Damit ist ein etwas dauerndes Projekt erfolgreich beendet:

Meine CNC-Fräse hat eine neue Spindel bekommen. Das Wechseln der MK2-Werkzeuge mit der Anzugstange und Schraubenschlüsseln mit anschließendem abnullen war mir ein Dauer-Ärgernis (abgesehen von der damit sinnlos vergeudeten Zeit).

Also habe ich eine Wabeco-SK30-Spindel für DIN 2080 mit Anzugstange günstig erworben. Diese passt unverändert nicht in die ∅60 Pinolenbohrung der BF20, das ∅72-Gehäuse muss entsprechend abgedreht werden.  Das untere Ende des Spindelgehäuses wird durch einen verschraubten 42CrMo4-Flansch mit integrierter Labyrinthdichtung am Fräskopf befestigt – da wackelt nichts mehr!

Weiterhin habe ich die Anzugstange durch einen mit Tellerfedern gespannten Kugelgreifer ersetzt, um SK30-Werkzeuge nach DIN 69781 zu packen. Dazu muss die Spindel innen mit einer speziellen Kontur ausgedreht werden.  Ein pneumatischer Festo-Dreifachzylinder sorgt für die notwendige Auswurfkraft.

Zusätzlich wurde die Spindel mit Ausfräsungen für Mitnehmersteine DIN 2079 Form C versehen. Damit sitzen die Werkzeuge bombenfest in der Spindel. Weiterhin habe ich noch einen Servomotor beschafft und passende Motorhalter dazu hergestellt.

Spindel-Puzzle.

… montiert.

Lohn der Mühen nach entsprechender Justage und Anpassung der entsprechenden mach4-Einstellungen (wird jetzt über STEP/DIR statt 0-10 V gesteuert):

Werkzeugwechsel in 5 Sekunden statt 2 Minuten. 🙂

… und sehr leise dank des Riemenantriebs! Fräsen eines Testobjektes zeigt noch reichliche Reserven hinsichtlich des Zeitspanvolumens.

Ich liebe es, wenn ein Plan funktioniert ™.

Wechsel von Mach3 zu Mach4 als CNC-Software oder auch: Der Parallel-Port muss weg, muss weg, … ist weg!

Das Plugin für den Parallel-Port von Mach4 funktioniert leider nur rudimentär, nicht wie man es von Mach3 gewohnt ist. Backlash-Kompensation und Gewindeschneiden z.B. geht gar nicht. Daher muss man etwas anderes verwenden. Eine Möglichkeit ist das PoKeys57CNC, damit kann man bis zu 8 Achsen mit 125 kHz über Ethernet ansteuern (16-fach-Mikroschritt -> Butterweiches Fahren der Achsen).

Damit das PoKeys-Board die Drehzahl der Spindel während des Gewindeschneidens schön unter Kontrolle hat und den Vorschub passend nachregelt, braucht man eine Scheibe mit einem Schlitz an der Spindel und eine Lichtschranke, z.B. mittels eines CNY37. Leider hat meine Selbstbau-Steuerung einige Störstrahlung erzeugt und man muss dieses Signal entsprechend filtern und entstören. Anbei meine Schaltung, wie das EMV-stressbefreit funktioniert:

Spindel-Index-Schaltung.

Der RC-Tiefpass sorgt für eine Glättung der Signale vom CNY (Störungen holt man sich gerne über das lange Kabel zur Lichtschranke rein). Der 74HCT14N ist ein klassischer Schmitt-Trigger, welcher das Signal invertiert und mit Schalthysterese an die Steuerung gibt. Die Versorgung der kompletten Schaltung erfolgt direkt aus dem PoKeys57CNC und zieht weniger als 15 mA. Der Aufbau dauert weniger als 30 Minuten auf einer Streifenplatine.

… lange hat sich im Bautagebuch nichts getan, doch jetzt geht es wieder weiter. Treibende Quelle der Verzögerung: Die Drehbank (Bernardo Profi 550 WQ) soll demnächst dazu verwendet werden, Achsen und Felgen herzustellen. Einzelmaßnahmen hierzu:

• Schrittmotoren an X- und Z-Achse angebaut,
• die Elektronik (besser: Elektrik) komplett neu verkabelt,
• den 400 V-Motor an einen Frequenzumrichter (FU) angeschlossen,
• die Spindel mit einer Lichtschranke nebst Encoder ausgestattet,
• eine Steuerung mit Leadshine-Endstufen und 0-10 V-Ausgang (FU-Steuerung) aufgebaut,
• den kompletten Schlosskasten nebst Zahnstangen und Vorschubgetriebe ausgebaut und
• schließlich beide Achsen mit Kugelumlaufspindeln nebst neuen Fest- und Loslagern versehen. Dazu musste
  • der X-Schlitten zur Aufnahme der Kugelumlaufmutter ausgefräst,
  • die Kugelumlaufmutter abgefräst (wozu habe ich denn eine Fräse… – da gehärtet, ging es nur mit VHM-Fräser),
  • die Schlittenführungen neu geschabt (wohl eher: das erste Mal geschabt, vorher war da wohl einer mit der Flex dran),
  • neue Halter für die Teleskopabdeckungen gefertigt und
  • neue Aufnahmebohrungen für die Lager am Gussbett (frei Hand) hergestellt werden.

Einige Bilder vom Umbau:

Bernardo-Zwischenzustand.

Einige Bauteile für die Z-Achse (alles aus AW 7075 hergestellt, das war gerade günstig verfügbar):

Bauteile für die Z-Achse.

Detail der Z-Achse.

Fertiger Umbau:

Bernardo-Upgrade!

Lohn der Mühe: Die Z-Achse läuft mit 4 m/min, die X-Achse mit 2 m/min. Das Umkehrspiel der Achsen, welches vorher (X/Z) ca. 0,4 mm/0,6 mm betrug, ist praktisch vollständig weg (bis auf 2-3/100 mm). Kein Umlegen des Keilriemens mehr, kein Wechseln der Zahnräder mehr, kein nerviges Getrieberattern mehr… Erste Teststücke nebst Gewinde sind auch schon abgefallen, da muss man echt zusehen, dass man die Späne schnell wegbekommt.

Damit kann das Fahrwerk endlich in Angriff genommen werden! 🙂

Nebenbei habe ich die komplette Werkstatt umgeräumt, festgestellt, dass der Wasserschaden vom Sommer doch etwas ausgedehnter war. Weiterhin die Fräse auch gleich auf die neue Steuerung umgebaut, an den FU angeschlossen und meinen 2D-Kantentaster elektronifiziert und ebenfalls mit der Steuerung verbunden. Nie mehr Drehzahl von Hand einstellen (bzw. vergessen) und Nullpunkte suchen…

Wer hat eine BF20 und kennt das nicht… der Motor ist ein Dauerdrama. Bei mir hat nicht (wie bei Mario) zuerst die Steuerung den Geist aufgegeben, sondern der Motor. Und das ausgerechnet dann, als ich die Teile für den Umbau auf Drehstrommotor gerade herstellen wollte…

Am Ende des letzten Teils starb der Motor bei gerade mal 400 W den Heldentod. Leider ist die Führungsbuchse für die Kohlen in Kunststoff eingebettet, letzterer ist komplett verschmolzen. Da musste die Säge und ein Satz Feilen herhalten.

Details zum Umbau: Getriebe komplett ausbauen, auf die Spindel ein Zahnrad mit Keilnuten einpassen (in meinem Fall vorgefräst und dann mit viel Geduld ausgefeilt, da keine Räumnadel vorhanden). Dann Motorflansch und Abdeckung für den Riemen aus AW 7075 fräsen. Als Zahnriemen verwende ich einen HTD, 15 mm breit mit Übersetzung  2:1 (dank FU eigentlich nicht notwendig). Dazu ein mit 8 kg recht leichter 1,1 kW starker Drehstrommotor mit Flansch B14K und Größe C80.

Den Motor treibt ein Parker AC10 Frequenzumrichter an. Tipp: Dreieckschaltung verwenden, dann ist alles von 0,5…100 Hz mit extrem hohen Drehmoment möglich (lässt sich auch bei 0,5 Hz per Hand beim besten Willen nicht mehr anhalten). Und das Ganze auch noch verschleißfrei – ein Traum. Damit lassen sich auch 8 mm x 8 mm Nuten in einem Rutsch fräsen. 🙂

BF20 mit Drehstrommotor.

Die alte Portalfräse wurde gegen eine BF20 L ausgetauscht. Das Zubehör (ER32-Spannzangen, 88 mm Niederzugschraubstock, Satz Spannpratzen, CNC-Umrüstsatz, Steuerung) hat noch mal so viel wie die Fräse gekostet, aber das war’s wert. Nur mühsam war’s… doch der Reihe nach:

Die Fräse kam mit Spedition in einer stabilen Holzkiste, also erst einmal ausgepackt und in den Flur gerollt. Die 115 kg machen das Gerät reichlich immobil. In den Keller tragen zu zweit: Fehlanzeige, da muss man schon mehr als nur gut frühstücken…

Fräse im EG.

Also zerlegt und die Teile mit Hilfe der besten Ehefrau von allen einzeln runtergetragen, was dank dem tollen Original-China-Korrosionsschutzfett immer noch genug Arbeit war (glitsch lass nach):

Fräse im Keller.

Dann den CNC-Anbausatz mit 2,5 Nm Schrittmotoren und 1:2 Untersetzung von mobasi angebaut, was 5 Nm an den Achsen zur Verfügung stellt. Das sollte eigentlich genug sein, sollte man meinen; damit fingen die Probleme aber erst an… Schrittmotoren neigen durch die Art der Ansteuerung ja bekanntlich zur Resonanz. Die kann in Verbindung mit der Mechanik so groß werden, dass sie knurrend um zwei Schrittposition herum schwingend stehen bleiben, normalerweise um 250…300 Hz und um 1 kHz. Genau das ist bei meiner Maschine passiert. Bei gerade mal 200 mm/min Vorschub (1,7 U/s => 333 Hz) war Schluss, was viel zu wenig ist (trotz 1/8 Mikroschrittbetrieb). Auch mehrfaches, penibles Einstellen des Spindelspiels und der Keilleisten brachte keine Besserung. Abgesehen davon war an Laufenlassen von CNC-Programmen gar nicht zu denken, da bei gleichzeitigem Betrieb mehrerer Achsen jeweils eine davon bereits beim Anfahren knurrend stehen blieb (auch mit absolut klein eingestellter Beschleunigungsrampe). Was also tun?

Die Lösung des Resonanzproblems liegt darin, die Wellen wie beim Automotor auch mit Schwungmassen zu bedämpfen. Dort verwendet man üblicherweise Zweimassenschwungräder, um die Resonanzfrequenz unter die Leerlaufdrehzahl zu schieben, was hier prinzipiell nicht geht und auf viel Aufwand ist. Also versuchsweise die Handräder trotz dem eindeutigen Hinweis auf die Verletzungsgefahr wieder angebaut (ohne Griff -> Unwucht! Weiterhin muss einiges abgedreht werden, damit sie passen).  Und siehe da: die Resonanzen waren weg! Das Problem mit dem gleichzeitigen Betrieb mehrerer Achsen bestand aber nach wie vor…

Des Rätsels Lösung waren hier zwei Dinge:

1. Der CV-Modus (Constant Velocity) in mach3 versucht, die Achsen möglichst „rund“ laufen zu lassen, d.h. verrundet Kanten bis zu einem bestimmten Winkel. Hier waren 90° eingestellt, was eindeutig zu viel war. Bei 15° und klein eingestellter CV-Geschwindigkeit klappt es schon besser, aber in gerade bei Achsenrichtungsumkehr blieb entweder die X- oder Y-Achse immer wieder stehen…
2. Das zweite Thema war die automatische Umkehrspielkompensation, die war eingeschaltet und das mit der Messuhr ausgemessene Umkehrspiel in mach3 eingetragen. Leider ist das Umkehrspiel nicht an jeder Stelle der Spindeln der gleiche, so dass es auch dazu kommen kann, dass die Spindel bei dem schnellen Verfahren während der Achsen-Richtungsumkehr bereits an die Mutter anschlägt. Dann blockiert die Achse und lässt sich nicht mehr anfahren. Nach dem Deaktivieren der Backlash-Funktion war ein normaler Betrieb endlich möglich:

BF20 L erfolgreich auf CNC umgebaut.

Ach ja: Ballistol ersetzt bei mir das empfohlene Bettbahnöl, das war gerade nicht greifbar.  Das Budget für Anschaffungen ist jetzt erstmal aufgebraucht, so dass die originalen Trapezgewindespindeln wohl noch einige Zeit ihr Geld verdienen müssen… irgendwann kommen noch Kugelrollspindeln rein.

… eine kleine Episode zum Thema Pleiten, Pech und Pannen – auch genannt: Wie biegt man Duraluminium (AW 2017)?

Vorbereitung:

1. Kernseife auf die Vorderseite des Alu schmieren.
2. Das Alu so lange mit dem Bunsenbrenner auf der Rückseite erhitzen, bis die Kernseife schwarz wird (ca. 400 °C) und
3. direkt danach in Wasser abschrecken.

Dadurch wird das AW 2017 für ca. 1 h geschmeidig und lässt sich biegen, ohne spröde zu brechen. Danach nimmt es seine ursprüngliche Festigkeit allmählich wieder an.

Dann zum Biegen selbst: 1. Versuch mit Amboß, Fäustel und Holzkern: Ich habe zunächst etliche Holstücke, die Schraubstock-Arretierung und schließlich die Verankerung der Werkbank zerstört, aber das Alu… nope!

1. Versuch: Amboß und Holzkern…

… da ist weder eine vernünftige Kontur noch sonst irgend was hinzubekommen. Hämmern mit dem Fäustel artet in eine schweißtreibende Arbeit aus, da das Alu doch immer noch reichlich stabil ist. Irgend etwas im 90°-Winkel mit halbwegs bestimmbaren Radius hinzubekommen, kann man glatt vergessen. Da ist mir der Geduldsfaden ordentlich gerissen!

Guter Rat ist mal wieder teuer. Professionelle Abkantbänke, die für starkes Blech taugen, sind unendlich teuer (>1.000 EUR) und verstellen viel Platz – und wegen jedem Teil zur Schlosserei zu gehen, ist zu den „normalen“ Arbeitszeiten am Flieger von 20-24 Uhr nicht drin. Scheidet also aus.

2. Versuch: In der Bucht zum Probieren die billigste China-Abkantbank (Breite 450 mm) besorgt, die ich finden konnte (33 EUR). Die Spezifikation sagt: „Bis 0,8 mm Stahlblech“. Da das Alu großartig darin herumrutscht, wenn man das Deckblech nur mit Schraubzwingen „fixiert“, M8-Durchgangslöcher in Deckplatte gebohrt, Langlöcher in das L-Profil darunter (zum Einstellen des Biegeradius) und schon klappt es:

Biegevorrichtung.

Gebogenes Kastenprofil.

Damit kann es weitergehen…