Präzision-CNC um 300 Eur für Platinen bohren und Alu fräsen

Die Eckdaten sind (alles nur ca.)

Bohren-Platinengröße bis 250x600mm
Wiederholgenauigkeit beim bohren: <0,05mm für Europakarten .. <0,2mm für die volle Größe

Fräs-Wege: 250mm x 150mm x 40mm
Frässpiel: 0,1mm (in den randzonen 0,2mm)

USB-Fileupload: Notebook anstecken file uploaden .. Notebook wieder mitnehmen und die Maschine arbeitet selbstständig... das ist eher für das Fräsen relevant, weil das Bohren sollte in wenigen Minuten erledigt sein.

LCD Display .. damit die CNC angeben kann welcher Bohrer jetzt einzuspannen ist.

Schrittverlust-überwachung: falls der Schrittmotor schritte verliehrt, reguliert die software automatisch auf 1/4 der Geschwindigkeit und probiert es erneut .. falls das wieder nicht geht .. Abbruch und Error am Display

Offset-Kalibrierung: Werkstück kann ausgespannt und anders wieder eingespannt werden .. dannach soll die Maschine es erneut einmessen können .. das brauche ich vorallem für sehr große Platinen .. zuerst ein Teilstück bohren, dann versetzt einspannen, den neuen Offset anhand bereits gebohrter Löcher bestimmen und dann weiterbohren

Werkzeugbegrenzung: Falls der Fräser zu nah an Spannbacken oder sonstige Einspannwerkzeugen kommt ... Abbruch und Error am Display.


Die zentralen Komponenten sind
1 x Proxxon Koordinatentisch KT 70
1 x Proxxon Koordinatentisch KT 150
1 x Proxxon MICROMOT 50/E
1 x ComputerNetzteil
4 x L298 (Schrittmotortreiber)
4 x Günstige Schrittmotoren von Polin
1 x Atmega 1281 (8k Ram für den Fileupload.. und genug pins)
1 x FT usb auf seriell Adapter

Diese Teile bekommt man um ca. 250 Eur .. bleiben noch 50 Eur für Kleinteile und Gerüst.

Der KT150 ist der Boden .. die Fräsmaschine wird auf den KT 70 .. 90° dazu montiert
Die Koordinatentische werden mit ein paar Stellringen und Kugellager modifiziert damit das Wendespiel verringert wird.
Falls das nicht reicht kommen noch ein paar weitere Modifikationen. .. (dann wird es wohl ein paar eur mehr kosten)

Die Software sortiert die Bohrlochreihenfolge so um das sie schnellst möglich gebohrt wird außerdem kümmert sich darum das die Schlitten beim Bohren immer nur aus einer Richtung gezogen werden um die Genauigkeit zu erhöhen

Die Schrittmotoren bekommen eine RC-Kompensation um die Geschwindigkeit bzw. das Drehmoment bei Bewegung zu erhöhen (bzw um sich dem L297 zu sparren)

Die meisten Teile hab ich schon .. als Gerüst hab ich massive U-Profile aus verzinktem Stahl (70x40x2mm) auf dem Müllplatz gefunden (hätten aber wohl nicht mehr als 15 Eur gekostet) .. das wird mit der Bodenkonstruktion verspannt (lange diagonale Schrauben), sodaß sich beim Fräsen durch den Druck auf den Fräser nichts bewegen kann.

Bilder gibts unter http://http://www.modulbot.com/bilder.html



Ich weiß zwar recht gut was ich tue, trotzdem Kritik bzw. Anregungen sind erwünscht...

Ich hätte gewisse Zweifel, das die Kordinatentische so gut sind. Da ist zum einen die Haltbarkeit, dann das Umkehrspiel (beim Bohren nicht so schlimm, aber beim Fräser ein extremes Problem) und dann ist die Frage ob die Abwägung zwischen Spiel und Leichtgängigkeit passt. Wichtig ist auch noch das die Steigung passt, damit das ganze nicht zu langsam wird zum Fräsen - beim Bohren hätte man ja reichlich Zeit, aber beim Fräsen sollte der Vorschub schon einigermaßen stimmen, sonst halten die Fräser nicht lange und einige Materialien wie Plexiglas gehen dann ggf. gar nicht.

Wenn man die L297 sparen will, wird man mit RC Kompensation nicht viel weiter kommen, ggf. könnte eine Reine Softwarelösung im µC gehen, ist aber aufwendig und könnte für 2 Achsen den µC überfordern.

Hört sich spannend an!
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Das Umkehrspiel wird durch Modifikationen an den Spindelhalterungen verringert.
Außerdem gibt es da noch den Trick mit der Software .. die kann dabei auch noch kompensieren. Mein Tintenstrahldrucker macht das auch so.

Die RC Kompensation kommt zusätzlich zur Software im µC .. die Schrittmotoren haben sowieso nur 48 Schritte .. und 1 kHz sollte doch wohl drinnen sein .. damit komme ich auf 40mm/sek

Ohne eine gute Stromregelung kommt man kaum auf 1 kHz Schrittfrequenz. Wenn man den Motoren nur ihre Nennspannung gibt muss man eher mit 50-100 Hz als maximale Schrittfrequenz rechnen. Wie viel mehr Spannung man in Software beherrschen kann ist dann die Frage.

Die Kompensation des Umkehrspiels im Software geht für das Bohren, bzw. anfahren einer Position. Beim Fräsen geht das aber nur eingeschränkt, weil der Fräser auch Kräfte ausübte und man für Kurven ggf. auch bei der Bearbeitung umkehren muss.

Ich hab einmal meine Motoren durchgemessen und alles durchsimuliert .. 50 Hz pro Wicklungsstrang ergeben. ca 80% des Drehmoments ... Aber wenn ich mir das richtig zusammengereimt habe, übersetzten sich 50 Hz auf 200 Schritte pro Sekunde .. das sind dann 8mm/sek ... ich denke fürs Fräsen wären selbst 2mm/sek auch noch ausreichend (Plexi interessiert mich nicht).

Weiters haben meine Simulationen ergeben, das ein L297 bei der gleichen Überspannung nur unwesentlich besser ist als eine RC-Kompensation .. den einzigen nutzen den er bringt ist, das man die Leistung halt nicht am Widerstand verheizt.

Die Softwarelösung kann man sehr einfach lösen, indem man die interne-PWM benutzt .. quasi den PIN auf High für 5ms und danach am selben PIN die PWM aktivieren. (muß man halt im layout berücksichtigen, das man die PWM pins benutzt).

Ich geh einmal davon aus das ich SW-mässig das Umkehrspiel ausreichend (auch beim Fräsen) kompensieren kann ... sollte das nicht gehen hab ich immer noch die Option mir pro Achse eine zusätzlich Trapezgewindemutter einzubauen (gibts um 4 eur pro stück) um das Spiel zu minimieren.

Habe versucht Umkehrspiel zu messen: 0,05- 0,10mm pro Spindel ... das genau zu messen ist mit meinen Mitteln nicht so einfach ..
die Linearführungen erscheinen Spielfrei .. d.h. kleiner als ich messen kann.

Ich hab die X-Achse doppelt .. heißt auch doppeltes Spiel .. weil ja die Grundplatte und die Geräteaufhängung jeweils eine X-Achse haben .. fürs Fräsen kann ich aber, wenn ich die volle breite nicht benutzten muß die obere X-Achse fixieren und reduzieren mir damit das Spiel wieder vom doppelten auf den normalen Wert

Das könnte schon knapp werden mit der Vorschubgeschwindigkeit, auch bei Aluminium. Hier
http://www.carbide-tools.com/knowHow.htmld/

sind z.B: rund 28 mm/s als passender Vorschub für einen 3 mm Fräser in Alu angegeben. Auch mit Z1 wären das noch 14 mm/s.

Je nach Werkzeug kann es aber auch langsamer gehen, ggf. auch auf Kosten von mehr Verschleiß am Werkzeug.

0,05-0,1 mm Umkehrspiel klingen schon mal gar nicht so schlecht.

Diese hohen Werte gelten nur für eine Spielfreie Profi-CNC Maschine. Dafür hat die Spindel nicht genug kraft und würde sofort stecken bleiben.. und dann der Fräser abbrechen. Das 0,05mm Umkehr-Spiel ist da auch zu berücksichtigen .. das verursacht das der Fräser sich plötzlich um diese 0,05mm bei einem Lastrichtungswechsel (zB. bei einem Kreis) verrücken kann .. wenn es blöd hergeht, kommen die 0,04mm Vorschub dazu .. und das hält der Fräser nicht aus.

Ich arbeite da lieber mit einem 2mm Fräser .. das geht mit der Spindelleistung besser. Die bringt dann vielleicht noch 12000 U/min bei 0,01mm Vorschub, der niedrigere Vorschub verurschacht auch nicht so starke und schnelle Lastwechsel und mach auch noch vernünftige Ergebnisse. Damit komm ich dann auf 12mm/sek ...

Ich probier mal wie es funktioniert .. und wenn die Ergebnisse nicht gut sind kann ich die Software bzw. die Hardware noch immer ändern.

Hallo,

am Ende muss man es zwar probieren aber bei 48 Schritten/Motor und 2mm/rev der Spindeln ist die Auflösung ja schon "nur" 0,04mm. Erscheint mir schon etwas grob. Des Weiteren könnten Resonanzprobleme auftreten bei so großen Schrittwinkeln im Vollschritt. Meine Kleine klingt im Vollschritt nicht mehr wirklich schön ;)
Aber warten wirs ab...
Wolltest Du die Motoren mit 12V betreiben aus dem PC Netzteil?

MfG
Manu

Ja die 12V aus dem PC-Netzteil benutz ich .. mit Vorwiderstand auf 10V Motoren. Ich hab ja auch noch die Option auf Halbschritt oder Viertelschritt per Software .. Ich hab im Hardwarelayout alle 6 Steuerleitungen auf den Microcontroller gelegt, sodas ich mir damit alle Möglichkeiten offen lasse.

Zitat:

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Zitat von ModRob

Schrittverlust-überwachung: falls der Schrittmotor schritte verliehrt, reguliert die software automatisch auf 1/4 der Geschwindigkeit und probiert es erneut .. falls das wieder nicht geht .. Abbruch und Error am Display

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Was für ein Messsystem willst du denn einsetzen um die Bewegung der Achsen zu überwachen?

Zitat:

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Zitat von ModRob

Werkzeugbegrenzung: Falls der Fräser zu nah an Spannbacken oder sonstige Einspannwerkzeugen kommt ... Abbruch und Error am Display.

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Willst du die Daten der Spannbacken mit in die CAD-Zeichnung einzeichnen oder wie möchtest du die Erkennung machen wo sich Spannbacken befinden oder nicht.
Mit in die CAD Zeichnung zeichnen ist glaube ich das einfachste, ist jedoch in der Praxis keine gute Lösung.

gruß
LED

Bei 12 V als Spannungsquelle liefert der L298 schon kaum 10 V an die Motoren - Widerstände zum Anpassen des Stroms man also nicht. Ohne eine Spannung deutlich über der Nennspannung der Schrittmotoren wird man auch kaum auf eine Sinnvolle Schrittfrequenz kommen. Da wären 50 Schritte je Sekunde schon eher optimistisch.

Ich würde da wenigstens erstmal nur 1 Motor probieren. Um zu sehen wie gut die Ansteuerung funktionier. Dann kann man sich immer noch entscheiden was man für Motoren / Treiber nimmt.

Deswegen hab ich schon gar nichts mehr gesagt ;)
Bei 12V Betriebsspannung und 10V Nennspannung der Motoren braucht man mit Stromregelung gar nicht mehr anzufangen. Das sie da nichts bring gegenüber Vorwiderstand sollte klar sein.
Ich denke aber auch, dass man höhere Schrittfrequenzen nicht erreicht. Muss man einfach mal real ausprobieren was geht, zumal ev. noch Resonanzstellen dazu kommen können usw.
Mit Halb- und Viertelschritt wird das Drehmoment ja noch kleiner.

Aber wie gesagt vielleicht einfach mal probieren, wobei ich das hinzufügen des L297 jetzt nicht als riesen Preistreiber ansehen würde, wobei dann halt noch ein anderes Netzteil Pflicht ist.

MfG
Manu

Drehwinkelerfassung mach ich mit je 2 Photointerrupter und einer Folienscheibe pro Spindel.

Die Werkezugbegrenzung .. da bin ich mir noch nicht ganz sicher .. meine aktuellste Idee ist ein Rohr um die Fräsmaschine das ziemlich weit runtergeht ..

d.h. das Rohr stoßt an und löst elektrisch oder mechanisch ein Signal aus ..
oder ich mach das roh fix .. und es blockiert einfach den Fräser am weiterkommen ... und löst damit indirekt einen Fehler aus.

Außerdem möcht ich per software zumindesten ein maximales xy-Rechteck einschränken, und die Maschine fährt das gleich zu beginn mit maximaler z-höhe ab, damit ich optisch auch sehe ob das paßt.

Mir geht es dabei nur darum, das ich die Maschine unbeaufsichtigt arbeiten lassen kann, ohne das Chaos entsteht.

Anderes Netzteil ist mir zu kostspielig
... da bestell ich mir lieber die 5V Motoren ...

und bei 4 mal L297 zu je 9 eur .. 36 eur .. soviel kostet mich die gesamte Elektronik bisher .. außerdem konnte ich mir noch immer nicht zusammenreimen was das Ding kann was der Microcontroller (bzw. eine RC Schaltung) nicht auch kann.

Ein gut dimensionierter Vorwiderstand (z.B. von 12V auf 5V runter) setzt die Grenzfrequenz des Motors drastisch in die Höhe, und wenn der Kondensator dazu noch paßt, dann liefert er mir eine kurzzeitige Stromüberhöhung und damit ein höhreres Drehmoment.

Bei Reichelt kostet der L297 2,5€/Stück. Man kann sich die Stromregelung aber auch mit Logik ICs aufbauen. Ist noch mal etwas günstiger. Decoder muss dann halt über µC oder ähnlich.

MfG
Manu

Ich hab mal 2 Bilder online gestellt .. zur Zeit der halbfertige mechanische Aufbau ->

http://www.modulbot.com/bilder.html

Hallo ModRob,
wie ging es mit dem Projekt weiter? Ich bin sehr gespannt, weil ich ähnliche Hardware herumstehen habe (TBM220+KT70).
Da ich das ganze "nur" zum Fräsen von Platinen verwenden möchte, spielt die Genauigkeit und vor allem Geschwindigkeit weniger eine Rolle.
Eine Schrittmotorsteuerung habe ich mit einem ATmega32 + L 6208 N realisiert, allerdings muss ich da noch etwas Arbeit reinstecken.

Hallo thosch

Mittlerweile bin ich damit fertig, ich hatte mich entschieden die CNC-Steuerung von PlanetCNC zu kaufen .. die kostet ca. 200 eur aber mit software und MotorTreiber. Neue Motoren musste ich mir auch kaufen, weil die anderen zu schwach waren und sie hin und wieder einen Impuls verloren haben.
Meine CNC-Maschine funktioniert aber ganz super.
Von den Ausgaben bin ich bei etwas über 500 eur gelandet.

Das Umkehrspiel ist bei ca. 1 Zehntelmillimeter .. und die Software kann das kompensieren.
Als Montage habe ich mir eine holzplatte auf den XY-Tisch montiert und fixiere die Werkstücke mit kleinen Holzschrauben. Dafür bohr ich mir meisten Löcher wo es nicht stört.
Oder wenn ich keine löcher will dann spann klebe ich das Werkstück mit einem doppelseitgen Klebeband an, oder ich spann es mit kleine dünne Sperrholzplättchen nieder, damit brauch ich keine Messung ob der Fräser zu nah an die Spannprazen kommt. Für die Kühlung benutze ich eine Infusionsflasche aus der Apotheke mit einem Infusionsregler (kostenpunkt: 5 eur), damit kommt immer nur wenig aber kontinuierlich Kühlflüssigkeit auf die Frässstelle

In der Zwischenzeit gibt es aber schon kleine um 800 eur zu kaufen .. (bei sorotec.de)

Nur bin ich schon draufgekommen das ich was größeres brauche weil die Fahrwege zu kurz sind ... mittlerweile Fräse ich auch Holz und Alu .. Kunststoff kommt auch bald ( .... und die Platinen bestelle ich bei ChinaOnlineShop).

Somit habe ich eine neues Projekt: eine präzise und schnelle CNC mit Kugelgewindespindeln mit 120cm x 80cm Fahrwege um 1000 Eur

Vielen Dank für die Info!

Hi thosch,
falls es dich noch interessiert.

Für das Platinen fräsen, habe ich die MF70 von Proxxon auf CNC umgebaut. Für Platinen, Kunststoff und Sperrholz fräsen ist es ok. Alu, Messing und Stahlblech habe ich damit auch graviert.

Da du den KT70 schon hast.
Die Mitnehmermuttern im KT70 Kreuztisch sind aus Kunststoff und telweise Linksgewinde. Diese kann man durch Quergewindebolzen D12 und normale M6 Gewindespindeln austauschen.

Ich benutze als Steuersoftware Mach3, eine kostenlose Demoversion findest du unter http://www.cnc-winckler.de/Downloads/downloads.html. (Vollfunktionsfähig, aber begrenzte Anzahl der G-Code Zeilen)

Schrittmotoren und Steuerplatine sind von Ebay.

Für niedrigere Drehzahlen kann man die Elektronik noch etwas anpassen. Schöne Anleitung und freundlicher Kontakt auf Ullis Roboter Seite. Ich habe zur Drehzahlmessung noch eine Reflektionslichtschranke an der Z-Spindel montiert.

Ich habe mich nur für die kleine Proxxon entschieden da ich nur wenig Platz habe. Hätte ich mehr, würde ich mir lieber eine massivere Maschine/Kreuztisch mit größerem Verfahrweg auf CNC umbauen.

mfG
Mario

Hi Mario,
sieht gut aus!
Als Steuerprogramm habe ich mir LinuxCNC gedacht, da es kostenlos ist und auch "nur" auf dem LPT die Daten ausgibt.
Falls ich mir das ganze antun sollte, halte ich euch gerne auf dem Laufenden :)

MfG Tom