CNC Fräse Bauanleitung

Als Fräsen wird das spanabhebende Bearbeiten von Metallen, Kunststoffen oder Holz bezeichnet. Im Unterschied zum Drehen erfolgt die Schnittbewegung beim Fräsen durch die Rotation des Schneidewerkzeuges, während das Werkstück fest im Maschinentisch eingespannt ist. Um dem Werkstück die gewünschte Form geben zu können, ist eine Vorschubbewegung notwendig, die je nach Fräse entweder durch ein Verschieben des Maschinentisches oder durch das Bewegen des Fräswerkzeuges um das Werkstück herum erfolgt. Grundsätzlich wird dabei zwischen dem konventionellen Fräsen und dem CNC-Fräsen unterschieden.

  • Beim konventionellen Fräsen, das auch als hand- oder mechanisch gesteuertes Fräsen bezeichnet wird, regeln Kurbeln oder einfache maschinelle Einrichtungen die Vorschübe. Um die verfahrenen Maße abgelesen zu können, sind an den Kurbeln Skalen mit Nonien angebracht, wobei heute fast alle produktiv genutzten Fräsmaschinen mit optoelektronischen Wegmesssystemen ausgestattet sind. Der Wechsel der Werkzeuge erfolgt beim konventionellen Fräsen von Hand.
  • Beim CNC-Fräsen ist es möglich, Maschinen mit bis zu fünf Achsen über eine Steuerung zu programmieren. Die Achsen sind einzeln oder gleichzeitig mit Vorschüben geregelt und die Verfahrwege werden mithilfe von Glasmessleisten gemessen. Die Werkzeuge sind in einem Wechselmagazin untergebracht, das im Bedarfsfall automatisch aufgerufen wird. Ein Werkzeugwechsler tauscht die Werkzeuge dann aus. Durch die unterschiedlichen Achsen kann der Fräser in jedem beliebigen Winkel gegenüber dem Werkstück positioniert und gesteuert werden, so dass durch die CNC-Technik auch das Fräsen von 3D-Konturen realisierbar ist. Kennzeichnend für eine Fräsmaschine sind die Koordinaten des Arbeitsraums, die Antriebsleistung und die verfügbaren Drehzahlbereiche.

Eine CNC Fräse selber bauen?

CNC Fräse BauanleitungSelbst für einen erfahrenen und versierten Fachmann dürfte es eine große Herausforderung sein, eine CNC-Fräse selber zu bauen. Der Selbstbau einer CNC-Fräse erfordert nämlich umfassendes Fachwissen und ist zudem sowohl sehr zeit- als auch sehr kostenintensiv. Eine Alternative zum vollständigen Eigenbau besteht darin, eine bereits vorhandene Fräsmaschine auf CNC umzurüsten. Allerdings ist auch dies ein recht schwieriges Projekt, das Fachwissen voraussetzt und bei dem letztlich fraglich ist, ob sich der Aufwand tatsächlich lohnt. Die folgende Bauanleitung erklärt daher auch nur ganz allgemein, welche Bauteile der Hobbybastler benötigt und auf welche Punkte er achten muss, wenn er sich aus einer vorhandenen Fräsmaschine eine CNC Fräse selber bauen möchte.

Die Materialliste und die Bauanleitung für eine CNC Fräse

Um eine vorhandene Fräsmaschine auf eine CNC-Fräse umzurüsten, werden neben der Fräsmaschine benötigt:

  • Schrittmotoren und Endschalter
  • Schrittmotortreiberelektronik
  • Schrittmotorsteuerprogramm
  • CAD-Programm
  • PC

Und wie eine selbstgebaute CNC-Fräse aussieht und funktioniert, zeigt dieses Video:

Die Schrittmotoren

Für normale Anwendungen im Hobbybereich reichen in aller Regel Motoren mit etwa 1 Nm aus, die im Halbschrittbetrieb eingesetzt werden. Um die Motoren mit den Spindeln zu verbinden, kann beispielsweise eine Klauenkupplung verbaut werden. Wichtig dabei ist, dass Lager die Axialkräfte der Spindel abfangen, damit diese den Motor nicht beeinflussen. Günstige Schrittmotoren gibt es immer wieder als Rest- und Sonderposten im Fachhandel, wobei der Nennstrom der Motoren bei 1 bis 2A liegen sollte.

Die Schrittmotortreiberelektronik

Die notwendige Treiberelektronik dekodiert die Signale vom Computer und steuert auf dieser Grundlage den Strom durch die unterschiedlichen Motorspulen. Treiberelektronik gibt es fertig zu kaufen, erfahrene Hobbybastler können sie jedoch mithilfe von Leiterplatten, Bauteilsätzen und einer entsprechenden Bauanleitung auch selbst erstellen. Je nach Treiberschaltkreisen kann es dabei aber notwendig werden, den Kühlkörper mit einem zusätzlichen Gebläse zu unterstützen. Das verwendete Steuerprogramm gibt die Kabelbelegung zum Computer vor.

Das Schrittmotorsteuerprogramm

Die CNC-Fräse wird über ein Programm per Computer gesteuert. Hierbei stehen unterschiedliche Programme zur Auswahl, teils als kostenlose Downloads, teils als Kaufprogramme. Die Kontur, die gefräst werden soll, kann üblicherweise als HPGL- oder DIN-File eingelesen werden. HPGL-Files bieten den Vorteil, dass sie recht einfach erstellt werden können, allerdings können meist nicht alle Achsen gleichzeitig genutzt werden. DIN-Files hingegen ermöglichen ein zeitgleiches Fahren aller Achsen, sind jedoch recht schwierig zu erzeugen.

Der PC und die CAD-Software

Die meisten CNC-Programme laufen auf einem handelsüblichen Rechner. Vorteilhaft ist aber, wenn ein Game-Port vorhanden ist, denn in diesem Fall kann die Fräse über den Joystick auch manuell gefahren werden.

Mithilfe der CAD-Software wird die gewünschte Kontur gezeichnet und anschließend in ein File gedruckt. Beim Zeichnen muss jedoch der Durchmesser des Fräsers berücksichtigt oder mit einer Zusatzsoftware entsprechend korrigiert werden.

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