sieht also schon, daß das beide Programme sich doch sehr unterscheiden. CNC-Profi hat seine Stärken in der Fräsvorschau und Fräsdatenaufbereitung. PCNC hat seine Stärken  in der Ansteuerung der Schrittmotoren. Für welches sich der Anwender letztendlich endscheidet bleibt Ihm überlassen. Ich will hier auch nicht eines der beiden Programme vorziehen. Beide Programme sind auf jeden Fall ihr Geld wert und liefern einwndfrei Ergebnisse ab.

Weitere Software, die zum Aufbereiten von Daten sehr nützlich ist, habe ich von Boenigk Elektronik bezogen. Dabei handelt es sich um ein Programm zum Umwandeln von Gerberdateien in HPGL-Dateien. Dieses Programm wird zum Isolationsfräsen benötigt. Zum Schneiden von Selbstklebefolien wird noch ein Programm benötigt, das eine Korrektur für den Messerradius eines Schleppmessers erzeugt. Die Programme heißen Countour V2.0 und Skalp. Beide Programme funktionieren tadellos und sind ihr Geld Wert. Der Support der Software ist ebenfalls sehr gut.

Noch etwas zur Steuersoftware der CNC-Fräse. Aus etlichen Telefonaten hörte ich heraus, daß nach Aufbau der Motorelektronik eigentlich keine Software bereit steht. Zum Erproben der Elektronik kann man diese Problematik sehr elegant umgehen. Mit der Demo von PCNC kann man schon sehr gut die komplette Elektronik überprüfen.. Zwar fährt nur eine Achse in der Demo, aber man kann ja die Stecker für Takt und Richtung der jeweiligen Achsen vertauschen. So kann man jede Motorendstufe doch sehr einfach überprüfen. Dann gibt es da noch ein Testprogramm von Möller & Huth, welches Bitest.exe heißt. Damit kann man die Motoren auf LPT1 ansteuern. Allerdings fahren die Motoren mit diesem Programm sehr rau. Mit CNC-Profi oder PCNC ist das nicht zu vergleichen. Aber für einen einfachen Test reicht es aus. Sehr gut zum Testen eignet sich auch die Software SV-Plus von Frank Thiemig. Dies ist eine Styroporschneidesoftware die vier Motoren ansteuert und vier Referenzschalter verwaltet. Die Demo die das schon kann und die Motoren in der Handfahrt steuert ist hier downloadbar.

Ich möchte mich hiermit nochmals bei Herrn Preg und Herrn Boenigk sehr herzlich bedanken, da ich ohne Ihre Hilfe nicht soweit mit meiner Fräsanlage gekommen wäre. Herzlichen Dank auch an Herrn Lewetz für die Bereitstellung seiner Software und das von Ihm entgegengebrachte Vertrauen. Ein weiteres Danke Schön gebührt Thomas Gmelin von der Fa. Feintechnik für sein hervorragendes Styroporschneideprogram Phönix.