CNC-Fräse

Aus Magrathea Laboratories e.V.
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CNC-Fräse

 
CNC.png
Eine 3-Achsen Portalfräse mit Computersteuerung
Status Aktiv
Mitglieder Effka, Froqstar, Fooker


Die CNC-Fräse im Hackerspace kann zur Bearbeitung von Holz, Kunststoff und (mit viel Geduld) auch weichen Metallen genutzt werden. Mit Hilfe der entsprechenden Steuerbefehle kann sie ein Werkstück mit hoher Präzision und komplexer Form bearbeiten.

Benutzung

Vor der Benutzung der Fräse muss unbedingt eine Einführung durch eines der Projektmitglieder geschehen.


Erstellung des G-Code

Je nach dem was produziert werden soll, ist das Vorgehen zum erzeugen der Steuerbefehle (G-Code) immer etwas unterschiedlich.

Platine
Gravur
Kontur
2.5D-Objekt

Ausführung

Das Webinterface zur Steuerung und Überwachung der Fräse: http://cnc/.


Technisches

Hier werden die Technischen Details und Wartungsarbeiten dokumentiert. Diese betreffen hauptsächlich den Aufbau und Erweiterungen der Fräse sowie die Kalibrierung.

Fahrwege und Antrieb

Die Fräße wird von einem Stepper-Motor an jeder der drei Achsen Angetrieben. Obwohl der Motor der Z-Achse in seiner Leistung etwas kleiner dimensioniert ist, haben alle Motoren die selben Eigenschaften bezüglich des Antriebs. Die Motoren haben alle eine Schrittweite von 1.8°, woraus sich 200 Schritte / Umdrehung ergeben. Zusätzlich unterstützen die verbauten Motor-Treiber 1/8 Micro-Stepping. Die Gewindetriebe haben eine Steigung von 3mm pro Umdrehung. Mit der folgenden Formel werden aus den gegebenen Werten die Schritte pro Millimeter errechnet:

steps\_per\_mm = \frac{steps\_per\_rev \times microsteps}{mm\_per\_rev} = \frac{200 * 8}{3} \approx 533.333

Die Drehrichtung der Achsen wird durch die Position des Motors bestimmt. Wenn der Motor am positiven Exterm der Achse befestigt ist, muss die Drehrichtung invertiert werden. Bei unserem Setup ist dies nur bei der Z-Achse der Fall. Dadurch ergibt sich folgende Invertierungsmaske: 1 0 0 = 4.

Die Werte für die Beschleunigung sind empirisch ermittelt worden. Dabei wurden die Werte sukzessive erhöht, bis die Motoren schritte übersprungen haben oder die Vibrationen zu stark wurden.

Spindel

Geschwindigkeiten der Spindel:

Nr. RPM
1 ~8000
2 ~12000
3 ~15000
4 ~19000
5 ~23000
6 ~25000


Alle Unterseiten

Config

Die Fräse wird über einen Parallel-Port angesteuert. Dabei werden folgende Pins verwendet:

Pin Funktion Farbe
2 X-Direction Grün
3 X-Step Braun
4 Y-Direction Grau
5 Y-Step Blau
6 Z-Direction Rosa
7 Z-Step Gelb
10 Ground Weiß


Zur Ansteuerung wird GRBL auf einem Arduino Nano verwendet. Dazu wird folgende Konfiguration verwendet:

$0=10 (Step pulse time, microseconds)
$1=25 (Step idle delay, milliseconds)
$2=0 (Step pulse invert, mask)
$3=7 (Step direction invert, mask)
$4=1 (Invert step enable pin, boolean)
$5=0 (Invert limit pins, boolean)
$6=1 (Invert probe pin, boolean)
$10=19 (Status report options, mask)
$11=0.010 (Junction deviation, millimeters)
$12=0.002 (Arc tolerance, millimeters)
$13=0 (Report in inches, boolean)
$20=0 (Soft limits enable, boolean)
$21=1 (Hard limits enable, boolean)
$22=1 (Homing cycle enable, boolean)
$23=0 (Homing direction invert, mask)
$24=25.000 (Homing locate feed rate, mm/min)
$25=1000.000 (Homing search seek rate, mm/min)
$26=250 (Homing switch debounce delay, milliseconds)
$27=5.000 (Homing switch pull-off distance, millimeters)
$30=1000 (Maximum spindle speed, RPM)
$31=0 (Minimum spindle speed, RPM)
$32=0 (Laser-mode enable, boolean)
$100=533.333 (X-axis travel resolution, step/mm)
$101=533.333 (Y-axis travel resolution, step/mm)
$102=533.333 (Z-axis travel resolution, step/mm)
$110=2000.000 (X-axis maximum rate, mm/min)
$111=2000.000 (Y-axis maximum rate, mm/min)
$112=500.000 (Z-axis maximum rate, mm/min)
$120=200.000 (X-axis acceleration, mm/sec^2)
$121=250.000 (Y-axis acceleration, mm/sec^2)
$122=100.000 (Z-axis acceleration, mm/sec^2)
$130=1015.000 (X-axis maximum travel, millimeters)
$131=600.000 (Y-axis maximum travel, millimeters)
$132=80.000 (Z-axis maximum travel, millimeters)

GRBL ist mit folgenden Optionen compiliert:

#define N_HOMING_LOCATE_CYCLE 3 
#define HOMING_FORCE_SET_ORIGIN
#undefine VARIABLE_SPINDLE

Hardware

Z-Probe

Die Z-Probe hat eine Stärke von 40,6 mm.

Bauplan für den Adapter


Steuerung

Zur Steuerung der Fräse wird mit https://cnc.js.org/ realisiert.

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Hat Unterobjekt„Hat Unterobjekt (Has subobject)“ ist ein softwareseitig fest definiertes Attribut und stellt einen Datenverbund dar. Es wird von Semantic MediaWiki zur Verfügung gestellt.