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Forum: Projekte & Code CNC-Fräse gebaut [fertig] mit Mechanik, Motorsteuerung, GRBL und mehr


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Autor: Philipp M. (spannungsabfall)
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Hallo Community,

ich habe in den letzten Monaten eine CNC-Fräse entworfen und gebaut. Da 
mir das ohne all die anderen Bauberichte und Tipps kaum gelungen wäre, 
habe ich auch mein Projekt anschließend dokumentiert und meine 
Erfahrungen und Überlegungen aufbereitet.

Das Ganze ist wie die meisten meiner Projekte auf meine Webseite 
beschrieben und bebildert. Hier in das Unterforum Mechanik und Werkzeug 
setzte ich mal die Links zur Mechanik und zum Zubehör.

http://digital-nw.de/CNC-Mechanik.htm

http://digital-nw.de/CNC-Zubeh%C3%B6r.htm

Die Eckdaten der Fräse:
Stellfläche: 110 cm x 60 cm
Bearbeitungsfläche: 79 cm x 43 cm
Gewicht: ca. 70 kg
Führungen: Unterstützte 20-mm-Wellen (X/Y) und Linearschienen (Z)
Antrieb: Kugelumlaufspindeln (X/Y) und Trapezgewindespindeln (Z)
Preis für die Mechanik: ca. 1500€
Arbeitszeit: nicht gemessen, vermutlich 200-300h

Über Feedback würde ich mich freuen. Bitte auch Bescheid geben, wenn ich 
auf meiner Seite irgendeinen Blödsinn geschrieben habe. Ich will ja 
niemandem falsche Tipps geben.

Beim Zubehör empfehle ich jedem der eine Werkstatt hat sich mal den 
Zyklonabscheider anzuschauen. Auch abseits der Fräse ist diese schnell 
gebaute Bastelei eine echte Hilfe für mich und reduziert die Zeit fürs 
Putzen der Werkstatt deutlich.


@Mods: Das Ganze war ein Großprojekt bei dem Mechanik, Elektronik und 
Software entwickelt wurde, weshalb ich die einzelnen Teile in die 
jeweiligen Unterforen posten möchte. Wenn das zu viel gespamme ist, 
bitte Bescheid sagen.

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: Philipp M. (spannungsabfall)
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Hallo,

im Zuge meines Fräsenbauprojekts 
Beitrag "CNC-Fräse gebaut [fertig] mit Mechanik, Motorsteuerung, GRBL und mehr" habe ich die 
Elektronik für eine CNC-Fräse entwickelt und gebaut.

Das Ganze ist wie die meisten meiner Projekte auf meine Webseite
beschrieben und bebildert.

http://digital-nw.de/CNC-Elektronik.htm

Die Treiber basieren auf Allegro A4989 Schrittmotortreibern, sind 
galvanisch von der Steuerung getrennt und aber Funktionen wie eine 
automatische Stromabsenkung und einen Übertemperaturschutz. Letzterer 
funktioniert leider nicht ganz :-).

Die Steuerung basiert auf einem AT90USB1286 auf dem eine von mir 
Modifizierte Variante von GRBL läuft. Die Steuerung hat Eingänge für 9 
Endschalter, 3 Steuertaster sowie 7 digitale Ausgänge mit Relaistreibern 
und zwei analoge 0-10-V-Ausgänge.

Das Ganze ist mit Netzteilen und Not-Aus-Schalter und in einem 
19-Zoll-Metallgehäuse untergebracht.


Über Feedback würde ich mich freuen. Bitte auch Bescheid geben, wenn ich
auf meiner Seite irgendeinen Blödsinn geschrieben habe. Ich will ja
niemandem falsche Tipps geben.



@Mods: Das Ganze war ein Großprojekt bei dem Mechanik, Elektronik und
Software entwickelt wurde, weshalb ich die einzelnen Teile in die
jeweiligen Unterforen posten möchte. Wenn das zu viel gespamme ist,
bitte Bescheid sagen.

Autor: Rufus Τ. F. (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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Philipp M. schrieb:
> weshalb ich die einzelnen Teile in die jeweiligen Unterforen posten
> möchte.

Wenn, dann gesammelt in einem Thread unter "Projekte", aber nicht wild 
verstreut.

Autor: Rufus Τ. F. (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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Philipp M. schrieb:
> weshalb ich die einzelnen Teile in die jeweiligen Unterforen posten
> möchte

Nicht machen.

Packs zusammen in einen Thread unter "Projekte".

Das reicht.

Autor: Philipp M. (spannungsabfall)
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Hallo,

Für meine neue CNC-Fräse 
Beitrag "CNC-Fräse gebaut [fertig] mit Mechanik, Motorsteuerung, GRBL und mehr" musste ich mir eine 
eigene Version von GRBL anpassen, die die USB-Funktionalität und die 
zusätzlichen IO-Pins eines AT90USB1286 nutzen kann.

Im Zuge dessen habe ich auch eine eigene PC-Steuersoftware in Qt 
geschrieben, da die bisher verfügbaren mit dem modifizierten GRBL nicht 
arbeiteten und auch meinen Anspruch an Schlankheit und Übersichtlichkeit 
des Codes nicht ganz erfüllten.

Die Software hat ca. 1500 Zeilen Code und enthält alles was zum Steuern 
einer GRBL-CNC-Fräse nötig ist.

-Verfahren der Fräse inkl. richtigem Jogging
-Gamepadunterstützung zum Verfahren (derzeit nur für Windows)
-G-Code-Synthaxhighlighting
-Konfiguration der GRBL-Parameter
-Auswerten und Anzeigen der Statusmeldungen (Positionsdaten)

Das Ganze ist wie die meisten meiner Projekte auf meine Webseite
beschrieben und bebildert. Dort kann man auch die Software (Quellcode) 
downloaden.

http://digital-nw.de/CNC-Software.htm

Über Feedback würde ich mich freuen.

@Mods: Das Ganze war ein Großprojekt bei dem Mechanik, Elektronik und
Software entwickelt wurde, weshalb ich die einzelnen Teile in die
jeweiligen Unterforen posten möchte. Wenn das zu viel gespamme ist,
bitte Bescheid sagen.

: Bearbeitet durch User
Autor: Philipp M. (spannungsabfall)
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Mhh jetzt hab ich das schon gepostet. Soll ich das rückgängig machen? 
Wenn ja, wie?

Ich dachte mir, dass es so vllt. besser gefunden wird bei der Suche. Es 
ist ja nicht nur eine Projektvorstellung sondern auch z.B. 
Open-Source-Code, den man runterladen kann, bzw. Schaltplanausschnitte. 
Mir viel da einfach keine passende Titelzeile ein, in der ich dann alle 
Stichwörter unterbringen kann, damit sie in der Suche auffindbar sind. 
Das ganze waren halt doch irgendwie 3 Projekte in einem^^. Und ich hab 
echt viel Zeit und Mühe in die Doku gesteckt. Da wünsch ich mir halt 
schon, dass ich möglichst viele Leser erreiche ;-)

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Autor: Info (Gast)
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Welchen Sinn haben die ganzen Winkel im Grundgestell?

Autor: min (Gast)
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>>Welchen Sinn haben die ganzen Winkel im Grundgestell?
Stabilität

Autor: Bastler (Gast)
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min schrieb:
>>>Welchen Sinn haben die ganzen Winkel im Grundgestell?
> Stabilität

Die fehlt allerdings der Z-Achse völlig.

Autor: Info (Gast)
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min schrieb:
> Stabilität

Darauf zielte die Frage ab: welche? Ich denke, dass dort gar keine 
Biegemomente auftreten, denn die Kraft wird entlang der Spindel 
"fließen".

Autor: Philipp M. (spannungsabfall)
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Ja, die Winkel wurden in jede freie Ecke gesetzt um das ganze so steif 
wie Möglich zu machen. Auf das teilweise füllen der Profile mit Sand 
wurde allerdings erstmal verzichtet.

Bastler schrieb:
> Die fehlt allerdings der Z-Achse völlig.

Verglichen mit dem Grundgestell vermutlich schon. Was wären deine 
Vorschläge? Eine zweite Querverstrebung zwischen den beiden 
Schienenträgern der X-Achse? Die eine dient ja mehr dazu das Lager der 
Spindel zu halten.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Info schrieb:
> Ich denke, dass dort gar keine
> Biegemomente auftreten, denn die Kraft wird entlang der Spindel
> "fließen".

Bei der Fräse kommen da durchaus auch Querkräfte vor ;-)

Autor: Sven (Gast)
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Hallo,
leider kann ich DNW_CNC_Control.zip  von deiner Seite nicht runterladen, 
ich würde es mir gerne mal angucken.
Wäre es viel Aufwand das Programm auf das 'ursprüngliche' GRBL für 
ATmega328 umzuschreiben (mit der entsprechenden 'original' 
Kommunikation)?
Gruß
Sven

Autor: Philipp M. (spannungsabfall)
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Hi,

hab ich Trottel doch glatt vergessen die Dateien auch hochzuladen :-). 
Jetzt sollte es gehen.

Nein der Aufwand wäre nicht groß. Man müsste nur den GRBL-Controller 
zyklisch nach dem Status fragen. Entweder in extra Timer-Slot oder dem 
der ohnehin existiert.

Und beim Senden muss man vielleicht einen Fifo oder etwas Ähnliches 
einbauen damit nicht zu viel auf einmal gesendet wird. Aber da bin ich 
mir nicht sicher vielleicht geht es auch so. Der original Arduino hat ja 
auch USB und das handelt das ja irgendwie von selbst.

Autor: Rufus Τ. F. (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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Schönes Projekt. Der (neue) Titel ist nur ein Provisorium, den kannst 
und sollst Du Dir natürlich selber aussuchen.

Autor: Dirk (Gast)
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Hallo Philipp,

Philipp M. schrieb:
> Über Feedback würde ich mich freuen.

schönes Projekt, danke fürs Zeigen.

Eine Sache ist mir aufgefallen: Die zweite (untere) Spannrolle des 
Z-Achsen-Riemenspanners ist nicht profiliert. Dadurch wird der 
Zahnriemen (genauer: die Zähne) bei Bewegung ständig gewalkt 
(vorzeitiger Verschleiß bzw. Längung des Riemens)

Abhilfe: Austausch der unteren Spannrolle mit einer Zahnriemenscheibe 
oder die untere Spannrolle weglassen und einen kürzeren Zahnriemen 
einbauen.

Dirk

Autor: Tany (Gast)
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Philipp M. schrieb:
> Die Treiber basieren auf Allegro A4989 Schrittmotortreibern, sind
> galvanisch von der Steuerung getrennt und aber Funktionen wie eine
> automatische Stromabsenkung und einen Übertemperaturschutz. Letzterer
> funktioniert leider nicht ganz :-).

Ich habe die Endstufe auch gebaut (auch mit dem Vorgänger A3986) mit 
ext. Treiber (IR2011).
Es funktioniert auch, nur im unteren Drehzahl bzw. bei einzelnem Schritt 
macht mir der Chip von Allergo im Microstepp Kopfschmerzen: Der hält den 
Winkel nicht genau, d.h. die Stromreglung ist bei dem Chip unpräzise.
Erst die Spannung anhand der Motordaten angepaßt wurde, läuft der Motor 
einigermaßen zufrieden.
Vielleicht habe ich misst gebaut, hast du da nen Schaltsplan für mich?
Ansonsten ist der Unterschied zu TB6600 wie Tag und Nacht :-)

Autor: Philipp M. (spannungsabfall)
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Mein Schaltplan entspricht ziemlich genau dem Vorschlag aus dem 
Datenblatt. Ich nutze IRF7351 als Externe-FETs und zusätzlich 3A 60V 
Shottkydioden parallel zu den parasitären Dioden der FETs.

Was mir auch auffiel ist das die Treiber bei zu niedrig eingestelltem 
Strom
nicht sauber lief und die einzelnen Schritte im bei 
Einzelschrittansteuerung nicht gleichmäßig groß waren (nutze 
16-Fach-Mikrostepping). Als ich den Strom dann aufgedreht habe 
(Referenzspannung kommt über Poti) lief es irgendwann einwandfrei. Das 
Ding ist für große Motoren ausgelegt (bis 10 A) und sollte bei kleineren 
vermutlich nicht verwendet werden. Für bis zu 2 A gibt es von Allegro ja 
den A4988 der alle FETs intern hat.

Mit den TB6600 habe ich keine Erfahrung mein Vorgängerprojekt nutze die 
klassische L297-L6203-Kombination.

Autor: Philipp M. (spannungsabfall)
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Hallo Community,

ich wollte mal ein kleines Update geben. Die Steuersoftware hat sich 
seit meinem ursprünglichen Post ordentlich weiterentwickelt und ist 
jetzt vor allem auch direkt mit Standard-GRBL kompatibel.

Neue Features sind:
-3D-Vorschau des G-Codes
-Gamepad-Support mit frei belegbaren Tasten
-Anpassbare Benutzeroberfläche
-Support für Standard-GRBL-Controller.
-Kühlmittel-Kontrolle
-Icons auf den Buttons

Trotzdem ist es weiterhin ein schlankes Programm ohne unnötigen 
Schnickschnack. Funktionen die man nicht braucht kann man ausblenden, so 
dass man auch auf kleinen Bildschirmen die Übersicht behält. Ich habe 
meine Fräse selbst lange Zeit mit einem kleinen Netbook gesteuert.

Lauffähiges Windows-Programm sowie Quellcode und QT-Projektdateien kann 
man hier herunter laden: http://digital-nw.de/CNC-Software.htm

Viel Spaß damit.

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