Spindelmontage

Der Abschied vom Kress-Motor macht Fortschritte, in den letzten paar Tagen habe ich mich mal ein wenig um die Montage der China-Spindel gekümmert. So sieht die Z-Achse meiner Maschine ohne Spindelmotor, Spindelmotoraufnahme und Abdeckblech aus:

Und da muss jetzt eine Konstruktion daran, die diese Halterung irgendwie trägt:

Die Lösung ist eine dicke Aluplatte, die an den serienmäßigen Anschraubpunkten befestigt wird. Erstmal ein Dummy aus Spanplatte gebaut:

Nach dem erforderlichen Abgleich zwischen meinen Messkünsten und der Realität durfte das Ganze dann in 10mm AlMg3 Gestalt annehmen:

Die Spindelhalterung bekam sechs 8mm-Bohrungen, durch die sie mit der Grundplatte verschraubt wird:

Eine erste Anprobe zeigt - scheint so zu klappen, wie ich mir das gedacht hatte:

Dazu kommen jetzt noch zwei Seitenteile aus 6mm AlMg3, die als Späneschutz für die Achsenmechanik dienen und die dicke Platte noch ein wenig stabilisieren. Flugs ein paar Zwingen aus der Schreinerei geborgt, um die Seitenteile zum Anreißen der Bohrpunkte in den Seiten des dicken Blechs zu fixieren:

So sieht das Ganze dann nach dem Zusammenbau aus. Noch ein wenig Schleifarbeit, ein bisschen Oberflächenbehandlung und der mechanische Teil der Angelegenheit ist fertig:

Die Alubleche habe ich übrigens fertig zugeschnitten im neuen Online-Shop von Gemmel Metalle bestellt. Hat gut funktioniert; das Material ist maßhaltig, sauber gesägt, bezahlbar und ziemlich zügig da. Guter Laden, die kriegen jetzt öfter Geld von mir.

Irgendwas is ja immer

Hab ich heute Rohmaterial für die Halterung der Chinaspindel bekommen und wollte das Ganze mal in Holz probefräsen. Fräse eingeschaltet, referenziert. Z-Achse fährt prima, Y-Achse fährt prima, X-Achse auch - nur leider stoppt die nicht am Endschalter, sondern kracht hässlich in die Begrenzung. Ob da der Endschalter nicht manierlich schaltet? Erstmal die Abdeckung der Achse soweit wie möglich entfernt:

Das Ohmmeter spricht eine deutlich Sprache: Kontaktsicherheit war gestern. Der Schalter schaltet nur noch bei jedem dritten Betätigungsversuch. Also raus damit:

Mail an den Hersteller der Maschine mit Bild von dem Schalter ist raus, jetzt bin ich mal gespannt, wie lange das dauert und wie kulant BZT sich so zeigt.

Gekniffen

Seit einiger Zeit suche ich nach einem gescheiten Kompressor. Also so ein Druckluftdings, das ein bisschen was kann. Nicht so eine 200-Euro-Baumarktmöhre, sondern einen, mit dem mal auch ein bisschen sandstrahlen und stressfrei lackieren kann. Was ein bisschen Fördervolumen bedingt. Bei dem hier allerdings habe ich's nicht fertiggebracht mitzubieten:

Ein Vierzylinder-Verdichter. Mit einem 22 kW-Bauknecht-Motor als Antrieb. Das hat mal Eier, das Ding.
Weggegangen ist er für lächerliche 303 Euro (erwähnte ich schon, dass gute Kompressoren, auch uralt, üblicherweise eine Schweinekohle kosten?). Dafür hätte man zum Abholen auch bis nach Thüringen fahren können. Eigentlich. Wenn ich nicht gekniffen hätte...

Zum Glück gibt's Druckluft

Im Zuge der aktuellen Umbaumaßnahmen an der Fräse hab' ich heute mal gründlich sauber gemacht und im Zuge dessen auch man den Steuerrechner geöffnet. Da drin sah's nicht so richtig schön aus:

Das tat mal Not, würde ich sagen. Druckluft sei Dank war die Sauerei in kürzester Zeit Geschichte.

Oder auch so

Wenn man den Wald vor lauter Bäumen nicht sieht, dann kommt man auch auf so exotische Verbinder wie die vierpoligen Beldens aus dem letzten Beitrag. Man könnte natürlich auch einfach vierpolige Speakons nehmen, die sind sowieso da. Und sind bis 30A spezifiziert. Und überhaupt.

Spindeltausch

Nach nunmehr drei Jahren massiver Lärmbelästigung durch den Kress-Fräsmotor steht der Umbau auf eine neue Spindel an. Gewiss, die Profis werden aufheulen, aber etwas anderes als ein Produkt aus dem Reich der Mitte ist nicht wirklich finanzierbar. Nach reichlich Wühlen in der Forenlandschaft und auf Seiten von Leuten, die sich scheinbar damit auskennen, bin ich nunmehr stolzer Besitzer einer "China-Spindel", und zwar der Variante mit 2,2kW Nennleistung und Wasserkühlung. So sieht das Ding aus, daneben liegt die passende Guss-Halterung. Ich bin mal gespannt, ob meine Z-Achse das trägt, ohne eine verstärkt Feder einzubauen - das sind immerhin so sieben Kilogramm:

Selbstverständlich kommt das Spitzenerzeugnis fernöstlicher Ingenieurskunst nicht ohne ein paar Modifikationen in die Maschine. Dazu zählt vor allem der Austausch des serienmäßigen Steckverbinders gegen einen Typen, der den anhängigen Strömen und Spannungen auch gewachsen ist. An dessen Stelle treten tritt nunmehr eine gescheite vierpolige Verbindung von Belden:
Einbaustecker
Kupplung
Und außerdem gibt's eine richtige Erdung für das Gehäuse des Spindelmotors. Das Bild zeigt den Serien-Verbinder (bei uns nimmt man sowas als Mikrofonanschluss):

Die Spindel läuft dreiphasig mit 220 Volt an einem Frequenzumrichter, der zum Lieferumfang gehört. Über die Maschine gehen die Meinungen auseinander, jedenfalls scheint das Ding im Wesentlichen zu funktionieren. Auch ist die Realisation einer Drehzahlsteuerung via Mach3 (das Programm, das die Maschine steuert) kein Hexenwerk. Prinzipiell bin ich allerdings darauf vorbereitet, im Falle eines Falles auf einen gebrauchten Lenze, Siemens oder Danfoss umzusteigen.

Derzeit stricke ich noch an der Wasserkühlung für die Spindel. Ich verlasse mich mal nicht auf die übliche "Kanister plus Aquariumpumpe"-Lösung, sondern baue was mit der Umwälzpumpe aus einer Heizungsanlage. Dazu in Kürze mehr.

Da staunste

Manchmal hilft es ja doch, sich mit jemandem zu unterhalten, der sich mit sowas auskennt. Was mir bezüglich CNC-Fräsen neulich in Gestalt von Stefan Strohmetz von stst widerfuhr. Der sehr durchdachte Plattenspieler baut (und vermutlich noch mehr) und definitiv was zum Thema Fräsen zu sagen hatte. Und mir in Sachen Werkzeug auch mal gleich mal mächtig aufs Fahrrad half.

Kurz gesagt: Stefan Strohmetz hat mir geraten, Holz und Alu mit einschneidigen Fräsern zu bearbeiten und Entsprechendes in die Post getan. Resultat: Ich bin begeistert. Wenn ich auch noch nichts anderes als MDF probiert habe. Das läuft im Moment bei einer Zustellung von 6mm mit einer Geschwindigkeit von 2,4m/Sekunde - das ist sechsmal so schnell wie das, was ich bisher zustande gebracht habe und noch lange nicht das Ende der Fahnenstange. Sehr großartig, das bringt die ganze Sache für mich erheblich weiter.

Beinahe-Unfall

Kriege ich gerade einen aufgeregten Anruf von einem Kollegen: "Im Keller brennt's, auf deiner Fräse ist Feuerwerk!". Das Blöde war: Er hatte Recht. Auf der Maschine lag gerade ordentlich 27er Birke-Multiplex und wollte per 10mm-Fräser in diverse Lautsprecherfüße verwandelt werden. Und da ich nur einen hinreichend langen Fräser habe, wurde es eben besagter 10er. Bekanntermaßen kommt mit der Routine die Nachlässigkeit, und das war's auch hier. Nach einer guten halben Stunde wurde das Werkzeug offensichtlich so heiß, dass es das Werkstück in Brand gesteckt hat. Ich hab' die Platte noch so gerade mit angehaltener Luft von der Maschine bekommen und nach draußen verfrachtet. In der Zwischenzeit schwelten auch schon die Späne auf der Unterlage, aber das war per Kehrschaufel und Handfeger noch in den Griff zu kommen.
Die Mengen von Qualm und Gestank, die so eine Panne erzeugt sind übrigens absolut beachtlich und es wird bestimmt noch einen Tag dauern, bis man in der Werkstatt wieder halbwegs gucken und atmen kann - trotz eingeschalteter Absaugung.

Umzug

Das letzte Jahr hat die Fräse in der verlagseigenen Metallwerkstatt gestanden. Das war okay so und hätte auch weiterhin so bleiben dürfen, wenn sie denn in erster Linie Metall bearbeitet hätte. Hat sie aber nicht, der Anteil an Holzbearbeitung überwog bei Weitem. Und dementsprechend sah's in der Metallwerkstatt immer aus: Man kann's drehen und wenden wie man will, so eine Maschine ist eine Riesensauerei. Und so kam nicht nur seitens der Kollegen der Wunsch auf, für die CNC ein besseres Zuhause zu finden. Jetzt ist sie auf dem Wege in einen wenig genutzten Nachbarraum, und da habe ich auch gleich eine Art "Staubkabine" gebaut: eine an ein Carport erinnernde Konstruktion aus Vierkanthölzern. Seitlich hängen überlappend Bahnen aus einer stabilen Kuststofffolie (Gewächshausfolie) herunter, unten mit Dachlatten-Abschnitten beschwert. Das "Dach" besteht aus Rauhspund.
Der Unterbau der Fräse steht schon da wo er hin soll, die Maschine selbst noch nicht. Dafür muss ich noch ein paar Leute zum Schleppen mobilisieren und die Frage klären, wie das Ding durch die Tür kommt - einfach so geht's nicht, dafür ist die Maschine zu groß.

Untergrund

Es wurde mal allerhöchste Zeit für einen neue "Opferplatte" - die erste kann ich mittlerweile als abstraktes Kunstwerk verkaufen.. Also habe ich heute mal eine neue 19er MDF-Platte auf die Fräse geschraubt und, im Gegensatz zum letzten Mal, ein bisschen Überlegung in die Sache investiert.Deshalb ist diese Platte größer als die letzte; sie ist so angeordnet, dass die Spannpratzen beim Fixieren des Werkstücks keine große Lücken überspannen müssen.
Dann habe ich sie überfräst, um eine wirklich ebene Oberfläche zu bekommen und rundherum gibt's eine angefräste Kante, die künftig als präzise und rechtwinklige "Anlegekante" für die Werkstücke dienen wird.

@Jan: Herzlichen Dank für den Tipp mit Sheetcam TNG, das sieht in der Tat nicht uninteressant aus; außerdem isses bezahlbar. Ich lad' mal die Demo runter und spiele ein bisschen damit.

Kleines Update

Richtig - es ist ziemlich still hier. Was nicht daran liegt, dass die Fräse nichts zu tun hat, ganz im Gegenteil: Wie zu erwarten war, hat sie sich bei der Lautsprecherproduktion für die Klang+Ton bereits ziemlich unentbehrlich gemacht. Eigentlich war das so ganz beabsichtigt nicht, aber was soll's - wenn sie doch schon mal da steht. Das aber ist jetzt nicht so spannend, dass ich dauernd darüber berichten müsste.

Derzeit ist die Maschine außerdem dabei, das eine oder andere meiner Projekte fürs diesjährige Frickelfest Realität werden zu lassen. Da gäbe es zwar durchaus Zeigenswertes, aber ich möchte die Überraschung nicht torpedieren. Von daher bitte ich um Nachsicht dafür, dass es diese Ergebnisse erst Anfang Juni zu sehen gibt.

Ein paar generelle Dinge sind aber durchaus berichtenswert.
Zuerst einmal der Umstand, dass die Entscheidung für die Maschine die richtige war. Mittlerweile bin ich heilfroh über die stabile und allürenlose Konstruktion, die ihren Job absolut klaglos macht - zumindest von der mechanischen und elektrischen Seite her. Stabilität, Präzision - alles bestens.

Etwas ambivalenter sieht's beim Thema Software aus. Qcad als Zulieferer für zweidimensionale Zeichnungen - Spitze. Mach3 als Maschinensteuerung tut's, von ein paar seltenen und (mir jedenfalls) nicht erklärlichen Hakeligkeiten abgesehen, auch.
Hingegen nicht der Weisheit letzter Schluss ist das CAM-System "Cut 2D". Gewiss, im Großen und Ganzen funktioniert das zwar auch, aber an dieser Stelle hege ich durchaus den Wunsch nach einem Paket mit ein paar Fähigkeiten mehr. Da wäre zum Beispiel der Umstand, das Cut 2D für jeden Job nur eine konstante Vorschubgeschwindigkeit kennt. Das ist nicht praxisgerecht. Nehmen wir zum Beispiel schnödes MDF: Ich fahre in den Deckschichten mit maximal einem Drittel des Vorschubes wie im tieferen Material; eine programmierbare Anpassung dafür fände ich extrem mützlich, so muss ich diesen Parameter immer on the fly beim Fräsen mit Mach3 ändern. Geht zwar, ist aber lästig.
Dann würde ich eine intelligentere Berechnung der Fräsbahnen begrüßen. Der Code von Cut 2D enthält einfach zu viele unnötige Leerfahrten, was die Bearbeitungszeit mitunter erheblich verlängert.
Gerade in dem Zusammenhang muss ich zugeben, dass ich anfangs falsche Vorstellungen von den Zeiträumen hatte, in denen die Maschine fertige Werkstücke liefert: Die Bearbeitung dauert erheblich länger, als ich es erwartet hätte.

Missen jedenfalls möchte ich das gute Stück auf keinen Fall mehr. Mittlerweile kann ich auch Beschriftungen gravieren und reine Bohrjobs erledigen, was die Möglichkeiten natürlich deutlich erweitert. Ich sehe zu, dass ich die Tage mal wieder ein paar Bilder hier hinein bekomme.

Angesaugt

Heute gab's ein bisschen 18er Multiplex auf den Tisch des Hauses. Sinn der Sache war es, mal eine simple Absaugvorrichtung zu bauen. Mittlerweile sieht unsere Metallwerkstatt nämlich aus wie Sau, obwohl ich beim Fräsen immer mit den Staubsauger laufen hab. Manuelles Mitführen funktioniert zwar so halbwegs, man kann die Maschine dann aber nicht alleine lassen, und das nervt. Die übliche Absauge ist ein Adapter, der unten an die Motoraufnahme geschraubt wird; nebenan sitzt ein passendes Loch, in den der Absaugschlauch gesteckt wird, durch einen Kanal zwischen beiden werden Luft und Dreck durch eine Öffnung rund um die Welle des Fräsmotors angesaugt. In der Theorie. Zwei Multiplexbrettchen mit den erforderlichen Ausnehmungen waren schnell gemacht und montiert.
Das erste Problem, dass sich dabei einstellt ist der Umstand, dass nun pausenlos die Spannpratzen für die Werkstücke im Weg sind, das ist schon mal nicht so schön. Deshalb ist die MDF-Platte, die ich zu Testzwecken sechseckig gefräst habe, auch mit einer zentralen Schraube am Untergrund befestigt - anders ging's nicht. Der Erfolg der Angelegenheit ist erst einmal bescheiden, wie das vorletzte Bild zeigt. Das Ding saugt zwar eigentlich ganz ordentlich, der Löwenanteil des Drecks geht aber seitlich vorbei. Das ändert sich erst dann, wenn der Raum zwischen dem Ansaugflansch und dem Werkstück eng wird, will sagen: bei großer Eintauchtiefe. Dann fängt die Angelegenheit auch den größten Teil der produzierten Späne. Nur isses dann eigentlich schon zu spät, weil die Maschine schon großflächig eingesaut ist...
Das ist ein Anfang, aber noch nicht wirklich befriedigend.

Boxbude

Eigentlich wollte ich ja verhindern, dass die Fräsmaschine sofort für diverse Klang + Ton-Lautsprecherprojekte eingespannt wird und in erster Linie irgendwelche gestuften Durchbrüche in MDF produziert. Auf der anderen Seite: Wenn sie doch schon mal da steht...

Bohren mit der Fräse

Größere Mengen zu schneidender Gewinde in diversen Blechen stehen an, in erster Linie Kleinkram in M3, M4 und M5. Also gilt es mit 2,5mm, 3,3mm und 4,2mm vorzubohren. Die Bohrer habe ich bei meinem Lieblings-Werkzeugdealer ohne Probleme bekommen, aber so ganz trivial ist das weitere Vorgehen nicht: Ein Fräsmotor hat kein Bohrfutter, in das man die Bohrer so mal eben einspannen kann. Selbst wenn man ein passendes Futter auftreiben könnte: Das würde so dick auftragen, dass der Bohrer kaum unter dem Portal hindurch passen würde.
Die einzig denkbare Lösung für solche Maschinen: Ein passende Spannzange für jeden zu spannenden Durchmesser. Glücklicherweise ist die Auswahl für den Kress-Motor da so klein nicht, und so konnte ich meinen bisherigen Vorrat um 2,5mm und 4,5mm ergänzt. In die 4,5er passt der der 4,2er Bohrer noch ohne Probleme, die bereits vorhandene 1/8"-Zange kommt mit 3,2mm auch bestens zurecht. Nachteil: Zwei Spannzangen, zwei Überwurfmuttern, Versand: mal eben 55 Euro weg. Okay, dafür ging's schnell: vorgestern Nacht bestellt, heute morgen da.

Späne

Hatte die letzten beiden Abende Besuch von Jochen, und der hatte viel spanbares Material im Gepäck - davon haben wir dann auch weidlich Gebrauch gemacht. Buche Leimholz (mit anderen Worten: Lautsprecherfronten) erwiesen sich als ziemlich gut zu bearbeiten, auch ein 10er Fräser fährt in dem Material mit ganz ordentlich Vorschub problemlos. Vorschub muss hier auch sein, sonst fangen die Späne Feuer. Riecht zwar gut, macht das Werkstück aber nicht besser.
Bei 5mm Aluminium (wenn ich mich nicht täusche AlMg4.5) hab ich mich mal an den Tipp mit höheren Vorschubgeschwindigkeiten (2m/min) und geringe Zustellung (0,2mm) gehalten; das funktioniert ganz gut, dauert aber. Mit einem 3er Fräser 46 Löcher mit 10 mm Durchmesser fräsen dauert gute drei Stunden.
Die PVC-Platten auf dem zweiten Bild lassen sich ausgezeichnet bearbeiten, in dem Zeug fühlte sich ein 5er VHM-Fräser ziemlich wohl.

Was mit nicht recht gefallen will ist der Umstand, dass die Maschine ab und zu ein paar seltsame Zicken macht. Manchmal macht's beim Zurückfahren in die Nullposition ein unschönes Geräusch, die X-Achse klemmt und alle drei Maschinenkoordinaten sind genullt. Sehr seltsam. Danach ist die Maschine verfahrbar, als ob nichts gewesen wäre. Werde wohl mal mit BZT telefonieren müssen.

Lesestoff

So ab und zu darf man sich schon darüber freuen, was das Netz an kostenlosen Schätzen bereit hält. Da wäre zum Beispiel das Zerspanungshandbuch der Firma Garant, das sind satte 876 Seiten Materialkunde und Verfahrenstechnik für zerspanende Materialbearbeitung. Auch an dieser Stelle noch mal meinen Dank für diesen exzellenten Tipp aus der Leserschaft dieses Blogs.

Schnittgeschwindigkeit

Das Thema mit dem abgebrochenen Fräser beschäftigt mich. Zum Nachvollziehen an dieser Stelle die zugrunde liegende Mathematik.

1. Die für Alu empfohlenen Schmittgeschwindigkeiten variieren so zwischen vielleicht 100 und 600 m/min. Bei weichen Legierungen mehr, bei harten weniger. Nehmen wir mal 300m/min an.

2. Die maximale Fräserdrehzahl berechnet sich dann wie folgt:
Drehzahl (n) : n [U/min] = (vc[m/min] * 1000) / ( 3.14 * d [mm] )
In unserem Beispiel hieße das: n=300*1000/3,14*2 => n=47750 U/min. So schnell kann mein Motor nicht, nehmen wir als dessen Maximalwert von 29000 U/min.

3. Der "Vorschub pro Schneide" (mfz) für dieses Material beträgt nach Tabelle ca. 0,03. Dann berechnet sich der
Vorschub (f) : f [mm/min] = n * mfz * z
Heißt für dieses Beispiel: f=29000*0,03*2 => f=1740 mm/min.

In der Theorie hübsch, in der Praxis jedoch bislang, wie gesagt, kläglich gescheitert.
Als nächstes probiere ich mal den Tipp von Andreas (danke nochmal dafür): Geringe Schnittiefe (0,2 - 0,3 mm), dafür jedoch ordentlich Vorschub (bis über 10 m/min - ganz so fix kann meine Maschine aber eh nicht). Sorgt dem Vernehmen nach dafür, dass sich der Fräser nicht zusetzt und erhöht die Oberflächenqualität. Wir werden sehen...

Blechern

Habe heute mal die ersten Fräsversuche in einem Stück Aluminium unternommen. 3 mm Materialstärke, eher die weichere Sorte - ich vermute mal AL99.5 oder so. Der erste Versuch, einen Röhrensockel (genauer: Oktalsockel mit Befestigungs- und Belüftunbgsbohrungen) zu fräsen ging mal so richtig gründlich in die Hose; der eingesetzte 2mm-Zweischneider hat etwa eine halbe Sekunde lang überlebt. Das kommt davon, wenn man sich auf seltsame PDFs im Netz verlässt und glaubt, dass man bei 29000 Touren in diesem Material auch mal mit 2m/min verfahren kann. Das war wohl nix.Der zweite Versuch geriet da deutlich erfreulicher. Der Fräser war nunmehr einer mit 3mm Durchmesser, den Vorschub habe ich mal auf 200mm/min reduziert, das passte schon deutlich besser. Die "Eintauchgeschwindigkeit" war genau so hoch; das war okay, dürfte aber noch etwas weniger werden. Jedenfalls passen die Ausschnitte so ganz ordentlich, natürlich ist das hier auf dem Foto nur sehr provisorisch entgratet.

Zweit- und Drittling

Solchermaßen ermutigt wagte ich mich heute noch an die ersten Schritte in Richtung "sinnvoll" heran. Aber schön langsam, nur nicht übertreiben. Resultat: acht Durchbrüche nebst Befestigungsbohrungen für Neutrik-XLR-Verbinder. Einstweilen noch nicht in einem Stück Blech, sondern in MDF, aber im Prinzip tut's. Wer sich schon mal mit einem Stufenbohrer durch dickes Blech gequält hat, um zum Beispiel eine vollsymmetrisch aufgebaute Vorstufe mit ein paar Ein- und Ausgängen aufzubauen, der weiß, wie wenig lustig das "zu Fuß" ist. Das dahinter ist die passende Kontur für einen Standard-Kaltgeräteeinbaustecker aus dem Reichelt-Programm - braucht man auch andauernd.

Erstling

Ladies and Gentlemen - das isses, das erste Stück, dass die Fräsmaschine produziert hat. Juhu - ein 6mm tiefes Quadrat mit einer Kantenlänge von 60mm. Ich sehe ein, das ist unglaublich beeindruckend, rechtfertigt die Investition einer hässlich großen Zahl von Tausend-Euro-Scheinen bis hierher aber nur bedingt...
In Anbetracht des Umstandes, dass mich die Fräsensteuersoftware mach3 in den letzten Tagen reichlich Nerven gekostet hat und ich das 653(!) Seiten starke Handbuch noch nicht bis in die letzte Silbe durchdrungen habe, bin ich außerordentlich froh, dass das Ding das getan hat, was ich von ihm wollte - und zwar genau so, wie ich es wollte.