Forum: Mechanik, Gehäuse, Werkzeug Chinafräse zum PCB fräsen, Genauigkeit??


von Magnus K. (magnum)


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Hallo,
ich habe aktuell eine Stepcraft 420/2 mit der ich auch mal testweise 
PCBs gefräst habe. Geht an sich ganz gut (mit Vakuumtisch, 60° Stichel 
und 0.05- 0.1mm Zustellung). Die Fräsbahnen haben eine Breite von rd. 
0.2 bis 0.25mm je nach Zustellung. Allerdings hat die Stepcraft keine 
Kugelumlaufspindeln, in der X-Achse habe ich rd. 0.1mm Umkehrspiel. Kann 
man wohl mit einer ausgesuchten Mutter minimieren, wird aber auf Dauer 
wieder schlechter werden.
Da die Stepcraft kaum modifizierbar ist überlege ich eine Chinafräse mit 
300x400 Arbeitsbereich zu bestellen.

Die Maschinen auf Ebay und Amazon haben zwar teilweise 
Kugelumlaufspindeln, in der Größe 300x400 aber keine abgestützten 
Rundführungen. Auf Aliexpress habe ich eine Maschine gefunden die 
zumindest in der Y-Achse abgestützt ist. Des weiteren hat sie eine 
dickere Nutenplatte und bessere Kupplungen an den Achsen. Die Motoren 
haben 3.5A.

Typ CNC 3040V:
https://de.aliexpress.com/store/product/EU-Free-Taxes-3040-3-axis-mini-CNC-milling-machine-800W-water-cooling-spindle-with/835059_32774966922.html?detailNewVersion=&categoryId=100007229&spm=2114.12010612.0.0.hU16NK

Ich weiss zwar noch nicht wie die X- und Z-Achse befestigt ist 
(hoffentlich nicht nur gesteckt...), aber an sich macht das Gerät einen 
(für chinesische Verhältnisse) guten Eindruck. Modifizierungen sollten 
leicht realisierbar sein.

Hat jemand von Euch zufällig diese Maschine und kann was zu der 
Genauigkeit sagen? Wie schaut es mit den Modellen ohne Z-Achsen 
Abstützung aus, was habt ihr dort für Genauigkeiten?
Bei der Stepcraft nutze ich ein Autoleveler Plugin für PCBs, bei anderen 
Fräsaufgaben kann ich es aber nicht immer einsetzen. Die Z-Achse sollte 
auf < 0.05mm genau sein.

Die Maschine gibt es auch günstiger ohne Elektronik und Frässpindel. Wie 
ist Eure Erfahrung mit den Chinaspindeln (in dem Fall 800W 
wassergekühlt)? In der Stepcraft habe ich eine Kress 1050 und bin voll 
zufrieden.

Vielen Dank schon mal für eure hoffentlich zahlreichen Antworten.

von MaWin (Gast)


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Da deine Stepcraft offenbar Trapezgewindemuttern nutzt, teile die 
Teaoezgewindemutter in 2 Muttern, eine davon montiert wie bisher, die 
zweite mit einer Feder gedrückt, und du hast ein Umkehrspiel von 0.
Die Feder muss stärker sein als die Gegenkraft des Fräsers, aber gering 
genug sein um die Motoren nicht zu überlasten. Gut ölen hilft.

von Magnus K. (magnum)


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Hallo MaWin,
das geht bei der Stepcraft leider nicht, da hier eine spezielle 
Messingmutter verbaut ist. Wegen der speziellen Konstruktion ist es auch 
recht schwierig Kugelumlaufspindeln einzubauen.
Die Stepcraft ist an sich nicht schlecht, aber man kann sie nur sehr 
aufwendig tunen. Bei den Chinafräsen geht das einfacher.

von Stephan (Gast)


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und wieder mal ein Fall von "falsches Werkzeug gekuft".
Da Du eine Fräse hast, kannst Du ja draüber nachdenken eine kleinere 
selber zu machen. Mit richtigen Schienen und KG Spindeln. Muss ja nicht 
sooooo groß werden.

von Tany (Gast)


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Magnus K. schrieb:
> Hallo MaWin,
> das geht bei der Stepcraft leider nicht, da hier eine spezielle
> Messingmutter verbaut ist. Wegen der speziellen Konstruktion ist es auch
> recht schwierig Kugelumlaufspindeln einzubauen

Ich würde lieber eine 2. Mutter ran bringen als vorhandene trennen. 
Lässt der Platz nicht zu?

von Walter T. (nicolas)


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Tany schrieb:
> Ich würde lieber eine 2. Mutter ran bringen als vorhandene trennen.
> Lässt der Platz nicht zu?

Das paßt, kostet aber ein paar cm. Verfahrweg.

Ich nutze eine Stepcraft 420 (erstes Modell) als automaschische Laubsäge 
(und zum Platinenbohren), um meine "bessere" Fräse nicht mit Holzstaub 
zu ärgern.

: Bearbeitet durch User
von Magnus K. (magnum)


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Stephan schrieb:
> und wieder mal ein Fall von "falsches Werkzeug gekuft".
> Da Du eine Fräse hast, kannst Du ja draüber nachdenken eine kleinere
> selber zu machen. Mit richtigen Schienen und KG Spindeln. Muss ja nicht
> sooooo groß werden.

Zum reinen PCB-Fräsen wäre die Stepcraft sicherlich die falsche Wahl 
gewesen, allerdings kam die Anforderung erst jetzt dazu.
Die Stepcraft ist für den Preis an sich ist ein gutes Gerät mit sehr 
gutem Support in D, kann aber eben nicht alles.

Über Eigenbau habe ich auch nachgedacht, kaufe mir aber lieber etwas 
fertiges und modifiziere was nötig ist. Das geht IMHO bei den 
Chinafräsen recht einfach. Deshalb die o.g. Maschine als Basis mit 
Kugelumlaufspindeln und abgestützter Y-Achse.
Wenn ich bei der Maschine allerdings alle Führungen und Spindeln 
tauschen muss weil die Genauigkeit überhaupt nicht passt, machts wieder 
keinen Sinn, dann wird aus billig doch teuer. Dann lieber gleich 
richtig, z.B. die Sorotec Compact mit Linearführungen.

Kann jemand von Euch was zu der Genauigkeit der Führungen und 
Kugelumlaufspindeln sagen?

von Magnus K. (magnum)


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Walter T. schrieb:
> Tany schrieb:
>> Ich würde lieber eine 2. Mutter ran bringen als vorhandene trennen.
>> Lässt der Platz nicht zu?
>
> Das paßt, kostet aber ein paar cm. Verfahrweg.
>
> Ich nutze eine Stepcraft 420 (erstes Modell) als automaschische Laubsäge
> (und zum Platinenbohren), um meine "bessere" Fräse nicht mit Holzstaub
> zu ärgern.

Hast Du eine zweite Mutter bei Dir eingebaut? Gibt es Bilder dazu?
Was nutzt Du als "bessere" Fräse?

von Stephan (Gast)


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die KG Spindeln der Chinesen gehen eigentlich. Das Prinzip einer oben 
liegenden Gantry läßt sich zu Hause mit für PCB Zwecke ausreichender 
Steifigkeit bauen. 15er Führungen sind dafür völlig ausreichend. 
Allerdings sind bei mir die Seitenwände massives Strangprofil.. so 
ähnlich wie hier:
http://extreme.pcgameshardware.de/attachments/522101d1329929247-tagebuch-diy-cnc-fraese-das-etwas-andere-tagebuch-cnc_gantry_v3-4_p.jpg

von Stephan (Gast)


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bei mir liegen oben aber richtige Führungen drauf. Nicht diese 
gestützten Rundführungen.

von Walter T. (nicolas)


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Hallo Magnus,

Magnus K. schrieb:
> Hast Du eine zweite Mutter bei Dir eingebaut?

nein, für eine elektronische Laubsäge reicht mir die 
Original-Messingmutter aus, deswegen habe ich keine Umbauten in dieser 
Richtung unternommen. (Ich habe damals in jeder Achse ein Umkehrspiel 
von < 0,03mm gemessen - das ist für meine Belange OK.) Daß eine zweite 
Mutter ein paar cm. Verfahrweg kostet, ergibt sich daraus, daß die 
Original-Mutter ja mittig zwischen den Rollen liegt, wo weder eine 
geteilte Mutter noch eine zweite Mutter Platz hat. Das ist ja so eng, 
daß man beim Aufbau Rollen und Mutter in nur einer bestimmten 
Reihenfolge montiert bekommt.

Folglich muß die Gegenmutter außerhalb der Portalwangen Platz finden - 
und das kostet Verfahrweg.

Magnus K. schrieb:
> Gibt es Bilder dazu?

Bilder gibt es nur zu Sachen, die ich wirklich gemacht habe, nicht zu 
Sachen, über die ich nur nachgedacht habe :-). 
http://dl1dow.de/artikel/stepcraft-cnc/index.htm

Magnus K. schrieb:
> Was nutzt Du als "bessere" Fräse?

Eine BF 20. Wenig X-Y-Verfahrweg, aber dafür Alu-tauglich. Die beiden 
ergänzen sich wunderbar, wobei die BF 20 deutlich häufiger Verwendung 
findet, da ich sie - im Gegensatz zur Stepcraft - nicht "mal eben" 
abbauen kann.

von Tany (Gast)


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Walter T. schrieb:
> Ich habe damals in jeder Achse ein Umkehrspiel von < 0,03mm gemessen

bist du da sicher? dann braucht man doch keine Kugelumlaufspindeln von 
Chinesen zu kaufen. Die schaffen ca 2-3 Hunderste Umkehrspiel

Wollte ich gleichzeitig dazu sagen, dass die meisten Kugelumlaufspindeln 
von Chinesen keine Wunder sind, also nicht spielfrei.
Magnus K. schrieb:
> Kann jemand von Euch was zu der Genauigkeit der Führungen und
> Kugelumlaufspindeln sagen?

"Absolut" spielfrei bekommt man nur mit Gegenmutter oder geteilter 
Mutter.

von frist (Gast)


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Hi Magnus,
dadu beim Isolierfräsen praktisch keine horizontalen Kräfte hast und du 
auch nur einen kleinen Teil des Arbeitsräumen brauchst, könnte es doch 
reichen die Achsen mit einer Feder vorzuspannen um das Umkehrspiel zu 
beseitigen. Zwei Expanderkabel reichen vielleicht schon.

Grüße
Flo

von Magnus K. (magnum)


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Stephan schrieb:
> die KG Spindeln der Chinesen gehen eigentlich. Das Prinzip einer oben
> liegenden Gantry läßt sich zu Hause mit für PCB Zwecke ausreichender
> Steifigkeit bauen. 15er Führungen sind dafür völlig ausreichend.
> Allerdings sind bei mir die Seitenwände massives Strangprofil.. so
> ähnlich wie hier:
> 
http://extreme.pcgameshardware.de/attachments/522101d1329929247-tagebuch-diy-cnc-fraese-das-etwas-andere-tagebuch-cnc_gantry_v3-4_p.jpg

Danke für die Infos, sieht interessant aus. Allerdings möchte ich mir 
aktuell kein Eigenbau antun, das wird mich einige Zeit in Anspruch 
nehmen.

: Bearbeitet durch User
von Magnus K. (magnum)


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frist schrieb:
> Hi Magnus,
> dadu beim Isolierfräsen praktisch keine horizontalen Kräfte hast und du
> auch nur einen kleinen Teil des Arbeitsräumen brauchst, könnte es doch
> reichen die Achsen mit einer Feder vorzuspannen um das Umkehrspiel zu
> beseitigen. Zwei Expanderkabel reichen vielleicht schon.
>
> Grüße
> Flo

Das wäre natürlich machbar, denn gerade durch die geringen Kräfte beim 
Isolationsfräsen klappt es mit der softwaremäßigen 
Umkehrspielkompensation nicht so toll. Aber ist halt alles Bastelei, 
deshalb möchte ich mir eine andere Basis zulegen.

Wie Stephan schreibt scheinen die chinesischen Kugelumlaufspindeln ganz 
ok zu sein, 0.02 bis 0.03mm wären für mich absolut ok. Das ist auch das 
teuerste zum Nachrüsten, neue Rundführungen gibts recht günstig.
Ich denke ich bestelle mal den Rahmen inkl. Stepper ohne Spindel und 
Elektronik für rd. EUR 600,- und lass mich überraschen.

Vielen Dank an alle für die Infos und Tips!

von Gerd E. (robberknight)


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Hi Magnus,

hast Du die 3040 CNC bekommen?

Was für Erfahrungen hast Du mit der Maschine gemacht?

Wie sieht es mit der Genauigkeit der Führungen und Kugelumlaufspindeln 
aus?

von Magnus K. (Gast)


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Hallo Gerd,

die 3040 CNC ist gekommen, allerdings eine andere Version:

http://www.ebay.de/itm/4-Axis-CNC-Router-3040-Frasmaschine-Graviermaschine-Ballscrews-800W-Spindlemotor-/181681670505?hash=item2a4d124969:g:KdMAAOSw4DJYkZxE

Mittlerweile habe ich sie kräftig modifiziert:

Die Rundführungen der Y-Achse haben sich recht stark durchgebogen, 
dadurch ergab sich eine Ungenauigkeit von ca. 0,2-0,3 mm bei der 
Z-Achse. Ich habe dann unterstützte Rundführungen eingebaut. Nicht ganz 
optimal, da die auch ca. 0,1 mm Spiel haben, aber besser als vorher.
Die X-Achse wurde durch Linearführungen ersetzt, dadurch ist das Ganze 
sehr stabil geworden. Die Rundführungen waren doch recht wabbelig.

Insgesamt ist Maschine jetzt steifer als die Stepcraft. Die originalen 
Kugelumlaufspindeln habe ich drin gelassen, Umkehrspiel ca. 0,01 bis 
0,03mm, um Welten besser als die Stepcraft.
Ich kann die Maschine absolut empfehlen wenn man sie modifiziert.

Bei Interesse mache ich gerne ein paar Bilder vom Umbau.

von Timmo H. (masterfx)


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Magnus K. schrieb:
> Bei Interesse mache ich gerne ein paar Bilder vom Umbau.
Interesse!

von Gerd E. (robberknight)


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Hallo Magnus,

Danke für Deinen Erfahrungsbericht.

Ich würde mich auch über Bilder freuen.

Könntest Du vielleicht auch Links/Produktnamen/Bestellnummern/etc. von 
den von Dir neu verbauten Führungen posten?

Danke.

von Magnus K. (Gast)


Angehängte Dateien:

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Hallo,

hier ein paar Bilder meines Umbaus. Hab leider keine vor dem Umbau 
gemacht, bei Ebay kann man aber sehen wie sie vorher aussah:
http://www.ebay.de/itm/181681670505?clk_rvr_id=1237446257647&rmvSB=true

Zuerst habe ich die Rundführungen der Y-Achse durch gestützte 
Rundführungen ersetzt:
Dold Mechatronik
4 x SBR20UU Linearlager
2 x TBS20 Supported Rails, auf 520mm gekürzt und mit Gewinde versehen

https://www.dold-mechatronik.de/Supported-Rail-20mm-TBS
https://www.dold-mechatronik.de/Linearlager-20mm-SBR20UU-offen

Die Rundführungen sind auf 40x80mm I-Profil geschraubt und über 
Vierkant-Alu mit den originalen Vorder- und Rückseiten der Fräse 
verbunden (an denen die Kugelumlaufspindel der Y-Achse befestigt ist).
Die Querstrebe, die unter der Nutenplatte verläuft und an der die 
Linearlager und  die Kugelumlaufmutter befestigt sind, habe ich auch neu 
gemacht. Die Bohrungen der alten und neuen Lager sind unterschiedlich, 
war mir dann zu viel Schweizer Käse.

Die originale T-Nutenplatte ist Schrott.  Hab bei Vakuumtisch.de eine 
neue bestellt (60x40 Tiny), hätte aber besser eine Nummer stärker 
genommen. Die Nutenplatte liegt nur vorne und hinten auf und kann sich 
deshalb durchbiegen. Wenn ich sie stark belaste macht das bei mir in der 
Mitte rd. 0,1mm aus. Mit einem Winkel an jeder Seite der Platte 
verschraubt kann man das aber minimieren. Da ich aber die Z-Achsenhöhe 
über Software einmesse und korrigiere ist es zum Platinenfräsen egal.
Die Platte ist ebenfalls über Vierkant-Alu verschraubt. Damit kann man 
die Höhe und den Winkel der Platte sehr einfach einstellen.

Die Partalwangen sind original. Von hinten habe ich eine Aluplatte 
verschraubt, auf der die Linearführungen befestigt sind:
2 x ARC 20ML
2 x Linearführung AR20 400mm
https://www.dold-mechatronik.de/Profilschienen-ARC-HRC-20

Die Linearwagen sind auf einen gefrästen Alublock geschraubt, an dem ist 
wiederum die originale Z-Achse befestigt. Das Ganze ist so ausgeführt, 
dass ich später auch für die Z-Achse Linearführungen einbauen kann.

Der Spindelhalter ist von Sorotec:
https://www.sorotec.de/shop/43er-Eurohalsaufnahme-.html

Ich hab an den noch eine Halterung für eine Kamera dran geschraubt, 
macht das Ausrichten viel einfacher.

Dei Originalfräse hat keine Endabschalter, die Steuerungsplatine hat 
aber Eingänge dafür (auch für einen Werkzeuglängensensor). Hab dafür 
Klinkenbuchsen in das Gehäuse eingebaut und Endabschalter an der 
Maschine verschraubt.

Die Elektronik läuft mit 24V, hier kann man bei Bedarf noch tunen. An 
sich ist die Steuerung für Chinaqualität ganz gut.

Alles in Allem recht viel Arbeit, wenn man aber Spass dran hat lohnt es 
sich. Alternativ kann man sich natürlich auch eine entsprechende 
Maschine fertig kaufen. Mit Elektronik ist man aber schnell bei 2.500 
bis 3.000 Euro.

Falls Interesse an Detailaufnahmen besteht einfach Bescheid sagen.

Gruß,

Magnus

von Gerd E. (robberknight)


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Vielen Dank für Deinen ausführlichen Bericht und die Links zu den 
verwendeten Bauteilen.

Magnus K. schrieb:
> Die Rundführungen sind auf 40x80mm I-Profil geschraubt und über
> Vierkant-Alu mit den originalen Vorder- und Rückseiten der Fräse
> verbunden (an denen die Kugelumlaufspindel der Y-Achse befestigt ist).
> Die Querstrebe, die unter der Nutenplatte verläuft und an der die
> Linearlager und  die Kugelumlaufmutter befestigt sind, habe ich auch neu
> gemacht. Die Bohrungen der alten und neuen Lager sind unterschiedlich

Hast Du diese neue Querstrebe vorher auf der noch nicht umgebauten Fräse 
gefräst und dann eingebaut, oder hattest Du dafür eine andere Fräse zur 
Verfügung? Oder wie hast Du das ganze plan und die Löcher exakt an die 
richtigen Stellen und genau rechtwinklig zur Oberfläche bekommen?

Hast Du irgendwas vorgesehen um das korrekt parallel und rechtwinklig 
auszurichten? Z.B. Langlöcher in denen man dann die Schrauben zur 
Befestigung der Lager etwas verschieben kann bis sie korrekt sitzen?

> Die Partalwangen sind original. Von hinten habe ich eine Aluplatte
> verschraubt, auf der die Linearführungen befestigt sind:

Auch hier, wie hast Du die korrekten Lochpositionen getroffen und was 
hast Du für Möglichkeiten zur Ausrichtung vorgesehen?

Ich frage mich das, um einschätzen zu können was man für Maschinen 
braucht, bzw. was man nach Zeichnung fertigen lassen muss, um so einen 
Umbau machen zu können.

von Magnus K. (Gast)


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Hallo Gerd,

für die Arbeiten habe ich eine Paulimot F207 benutzt, baugleich zu den 
BF20:
https://www.paulimot.de/fraesmaschinen/mit-vario-antrieb/193/bohr/fraesmaschine-f207-v-mit-230-volt-motor-und-frequenzumrichter?c=8

Ich habe dort auch eine Digitalanzeige dran, damit kann man recht genau 
bohren / fräsen. Fast alle Bohrungen sind auf Maß, dort wo ich ein wenig 
Einstellmöglichkeit haben wollte habe ich mit 5/10 größer gebohrt. Hat 
zum Einstellen völlig ausgereicht.

Falls man selber keine passende Maschine hat würde ich mal Metallbauer 
in der Umgebung abgrasen. Findet sich sicherlich einer der für kleines 
Geld einem hilft.

Der Umbau der Z-Achse sollte mit einer Ständerbohrmaschine machbar sein. 
Das I-Profil kann man auf Maß im Netz bestellen und die Löcher in den 
Alu-Vierkantprofilen kann man ruhig 1-2mm größer machen um 
Ungenauigkeiten auszugleichen. Genau deshalb habe ich es so konstruiert. 
Die Querstrebe kann auch von Hand (etwas größer) gebohrt werden. 
Allerdings war bei mir das Ausgangsmaterial leicht verzogen und ich 
musste es erst auf der Fräse planen.

Bei der X-Achse wird es schwieriger. Die Linearführungen müssen absolut 
parallel sein, ansonsten laufen die Waagen nicht sauber. Der Hersteller 
empfiehlt eine Nut zu fräsen, an der die Schiene angelegt werden kann. 
der Alu-Block, an dem die Laufwagen und die Kugelumlaufmutter befestigt 
sind, muss gefräst werden. Die zwei Sachen würde ich einem Metallbauer 
geben. Mit den richtigen Maschinen und ner entsprechenden Zeichnung hat 
der das schnell erledigt.

Hoffe das hilft,

Magnus

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