Portalfräse
FROSE2
Beim Projekt Frose2 geht es um den Aufbau einer OSEG-Fräse, mit Verfahrwegen von ca. 100 x 70 x 8 cm Diese hat eine wichtige Schlüsselfunktion bzw. begünstigt die Weiterentwicklung weiterer OSEG-Projekte, wie zB.:
- allg. Prototypentwicklung
- Werkstatt-Ausstattung für OpenEcoLabs: Selbst-Replikation
- Produktionsmaschine für OpenHardware-Bauteile (wie z.B. UniProKit)
- Projekt LibreSolarBox: Öffnungen i.d. Gehäuseplatten f. Anschlüsse/Stecker
- Projekt OHLOOM: Erstellung von Seitenwandteilen f. Bausätze, als Grundlage f. Kurse (Fortbildung) und Workshop-Veranstaltungen.
- Projekt ZAC+: Reaktionskammern mit Zulauf- u. Abfluss-Kanälen in Plexiglas fräsen.
Als Grundlage für den Aufbau diente der Torso einer alten Isel-basierten CNC-Sondermaschine, welcher als Schnäppchen sehr günstig erstanden werden konnte und zunächst nur aus dem Grundkorpus sowie der X- und Y-Achse bestand. D.h., eine Z-Achse war nicht vorhanden und musste völlig neu konstruiert und aufgebaut werden.
Frose2 - große CNC-Portalfräse
Dabei konnten wir dankenswerterweise auf einem hochwertigen OpenHardware Bauplan aufsetzen, von Sebastian End, dem Betreiber eines beliebten und sehr empfehlenswerten Youtube-Channels zum Thema CNC-Fräsen, siehe [1]
Wir haben dabei ein paar kleine Anpassungen an unsere Bedingungen vorgenommen, wie etwa den Bohrlöchern für die Befestigung d er Z-Achse am Portal und die CAD-Files dazu nochmal neu in FreeCAD erstellt.
Ausserdem wurden an sämtlichen Achsen neue Stepper-Motoren eingebaut und eine dazu passende Steuerung entwickelt, basierend auf einem Arduino Nano mit der OpenSource-Firmware GRBL 1.1. Als Steuerungssoftware nutzen wir bCNC, welches ebenfalls OpenSource ist.
Frose2 - Seitenansicht
Darstellung in FreeCAD
Die Kreuzplatte
Die Kreuzplatte dient der Verbindung zwischen dem Spindelschlitten und dem Portal bzw. der X-Achse. Diese erfolgt über eine rechtwinlig dazu angeordnete Verbindungsplatte, so dass hier aufgrund von zwei rechtwinkling angeordneten befestingungsebenen eine besonders hohe Stabilität und Steifigkeit erzielt werden kann.
Die Kreuzplatte benötigt eine Vertiefung für die Spindelmutter und könnte theoretisch aus einem dicken Alustück gefertigt werden - wozu man aber bereits eine CNC-Fräse benötigen würde. Darum wird die vertiefung hier durch eine Aufdoppelung mit schmalen Aluplatten ralisiert, was auch eine Herstellung von Hand ermöglicht bzw. diese etwas vereinfacht
Die Kreuzplatte
Verbindungsplatte
Aufdoppelung
Kreuzplatte mit Verbindungsplatte, aufdoppelung und Spindelmutterblock
BOM
Linearführung
Führungswagen:
(HSR25 THK, fuer Y-Achse)
2 x HRC20-MN Blockwagen kurz, CPC
Netto-Länge: 69mm
Lochabstand LxB: 36x32
2 x HRC20-ML Blockwagen lang, CPC
Schiene:
AR/HR20
Gesamthöhe mit Führungswagen: 30mm
Befestigungslöcher:
---
China-Clone: Komplettset bei CNC-Discount: CNC Set Orange "Blockwagen" A.Nr. PB20040
1 x Länge 600mm: 150,20 EUR
1 x Länge 400mm: 136,40 EUR
Abweichung: Netto-Länge 74mm
Kugelumlaufspindel
X-Achse:
FestLager: BK12
Loslager: BF12
Spindel: Nenn-Länge 700mm Typ 2010 (Durchmesser 20mm, Steigung 10mm)
Komplettset:
Spindelmutteraufnahmeblock:
- https://www.dold-mechatronik.de/Spindelmuttergehaeuse-DSG2005-fuer-Kugelumlaufspindel-SFU2005
- 15,85 EUR: https://www.cnc-discount.com/2010-block-aluminium/202 (keine konkreten Maßangaben aber vermutl. das Gleiche wie oben)
Wellenkupplung: 7nm 6,35 auf 12mm - 10,35 EUR: https://www.cnc-discount.com/wellenkupplungen/7-nm-gross/wellenkupplung-7-nm/123?number=7NM6312WK.7NM.63/120.062%20kg
Z-Achse:
Spindel: Nenn-Länge 350mm Typ 1605 (Durchmesser 16mm, Steigung 5mm)
Spindelmutteraufnahmeblock: (Problem 40x24mm statt 58x13 -> entweder durchbohren und nur vier Schrauben oder andersrum montieren)
- https://www.ebay.de/itm/Spannblock-Spindelmuttergehause-DSG16-20-25-32-CNC-Kugelumlaufspindel/162313727741?hash=item25caa6eefd:m:m_0qmsd08XJ-yBWrg4pyASg
- 14,30 EUR: https://www.cnc-discount.com/1605-block-aluminium/113 (keine konkreten Maßangaben, aber vermutl. das Gleiche wie oben)
Wellenkupplung: 6,35 auf 10mm, 7nm - 10,35 EUR: https://www.cnc-discount.com/wellenkupplungen/7-nm-gross/wellenkupplung-7-nm/123?number=7NM6310WK.7NM.63/100.062%20kg
Eurohalsaufnahme 43mm:
Für Kress, Suhner
https://www.sorotec.de/shop/43er-Eurohalsaufnahme-.html http://www.ebay.de/itm/Eurohalsaufnahme-KRESS-SUHNER-CNC-Frase-Frasmaschine-Graviermaschine/311894772148?hash=item489e6089b4:g:U4cAAOSw7I5TsTAK
Alu-Platten f. Rahmen
Wellenkupplung
6.35mm auf 12mm: https://www.cnc-discount.com/wellenkupplungen/7-nm-gross/wellenkupplung-7-nm/123?number=7NM6312WK.7NM.63/120.062%20kg
Endschalter
- nc-endschalter. Achtung, die weitverbreiteten makerbot-style breakoutboards von bigtree sind anders verschaltet !
Endschalter Abschirmung
Die Abschirmung ist ein gravierender Knackpunkt, denn Störsignale auf der Leitung führen zu unregelmässig bis chaotisch auftretenden Effekten.
Wichtig ist, nicht nur die Endschalter abzuschirmen gegen Störungen, sondern vor allem auch die Motor-Leitungen, damit hier keine Störsignale erzeugt werden. Ausserdem können noch flackernde Neonleuchten etc. in der Umgebung Ursache für unerwünschte Einstreuungen sein.
Sofern die Leitung mit einem Drahtgeflecht als Schirm versehen ist, muss sie (einseitig !) mit einer Masse verbunden werden.
Bei der Motorleitung kann das an der V- Leitung der Gleichstromversorgung für die Treiberstufe sein, so wie hier dargestellt: [2]
![[2]](https://www.estlcam.de/pic/0017L.jpg){kind=link}
Man kann sie auch direkt am Netzteil abgreifen, falls das einfacher ist, siehe hier: [3]
![[3]](https://www.estlcam.de/pic/0018L.jpg){kind=link}
Die Abschirmung der Schalter selbst kann mit dem GND vom Arduino oder dessen 5V-Netzteil verbunden werden.
ToolChain
GRBL V.1.1 mit Arduino Nano
Bei Verwendung eines Arduino Nano kann es sein, dass die Firmware nicht mehr ganz in den Bootloader passt. Das hängt davon ab, wie aktuell die Arduino-IDE ist, weil ein neuerer gcc etwas größeren Code erzeugt. Mit einer älteren IDE könnte es aber noch klappen. Ansonsten muss der (schlankere) Bootloader vom Arduino Uno auf den Arduino Nano mittels ICSP geflasht werden. Dann sollte die Firmware auch mit aktuellen Arduino-IDEs passen.
Anschlüsse
Settings
Einstellung der Schrittweite, Geschwindigkeit und Beschleunigung erfolgt dabei mit den Parametern $100, $101, $102, sowie $110, $111, $112 und $120, $121, $122.
Endschalter und Homing
Falls eine Abschirmung mit Drahtgeflecht nicht ausreicht kann man auch einen RC-Entstörfilter in die Leitung setzen oder einen Opto-Koppler, siehe [8]
Vor dem Homing sollte man sicherstellen, das alle Achsen in die korrekten Richtungen laufen und die Schalter ansprechen, das kann man mit der Status-Report Ausgabe (mittels "$?") prüfen. Die Homing Richtung selbst kann man mit $23 für jede Achse separat einstellen.
siehe [9]
dazu steh auch noch einiges im GRBL-FAQ: [10] und hier [11]
bCNC
bCNC ist ein graphisches Frontend für den GRBL, man kann aber auch andere wie zB. den Universal G-Code Sender nehmen oder direkt von einer Seriellen Schnittstelle wie dem Serial Monitor der Arduino-IDE aus den Nano mitd er GRBL-Firmware ansprechen.