Kopierfräse

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Komplette Fräse
Kopierfräse durch Geradschleifer GGS 27C angetrieben
Kopierfräse angetrieben durch Rotationswerkzeug GRO 12V-35
Kopierfräse
Kopierfräse
  • Schwierigkeit
    schwer
  • Kosten
    50 €
  • Dauer
    Mehr als 4 Tage
  • Öffentliche Wertung

Es gab bekanntlich Zeiten, in denen es noch keine CNC-Fräsen gab, um komplexe Formen zu fräsen. Da ich weder den Platz noch die Kenntnis für den Bau einer eigenen CNC-Fräse besitze, dachte ich mir, dass ich zurück in die gefühlte Steinzeit gehe und mir eine Kopierfräse baue.
Viele werden die Funktionsweise eines Pantographen oder auch Storchenschnabels kennen, bei dem über ein Scherengitter die Kontur eines Bildes mit einem Taststift nachgefahren wird und ein Stift das abgefahrene Bild im verkleinerten Maßstab abzeichnet. Genauso funktioniert eine Kopierfräse, nur dass anstatt des Stiftes sich eine Fräse befindet und der Taststift an der Kontur eines Kopiermodells entlanggeführt wird.
Leider bin ich aufgrund einer gecrashten Festplatte nicht mehr im Besitz aller Fertigungsfotos und Konstruktionsdaten. Ich versuche also das Ganze anhand verbliebener Bilder und der Bilder von der fertigen Fräse zu beschreiben.

Du brauchst

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Werkzeuge
  • Akku-Schrauber
  • Stichsäge
  • Mini-Handkreissäge
  • Tischbohrmaschine
  • Exzenterschleifer
  • Oberfräse
  • Allzwecksauger
  • Hammer
  • Japansäge
  • Feilen
  • Raspeln
  • Stechbeitel, diverse Größen
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Materialliste
  • 1 x Fräslehre Ø 43 mm; Ø 30 mm | Birke-Multiplex (200 x 200 x18 mm)
  • 1 x Fräsenaufnahme | Birke-Multiplex (200 x 100 x 18 mm)
  • 1 x Arme + Distanz | Birke-Multiplex (800 x 125 x 21 mm)
  • 1 x Drehpunktarm | Birke-Multiplex (435 x 125 x 15 mm)
  • 1 x Fräsenarm | Birke-Multiplex (327 x 100 x 15 mm)
  • 1 x Fräsenarm | Birke-Multiplex (207 x 100 x 15 mm)
  • 1 x Fräsenarm | Birke-Multiplex (200 x 100 x 15 mm)
  • 1 x Fräsenarm | Birke-Multiplex (260 x 100 x 15 mm)
  • 1 x Tastarm | Birke-Multiplex (363 x 100 x 15 mm)
  • 1 x Tastarm | Birke-Multiplex (273 x 100 x 15 mm)
  • 1 x Drehpunktgelenk | Birke-Multiplex (200 x 100 x 15 mm)
  • 1 x Fräsengelenk+ Tastgelenk + Drehpunktgelenk | Birke-Multiplex (260 x 100 x 12 mm)
  • 1 x Tastergelenk | Birke-Multiplex (200 x 100 x 12 mm)
  • 1 x Drehpunktgelenk | Birke-Multiplex (200 x 100 x 12 mm)
  • 1 x Kippaufnahme | Birke-Multiplex (200 x 100 x 12 mm)

Los geht's - Schritt für Schritt

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Umfangreiche Planung

ZB (Zusammenbau) Kopierfräse
ZB Fräsenarm
ZB Stabilisierungsarm
ZB Tastarm
ZB Drehpunktarm
ZB Fräsenaufnahme
ZB Kippaufnahme

Als Fräsenmotor habe ich mir einen Gradschleifer mit 6 mm Spannzange vorgestellt, da das Gewicht der Fräse sehr feinfühlig über den Taststift bewegt werden muss. Die Adaption der Fräse stellte ich mit einem Loch für den 43 mm Eurospannhals des Geradschleifers sicher. Später konstruierte ich noch einen Adapter für den Akkugetriebenen 12V Rotationsschleifer GRO 12V – 35 und druckte ihn mit dem 3D-Drucker.
Als besondere Herausforderung wollte ich die Kopierfräse so bauen, dass sie keine fixen Maßstäbe verkleinert, sondern das dies individuell möglich ist. So entwickelte sich ein variabler Verkleinerungsmaßstab zwischen 1 : 1,5 und 1 : 5. Durch Nuten in denen sich der Vierkant von Schlossschrauben führt, stellte ich die Fixierung von drei der vier Fräsenarme sicher.
Mit Kartonausschnitten, später mit einem Modell aus Hartfaserplatten versuchte ich die optimale Form der einzelnen Schenkel zu finden, um einen maximalen Verkleinerungsbereich realisieren zu können. Es wurde sehr viel konstruiert, verworfen und neu konstruiert. Letztendlich lag die Form der Einzelteile fest, sodass ich hiervon Einzelteilzeichnungen anfertigte und eine Stückliste erstellen konnte. Eine besondere Erkenntnis gewann ich, als ich feststellen musste, dass der Fräsenmittelpunkt sich exakt auf einer gedachten Linien zwischen Drehpunkt des Pantographen und des Taststiftes befinden muss. Und zwar immer! – Auch bei unterschiedlichen Maßstäben!

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Herstellung der Einzelteile

Die Herstellung einzelnen Baugruppen gestaltete sich als eine langwierige Angelegenheit, da es sehr viele Einzelbauteile waren, die zusammengesetzt werden mussten. Das Ganze stellte ich aus Birken-Multiplexplatten her, die ich mit der Handkreissäge grob zuschnitt und an der Tischfräse auf das gewünschte Maß fräste. Die oszillierende Schleifmaschine und die Tellerschleifmaschine wurden bei dem Projekt unentbehrlich.
Die Einzelteile pro Baugruppe verleimte ich miteinander und setzte, wenn es erforderlich war, zur zusätzlichen Stabilisierung Buchenholzdübel, die ich aus Rundhölzern herstellte.

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Teile miteinander verbinden

Tastergelenk
Fräsenaufnahme
Drehpunktgelenk
Detail Tastarm
Detail Taststift
Detail eines zusammengebauten Gelenks
Ansicht der Höhenverstellung, Kippfunktion und Schienenbefestigung
Detail einer der Armfixierungen
Detail des Scharniers der Kippfunktion
Kompletter Zusammenbau

Die besondere Schwierigkeit, die sich auch später beim Erstversuch zeigen sollte, ist die Tatsache, das die Schenkel untereinander beweglich sein müssen, andererseits geht die Beweglichkeit zu Lasten der Steifigkeit der Apparatur. Hier gilt es einen gesunden Kompromiss zu finden. Die einzelnen Arme bohrte ich zur Verbindung so, dass jeweils ein Präzisionsstahlrohr hineingeschoben werden konnte, indem eine Maschinenschrauben die Teile zusammenfügte. Dabei drückt die Schraube auf die Rohrenden. – Es wird also auf „Block“ verschraubt. So bekommen die Arme nicht zu viel Druck und bleiben beweglich. Damit nicht Holz auf Holz reibt, habe ich jeweils zwei Messing-Unterlegscheiben verbaut. Nun gleiten die Messingflächen aufeinander.

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Die Kopierfräse in der Anwendung

Kopiermodell für ein Brandeisen aus Messing in Spiegelschrift
Gefrästes Brandeisen
Größenvergleich Modell zu Frästeil
Gradschleifer
Rotationswerkzeug GRO 12V-35
GRO 12V-35 Adappter für 43 mm Eurospindelaufnahme
Schiene zur Aufnahme von gedruckten Schriftmodelle
Einzelne Buchstabenmodelle
Kopierfräse im Einsatz

Grundlage für die Nutzung der Kopierfräse ist natürlich ein Kopiermodell, dessen Kontur abgetastet und durch die Fräse kopiert wird. Bei der Modellherstellung habe ich sowohl von Hand gefertigte Modelle verwendet, wie auch eine Schiene gebaut, in die mit dem 3D-Drucker hergestellte Buchstabenmodelle eingespannt werden können.

Zu Beginn brachte ich die Kopierfräse an ihre Grenzen, als ich ein Brandeisen aus Messing gefräst hatte. Mit sehr geringen Zustellungen war es zwar machbar, jedoch war die Belastung recht hoch. Das Fräsen in Holz dagegen stellt keine Probleme dar.
Um das Gewicht auf den Tastarm zu reduzieren ist es möglich das Rotationswerkzeug GRO 12V-35 einzuspannen, welches zudem auch kleinere Fräser (Gravierstichel) zulässt.


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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