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CNC PCB Fräse

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Dieser Artikel dokumentiert den Aufbau meiner kleinen CNC Fräs- und Bohrmaschine. Die CNC Maschine dient hauptsächlich dem Bohren und Gravieren von Leiterplatten oder dem bearbeiten von Vollholz oder Sperrholzplatten welche für den CO2 Laser zu stark sind. Weiterhin sind aber auch Fräsarbeiten in 3D-Objekten aus Ne-Metallen und Kunststoffen, wie Formen Modellbau oder auch Gravuren in 2D und 3D möglich.

Die Steuerung der Maschine hat schon eine kleine Entwicklung hinter sich, so bestand die Ansteuerung der Schrittmotoren ganz am Anfang noch aus dem schon ewig bewährten Schrittmotortreiberboard L297/ L298 und einem kleinen Zusatzboard, welches die Treiber über Schritt-/ Richtungssignale ansteuert. Diese Schaltung ist sehr robust und hat sich auch bewährt. Durch den einfachen Aufbau mit dem Schrittmotortreiber L297 und dem Vollbrückentreiber L298 war die Schaltung lange Zeit auf fast jedem Motorboard zu finden. Aber mittlerweile gibt viele Microchips auf mit weniger benötigtem Bauraum, gleichzeitig mehr Leistung und noch mehr Funktionen zum ansteuern von Schrittmotoren.

Die neue Steuerung ist eine komplette Singleboard lösung, welche den Steuerungscontroller und die Treiber enthält. Der Controller wird direkt über USB mit dem PC verbunden. Wird ein neuer Fräsauftrag als G-Code File an den Controller übertragen so interpretiert er die G-Code Befehle und steuert die jeweiligen Achsen der CNC Fräse präzise an. Die Steuersoftware auf dem Controllerboard ist eine Open Source G-Code Interpreter Software mit dem Namen GRBL. Daher auch der Name des Boards "Atmega GRBL CNC Controller". Mehr Informationen zu dem Board gibt es unter dem Link dazu.

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Die auf dem Board verwendeten Schrittmotortreibertreiber sind auch wesentlich moderner als die "alten" L297/ L298 Chips welche maximal einen Halbschrittmodus konnten. Mit den neuen Treibern ist sogar bis zu 1/8 Microstepping möglich wodurch mein zum einen eine Höhere Auflösung und auch einen weichern Bewegungsablauf realisiern kann und somit besser Bearbeitungsergebnisse erziehlt.

Features der Fräse:

  • 3 Schrittmotoren,1/2 Schritt Modus
  • M6 Gewindespindel mit 1mm Steigung
  • Geschwindigkeit: max. 200 mm/min
  • Auflösung: 0,025mm (1/2 Schritt )
  • praktische Auflösung : 0,05mm
  • Aufspannfläche: 260 x 260mm
  • X=260mm; Y=260mm; Z=50mm
  • Referenzschalter und Endschalter
  • Gesamtmaße: LxBxH 380x340x380
  • Fräsmotoraufnahme: Eurohals Ø43mm
  • Rahmengestell aus Aluminiumprofilen

Anwendungsgebiete

  • 2D Materialbearbeitung
  • 3D Materialbearbeitung
  • Leiterplatten
  • weiches Aluminium, Holz, Kunststoff
  • Materialbearbeitung, je nach Werkzeug, Fräsen, Laserschneiden, Schneiden

 



PC Software Steuerung

Die CNC Maschine wird nicht über den PC sondern durch den externen Atmega GRBL CNC Controller gesteuert, welcher per USB mit dem PC verbunden ist. Dadurch werden alle zeitkritischen Aufgaben von dem CNC Steuerungs Controller übernommen und sind somit nicht von dem Betriebssystem abhängig. Eine Ansteuerung der CNC Maschine, manuell oder durch ein vorgefertigtes G-Code File ist durch eine grafische Benutzeroberfläche möglich.

Zur Kommunikation mit dem Microcontroller auf dem CNC Steuerungsboard kann man die CNC Software "JCNC" mit integriertem G-Code Viewer verwenden. Die Software JCNC habe ich speziell für hier verwendete CNC Steuerung geschrieben, sie sollte aber auch mit jedem anderem Board funktionieren, welches die GRBL Firmware einsetzt.
Dank der Software kann man relativ einfach seinen G-Code an die Firmware der GRBL CNC Steuerung senden. Alle wichtigen Informationen zu JCNC, wie Beschreibung, Anleitung und den Download findet man unter dem folgenden Link.

download PC CNC Steuerung JCNC

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Details zum Aufbau

Auf Grund der vielen Nachfragen habe ich auf meiner Festplatte die von dem Projekt noch verbliebenen Zeichnungen, Bilder und Entwürfe zusammen gesammelt um euch noch mehr Informationen zu liefern. Den zip Ordner mit den Zeichnungen könnnt ihr euch unter Downloads herunterladen. Vielleicht kann der ein oder andere damit etwas anfangen. Man weiß ja nie. Damit man die Konstruktion der Linearführungen in Zusammenhang mit den Aluminiumprofilen von Bosch noch besser versteht habe ich von den interessanten Teilen nochmal genauere Bilder gemacht. Auf diesen kann man genauer erkennen wie die Lagerungend der Gewindespindeln und der Führungen realisiert ist.

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Die verwendeten 40x40mm Alu-Profile sind von der Firma Bosch, da diese im Vergleich zu den Item Profilen einen größeren Innendurchmesser bei den Abmessungen haben, wodurch genug Platz für die M6 Gewindespindel vorhanden war. Zusätzlich ist bei diesen Profilen die Verteilung der Rippen günstiger, so dass auch nach der benötigten Bearbeitung die Profile noch genügend Halt hatten.

Die Wägen der Linearlager sind mit einfachen Kugellagern gelagert, welche in den Vertiefungen der Linearführungen laufen. Die Führungen sind in den Nuten der Profile so gut wie spielfrei eingepasst. Damit man die Vorspannung dieser einfachen Linearlager einstellen kann, werden die Linearführung mit Hilfe von Stellschrauben (die gegen die Profile drücken) auseinander gedrückt, wodurch sich die Spannung auf die Kugellager der Wägern erhöht. Bei dem Vorspannen muss man aufpassen, dass die Stellschrauben auf beide Seiten der Führung gleichmäßig angzogen werden, damit diese nicht schief verspannt wird.

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Hinweis!

Die Zeichnungen im Anhang sollten nur als Anhaltspunkt verwendet werden, da alle verwendeten Profile, Lager und Materialien sogenannte "WarGeradeDaTeile" waren. Für die Fräse wurden keine Teile extra hinzugekauft, sondern alles wurde mit vorhandenen, aus anderen Projekten über gebliebenen Mitteln realisiert. Ausnahme waren die Schrittmotoren. Die Konstruktion sollte daher nur als Idee für eine Umsetzung dienen und nicht eins zu eins nachgebaut werden. Ansonsten wünsche ich euch viel Erfolg bei euerem eigenem Projekt.

Wer seine eigene Konstruktion vorstellen möchte kann dies gerne tun. Eine kurze Mail an mich genügt.

Links

Projektseite: Atmega GRBL CNC Controller Board
Projektseite: jCNC - PC CNC Steuerung

Forum: Atmega GRBL CNC Controller Board
Forum: jCNC - PC CNC Steuerung

GRBL Projekt

Atmega GRBL CNC Controller
jCNC - CNC Steuerung

Forum ATmega GRBL CNC Controller
Forum jCNC - CNC Steuerung

GRBL Projekt auf github

Downloads

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  • Johannes L

    Hallo,<br /><br />ich bin wirklich sprachlos. <br />Die CNC Fräse ist wirklich gelungen. Ich habe das gleiche ANliegen wie meine Vorredner, Ich möchte sehr gerne eine CNC Fräse selber bauen und hoffe deine Hilfe in Anspruch nehmen zu dürfen. Ich wäre dir sehr dankbar, wenn du mir Pläne, Skizzen, Schaltpläne, Stücklisten etc, was du noch findest zukommen lassen könntest. Solltest du eine Fräse dieser Art zum Verkauf anbieten wäre ich auch sehr interessiert. <br /><br />Ciao

  • Tom

    Ich finde dein Projekt auch sehr interessant, würde es daher auch gerne nachbauen, obwohl ich bezweifele dass ich deinen hohen Fertigungsgrad jemals erreichen werde. Könntest du mir bitte weitere Pläne, Skizzen, Schaltpläne, Stücklisten bzw. die Anbeiter deiner Teile zukommen lassen? Ich wäre wirklich sehr dankbar für jede weitere Information.<br /><br />MfG, Tom.

  • Manfred

    Alle Achtung, sieht sehr professionell aus!<br />Würde auch gerne eine derartige CNC Fräse nachbauen. Hättest du evtl eine Stückliste, bzw. von welchem Anbieter hast du die Profile und Führungsschienen? Wäre für jegliche Info sehr dankbar.<br />Lg, Manfred

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