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4.1.3 Fräsplotter 3

Erstellt ab 14.09.2014

Ich habe mich entschlossen, meine X-Y-Z-Maschine gegen ein Strippenstrolch-Werbeschild aus massiver Eiche zu tauschen.

Und das kam so:

Mein Nachbar fragte mich, ob er sich meine X-Y-Z-Maschine ausleihen könne. Darauf hin wollte ich ihm die schenken, aber er lehnte das ab. Also kamen wir überein, einen Tausch zu vereinbaren.

X-Y-Z-Maschine gegen ein massives Strippenstrolch-Schild aus bester deutscher Eiche:


Unten links sieht man das Schild mit eingeschnitztem Logo. Darüber ist der Schaukasten zu sehen, in dem ich gerade ein paar Platinen präsentiert hatte.

Naja, der Nachbar hatte sehr gute Arbeit geleistet und ich finde also, es war ein fairer Tausch.
Hier noch einmal ein Bild von der X-Y-Z-Maschine, die ich eintauschte:


Nun aber hatte ich ja keine Maschine für weitere Versuche mehr.

Also überlegte ich, eine neue Maschine zu ersinnen, die auch von der Konzeption her etwas anders gestaltet sein sollte. Diese Maschine soll eine feststehende Werkstückaufnahme bekommen und auch bessere Linearführungen. Da ich inzwischen fest mit Linux arbeite und Windows so gut wie gar nicht einsetze (und wenn, dann nur über WINE), ist es natürlich nötig, dass ich das Linux-CNC-Paket einmal genauer unter die Lupe nehme.
Hier gibt es dieses Paket zum kostenlosen Download:

LinuxCNC.org

Aber natürlich muss auch ein Rechner her, der dann hinterher die Versuche mit dem neuen Fräsplotter ausführt. Dazu habe ich meinem betagten DELL-Notebook (INTEL Dual Core) LATITUDE D430 zunächst einen neuen Akku spendiert, den es bei Amazon für etwa 25 Euro zu kaufen gab:

Ich ludt mir also das CNC-System herunter und schrieb die ISO-Datei mit dem ISO-USB-Stick-schreibe-Programm auf eine alte 2GB SD-Karte. Diese Karte steckte ich in einen USB-Kartenleser-Adapter und dann das Ganze in das Notebook. Die Installation des CNC-Systems klappte auf Anhieb.

Dem System liegt Debian-Linux mit einem Xfce-Desktop zugrunde. Es ist also alles sehr herrlich bedienbar, ganz so, als hätte man noch Windows XP vor sich.

Also habe ich nun einen feinen Linux-Steuerungsrechner und muss nun auch einmal probieren, ob, das LinAxePad für die Programmierung der Picaxe darauf läuft. Ich bin da aber sehr zuversichtlich.

Dann wandte ich mich der Bauteilbeschaffung für den Fräsplotter #3 zu.

Einige Teile sind schon da:


Diese wirklich recht hochwertigen Linearführungen habe ich bei eBay gekauft.

Als erstes schraubte ich die Hölzer zusammen und es entstand ein Grundmodell, bei dem der Werkstückhalter nun fest auf der Grundplatte installiert ist. Diesen Werkzeugträger kann ich dann später mittels Gewindestangen noch in der Höhe variieren.

Dieser Entwurf sieht so aus:


Ich hatte ja schon in der letzten Woche meine Zahnriemenscheiben und ein den passenden Zahnriemen als Meterware bekommen und wollte heute Abend fröhlich und froh dabei gehen, und eine Riemenscheibe auf die Motorwelle des ersten Schrittmotors aufsetzen, da sah ich zu meinem Schrecken, dass die eingekauften Riemenscheiben dermaßen eiern, dass noch nicht einmal nötig ist, eine Mess-Uhr anzuhalten. Das Eiern ist so deutlich, dass man es ganz locker mit dem bloßen Auge sehen kann.

Ich kann diese Riemenscheiben daher nicht empfehlen und überlege nun, ob ich den Antrieb mit Gewindestangen bewerkstellige, oder einfach in der guten alten "Nüdeltechnik" mit einem feinen Stahlseil.

Ich bin mir heute morgen noch nicht so ganz im Klaren darüber.

Daher habe ich zunächst einmal einen meiner eingekauften Motoren an einen neuen Prototyp meiner Schrittmotorkarten angeschlossen, um dessen Performance zu testen:


Dabei kam heraus, dass der Motor mit der Karte 9.1.2 "Schrittmotortreiber mit Chopper" bei 24 Volt und eingestelltem Spulenstrom von 1 Ampere (im Stillstand) eine Schrittrate von 2000 Schritte pro Sekunde mitmacht.

Bei diesem Motortyp sind die 360 Grad einer Umdrehung in 400 Schritte aufgeteilt. Das bedeutet, dass der Motor also bis zu 5 Umdrehungen pro Sekunde ausführen kann.

Wenn ich also nun einen Gewindestangenantrieb konzipieren möchte, dann komme ich auf eine maximale Verfahrgeschwindigkeit von etwa 5 mm pro Sekunde bei einer M6-Gewindestange.

(Hier ist die Steigung 1mm)

Daher werde ich wohl zu M8 Gewindestangen greifen, auch aus dem Grund, weil die hier gerade noch herum liegen. Die eingekauften Motoren sind gut zu gebrauchen und hier erhältlich:


Das Preis-Leistungsverhältnis für diese Motoren zum Stückpreis von etwa 30 Euro würde ich als sehr gut bezeichnen.

Ich überlege noch ein Weilchen, und dann werde ich mal sehen, wie ich den Antrieb für die erste Achse konzipiere.

Wenn ich also einen Gewindestangenantrieb realisieren möchte, so ist es auch immer eine Herausforderung, die Gewindestange mittels einer Mutter an die Verfahrachse zu bringen. Eine einfache Gewindemutter in der Größe M8 ist etwas zu klein, um dort eine vernünftige Bohrung mit Gewinde einzubauen, also entschied ich mich diesmal für einen Verbinder für Gewindestangen, den man auch in jedem Baumarkt einkaufen kann.

(Außerdem, wer hätte es gedacht: Solch ein Verbinder lag hier gerade rum.)

Als Verbindungselement und Träger dieses Verbinders habe ich einen verzinkten Baumarkt-Winkel genommen und den Gewindestangen-Verbinder dort flach aufgelötet:


Natürlich lässt sich verzinkter Stahl sehr gut löten.

Dazu kann man getrost sein Elektroniklot verwenden, das funktioniert mittels eines Gasbrenners ganz hervorragend. Man darf nach dem Löten aber nicht wackeln und nicht pusten oder sonst was machen, sondern muss die Lötstelle ganz langsam von der Raumtemperatur abkühlen lassen.

Wenn man nach dem Erkalten der Löstelle das Ganze mit einer feinen Drahtbürste sauber macht, erhält man einen superguten "Führungswinkel", dessen Lötnaht richtig derbe fest und belastbar, sowie sauber und schön anzusehen ist:


Naja, und da inzwischen Frühstückszeit ist, gehe ich erstmal Brotzeit machen ... ;-)

Ich schraubte das alles zusammen und erstellte die erste Achse. Trotz sauberen Arbeitens und der Nutzung eines Kardangelenks eierte die Gewindestange. Es ist heutzutage ja fast unmöglich, eine fluchtente Gewindestange im Baumarkt zu erhaschen. Da wird viel zu viel daran herumgefummelt und dann haben diese Bauteile einen Schlag.

Also gehe ich jetzt dazu über, die gute, uralte "NÜDELTECHNIK" zu verwenden.

Natürlich ist es klar, dass die Motorwelle gehärtet und geschliffen ist. Dadurch aber wird sie sehr glatt, was zu einem unerwünschten Schlupf führen kann. Aber in einem anderen Projekt habe ich gesehen, dass dort ein Stückchen Gewindestange auf die Motorwelle aufgebracht wird und das Stahlseil dann darum "genüdelt" wird.

Ok, überlegen wir einmal:

Wenn ich also eine Gewindestange einsetze, die die Größe M6 hat, dann ergibt sich eine Steigung von 1 mm pro Umdrehung. (das ist ja so nach DIN-ISO-haste-nicht-gesehen genormt).

Der Umfang ist dann
U= PI mal D
PI ist gerundet 3,142

es ergibt sich der Umfang mit

U= 3,142 mal 6 mm ==> gerundet 18,85 mm

Wenn wir diesen Umfang dann durch 400 Teilen (wir erinnern uns, das waren die Schritte pro Umdrehung), dann kommen wir auf eine Auflösung von:

18,85mm / 400 ==> 0,0471

Also für die Gravur späterer Schildchen genau genug.
Jetzt haben wir aber noch das Problem, dass das Stahlseil natürlich seitlich auswandert, wenn wir die Gewindestange drehen. Es soll ja in jedem Gewindegang nur ein Stahlseil-Stückchen zu liegen kommen.

Ok, auch das lässt sich berechnen:

Ich habe es mit einem Arbeitsraum von 400mm zu tun, denn länger sind meine Linearführungen nicht. Also muss die Anordnung mit der Gewindestange diese 400 Millimeter Vorschub schaffen.
Um nun zu erfahren, wie lang die Gewindestange mindestens sein muss, teilen wir die 400 mm Vorschub durch den Umfang der Gewindestange:

400 mm / 18,85 mm ==> 21,22

Da jeder Gewindegang bei M6 genau 1mm groß ist, ergibt sich also eine Länge der Gewindestange von etwa 21,22 Millimeter.

Wenn wir das Stahlseil nun 4 mal um die Achse "nüdeln", dann kommen wir auf rund 25 mm Länge.

Also baue ich doch einfach ein Gewindestangenstückchen ein, dass eine freie Länge von 50 mm hat. Dann bin ich auf der sicheren Seite.

Ich habe mich also heute noch daran gemacht und die Antriebswelle fertig gebaut:


Wie wir sehen, sind dabei zwei wunderbare Stehlager "IGUBAL" von IGUS verbaut. die Firma Igus liefert auch an Privatleute und ich möchte Euch deren Shop nicht vorenthalten:

IGUBAL Stehlager mit Flansch

Auf der Welle gegenüber liegenden Seite habe ich aber bislang nicht solchen Aufwand getrieben. Ich drehte auf meiner Modellbau-Drehbank ein Laufrad aus Alu, dass auf einem Stehbolzen aus Stahl (verzinkt) läuft:


Diese Seite könnte später also noch Sorgen machen.
Die Antriebsseite jedoch ist sehr gut gelungen und eiert auch nicht.

Diese IGUBAL-Teile sind sehr gut und sollten in keinem Haushalt fehlen:


Bei der Konstruktion eines Seilzugantriebes sollte man die Idee, eine Angelsehne verwenden zu wollen, gleich begraben. Auch jedwedes Band, Packband oder auch Garn, und sei es noch so fest, ist ungeeignet. Es wird zu stark federn und wird trotz "Hobbyprüfung" zu elastisch sein.

Hier hilft nur ein echtes Stahlseil, das es bei eBay an vielen Stellen mit dem Durchmesser von 1mm und einer Belasbarkeit von etwa 60 kg zu kaufen gibt.

Ich habe nun also ein paar Meter von solchem Seil bestellt.

Wenn das hier eingetroffen ist, wird sich auch zeigen, wie gut der Seilzugantrieb funktioniert. Ansich hat man mit Bastelmethoden schon immer mit solch einem Antrieb den besten Erfolg gehabt. Aber es gab lange Zeit keine so feinen Seile für Bastler zu kaufen.

Nun bekommt man aber solche Seile nahezu überall und ich kann also mein Projekt aus dem Jahre 1985 fast 1 zu 1 umsetzen, wenn man einmal davon absieht, dass auch die Schrittmotoren ja viel viel besser und gleichzeitig günstiger geworden sind.

Die oben gezeigten Motoren hätten in 1985 noch weit über 100 DM gekostet. Völlig unerschwinglich für einen Auszubildenden, der ich ja in 1985 war. Heutzutage ist das alles viel besser geworden. Aber viel zu viele junge Leute investieren ja ihr Geld in immer neue Smartphones.

Naja, der eine hat das Hobby, der andere jenes. Oft werde ich gefragt, ob das hier alles nicht ein wenig teuer wäre.

"Naja", sage ich dann, "dem Harley-Fahrer, der seine Maschine jeden Tag in der Garage poliert, wird ja auch nicht vorgeworfen, dass sein Motorrad zu teuer sei."

Und wie der Harley-Fahrer seine Maschine jeden Tag poliert, so baue ich halt eine Fräse nach der anderen, bis ich mit meinem Werk zufrieden bin.

Heute ist die erste Achse mit einer Probefahrt in Betrieb gegangen:

 

Ich habe die Halterung der Gegenrolle zuvor noch einmal umgebaut:


Ich ließ den Schlitten also einige hundert mal hin und her fahren und erkannte zu meinem Schrecken, dass sich das Stahlseil mit der Zeit zerfastert. Und das, obwohl es ein gutes, teures Edelstahlseil war. Vielleicht war das die falsche Materialwahl, oder es könnte aber auch sein, dass die gewählte Gewindenstangengröße an der Motorspindel zu klein gewählt war.

Durch dieses Malheur hatte ich dann aber die Muße verloren, den Fräsplotter noch ein drittes mal aufzubauen. Ich zerlegt die gezeigte Konstruktion also wieder.

21.12.2015, also kurz vor Weihnachten:

Ich habe nun eine neue Mietwohnung und so ganz langsam kommt hier auch meine Werkstatt wieder in Gang. Da bot sich an, den Fräsplotter, Version 2 mit in diese Wohnung zu nehmen und einmal zu schauen, ob man daran noch etwas retten könnte.

Über das Basteln mit dem "alten-neuen" Fräsplotter erzählt dann eine neue Unterrubrik.


Ich nenne diese Unterrubrik weitehin aber "Fräsplotter 3",
sonst komme ich mit der Nummerierung durcheinander.

    
Viele Grüße,




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