Meine MPCNC - Die CNC-Fräse aus dem 3D-Drucker - Teil 1

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01 Meine MPCNC
02 Mittelteil mit montiertem Z-Motor und Fräsmotor
03 MPCNC
  • Schwierigkeit
    mittel
  • Kosten
    420 €
  • Dauer
    Mehr als 4 Tage
  • Wertung

Ich hatte schon lange den Plan, mir selbst eine CNC-Fräse zu bauen. - In den letzten beiden Jahren habe ich Ideen gesammelt, viele Beispiele im Internet angeschaut, selber geplant (und verworfen) und schon erste Teile gekauft. Und für dieses Jahr hatte ich mir fest vorgenommen, eine an die CNC14 angelehnte Variante (siehe CNC14.de, CNC-Fräse aus Holz) zu bauen. - Dieser Plan ist noch nicht vom Tisch. - Allerdings habe ich vor Kurzem im Netz Beschreibungen für eine MPCNC (Mostly Printed CNC) entdeckt und war sofort angefixt, denn diese Fräse wird größtenteils gedruckt, und zwar mit einem 3D-Drucker! ... Der Rest sind Rohre, Kugellager, Schrauben, Kabel ...
Da ich mir vor Kurzem einen neuen 3D-Drucker zugelegt hatte, wäre das gleich eine richtige Aufgabe für meinen neuen Spielgefährten. - Selber planen muß man hier gar nicht viel, nur die Größe festlegen, Teile besorgen oder drucken und alles zusammenbauen ... also ganz einfach!

Im Folgenden ist beschrieben, wie ich vorgegangen bin.




Los geht's - Schritt für Schritt

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Allgemeines, Links, Vorplanung ...

Für meine geplante Fräse aus Holz / Alu-Profilen hatte ich schon diverse Teile besorgt: u.a. eine Frässpindel (Kress), Schrittmotoren, Steuerung, Linearlager, Z-Achse etc.

Anfangs hatte ich bzgl. der MPCNC überlegt, einige der schon angeschafften Teile hierfür zu verwenden. Letztendlich kam ich aber zum Entschluß, erstmal eine kleine / handliche CNC wie im INet beschrieben zu bauen und mich ganz nah an die Vorgaben zu halten.
Für die Materialien, die ich zunächst fräsen möchte (Sperrholz, MDF, Plexiglas), sollte die kleine Fräse ausreichen.

"Erfinder" der MPCNC (Mostly Printed CNC) ist v1engineering. Auf diesen Seiten werden die Fräse und auch andere Varianten vorgestellt, diskutiert und im Shop kann man Teile und Zubehör kaufen.


Auf die MPCNC aufmerksam geworden bin ich über dieses sehr interessante Video von Uncle Phil. Im Kanal gibt es auch noch weitere informative Videos rund um die MPCNC.

Dass ich nicht der Erste bin, der so ein Vorhaben verwirklicht hat, zeigt diese Sammlung.

Für die Festlegung der Größe der MPCNC gibt es im Internet sogar einen Rechner. Den habe ich allerdings nicht benutzt.
Da die Fräse in meinem Werkstattschrank verstaut werden können muß, der 700mm tief ist, durfte sie auch nicht größer / tiefer sein. Deshalb habe ich dieses Maß als Länge der X- und Y-Achsen festgelegt und die Edelstahlrohre entsprechend bestellt.

In diversen Foren werden Bedenken geäußert, ob eine Fräse mit ungestützen Führungen genau ist, weil die Rohre auf denen die Wagen laufen, schon durch ihr Eigengewicht bzw. das des Fräsmotors durchhängen werden. Besitzer der MPCNC habe das allerdings nicht bestätigt. Ausserdem wird es bei meinen kleineren Vorhaben nur auf mm-Genauigkeit ankommen und das Problem bei 650mm Maximalspannweite hoffentlich zu vernachlässigen sein.
Im Zweifel kann ich die X- und Y-Achsen noch nachträglich mittig durch Beinchen stützen.

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Die Einzelteile

01 diverse Einzelteile

Die meisten Teile habe ich online geordert.

Rahmen, bestehend aus Edelstahlrohren 25x2mm:
  • 6 x 700mm (X- und Y-Achse)
  • 2 x 300mm (Z-Achse)
  • 4 x 125mm (Füße)
Ich habe die Rohre auf Maß bestellt, da ich keine richtige Möglichkeit habe, Edelstahl-Rohre exakt auf Länge zu kürzen.

Grundplatte (war noch vorrätig): 22mm MPX, 900 x 700mm

Kugellager & Schrauben:
  • 53 Rillenkugellager 608 2RS 8x22x7mm
  • 1 Sechskantkopf, M8 x 130
  • 12 Sechskantkopf, M8 x 65
  • 2 Sechskantkopf, M8 x 40
  • 28 Sechskantkopf, M8 x 30
  • 43 Sechskantmutter, M8, selbstsichernd
  • 19 Zylinderschrauben Innensechskant, M3 x 10
  • 57 Linsenkopf-Schraube, M4 x 20
  • 57 Sechskantmutter, M4 selbstsichernd
Laut Teileliste sollten es eigentlich M3,5 Linsenkopf-Schrauben und Muttern sein. Die bekommt man zwar auch in Deutschland, sie sind aber deutlich teurer als ihre M4-Kollegen, die laut Uncle Phil (Video) auch passen. Also habe ich M4 bestellt.

Elektronik / Elektrik:
Da ich von Elektronik nicht viel Ahnung habe, habe ich mich auf die Empfehlung von Uncle Phil verlassen und exakt die Teile zur Steuerung bestellt, die er in seinem Video verlinkt hat.
  • 1x Arduino UNO R3 ATMega16U2 ATMEGA328P Microcontroller Board
  • 1x A4988 Driver CNC Shield Expansion Board for Arduino
  • 5x DRV8825 Schrittmotor-Treiber
  • 1x 12V Netzteil
  • 1x Kühlventilator
  • 10m 4 adrige Steuerleitung

Hardware:
  • 1x T8 Gewindespindel (300mm) mit Mutter
  • 1x Flexible Kupplung 5mm / 8mm
  • 5x Schrittmotor Nema 17
  • 5x Zahnriemenrad GT2, 16 Zähne
  • 5m Zahnriemen GT2, 6mm breit

Diverses:
  • Rampamuffen, M5, zum Befestigen von Klammern auf der Grundplatte, mit denen das Werkstück gehalten wird (hatte ich noch im Vorrat)
  • Schrumpfschlauch
  • Gewebeschlauch
Werkzeug:
  • Proster Dupont Crimpzange SN-28B
Fräsmotor:
  • Kress FME 1050, hatte ich schon zu Hause (gekauft für die CNC aus Holz)
Laptop:
  • alter Win7-Laptop war noch vorhanden

Bei der Montage der Teile habe ich teilweise M4-Inbusschrauben verwendet, von denen ich einen großen Vorrat habe. Die Inbus-Schrauben sind mMn. besser handhabbar als die M4-Linsenkopf-Schrauben mit Kreuzschlitz.

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Teile drucken

01 - Foot im Slicer, mit eingekreistem "F" für Versionskennung
02 - Foot ausgedruckt
03 - Foot ausgedruckt, Ansicht von unten
04 - 4 Foots
05 Lock_Corner im Slicer
06 Lock_Corner ausgedruckt
07 - Bottom_Corner im Slicer
08 - Bottom_Corner ausgedruckt
09 - Spacer_Corner im Slicer
10 - Spacer_Corner ausgedruckt
11 - Top_Corner im Slicer
12 Top_Corner ausgedruckt
13 - Roller im Slicer
14 - Roller ausgedruckt
15 - Roller ausgedruckt
16 - Roller_Mount im Slicer
17 - Roller_Mount im ausgedruckt
18 - Roller_Mount ausgedruckt
19 - Roller_Plate im Slicer
20 - Roller_Plate ausgedruckt
21 - Tool_Mount im Slicer
22 - Tool_Mount ausgedruckt
23 - XYZ im Slicer
24 - XYZ im Druck
25 - XYZ ausgedruckt
26 - Z_Lower & Z_Motor im Slicer
27 - Z_Lower & Z_Motor im Druck
28 - Z_Lower & Z_Motor ausgedruckt
29 - Stop_Block im Slicer
30 Vier Stopp-Blöcke
31 - Gantry_Spacer im Slicer
32 Gantry_Spacer ausgedruckt
33 Nut_Trap im Slicer
34 Nut_Trap ausgedruckt
35 XY im Slicer
36 XY ausgedruckt


PLA (das Druckmaterial) hatte ich noch genügend in diversen Farben vorrätig und habe schwarz, rot und gelb gewählt. Laut Beschreibung sind 1,8 kg Filament notwendig, was knapp 2 Rollen sind.

Die Vorlagen für die Druckteile habe ich bei thingiverse.com runtergeladen.
Wieviel Stück man von jeder Sorte drucken muß, steht hier nochmal ausführlich incl. der Angaben zum Infill (% der Füllung).
Damit ich kein Teil vergesse zu drucken, habe ich mir eine kleine Excel-Liste angelegt, hier alle gedruckten Teile abgehakt und die Druckzeiten mitgeschrieben.

Die .stl-Dateien aller Teile habe ich in meinen Slicer geladen (das Programm, mit dem die Drucke vorbereitet werden), den GCode exportiert und mein Drucker hat alle Teile brav und in super Qualität ausgedruckt.

Es gibt 3 Varianten der Pläne. Ich habe die F-Version gewählt, für Rohre mit 25mm Durchmesser.
Als Check, damit man nicht aus Versehen ein für eine andere Rohrversion vorgesehenes Teil ausdruckt, haben alle F-Drucke ein aufgedrucktes "F" auf der Aussenhaut, das man auch im Slicer sieht. - Toller Service! - Bild 01

Laut Web-Seite soll der Druck aller Teile rund 115 Stunden dauern. Diesen Wert habe ich übererfüllt! Der komplette Druck hat bei mir ca. 185 Stunden gedauert.

Die Druckzeit hängt natürlich u.a. vom Infill und der Schichthöhe (Layer) ab. Ich habe jeweils mit dem empfohlenen Infill bzw. 5% mehr und einem Layer von 0,15 gedruckt, bin aber zwischendurch auf 0,20 hochgegangen, um die Druckzeit zu verkürzen. Der Druck eines Laufwagens (Roller) hat dann nur 10 Stunden gedauert, statt 30.

Als Fill-Pattern hatte ich anfangs 'Gyroid' gewählt, für die Aussenhaut 'Concentric'.
Da 'Gyroid' sehr zeitintensiv beim Drucken ist, habe ich später mit 'Rectilinear' gearbeitet. Für die Festigkeit der Drucke ist das nicht nachteilig.

Die Fotos / Screenshots zeigen, welche Teile notwendig sind und ausgedruckt wurden. Auf eine Übersetzung der einzelnen Bezeichnungen verzichte ich hier; mir ist die korrekte Übersetzung ohnehin nicht immer bekannt.

Bzgl. Roller_Plate (Bild 19 - 20) habe ich schon eine neuere Variante ausgedruckt, an der Endschalter befestigt werden können. Die wirken dann im Zusammenspiel mit je einem Stop_Block, der auf den Zahnriemen aufgesteckt wird (Bild 29 - 30).

Endschalter habe ich noch nicht verbaut. Das hole ich vielleicht noch nach.

Warum ein XY-Teil (Bild 36) zweifarbig gedruckt wurde, steht in Schritt 4.

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Exkurs: Filamentwechsel bei laufendem Druck

01 Filament-Rolle (oben rechts) fast leer
02 Druckobjekt kurz nach dem Wechsel der Farbe
03 Fertig. Sieht gar nicht so übel aus.

Als ich den Druck des ersten XY-Teils, der 11 Stunden gedauert hat, startete, habe ich mich wohl bzgl. des noch vorhandenen gelben Filaments auf der Rolle verschätzt. Der Druck lief über Nacht und als ich früh den Zwischenstand checkte, stellte ich fest, dass das Filament auf der Rolle wohl nicht reichen würde.

Mein Drucker hat eine automatische Filament-Erkennung, die erkennt, ob Filament anliegt oder nicht. Soweit wollte ich es aber nicht kommen lassen und habe im laufenden Betrieb das Filament gewechselt.

Dafür gibt es einen Menüpunkt im Druckermenü. Der Drucker hält an, wirft auf Knopfdruck das alte Filament aus und zieht auf weiteren Knopfdruck das neue ein, um dann weiterzumachen, als wäre nix gewesen.

Dass ich leider kein gelbes Filament mehr hatte, sondern mit rotem weitergedruckt habe, ist nur ein Schönheitsfehler bzw. macht meine Fräse jetzt einzigartig!

Diese Option ergibt neue ungeahnte Möglichkeiten, denn so ist mit etwas Handarbeit auch Mehrfarbdruck möglich.

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Rohrpfropfen / Kabeldurchführung

01 - Kabeldurchführung in SketchUp
02 - 12 Kabeldurchführungen im Slicer
03 - Ausdruck fertig
04 - Paßtest mit Rohr. - Paßt

Damit ich später behaupten kann, ich hätte auch bei der Erstellung meiner Fräse kreativ mitgemacht, habe ich noch "Rohrpfropfen" konstruiert und gedruckt.

Die Kabel werden durch die Rohre geführt. Die Rohre sind an den Schnittkanten aber teils sehr scharfkantig, sodass man die Kabel bei der Montage / Betrieb beschädigen könnte.
Uncle Phil meinte, dass man die Rohre entgraten soll. Darauf hatte ich keine richtige Lust und habe statt dessen die Rohrpfropfen auf die Rohrenden gesteckt. Sieht gut aus und spart das Entgraten.

Die verwendeten Edelstahl-Rohre haben das Maß 25x2mm, also einen Innendurchmesser von 21mm. Das wäre dann der Aussendurchmesser des Stopfens. Die Seitenwände des Stopfens sind 2mm dick und geschlitzt, damit sich der Stopfen besser in das Rohr drücken läßt, falls es Unebenheiten im Rohr geben sollte.
Als Abschluß habe ich außen noch einen Kragen konstruiert.
Durchmesser: 25mm, Höhe: 3mm 

Druckdaten
Infill: 20%
Pattern: Rectilinear
Aussenhaut: Concentric
Druckzeit: 20 min
Material: PLA, gelb
Insgesamt waren 12 Stück zu drucken.

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Werkzeughalter

01 Werkzeughalter (Eurohals) im Slicer
02 Werkzeughalter (obere Bauteile) im Slicer
03 Gedruckter Werkzeughalter (unterer Teil mit Eurohals)
04 Gedrucker Werkzeughalter (oberer Teil)
05 Kurzer Paßtest am Tool_Mount der CNC - Paßt!
06 Am Tool_Mount montiert

Als ich mit dem Druck der Teile auf die Zielgerade kam, fing ich an mir Gedanken zu machen, wie ich den Fräsmotor eigentlich am Fräsgestell befestigen kann.
Meine Kress hat einen Eurohals (43mm), aber eine Halterung mit 43mm Klemmung war mir beim Drucken noch nicht begegnet.

Auf thingiverse bin ich aber nach einigem Suchen fündig geworden. Hier gab's genau das, was ich suchte: Eine Werkzeugaufnahme für die Kress FME 1050, die sogar noch einen optionalen Bürstenschuh hätte und zwar zum Anbringen per Magneten.

Sowas hatte ich mir auch vorgestellt und eigentlich schon angefangen zu planen.
Mein Problem war aber, dass ich nicht genau wußte, wie ich das von mir geplante Teil an der Werkzeugaufnahme (Tool_Mount) befestige, denn die Schraublöcher sind in einem leider nicht dokumentieren Winkel positioniert. Diese Arbeit war mir nun abgenommen worden.

Die 3 Teile für die Befestigung der Kress habe ich ausgedruckt. Den per Magneten anklipsbaren Bürstenschuh habe ich erstmal weglassen, denn meiner sollte wie bei der Vorlage durchsichtig sein, also aus Plexiglas und das fräst man ja am Besten mit einer CNC, die ich noch nicht hatte.
Ausserdem wollte ich eine Türbürstendichtung verwenden, für deren Befestigung noch eine Nut in den Bürstenschuh gefräst werden müßte.

Also habe ich nur die 3 Teile der Werkzeughalterung gedruckt (Bild 03 - 04).
Als Material wollte ich erstmalig PETG verwendet, weil bei der Teilbeschreibung vermerkt war, dass die Kress relativ heiß werden kann und PLA bei ca. 70 Grad sein Formstabilität verliert.
Deshalb wollte ich hier auf Nummer Sicher gehen, habe eine Rolle PETG geordert (schwarz) und als sie geliefert wurde, festgestellt, dass das Filament den falschen Durchmesser hatte: 2,85 statt 1,75 - War meine Schuld - falsch bestellt!

Um am Wochenende weiterbauen zu können, wurde der Halter zunächst mit PLA ausgedruckt. Das PETG-Modell drucke ich dann, wenn es in den Testbetrieb geht.

Nach dem Druck habe ich noch kurz gecheckt, ob die ausgedruckten Teile auch zusammen passen, Bild 05. Hat alles wunderbar gepaßt und hätte ich selber zeichnerisch nur mit sehr viel Aufwand hinbekommen. - Und Bohrungen zur Befestigung eines Bürstenschuhs hat das untere Teil des Werkzeughalters auch schon.


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Zusammenbau der Teile - Füße, Laufwagen und Mittelteil

01 Gedruckte Einzelteile
02 Schrauben, Muttern und Kugellager
03 Rohre
04 Teil des Fußes
05 Mutter klemmen, mit Schraubendreher
06 4 Füße montiert
07 Laufwagen montiert
08 Laufwagen, Paßtest mit Rohr
09 Middle Assembly (Mittelteil) montiert
10 Middle Assembly (Mittelteil) montiert
11 Middle Assembly (Mittelteil) montiert

Vom Zusammenbau gibt es hier ein Zeitraffer-Video (stammt nicht von mir) oder hier die Original-Anleitung. Angesichts der vielen Einzelteile war das Video für mich sehr hilfreich und ich habe die Teile nach dieser Vorlage zusammengebaut und dabei das Video immer wieder angehalten, um zu checken, ob ich alles richtig mache.

Beim Zusammenbau habe ich einen IXO und die Schrauben abschliessend per Hand handfest gezogen. Mein größte Befürchtung war, dass ich irgendeine der gefühlt 500 Schrauben mit einem Schrauber zu fest anziehe und dann ein Druckteil bricht, womit dann bis zu 10 Stunden Druckzeit hin gewesen wären.

Benutzes Werkzeug:
13er Ring-, Maul- und Steckschlüssel (mit Ratsche)
3er Inbus-Bit auf Schraubendreher
Schraubendreher mit Kreuzschlitz und Schlitz
Spitzzange
IXO V und Akku-Schrauber mit Drehmoment-Einstellung

Da im Video / auf der Homepage alles vorbildlich gezeigt wird, habe ich mir eine zeitliche Beschreibung des Zusammenbaus gespart und zeige nur ein paar Impressionen von der Montage meiner Fräse incl. ein paar Erklärungen.

Bild 01: Gedruckte Einzelteile. Insgesamt 59 (incl. Rohrstopfen). Auf dem Foto fehlt noch das zweite XY-Teil, das gerade noch gedruckt wurde. Die Kleinteile liegen in der Box oben links.

Bild 02: Notwendige Schrauben, Muttern und Kugellager.

Bild 03: Edelstahlrohre plus Kabel

Bild 04 - 06: Montage der 4 Füße
War etwas tricky, da man die M4-Sicherungsmuttern beim Verschrauben festhalten muß, aber eigentlich nicht rankommt. Ging dann nur irgendwie mit einem eingeklemmten Schlitzschraubendreher (Bild 05).
Die M4-Schrauben passen zwar in die Bohrungen, M3,5 wären aber wahrscheinlich auch einfacher zu montieren gewesen, denn die M4 haben sich mehr eingeschraubt als eingesteckt.

Bild 07-08: Montierte Roller (Laufwagen)
War im Gegensatz zur Montage der Füße sehr einfach. Der Wagen paßt und läuft auch auf dem Rohr.

Bild 09 - 11: Middle_Assembly (Mittelteil)
24 Kugellager, 25 Schrauben und Muttern plus 6 Druckteile irgendwie miteinander verschlungen und verschraubt. Es ist mir tatsächlich gelungen, diesen Teile-Haufen miteinander zu verschrauben. - Das Endergebnis sieht für mich aus wie eine Klauenhand eines Transformers.

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Zusammenbau der Teile II - Tool Mount & Stellprobe

01 Middle Assembly (Mittelteil) mit zum Test eingesteckten Rohren
02 Bohren mit der PBD
03 Bohren mit der PBD
04 4 Löcher gebohrt
05 Das Rote muß ins Runde ...
06 ... aber vorher Muttern einkleben
07 mit dem gefühlt 10.Anlauf hat es geklappt
08 Eingeführte Schraube
09 Montierter Tool_Mount
10 Stellprobe

Bei der Montage des Mittelteils ist zwingend darauf zu achten, die Schrauben wie erklärt, also auch von der richtigen Seite her, einzusetzen! Bei ein paar Schrauben habe ich das nicht beachtet und mußte das ganze Teil nochmal auseinanderbauen, um die Fehler beheben zu können.

Bild 01: Mittelteil mit Rohr. Hat nicht auf Anhieb gepaßt. Ich mußte vor dem Einsetzen des Rohres ein paar Kugellager wieder lockern und konnte dann erst die Rohre zum Test einschieben. Danach rollte alles.

Um das Mittelteil weiter komplettieren zu können, stand nun die Montage des Tool_Mounts an den beiden Rohren der Z-Achse an. Hier mußten in jedes der beiden Rohre 2 Löcher für M4-Schrauben gebohrt werden. Das habe ich mit meiner neuesten Errungenschaft - einer PBD40 - erledigt. Erste Bewährungsprobe sozusagen.

Als Schablone fungierte das gedruckte Tool_Mount.
Ich habe den Abstand der Bohrungen vom Rand gemessen - 2,3mm und 9,5mm und dann mit Permanentmarker Markierungen zum Bohren auf dem Rohr angezeichnet. Das Anvisieren der Bohrstellen ging mit der PBD ganz prima, das Bohren auch. Ich habe zunächst mit 3mm vorgebohrt und danach einen 5mm Bohrer gewählt. Beides mit Drehzahl 600 und Kühlung mit etwas Schneidöl, Bild 02 - 04.

Als nächstes sollte das Tool_Mount an den beiden Rohren der Z-Achse angeschraubt werden. Hierfür gibt es 2 Nut_Traps, die mit Muttern bestückt in die Rohre eingeschoben werden. Von aussen werden dann M4-Schrauben eingeschraubt. Bei Uncle Phil habe ich den Tipp gesehen, die Muttern mit Sekundenkeber einzukleben, damit sie beim Schrauben nicht aus den Vertiefungen fallen. - Finger zusammengeklebt habe ich zwar nicht, aber das Zeug was ich gekauft hatte, darf sich m.E. nicht Sekundenkleber nennen. Es hat nach 5 Minuten immernoch gesuppt und die Muttern haben nicht gehalten. Ich war drauf und dran, mir selber was zu konstruieren, das die Muttern ohne Kleber festhält und zu drucken. - Mit einer Seite hat das Verschrauben dann aber irgendwann funktioniert, mit der anderen Seite später auch, Bild 05 - 09.
Alternativ könnte auch dieses Teil funktionieren. Ich habe das aber zu spät gefunden.

Als Nächstes stand die erste Stellprobe auf der noch nicht passend gesägten Grundplatte an. Eine 22mm MPX-Platte (1000x900mm) hatte ich noch im Fundus. Die war genau richtig.

Mit der Stellprobe wollte ich ermitteln, wie groß die Platte dann letztendlich zugeschnitten werden muß und ob ich evtl. noch Edelstahlrohr kürzen muß.


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Zusammenbau der Teile III - Nacharbeiten und Feineinstellung

01 Y-Achse: "Herausstehende" Kugellager und Schraubenköpfe
02 Edelstahlrohr mit der Flex kürzen
03 Fertig
04 Gedruckte rote Pfropfen
05 2 "Beschnittene" Pfropfen für die unteren Ende der Z-Achse
06 Z-Achse von unten mit Pfropfen
07 Werkzeughalter paßt ...
08 ... und Fräsmotor auch


1. Erkenntnis: Pech gehabt - Y-Achse zu lang!
Ich habe die Länge der Rohre pauschal auf 700mm festgelegt, weil mein Schrank nur 700mm tief ist. Die Fräse wird aber mit 700mm Y-Achse mindestens 730mm tief, weil aussen noch Kugellager und Schraubenköpfe vorstehen.
Also war das Rohr der Y-Achse noch um mindestens 30mm zu kürzen (2x 15mm, siehe Bild 01).
Zudem wollte ich, um die Kabel besser führen zu können, Schleppketten verwenden. Die gekaufte Schleppkette ist 30mm breit und sollte auf einer Seite der X-Achse montiert werden (das zweite Kabel wird durch das Rohr an die Schleppkette herangeführt), was nochmal 30mm Kürzung der Y-Achse bedeutete.

Deshalb habe ich das Rohr der Y-Achse pauschal um 100mm mit dem Winkelschleifer verkürzt. Dazu habe ich am Rohr angezeichnet, wieviel abgeschnitten werden muß, dann ein Blatt Papier um das Rohr gewickelt und rundherum die Schnittstelle angezeichnet und dann das Stück mit dem Winkelschleifer abgetrennt.
Die beiden Rahmenrohre in Y-Richtung habe ich ebenfalls um 100mm gekürzt, damit sie nicht aus dem Rahmen herausragen
(Bild 02/03).

2. Erkenntnis: Ich habe zuviele Rohrpfropfen gedruckt!
Ich hatte 12, brauchte aber nur 4, da nur durch die beiden Rohre auf den Laufwagen aufliegenden Rohren, Kabel geführt werden. - Macht aber nichts, denn die Pfropfen sehen irgendwie stylisch aus.
Und so habe ich alle Rohrenden mit meinen Pfropfen bestückt und noch 4 weitere für die Rohre der Z-Achse gedruckt. Diese aber in rot, denn das gelbe Filament war ja alle, Bild 04.
Die beiden unteren Pfropfen für die Z-Achse mußte ich noch etwas beschneiden, weil die beim Einstecken in die Rohre mit dem eingeschobenen Gegenstücken für die Tool_Mount-Montage kollidierten, Bild 05 / 06.
Bei dieser Gelegenheit habe ich auch gleich noch den Werkzeughalter an der Z-Achse (Tool_Mount) montiert und geprüft, dass beim Bewegen der Achse nichts kollidiert und auch der Fräsmotor paßt. Alles fein, siehe Bild 07 / 08.

3. Erkenntnis: Ich hatte 2 der 4 Roller_Plates falschrum montiert! War aber leicht zu beheben. - Muss so aussehen wie auf Bild 01.

4. Erkenntnis: Das End-Montieren des Fräsgestells wird eine komplizierte Aktion, denn überall müssen rechte Winkel eingestellt werden und die beiden Diagonalen müssen auch gleich lang sein, denn dann ist der Rahmen rechtwinklig.
Und die 4 Ecken müssen mit je 4 Schauben verschraubt werden, ohne ein Maß zu verändern. - Schöne Fummelarbeit für einen Sonntagnachmittag!

Im nächsten Schritt habe ich die 4 Laufwagen und das Mittelteil auf die jeweiligen Rohre gesteckt und die Schrauben mit den Kugellagern soweit gelockert, dass alles sehr leicht gleitete.


... weiter im nächsten Schritt

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Zusammenbau der Teile IV - Endmontage

01 Rahmen
02 Ecke
03 Montage Mittelteil
04 ... wieder mit eingeklemmten Schlitzschraubendreher
05 Größe ermitteln
06 Schleppkette
07 Hinter der Fräse ausgelegte Schleppkette
08 evtl. ist die Gewindespindel zu lang
09 Einbau Mutter für Spindel
10 Einbau Motor
11 Einbau Wellenkupplung
12 Spindel vielleicht doch nicht zu lang
13 Fertig montiert

Jetzt habe ich die Grundplatte auf 900mm x 700mm zurecht gesägt, da ja nun klar war, dass 700mm in der Tiefe reichen würden.
Ich habe sie allerdings etwas breiter als notwendig gemacht, denn Steuerung, Netzteil und eine weitere Schleppkette müssen auch noch ausserhalb der Fräse montiert werden.

Danach ging es an die Endmontage des Fräsgestells.

Mein Vorgehen:
  • die 4 Füße grob positionieren, Bild01
  • die 4 Edelstahlrohre für den äusseren Rahmen unter Nutzung der Spacer und die Rohre für die X- und Y-Achse auflegen
  • rechte Winkel am Rahmen herstellen, Diagonalen ausmessen und angleichen
  • Ecken verschrauben (Montierten Fuß mit Top_Corner), Bild 02
  • die beiden Rohre für die X- und Y-Achse durch das Mittelteil schieben und alles auf den Laufwagen auflegen, Bild 03
  • Motorhalterungen aufschrauben und damit die X- und Y-Achse auf den Laufwagen arretieren, Bild 04
  • Schleppketten auslegen / Platz dafür freihalten, Bild 06/07
... und dabei immer wieder checken, ob noch alles leicht läuft ... danach
  • T8-Gewindespindel durchs Mittelteil schieben und Mutter der Spindel am Mittelteil festschrauben
  • Flexible Kupplung an der Spindel verschrauben
  • Motor für Z-Achse befestigen (mit M3-Schrauben) und an der flexiblen Kupplung verschrauben, Bild 09 - Bild 11
Ob die Gewindespindel gekürzt werden muß, wird die Praxis zeigen. Wenn droht, dass sie mit dem Werkstück kollidiert, wird sie gekürzt, Bild 08 / Bild 12.

Und jetzt hatte ich endlich die Gelegenheit, mal rauszubekommen, welchen Fräsraum die CNC eigentlich hat. Dazu habe ich mir schnell einen selbstentworfenenen Stifthalter für den Eurohals gedruckt und einen Bleistift eingespannt, Bild 05.

Ergebnis: ca 440 x 340 mm (etwas größer als A3)

D.h. Werkstücke dieser Größe können in einer Frässession bearbeitet werden. Da die Führungen freitragend sind, können allerdings auch größere Werkstücke in mehreren Sessions gefräst werden, wenn sie zwischen den Füßen durchpassen und die Schleppketten nicht stören.

An der Grundplatte habe ich das Gestell noch nicht verschraubt. Erstens muß ich es noch durch Haus transportieren. Und dann überlege ich noch eine Art Spannzange zu integrieren incl. einer noch zu fräsenden Öffnung in der Grundplatte, um auch Stirnseiten von längeren Werkstücken fräsen zu können, z.B. für Morseverbindungen.

Ein Video davon, wie ein erwachsener Mann gedankenverloren vor einem Edelstahl-Gestell sitzt und grinsend eine mittig eingespannte Fräsmotorhalterung hin- und hergleiten läßt, erspare ich Euch.

11 12

Kosten, Projektdauer & Schwierigkeitsgrad

01 Impressionen
02 Impressionen
03 Komplett montierter Laufwagen mit Motorhalterung
04 Mittelteil mit montiertem Fräsmotor
05 Mittelteil mit montiertem Fräsmotor
06 Mittelteil mit montiertem Fräsmotor
07 mein fleissiger Helfer

Wieviel Filament ich benötigt habe, weiß ich nicht genau, da ich 3 Farben von mehreren teilweise schon angefangenen Rollen verwendet habe. Knapp 2kg wird aber insgesamt hinkommen. Kosten somit ca. 40 Euro.

Die gekauften Teile (Rohre, Schrauben, Kugellager, Kabel, Elektronik etc.) inkl. MPX-Platte haben rund 300 Euro gekostet. Von Schrauben und Kugellagern habe ich aber mehr als benötigt gekauft, da die Preise bei 100er-Stückelung deutlich besser waren, als beim Einzelkauf.

Dazu kommen noch die Lizenzkosten für die Software von 49,00 Euro und 30 Euro für ca. 3m Energieketten, die ich bei Kleinanzeigen günstig geschossen habe.

Insgesamt kostet alles zusammen ohne Fräsmotor ca. 420 Euro. Das ist für eine CNC-Fräse im Vergleich zu Kaufversionen ein sehr guter Preis!

Als Fräsmotor werde ich die schon vorhandene Kress 1050 FME-1 einsetzen. Im Internet habe ich allerdings auch schon Beispiele mit der deutlich preiswerteren Katsu gesehen, die ich auch besitze.

Die Projektdauer bestimmt sich maßgeblich durch die Druckzeit der Teile, wenn man selber druckt. Wie geschrieben hat alleine der Druck ca. 185 Stunden gedauert, was aber auch an meinen anfänglich "großzügigeren" Einstellungen lag. 115 Stunden - wie angegeben - halte bei den richtigen / sparsamen Einstellungen durchaus für realistisch.

Wenn man die Teile im Shop bestellt, entfällt natürlich die Druckzeit.
Für die Montage und Justage habe ich mir dann auch noch Zeit genommen; um alles richtig zu verstehen und damit hinterher die Fräse sehr leicht läuft.

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Fazit und Ausblick

Im hier gezeigten Teilprojekt habe ich den Druck der Teile und die Montage der Fräse beschrieben.

Der Zusammenbau an sich ist auf vielen Seiten / in vielen Videos sehr gut dargestellt.
Meine Einschätzung der Teile beim Zusammenbau reicht von "WOW! Paßt perfekt" bis "Mmh ... was hat man sich hier gedacht?". Einerseits gibt es Teile, wo der Schraubenkopf paßgenau einrastet und man die Mutter mit Steckschlüssel und Ratsche festziehen kann; bei anderen Teilen muß man das Montieren aber mit einer Spitzzange und einem Maulschlüssel erledigen oder irgendwie einen Schlitzschraubendreher klemmen, damit man die Muttern beim Anschrauben fixieren kann.

Manche Schrauben (z.B. die M4x20 zur Montage der Motorhalterung auf den Laufwagen) waren auch etwas lang, sodass ich noch Unterlegscheiben und Federringe verwendet habe.

Die Druckteile werden allerdings vom Erfinder immer wieder mal angepaßt und optimiert, so dass hier auch mit Verbesserungen zu rechnen ist. - In meiner Version gibt es z.B. keine Riemanspanner mehr, die im Montagevideo von Uncle Phil noch besprochen werden. Bei meiner Version werden die Riemen mit Kabelbindern montiert und gespannt.

Jetzt fehlt natürlich noch
  • die komplette Verkabelung inkl. Befestigung und Anschluß der Motoren
  • Einbau der Schleppketten
  • Anschrauben der Zahnräder an den Motoren und Zahnriemen spannen / justieren
  • Anschluß der elektronischen Bauteile und Steuerung,
  • die Installation der Software auf dem PC incl. etwas Einarbeitung in das Programm,
  • der Testbetrieb incl. Feintuning
  • Einbau der oben erwähnten Spannzange incl. einer Öffnung in der Grundplatte (zusätzliche Versteifung der Platte, wenn nötig)

    und

  • der Einbau der Fräse in meinen Werkzeugschrank, denn ich habe beschlossen, die Fräse auf einem Auszug im Schrank zu installieren. Sie jedesmal für den Betrieb aus dem Schrank zu hieven, schadet meinem Kreuz und wahrscheinlich auch der Fräse, denn leicht kann sich doch etwas verstellen, wenn man das ganze Konstrukt zu oft bewegt.

Geplant ist als erstes einen Bürstenschuh aus Plexiglas zu fräsen, an den ein Staubsauger angeschlossen werden kann. Das kann ich dann hoffentlich schon im zweiten Teilprojekt dieser Projekt-Triologie zeigen.
Ob eine Umhausung als weiterer Staubschutz notwendig ist, werde ich dann sehen.






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