CNC-Fräse

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Eine CNC-Fräse ist eine Fräse, die statt durch einen Menschen von einem Computer bedient wird.

In der Industrie werden CNC-Maschinen schon länger eingesetzt. Auch im Hobby sind CNC-Fräsen und auch Drehbänke im Kommen. Z.B. bei der Platinenherstellung sind sie eine große Erleichterung, lohnen sich aber erst nach sehr vielen Platinen

Der folgende Artikel richtet sich hauptsächlich, an Heimwerker, die einen Selbstbau einer CNC-Fräse ins Auge gefasst haben.

Vorteile

• Genauigkeit
• Sie arbeiten selbständig
• Formen wie z.B. Kreise sind mit konventionellen Fräsen, ohne zusätzliches Zubehör, wie z.B. Teilköpfe, nicht machbar
• Computer können mehr als 2 Achsen gleichzeitig verfahren

Nachteile

• Man muss sich in Programme einarbeiten, um dem Computer Vorlagen zu erstellen
• Hoher Preis

Arten von Fräsen

Es gibt grundsätzlich 2 verschiedene Arten von Fräsen:

• Portalfräsen, oder auch Bettfräsmaschinen
• Konsolfräsmaschinen

Portalfräsmaschinen

Eine Portalfräsmaschine hat einen großen Tisch, über dem sich das Werkzeug bewegt.

Dabei wird entweder der Tisch unter einem Portal vor und zurück gefahren, während auf dem Portal die Z-Achse nach rechts und links verfahren werden kann,
oder der Tisch steht fest, und das gesamte Portal kann nach vorne und hinten verfahren werden.

Sie ist eher geeignet für großflächige Arbeiten in weicheren Materialien, wie z.B.:

• Spanten für Schiffe und
• Rippen für Tragflächen aus Holz ausschneiden
• Isolationsfräsen auf Leiterplatten

Wenn die Fräse massiv gebaut ist, können auch NE-Metalle, hauptsächlich also Aluminium bearbeitet werden.

Konsolfräsmaschinen

Anders als bei den Portalfräsen bewegt sich hier das Werkzeug nicht, sondern der Maschinentisch und dadurch das Werkstück. Der Motor und die Spindel, mit der Werkzeugaufnahme, sind in einem massivem stationären Aufbau integriert. Dieser Aufbau ist häufig aus Grauguß.

Konsolfräsen sind meist stabiler und dadurch für die Bearbeitung von harten Materialien wie Stahl geeigneter.

Bestandteile

Für den Selbstbau sollte man sich eine Portalfräse vornehmen. Der Grundaufbau ist mit Maschinenbauprofilen relativ einfach zu realisieren.
Möchte man Stahl bearbeiten, sollte man statt einem Neubau, eine konventionelle Konsolfräse auf CNC-Betrieb aufrüsten.
Das hat auch den Vorteil, das man beim Bau schon fräsen kann. Für eine CNC-Fräse benötigt man:

Mechanik

1. Linearführungen
2. Gewindespindeln
3. Schrittmotoren
4. Wellenkupplungen oder Zahnriemenräder
5. Frässpindel

Linearführungen

Sie lagern die beweglichen Teile.
Die gebräuchlichsten Arten sind:

• (unterstütze) Rundstähle mit Gleit- oder Linearkugellagern
• Wälzführungen z.B. von Bosch Rexroth, oder THK

Wer sehr wenig Geld ausgeben will, kann auch Schubladenschienen nehmen. Aber dann bekommt auch nur die Qualität die man bezahlt.

Gewindespindeln

Sie übersetzen die Drehbewegung der Antriebsmotoren in eine lineare Bewegung.
Auch hier hat man verschiedene Möglichkeiten:

• Gewindestangen: Sehr günstig, aber auch mit größeren Toleranzen, und nur geringen Steigungen
• Trapezgewindespindeln: Größere Steigungen, massiver, deshalb weniger Durchbiegung. Steigungstoleranzen gering.
• Kugelumlaufspindeln: Sehr teuer, wie Trapezgewinde, aber verschwindend geringes Umkehrspiel, wenig Reibung

Schrittmotoren

Sie erzeugen eine sehr genaue Drehbewegung, üblicherweise haben sie eine Auflösung von 1,8°. Ausserdem haben ein großes Haltemoment. Für weitere Informationen siehe Schrittmotoren

Wellenkupplung

Sie verbinden die Gewindespindeln mit den Schrittmotorachsen. Alternativ auch möglich:

Zahnriemengetriebe

Statt einer direkten Verbindung von Motor und Spindeln, kann man auch ein Zahnriemengetriebe verwenden.
Der Vorteil dabei: Man muss nicht auf absolut parallele Ausrichtung der Elemente achten.
Ausserdem kann man evtl. eine Untersetzung einbauen, um die Präzision weiter zu erhöhen.

Frässpindel

Die Frässpindel spannt das Werkzeug ein, und treibt es an.
Hier kann man verschiedene Wege gehen:

• Fertige Frässpindel, z.B. von Kress
• Dremel(-klon)
• Frässpindel einer Oberfräse

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Elektronik

1. Schnittstelle zum Computer über LPT
2. Schrittmotortreiber
3. Zusätzliche Logik und Relais

Computer

Als Steuerungscomputer kommt nur einer in Frage, der einen Parallelen Anschluss hat.

1. CAD-Programm
2. Programm zum Umsetzen der Zeichnung in G-Code (CAM)
3. CNC-Steuerung (Programm das G-Code in Taktsignale für die Endstufe umsetzt)

Autor(en)

--BurningBen 17:15, 6. Apr 2009 (CEST)