Fingerzinkenvorrichtung motorisiert

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Die Vorrichtung
Video 1
Video 2
  • Schwierigkeit
    mittel
  • Kosten
    100 €
  • Dauer
    Mehr als 4 Tage
  • Wertung

Erstellen von Fingerzinken mit der Tischkreissäge PTS10 mit Hilfe einer motorisierten Vorrichtung.
Ziel war es, eine Vorrichtung zu schaffen, die es mir ermöglicht schnell und einfach Fingerzinkenverbindungen an der Tischkreissäge herzustellen. Das jeweilige Werkstück wird auf einem Schlitten per Schrittmotor an die jeweilige Position gefahren, um dann den Schnitt auszuführen.
Im Internet gibt es viele solcher Vorrichtungen, die meisten manuell zu bedienen (eine sehr bekannte ist die vom The Woodfather, die ich mir auch schon gebaut habe, aber ich wollte etwas mehr Komfort, und vor allem Spaß beim Entwickeln und Bauen ;-).

P.S. Beim Schreiben dieser Projektbeschreibung ist mir aufgefallen, dass es viel komplexer ist, dieses Projekt zu beschreiben, als ich dachte. Auf einige Punkte gehe ich deswegen nicht im Detail ein, sollte Interesse bei jemandem bestehen, hier mehr ins Detail zu gehen, lasst es mich einfach wissen.

Die Sketupdateien und der Arduino Code können hier: https://github.com/frenchi38/Fingerzinken-Jig runtergeladen werden.

06/03/2018: Ich habe den Schaktplan der Steuerung korrigiert und die Werte der Widerstände zugefügt.

Du brauchst

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Werkzeuge
  • Akku-Schrauber
  • Tischkreissäge
  • Stichsäge
  • Lötkolben
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Materialliste
  • 1 x Anschlagblock | Sperrholz (115x25x18)
  • 1 x Anschlagleiste | Sperrholz (500x40x18)
  • 1 x Motorhalter | Sperrholz (100x62x18)
  • 1 x Distanzstück | Sperrholz (406x62x18)
  • 2 x Lagerträger | Sperrholz (100x62x18)
  • 1 x Klemmung1 | Sperrholz (360x31x18)
  • 1 x Klemmung 2 | Sperrholz (290x31x18)
  • 1 x Schieber Deckel | Sperrholz (200x94x18)
  • 1 x Schieber Seite 1 | Sperrholz (350x75x18)
  • 1 x Schieber Seite 2 | Sperrholz (200x82x18)
  • 2 x Seitenwand | Sperrholz (520x100x16)
  • 1 x Schalterträger | Sperrholz (47.5x20,5x16)
  • 1 x Gewindeblock | Fichte (50x40x35)
  • 1 x Block | Fichte (520x80x40)
  • 1 x Grundplatte | Spanplatte (520x500x10)
  • viele x Schrauben
  • Leim
  • 1 x Gewindestange | Edelstahl (M8 x 500)
  • 2 x Lager | Stahl (8 mm)
  • 1 x Steppermotor | Nema 17 (€ 15.00)
  • 2 x Gewindestange | Stahl (M8 x 200)
  • 3 x Einschlagmuttern | Stahl (M8)
  • 3 x Hebel-Schalter
  • 1 x Arduino Uno (€ 2.80)
  • 1 x Netzteil | 20V 2A (€ 14.00)
  • 1 x Spannungregler | 20V -> 5V (€ 1.00)
  • 1 x Schrittmotordriver | Easydriver oder TB6560 (€1.07 / €4.00)
  • 1 x LCD Bildschirm | 2x16 Zeichen (€ 1.50)

Los geht's - Schritt für Schritt

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Konstruieren und Zeichnen

Als erstes habe ich mir, inspiriert von den vielen Jigs die im Internet existieren, mein Model in Sketchup gezeichnet.
Wenn jemand Interesse an meiner Konstruktion hat, lasst es mich wissen.

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Die Einzelteile

Als nächstes habe ich dann die verschiedenen Bretter (alles Restholz aus meiner Restekiste) aus 18mm und 16 mm Sperrholz mit der Tischkreissäge zurechtgesägt, nur gerade Schnitte, nichts Besonderes, auf Winkligkeit und Genauigkeit achten

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Zusammenbau

Danach nach Zeichnung zusammengebaut. Auch hier nichts Spezielles, einfach nur zusammensetzen und verschrauben. Auch hier auf Genauigkeit und Winkligkeit achten (besonders beim Schieber und den Führungen), aber sonst geht's wie von selbst.
Kritisch ist die Positionierung und Ausrichtung der Lager zum Motor und zur Gewindestange. Wenn es hier nicht fluchtet, hat's der Motor schwerer beim Verschieben des Schiebers und klemmt eventuell.

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Die Mechanik

Der Motor, die Achse und das rechte Lager
Die Achse mit der Einschlagmutter unter dem Schlitten
Die Achse und das linke Lager
Das Rohrstück zur Positionierung der Vorrichtung auf dem Schiebeschlitten der PTS10

Das Verfahren des Schiebers wird über den Schrittmotor und die Gewindestange gesteuert. Die Gewindestange ist links und rechts mit Lagern geführt. Ich habe mich für eine M8-Gewindestange statt einer geschliffenen Spindel entschieden, da die geschliffenen Spindeln sehr viel teuer sind, und ich die Genauigkeit dieser hier nicht benötige. Ich habe eine Edelstahl Gewindestange (M8) genommen, die etwas gleichmäßiger geschnitten sind als die einfachen aus Baustahl. Die Drehbewegung von der Gewindestange wird über eine einfache Einschlagmutter im Block unter dem Schieber an diesen übertragen. Das Spiel zwischen Gewindestange und Mutter („toter Gang“) ist in diesem Falle irrelevant, da die Positionierungen, bei denen es auf Genauigkeit ankommt, immer in der gleichen Drehrichtung erfolgen. Der tote Gang hat nur einen Einfluss bei den Freischnitten, und da kommt es nicht auf einen halben mm an. D.h. es werden erst die beiden Außenkanten einer Nut geschnitten, und dann zurückgedreht, um die Nut dazwischen freizuschneiden.
Die Vorrichtung selber nutzt den Schiebetisch der PTS10 um die Sägebewegung zu machen. Ich habe ein 10 mm Loch in dem Schiebeschlitten der PTS genutzt, um die Vorrichtung zu positionieren. In die Grundplatte der Vorrichtung habe ich ein Stück Kupferrohr (Durchmesser 10mm) eingesetzt, welches in das Loch des Schiebeschlittens gesteckt wird. Des weiteren habe ich ein kurzes Stück Hartholz unter die Vorrichtung geklebt, das in eine Nute kommt. Damit ist die Vorrichtung positioniert

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Die Steuerung

Die Steuerung ist eigentlich ganz simpel: Der Arduino Uno wird mit dem LCD Bildschirm (2x16 Zeichen) verbunden, die zwei LED's, die drei Taster und die drei Hebelschalter ebenso. Der Schrittmotor wird über einen Schrittmotordriver (z.B. EasyDriver (€1.07 bei Ebay), oder einen TB 6560 Driver (ca. € 4.00)) mit dem Arduino verbunden. Stromversorgung erfolgt über ein altes Laptop Netzteil (20V 2A). Die 20V gehen direkt an die Schrittmotorkarte. Für den Arduino werden die 20V über ein Spannungsreglermodul (z.B. LM2596) auf ca.7V runtergeregelt und in Vin eingespeist.

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Programmieren

Jetzt ging es ans Programmieren des Arduino. Die Bedienung sollte über Drucktaster und mit einem LCD Bildschirm erfolgen, und möglichst universell sein, deswegen habe ich eine Menüstruktur geschrieben, durch die man sich entsprechend durcharbeitet. Es gibt im Moment zwei Methoden die Zinken zu schneiden, sowie Konfigurationspunkte:
- Finger 1: Eingabe von Brettbreite, Zinkenbreite, Nutbreite, minimale Breite der seitlichen Zinken. Der Arduino rechnet dann die entsprechende Konfiguration aus und verfährt den Schieber.

- Finger 2: Eingabe von Brettbreite und Brettdicke. Der Arduino rechnet dann die Standardverteilung aus. (Formel: Holzbreite / Holzstärke = Anzahl der Teile). Man kann dann noch die Anzahl der Teile vergrößern oder verringern. Dann wird die Form ausgewählt, also ob █▀█▀█▀█ oder ▀█▀█▀█▀ geschnitten werden soll. Und dann geht's los

- Tisch verfahren: Den Schlitten mit den Tasten nach links oder rechts verfahren

- Nullpunkt setzen: Den Schlitten auf die Sägeblattkante positionieren, damit das System weiß, wo es sich befindet (Muss nur nach dem Sägeblattwechsel neu gemacht werden)

- Homing: Den Schlittennullpunkt anfahren. Muss bei Systemstart einmal ausgeführt werden, oder wenn der Schrittmotor Schritte "verloren" hat

- Konfigurieren: Einstellen von Sägeblattdicke, Überlappung (der einzelnen Freischnitte), Korrekturfaktor (wenn die Zinken zu locker oder zu fest sind, kann hier korrigiert werden), Home Offset (Distanz zwischen Home und Sägeblattnullpunkt-wird eigentlich über den Menüpunkt „Nullpunkt setzen“ eingestellt, kann aber auch „von Hand“ eingegeben werden.)

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Los geht's

Nach dem Einschalten meldet sich das System mit der Versionsnummer, und springt dann in die „Homing“ Routine. Beim Homing fährt der Schlitten nach rechts und „sucht“ den Endschalter. Damit weiß das System nun, wo sich der Schlitten befindet.
Wenn man jetzt z.B. „Finger 2“ auswählt, müssen noch die Maße der Bretter eingegeben werden:
Als Erstes werden jetzt die Breite und die Dicke des Bretts gemessen. Diese Werte müssen dem System mitgeteilt werden. Am besten mit einem Messschieber messen, die Eingabe sollte so genau wie möglich erfolgen. Das System akzeptiert bei der Breite und Dicke zehntel Millimeter. (Das ist die Anzeigeauflösung, bitte träumt nicht, dass dies tatsächlich die Genauigkeit vom System ist ;-) ). Dann wird das Brett (oder die Bretter) in die Vorrichtung eingespannt, mit der Referenzkante gegen den Anschlag und mit den Feststellmuttern festgezogen.
Dann werden die gemessenen Werte (Breite und Dicke) eingegeben. Danach schlägt das System die Konfiguration der Fingerzinken vor: Anzahl der Teile (ein Teil ist eine Nut oder ein Zinken, muss immer eine ungerade Zahl sein) sowie die Breite der Zinken bzw. Nuten. Die angewandte Formel ist:
Holzbreite / Holzstärke = Anzahl der Teile. Es muss immer eine ungerade Zahl sein, also wird entsprechend auf bzw. abgerundet.
Die Teilbreite soll immer kleiner sein als die Materialdicke, ist dies nicht der Fall, wird die Teilezahl um 2 erhöht.
Über die Tasten „UP“ und „DOWN“ kann die Anzahl der Teile nach Wunsch erhöht bzw. verringert werden.
Mit „Ok“ wird die Auswahl übernommen.
Dann muss die Form, die gesägt werden soll, ausgewählt werden (█▀█▀█▀█ oder ▀█▀█▀█▀). Für eine Passung benötigt man immer beide Formen, die ineinander gesteckt werden. Es wird also erst eine Form geschnitten und dann die andere, und hoffentlich passt es danach zusammen. Wenn nicht, muss der Korrekturfaktor in dem Konfigurationsmenü angepasst werden.


Rechtlicher Hinweis

Bosch übernimmt keine Gewähr für die Vollständigkeit und Richtigkeit der hinterlegten Anleitungen. Bosch weist außerdem darauf hin, dass die Verwendung dieser Anleitungen auf eigenes Risiko erfolgt. Bitte treffen Sie zu Ihrer Sicherheit alle notwendigen Vorkehrungen.


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