Motorisierter Routerlift

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Der Lift
Das Projekt
  • Schwierigkeit
    mittel
  • Kosten
    250 €
  • Dauer
    Mehr als 4 Tage
  • Öffentliche Wertung

Es war mal wieder an der Zeit, dem Spieltrieb freien Lauf zu lassen, also habe ich mich an ein größeres Projekt gewagt, und mir ein paar Herausforderungen gestellt.
Es sollte ein Lift für eine Oberfräse in die Tischerweiterung meiner Kreissäge eingebaut werden. Es sollten hierfür Elemente verwendet werden, die bei mir rumliegen, und es sollte eine Herausforderung sein. Also kam es nicht in Frage, ein Projekt aus dem Internet einfach nachzubauen. Das hat nichts damit zu tun, dass ich glaube, dass ich es besser machen würde (sicher nicht), aber ein Projekt soll eine Herausforderung sein, und ich will etwas lernen. Und indem man etwas selber (falsch) macht, lernt man am besten…
Also kam auf den Wunschzettel
- Motorisierte Höhenverstellung
- Fräserwechsel ohne unter den Tisch zu krabbeln
- Gute Führungen
- Stabile Ausführung
- …

Los geht's - Schritt für Schritt

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Planung

Die Konstruktion
Das Trapezgewinde
Die MGN 12 Führungen
Die Fräsplatte
Die Einzelteile zur Spindelblockierung
Servo zum Blockieren der Spindel

Konstruiert wurde das Ganze in Fusion 360. Wobei ich nicht weiß, ob das Wort „konstruiert“ das Richtige ist, da ich doch eine sehr eigenwillige Art habe, solche Sachen zu „konstruieren“….

Die ersten Gedanken habe ich an die Höhenverstellmechanik verschwendet. Erst wollte ich mit Trapezgewinde (wie sie bei 3D Druckern verwendet werden) oder mit normalen Gewindestangen die Drehbewegung vom Steppermotor auf den Maschinenhalter übertragen. Habe aber schnell einsehen müssen, dass ich hiermit die gewünschte Positionier- und Wiederholgenauigkeit nie erreichen werde. Also habe ich mir schnell in China eine Kugelumlaufspindel bestellt. Die hat die Genauigkeit, die Selbstklemmung und auch sehr geringes Umkehrspiel, so dass ich die Steppermotorimpulse für die Positionserfassung nutzen kann, und keine externe Positionserkennung benötige.

Als Führung habe ich MGN 12 Führungen genutzt. Stabil, präzise und vor allem vorhanden

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Der Rahmen

Der Rahmen
Achsaufnahme zum Ausrichten
Grundplatte mit Passstift

Da ich auch noch einige 4040 Aluprofile (wie der Name unschwer erraten lässt handelt es sich um ein 40x40 mm Aluprofil) rumliegen hatte, habe ich hieraus einen Rahmen gefertigt, der die Fräse tragen soll. Dieser Rahmen wird dann mit dem Tischträger verbunden und stellt die Basis meines Lifts dar.

Da ich schnell erkannt habe, dass ich eine Möglichkeit finden muss, die Oberfräse auszurichten, damit der Fräser rechtwinklig zur Tischoberfläche steht, habe ich auf den Alurahmen eine Holzplatte gesetzt, die über einen Drehpunkt (Passstift 8mm) einen der beiden Winkel einstellen kann. Der andere Winkel wird durch das Kippen des Alurahmen eingestellt. (Ich habe jetzt im Netz einen Routerlift gesehen, der den Fräser definiert schwenken kann, um schräg zu fräsen. Keine Ahnung ob ich das jemals brauchen werde, aber dies ist jetzt auf die ToDo Liste für die Version 2.0 gelandet, natürlich motorisiert)

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Die Führung

Die Grundplatte
Der Rahmen und die Grundplatte vor der Montage
Die Spindel mit der Grundplatte

Auf die Grundplatte habe ich die beiden Führungsschienen (100 mm lang) geschraubt. Ich weiß dass der Verfahrweg viel zu groß ist, aber wie oben schon erwähnt, lagen die Führungsschienen bei mir rum und haben sich gelangweilt.

Dann habe ich noch die beiden Lagerblöcke für die Spindel auf die Platte geschraubt. Hierzu habe ich jeweils M6 Einschraubmuffen in die Platte eingedreht.

Um eine maximale Verwindungssteifigkeit zu erreichen, habe ich mich entschlossen pro Führungsschienen zwei Lagerblöcke zu nutzen. Wahrscheinlich überdimensioniert, aber schön ist es…


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Die Trägerplatte

Die Trägerplatte montiert auf der Grundplatte
Die Trägerplatte vor der Montage
Die Trägerplatte gebohrt
Zwischenlagen
Fertig montiert

Auf die Führungsblöcke kommt dann die Trägerplatte, auf der der eigentliche Werkzeugträger befestigt wird. Um den richtigen Abstand zwischen Grundplatte und Trägerplatte zu erhalten, habe ich noch Zwischenlagen gedruckt, die zwischen die Trägerplatte und die Lagerblöcke kommen. An diesen Werkzeugträger wird auch die Mutter der Kugelumlaufspindel befestigt und wird somit bei Drehung der Spindel nach oben und unten verschoben. Hier muss natürlich aufgepasst werden, dass die Teile zueinander perfekt aufgerichtet sind, sonst klemmt es irgendwann.

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Der Werkzeugträger

Der Werkzeugträger, gefräst und geklebt.

Um den Werkzeugträger zu realisieren, habe ich das Aufnahmeloch mit der CNC Fräse in 3 MDF Platten gefräst, und diese Platten dann verleimt, um einen Block mit einer Dicke von 50 mm zu erhalten.
Der Block wurde dann mit der Bandsäge aufgesägt um die Fräse zwischen den zwei Halbkreisen einzuklemmen.

Der komplette Block wird mit der Trägerplatte verschraubt.

Leider habe ich es verpennt die einzelnen Schritte zu fotografieren .....


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Die Fräserklemmung

Die Einzelteile
Das Ganze montiert

Um die Welle der Oberfräse zu blockieren, wenn der Fräser gewechselt werden soll, habe ich einen Servomotor mit einem Zahnrad ausgerüstet, welches eine Zahnstange vor und zurück bewegt. Am vorderen Ende der Zahnstange habe ich eine Schraube mit eine Feder platziert. Die Schraube drückt auf den Knopf auf der Oberfräse, der die Welle blockiert. Da aber dieser Knopf nur in einer bestimmten Position der Welle diese blockieren kann, ist die Schraube federgelagert und wenn die Welle von oben gedreht wird, schnappt der Druckknopf federgelagert ein, wenn die Position erreicht wurde.
Die nötigen Teile habe ich mit dem 3D Drucker gedruckt.
Der Servomotor wird seitlich am Werkzeugträger angeschraubt und bewegt sich mit der Oberfräse nach oben und unten. Dadurch ist der Mechanismus immer auf der richtigen Höhe in Bezug auf die Fräse.



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Endschalter

Hallsensoren
Sensor montiert im Arm, Magnet in Trägerplatte
Der Hallsensor im Halter

Um sicherzustellen, dass die Oberfräse nicht zu hoch rausgefahren wird (und an die Fräsplatte stößt) oder zu weit nach unten, und aus den Führungsschienen läuft), habe ich zwei Endschalter eingebaut. Da ich befürchte dass mittelfristig eine Menge Staub beim Fräsen auftreten wird, habe ich mich hierbei gegen normale mechanische Schalter entschieden, und habe stattdessen Hallsensoren verbaut. Dies sind elektronische Bauelement die auf Magnetfelder reagieren. Hört sich im Moment kompliziert an, ist aber genauso einfach wie ein mechanischer Schalter: Die von mir verwendeten Sensoren sind als unipolare Schalter ausgeführt, das Bauteil hat drei Anschlüsse: Plus, Minus und den Schaltausgang (+ wenn ein Magnetfeld erkannt wird, - wenn kein Magnetfeld erkannt wird). Diese Sensoren werden unter anderem in der Automobilindustrie sehr häufig eingesetzt um Positionen abzufragen (ist der Gurt angelegt?, sind die Türen/Fenster geschlossen?, Steuerung von Klappenstellungen im Motor, etc). Die von mir verwendeten Sensoren sind in TO 92 Gehäusen geliefert und ich habe hierfür Halter mit dem 3D Drucker gedruckt in denen die Sensoren platziert sind, und die am Alurahmen verschiebbar befestigt sind.
An die Trägerplatte kommt dann noch ein Magnet geklebt und die Endschalter sind fertig.



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Die Steuerung

Der Schaltplan

Um das Ganze auch noch funktionieren zu lassen, müssen die verschiedenen Elemente angesteuert werden, und was eignet sich besser hierfür als ein Arduino. Ich habe hierzu einen Arduino Nano verwendet. Als Anzeige habe ich eine LCD Anzeige mit 4 Linien a 20 Zeichen gewählt und als Eingabe eine Rotary Switch um die Einstellungen vorzunehmen. Des Weiteren habe ich einen Start und Stoppschalter für die Oberfräse verbaut. Hier der Schaltplan.

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Die Steuerung

Routerlift. Der erste Test.
Der Lift im Tisch montiert

Das Programm steuert die Freigabe der Oberfräse (um nicht versehentlich die Fräse einzuschalten, wenn man gerade dabei ist, den Fräser zu wechseln), den Stepper Motor für die Höhenverstellung (über einen TB6600 Stepper Driver), den Servomotor für die Wellenblockierung, die Hallsensoren sowie den LCD und die Schalter.
Der Programmablauf ist folgender:
a. Initialisierung
b. Speichern der aktuellen Position
c. Anfahren des Endschalters oben um die Nullposition des Systems zu erfassen
d. Nullpunkt auf den im EEPROM gespeicherten Nulllevel setzen
e. Die gespeicherte Position (zweiter Schritt) anfahren
Dadurch verliert das System nicht die Position, selbst wenn das System zwischenzeitlich ausgeschaltet wurde. Dies muss natürlich mit Vorsicht betrachtet werden, da nicht sichergestellt werden kann, dass nicht die Steppermotorwelle sich verstellt hat, als kein Strom anlag. Es würde dann zwar noch die „richtige“ Position angezeigt werden, aber diese würde nicht mehr der Position entsprechen, bei der das System ausgeschaltet wurde.
Im „Normalzustand“ zeigt die LCD die aktuelle Höhenposition des Fräsers an. Drückt man auf den Drehschalter kommt man in das Bedienmenü. Hier hat man 5 Punkte zur Auswahl:
1. Höhenverstellung
zum manuellen Verstellen der Höhe des Fräsers
2. Werkzeugwechsel
zum Wechseln des Fräsers
3. Nullen
zum Einstellen des Nullpunktes = Oberkante Fräser = Oberfläche Tisch)
4. Homing
zum manuellen Anfahren des Maschinennullpunktes (oberer Endschalter)
5. Zurück



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Der Einbau

Die Frässchablone auf dem Tisch plaziert
Fräsen
Die Auflage für die Fräsplatte ist gefräst
Die Fräsplatte liegt sauber im Tisch
Der Hauptschalter

Nun musste noch die Fräsplatte in den Tisch versenkt werden. Hierzu habe ich natürlich meine selbstgebaute Frässchablone benutzt.

Dann noch einen Hauptschalter installiert, der das ganze System bei Nichtgebrauch vom Netz trennt, und dann kann es auch schon losgehen.

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Fertig

Der fertige Frästisch
Die aktuelle Höhenposition
Das Menü (beim Aufrufen vom Menü wird die Fräse stromlos geschaltet, damit sie nicht gestartet werden kann, wenn man sein Finger am Fräser hat)
Fertig zum Fräsen

Es ist vollbracht. Was jetzt noch fehlt, ist ein Anschlag mit integrierter Absaugung.


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