Fräsenzirkel aus Acrylglas mit Feineinstellung

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Fertiger Fräsenzirkel
Der Vorgänger-Fräsenzirkel im Einsatz
  • Schwierigkeit
    mittel
  • Kosten
    25 €
  • Dauer
    Mehr als 4 Tage
  • Öffentliche Wertung

Diesen Fräsenzirkel hatte ich bereits vor vier Jahren hergestellt und habe ihn nun zur Dokumentation noch einmal gebaut.
Damals hatte ich sehr aufmerksam die selbstgebauten Fräsenzirkel, die im www zu finden sind studiert. Ein entscheidendes Manko wiesen alle auf. So ist es nicht möglich während des Fräsens den Fräser maßgenau einzustellen. Das bewog mich zu eigenen Überlegungen das Problem zu lösen.
Der Fräszirkel sollte folgende Eigenschaften besitzen:
• Feineinstellung des Fräsers auf 1/10 mm
• Eine Schnellverstellung des Zirkels
• Eine niedrige Grundplatte um ein Maximum der Fräserlänge nutzen zu können
• Eine verwindungssteife Grundplatte
• Eine durchsichtige Grundplatte um eine optimale Sicht auf den Fräser und das Werkstück zu haben
• Gute Gleiteigenschaften des Zirkels
• Gute Bedienbarkeit

Du brauchst

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Werkzeuge
  • Stichsäge
  • Mini-Handkreissäge
  • Tischbohrmaschine
  • Oberfräse
  • Feilen
  • Raspeln
  • Digitaler Messschieber
  • Modellbauermesschieber
  • Diverse Bohrer
  • diverse Gewindebohrer (M3, M4, M6, M10)
  • Gewindeschneidkluppe M3
  • Reißnadel
  • Anschlagwinkel
  • Schraubzwingen
  • Diverse Senker
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Materialliste
  • 1 x untere Grundplatte | PMMA (550 x 200 x 5 mm)
  • 1 x obere Grundplatte | PMMA (380 x 102 x 8 mm)
  • 1 x Verschiebeeinheit | PMMA (33,1 x 25 x 14,4 mm)
  • 1 x Fixiereinheit | PMMA (45 x 33,2 x 29,6 mm)
  • 1 x Druckplatte | V2A oder Aluminium (50 x 45 x 2 mm)
  • 1 x Gewindestange M10 | S235JR (M10 x 150)
  • 2 x Rändelschrauben | Normteil (M6 x 40)
  • 1 x Gewindemuffe | Normteil (M10 x 30)
  • 1 x Sechskantmutter | Normteil (M10)
  • 2 x U-Scheiben | Normteil (10,5 x 20)
  • 1 x Druckfeder | Normteil (13 x 50)
  • 4 x Senkkopfschrauben mit Innensechskant | Normteil (M3 x 12)
  • 9 x Linsenkopfschraube | Normteil (M4 x 8)
  • 1 x Passstift | Normteil (3 x 20)

Los geht's - Schritt für Schritt

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Planung und Materialbeschaffung

Einzelne Komponenten und Funktionen
Zirkelspitzen-Versteller
Acrylreste aus vorangegangenen Projekten
Benötigtes Acrylglas (PMMA)

Als Werkstoff hatte ich mir überlegt Acrylglas zu verwenden. Viele kennen das Material unter dem Markennamen Plexiglas®. Ich werde hier im Folgenden aber den Kurzbegriff PMMA (Polymetylmethacrylat) verwenden.
Die Feineinstellung habe ich durch einen Gleiter realisiert, der durch eine M10er Gewindestange bewegt wird. Ein metrisches Gewinde der Größe M10 hat eine Steigung von 1,5 mm pro Umdrehung. Ein Skalenring, den ich konstruierte und mit dem 3D-Drucker herstellte, erhielt 15 Teilungen, sodass eine Verstellung des Zirkels auf 1/10 mm möglich ist.
Ohne 3D-Drucker lässt sich der Skalenring auch aus Holz anfertigen, was etwas aufwendiger ist, da im Inneren ein Sechskant ausgearbeitet werden muss, um eine M10er Sechskantmutter aufzunehmen.
Die komplette Konstruktion erstellte ich mit dem PC. So hatte ich dann auch die 3D-Daten für den Skalenring, die Federzentrierungen und die beiden Markierungen zum 3D-Drucken.
Das Rohmaterial für die beiden Grundplatten bestellte ich im Onlinezuschnitt. Das PMMA-Material für die Verschiebe- und die Fixiereinheit hatte ich noch vorrätig. Die Rändelschrauben, Gewindemuffe, Mutter, U-Scheiben, Druckfeder, usw. war ein Fall für den Baumarkt meines Vertrauens.
Während der Konstruktion kam mir noch eine gute Idee, die mir das durchsichtige PMMA bot. So bestellte ich bei einem großen Onlinehandel ein selbstklebendes Maßband, welches zwischen meine PMMA-Platten geklebt wurde, um eine millimetergenaue Zirkeleinstellung vornehmen zu können.

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Herstellung der 3D-Druckteile

3D-Druck des Skalenrings
Fertig gedruckter Skalenring
Druck der Federzentrierung
Druckdaten der Messmarkierung

Um die Zeit bis zum Eintreffen der PMMA-Platten zu überbrücken, erstellte ich alle zur Fertigung benötigten Zeichnungen und die 3D-Druckteile.

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Untere Grundplatte

Bosch GOF 1250 LCE
Zeichnung untere Gleitplatte
Einmessen und fixieren des Anschlagwinkels
Einmessen und Ausrichten des Anschlags für die Fräsengleitplatte
Aufkleben der Fräsengleitplatte mit Doppeltape
Anreißen des Bohrmittelpunktes
Bohren der Fräsöffnung
Abbohren des Lochbildes der Fräsengleitplatte
Materialüberstand mit der Kantenfräse bündig fräsen
Fertig nachgefräste Fräsöffnung
Aussägen der Außenkontur der Fräsengleitplatte
Nachgefräste Außenkontur
Einzahnfräser für Kunststoffbearbeitung d = 6 mm
Fräsen des Schlitzes auf Umschlag an der Tischfräse
Mit Doppeltape aufgeklebte Frässchablone für das Ende des Schlitzes
Von Hand scharfkantiges nachfeilen des Fräserradiuses
Bohrlöcher mit Stirnsenker senken

Nachdem mein Material eingetroffen war, kontrollierte ich die Rohteilmaße meiner PMMA-Platten. Die Gleitplatte meiner GOF 1250 LCE musste mit Hilfe eines Messschiebers mittig auf der Grundplatte des Zirkels ausgerichtet werden. Als Anschlag spannte ich einen Anschlagwinkel und einen Aluklotz mit Zwingen fest, sodass diese als Anschlag dienten, als ich die Gleitplatte der Fräse mit Doppelklebeband auf die Grundplatte klebte. So hatte ich keine störenden Zwingen beim Bohren des Lochbildes und beim Fräsen der Außenkontur.
Die Löcher der Gleitplatte bohrte ich mit einem Durchmesser von 4,5 mm ab. Anschließend riss ich mir die Mitte der Fräsöffnung der Gleitplatte auf die PMMA-Grundplatte. Mit einem 45 mm Forstnerbohrer bohrte ich meine Grundplatte durch. Das ist deutlich kleiner als das Loch der Gleitplatte. Auf Maß habe ich die Kontur mit einem Bündigfräser in der Kantenfräse Bosch GKF 600 gefräst.
Achtung! Die Platte ist beim Bohren unbedingt festzuspannen!
Da Kunststoffe sehr schlechte Wärmeleiter sind, ist beim Bohren stets darauf zu achten, dass ständig der Bohrer aus dem Bohrloch gezogen wird um die Späne auszuwerfen und um zu vermeiden, dass das Material überhitzt. PMMA ist ein Thermoplast, der bei Wärmeeinwirkung sich verformt/ schmilzt. Dem kann des Weiteren mit Bohröl und mäßiger Drehzahl begegnet werden.
Mit der Akku-Stichsäge sägte ich die Außenkontur der Gleitplatte an der PMMA-Grundplatte aus. Wichtig dabei ist, dass ausschließlich der Bereich der Gleitplatte ausgesägt und mit dem Bündigfräser nachgefräst wird. Hierbei dient die Gleitplatte als Frässchablone.
Nachdem der lange Schlitz mit der Stichsäge grob ausgeschnitten war, fräste ich an der Tischfräse die Führung auf Umschlag auf 40 mm breite. Auf Umschlag deshalb, um sicherzustellen, dass die Führungsnut sich exakt mittig befindet. Ein Endanschlag an dem Frästisch verhindert ein zu weites Einfräsen des PMMAs. Um den hinteren Bereich auf Maß zu fräsen klebte ich mit Doppelklebeband Sperrholz so auf, das ich es als Frässchablone verwenden konnte. Den verbliebene Fräsradius an den Ecken arbeitete ich von Hand heraus.
Mit einem Stirnsenker senkte ich die Bohrlöcher.

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Obere Grundplatte

Zeichnung der oberen Gleitplatte
Einmessen der oberen Gleitplatte auf der Unteren
Ausrichten der Fräserhöhe
Fräsen der Außenkontur des Oberteils...
...auch auf Umschlag
Anreißen und aussägen der Führungsnut am Oberteil
Den Außenbereich der unteren PMMA-Platte aussägen und mit der Kantenfräse nachfräsen
Frässchablone mit Doppeltape befestigen und nachfräsen
Nachgefräste Kontur von oberer und unterer Gleitplatte
Bohren und Kanten senken der Verschraubungslöcher
M4er Gewinde mit Gewindeschneider anbringen
Frässchablone für Radienübergang an unterer Gleitplatte anfertigen --> R30
Frässchablone ausrichten
Mit Kantenfräse nachfräsen

Die obere Grundplatte aus 8 mm PMMA richtete ich genau mittig auf der unteren Grundplatte aus und klebte es mit doppelseitigem Klebeband fest. Dies habe ich mit dem Messchieber kontrolliert. Die 8mm Platte ist bewusst auf 102 mm Breite zugesägt worden, damit sie nun auch auf Umschlag an der Tischfräse auf das Maß 100 mm gefräst werden konnte. Hierbei berührt der Fräser aber auf keinen Fall die überstehende Platte (siehe Bild).

Nachdem auch die schmale Führungsnut aus der dickeren der beiden Platten gesägt wurde, sägte ich die Außenkontur der dünneren Platte aus. Diese Kontur fräste ich mit dem Bündigfräser nach. Die Führungsrolle des Fräsers führte sich an der zuvor auf Umschlag gefrästen oberen PMMA-Platte.
Mit einer Frässchablone, die ich mir schnell aus Sperrholz anfertigte, arbeitete ich die große Rundung aus. Hierbei ist es sauberer, die Kontur zu fräsen, anstatt es nur auszuschneiden und zu schleifen.

Um beide Platten dauerhaft miteinander zu verbinden, wählte ich die Verschraubung mit M4er Schrauben. Hierfür bohrte ich durch beide Platten das Kernloch des M4er Gewindes mit 3,3 mm. Und senkte die Löcher an. Mit einem M4er Gewindebohrer erhielt die obere Platte ihre Gewinde.

Der verbliebene Bereich an der Außenkontur sollte mit einem Radius von 30 mm verbunden sein. Hierfür bohrte ich mit einem 60 mm Forstnerbohrer eine Frässchablone und fräste den Bereich an der unteren Platte nach. Die Anbindung der Rundung arbeitete ich von Hand an.

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Herstellung der Gleiter

Gleiter auf 40 mm Breite fräsen
Gleiter gefräst
Länge und Bohrmittelpunkte anreißen und bohren
Fertiger, kurzer Gleiter
Fertiger, langer Gleiter für Zirkelspitze

Für die Gleiter, die sich in der 40 mm Führungsnut bewegen wird nun ein Abschnitt von der Grundplatte auf die Breite von 40 mm gefräst.
Anschließend riss ich die Bohrmittelpunkte und die Länge der Gleiter an und arbeitete die Konturen und Bohrungen an.

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Fasen und Abrunden der Gleitplattenkanten

Abrundfräsen der oberen Grundplatte
Mit R5 abgerundete Kante
Kanten mit 45° fasen
Gefaste untere Grundplatte

Die obere und untere Gleitplatte erhalten an der Tischfräse eine R5er Abrundung, bzw. eine 45°-Fase angefräst.

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Herstellung der Verschiebeeinheit

Zeichnung der Verschiebeeinheit
14 mm PMMA anreißen und mit 8,5 mm bohren
Kanten leicht senken
M10er Innengewinde schneiden
Fertiges M10er Gewinde
Schleifspuren der Tellerschleifmaschine
Nassschliff mit 400er Schleifpapier
Nach 600er und 1000er Nassschliff
Einmessen des Fräsers
Fertig ausgearbeiteter 1. Absatz
Fertige Absätze
Anbringen der Tangentenfasen
Anschleifen der R10 Radien
Fräserauflage und Verschiebeeinheit antapen
Kanten mit R3er Abrundfräser verrunden
Polierscheibe
Fertig polierte Verschiebeeinheit

Die Konturen der Verschiebeeinheit wird auf das PMMA-Material gerissen. Um größtmögliche Spannflächen beim Bohren zu haben, werden zuerst die Bohrungen an diesem Bauteil vorgenommen. Mit viel Bohröl und zuvor mit einem 5er, dann mit einem 8,5er Bohrer wird das Kernloch des M10er Gewindes gebohrt. Danach beidseitig gesenkt und anschließend mit einem Gewindebohrer das Gewinde geschnitten. Ebenso wird bei den beiden M3er Innengewinden für die Gleitplatte verfahren.

Um die groben Schleifspuren der Tellerschleifmaschine zu beseitigen, werden die beiden Außenflächen mit 400er, 600er und 1000er Nassschleifpapier nass geschliffen.
Der erste Absatz wird ausgesägt und grob von Hand nachgearbeitet. Die letzten 0,5 mm habe ich mit einem Torus-Frässtichel leicht angefräst und den Rest sauber von Hand herausgearbeitet. Den Fräser hatte ich genau eingemessen.
Abschließend wird das PMMA an der Polierscheibe so stark poliert, bis es durchsichtig wird.

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Herstellung der Fixiereinheit

Zeichnung der Fixiereinheit
Rohmaterial
Reparatur aufgrund des verlaufenen Stichsägeblattes...
...mit ACRIFIX
Bohren des Durchgangsloches 10,2 mm
Alle Bohrungen und M6er Innengewinde gefertigt
Heraussägen der Absätze mit der Japansäge
Anschrauben des Werkstücks an MDF-Platte zum Fräsen der Absätze
Anfräsen der Absätze...
...auf Umschlag
Von Hand die Innenkanten nacharbeiten
Anfräsen des 2. Absatzes
Fertige Fixiereinheit
Einkleben der Skalenmarkierungen

Die Fixiereinheit, deren Aufgabe es ist die komplette Mechanik der der Fein- und Grobverstellung der Zirkelspitze einstellen und die Position fixieren zu können, wird an dem Rohmaterial angerissen und ausgesägt. Hierbei ist mir bei der Nutzung der Akku-Stichsäge das Sägeblatt verlaufen, sodass ich ein Untermaß an meinem Acrylglasklotz hatte. Dieses Missgeschick konnte ich beheben, indem ich den Bereich mit Kreppband abklebte und mit glasklaren Acrylglaskleber von EVONIC auffüllte. Der Kleber härtet durch UV-Licht aus. Nach einer Stunde in der Sonne, war das Material ausgehärtet um es weiterverarbeiten zu können.
Nach dem auf Maß-Schleifen an der Tellerschleifmaschine erfolgte das Anreißen der Bohrmittelpunkte und der Konturen nach Zeichnung. Das Bohren des 10,2 mm Loches erfolgte in drei Schritten: Zentrierbohren mit dem Zentrierbohrer, Bohren mit 5 mm Durchmesser und anschließend mit einem 10,2 mm Bohrer. Vor allem bei dem letztgenannten Bohrer ist unbedingt darauf zu achten, dass das Werkstück festgespannt ist, da sich der Bohrer gerne in das Material zieht und es so zu Verletzungen führen könnte, wenn einem das Werkstück aus der Hand gerissen wird. Nach dem Bohren werden die M6er Gewinde geschnitten. Die Bohrungen und Gewinde stellte ich im Wesentlichen vor der Ausarbeitung der Konturen her, damit ich noch optimale Auflage- und Spannflächen besitze.
Beim Ausarbeiten der Konturen, sägte ich den ersten Absatz mit einer Japansäge heraus. Um die Auflagefläche zu erhöhen schraubte ich ein Stück MDF-Platte an den PMMA-Klotz. Genügend Löcher waren ja inzwischen vorhanden. Mit dem 6 mm Torus-Frässtichel fräste ich die erste Stufe an der Tischfräse an. Jeweils nach dem Umspannen, an dem MDF-Stück, fräste ich auch die Breite des Absatzes auf Umschlag, sodass dieser 18mm betrug. Der Torus-Fräser, dessen Außenkante abgerundet ist, hat den Vorteil gegenüber eines scharfkantigen Fräsers, dass die Oberfläche am PMMA sauberer wird. Allerdings bleibt eine Hohlkehle an dem Material zurück, welches von Hand scharfkantig herausgearbeitet werden muss.
Nachdem auf die gleiche Weise auch der zweite Absatz in das Werkstück gearbeitet wurde, rundete ich die vier senkrechten Kanten mit einem R10 an der Tellerschleifmaschine ab.
Anschließend stellte ich auf der Unterseite noch zwei M3er Innengewinde her und feilte an vier Kanten jeweils eine Fase von 1 x 45°. Dies soll ein Verkanten beim Verschieben verhindern.
Die obere Kante rundete ich mit einem R3er-Abrundfräser an der Tischfräse ab.

Das Ganze Bauteil wurde abschließend mit Nassschleifpapier geschliffen und anschließend an der Polierscheibe blank poliert. Ursprünglich hatte ich zwar geplant, diese Teile fein geschliffen transluzent zu lassen, entschied mich dann aber doch für die Politur.
Die Markierung für die Millimeterskala und für die1/10 mm Skala klebte ich mit Isocyanat-Kleber (Sekundenkleber) fest.

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Herstellung der Druckplatte

Zeichnung der Druckplatte
Schwärzen und Anreißen der Konturlinien
Fertige Druckplatte

Da ich in meinem Fundus nur noch ein Stück 2mm V2A-Stahlblech hatte, nahm ich dieses um die Druckplatte anzufertigen. Die Druckplatte hat die Aufgabe, den Druck auf das PMMA von der Klemmschraube zu verteilen, sodass der Kunststoff keinen Schaden nimmt.
Es ist auch hier einfacher, zuerst die Innenkontur herauszuarbeiten, bevor die Außenkontur hergestellt wird, da hier noch bessere Spannmöglichkeiten vorhanden sind. Dies dient nicht zuletzt auch der Arbeitssicherheit!
Begonnen habe ich, indem ich in die vier Innenecken Löcher bohrte und die Kontur mit kleinen Trennscheiben mit dem Bosch GRO 12V-35 heraustrennte. Nachdem auch die Außenkonturen herausgetrennt waren, feilte und schliff ich an der Tellerschleifmaschine die Konturen auf das Maß.

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Herstellung der Mechanik

Explodierte Detailansicht
Fertig montierte Mechanik
Einzelteile der Feder und der Federzentierung
Vormontierte Feder

Die M10er Gewindestange trennte ich mit dem Einhandwinkelschleifer auf eine Länge von 150 mm und schliff die Enden auf Maß.
Anschließend schraubte ich in der Reihenfolge die M10er Gewindemuffe, U-Scheibe, M10er Sechskantmutter, Skalenring und U-Scheibe zusammen.

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Montage der Einzelteile

selbstklebendes Maßband
M6er Rändelschrauben
3 mm Passstift mit einem M3er Außengewinde versehen
Fertiger Passstift als Zirkelspitze
Fertig montierter Fräszirkel
Detailansicht
Detailansicht Millimeterskala
Detailansicht Fixier- und Stellschraube
Unterseite
Detail der Zirkelspitze im großen Gleiter
Unterseite komplett

Nachdem ich die selbstklebende Millimeterskala auf die untere Grundplatte geklebt hatte, montierte ich alle Teile miteinander.


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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