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- Herausgeber: Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG
- Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
- Sprache: Deutsch
- Veröffentlichungsjahr: 2022
Baue, programmiere und steuere deine selbstgebaute CNC-Fräse
Bist du ein begeisterter Modellbauer oder eine begeisterte Modellbauerin? Würdest du gerne mal ein Chassis für deine Drohne fertigen? Egal ob aus Holz, Kunststoff oder ähnlichen Materialien – mit einer CNC-Fräse kannst du eine Vielfalt von 2D- oder 3D-Teilen erstellen. In diesem Buch erfährst du alles, was du wissen musst, um eine Open-Source-Fräse zu bauen, zu programmieren und damit deine Wunschobjekte zu fertigen.
Schritt für Schritt stellt dir Ralf Steck den Aufbau der 3-Achs-Hobbyfräse Shapeoko vor. Anhand von Fusion 360, Estlcam und GRBL lernst du den kompletten CAD/CAM-Workflow kennen – vom 3D-Modell über den G-Code bis zum gefrästen Gegenstand. Die 2. Auflage berücksichtigt den neuesten Stand der Technik.
Folgende Themen erwarten dich:
- Aufbau, Funktionsweise und Marktübersicht von Hobby-Fräsen
- Der komplette CAD/CAM-Workflow vom 3D-Modell bis zum G-Code
- Fräsgrundlagen, Inbetriebnahme & Sicherheitsvorkehrungen: Alles rund um Vorschub, Schnittgeschwindigkeit, Bearbeitungsstrategien und Materialien
- Mechanischer und elektrischer Aufbau einer CNC-Selbstbaufräse inkl. Maschinensteuerung und Upgrades wie Absaugung, Motorenaufrüstung, Werkzeuglängentaster und 4. Achse
- Viele Praxisbeispiele wie Spantensatz für ein Modellflugzeug, Halterung für eine Malzmühle, Deko-Anhänger, Gravuren, Drehachse für die Fräse u. v. m.
- Auf plus.hanser-fachbuch.de: Projektdaten aus dem Buch
Wenn du mithilfe einer CNC-Fräse einzigartige Dinge fertigen willst, liefert dir dieses Buch alle notwendigen Skills, um dein eigenes Gerät bauen, programmieren und steuern zu können und damit deine ganz persönlichen Designideen zu realisieren.
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Ralf Steck
CNC-Fräsen für Maker
Baue, programmiere und steuere deine DIY-Fräse
2., aktualisierte Auflage
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Der Autor:Ralf Steck, Friedrichshafen
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Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt.Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdruckes und der Vervielfältigung des Buches, oder Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren), auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung, reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden.
© 2022 Carl Hanser Verlag Münchenwww.hanser-fachbuch.deLektorat: Julia SteppHerstellung: Melanie ZinslerCoverrealisierung: Max KostopoulosTitelillustration: © ZenziWerken.de, Daniel Groß
Print-ISBN: 978-3-446-47160-3E-Book-ISBN: 978-3-446-47407-9ePub-ISBN: 978-3-446-47408-6
Inhaltsverzeichnis
Titelei
Impressum
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung
1.1 An wen richtet sich dieses Buch?
1.2 Von der Idee zum Span: Wie ist dieses Buch aufgebaut?
1.3 Danksagungen
2 Schnelleinstieg in die Welt der CNC-Fräsen: Aufbau, Funktionsweise und Marktübersicht
2.1 Von CAD zu CNC: Der Datenworkflow
2.2 Bestandteile einer CNC-Fräsmaschine
2.2.1 Kommandosache: Die Steuerung
2.2.2 Antreiber: Die Motorenendstufen
2.2.3 Einer nach dem anderen: Die Schrittmotoren
2.2.4 Immer geradeaus: Die Achsführungen
2.2.5 Vorwärtsdrang: Die Achsantriebe
2.2.6 Es geht rund: Die Spindel
2.2.7 Basis für alles: Die Arbeitsplatte
2.3 Von Achsen und Dimensionen: Was kann eine Fräsmaschine leisten?
2.4 Es ist nicht alles Käse! Der Einsatz von Werkstoffen
2.5 Shapeoko – die im Buch eingesetzte CNC-Fräse
2.6 Hobby-Fräsmaschinen: Eine kleine Marktübersicht
2.6.1 „Chinafräsen“
2.6.2 BZT
2.6.3 GoCNC
2.6.4 Proxxon
2.6.5 Shaper Origin
2.6.6 Sorotec
2.6.7 Stepcraft
2.6.8 MechaPlus
2.6.9 EMS Möderl
2.6.10 Shapeoko
2.7 Rund um die Maschine: Peripherie und Zubehör
2.7.1 Hiergeblieben! Werkstückbefestigung
2.7.2 Saubermann: Die Späneabsaugung
2.7.3 Wo bist du? Der Werkzeuglängensensor
2.7.4 Alles im Kasten: Das Gehäuse
2.7.5 Jetzt geht‘s rund! Die vierte Achse
3 Gedankenspiele: Die Grundlagen des Fräsens
3.1 Welcher Fräser ist für welchen Einsatz geeignet?
3.2 Schnittwerte: Bitte die Richtgeschwindigkeit beachten!
3.3 Routenplanung: Die richtige Frässtrategie
3.3.1 Hü oder hott: Gegen- und Gleichlauffräsen
3.3.2 Schruppen, Schlichten und Restmaterial
3.3.3 Die richtige Frässtrategie für verschiedene Anwendungen
3.4 Nullpunkte: Wo bin ich und wer bin ich?
4 Vor dem Fräsenbau: Kauf- und Bauvorbereitungen
4.1 Wie groß soll die Fräse werden?
4.2 Wer liefert was? Bauteile und Bezugsquellen
4.3 Die Kostenfrage: Bestelllisten und Preise
4.4 Werkzeug und Zubehör: Was braucht es noch?
5 Endlich schrauben! Der mechanische Aufbau der Fräse
5.1 Rolling, rolling, rolling: Die Kleinteile
5.2 Auf und ab: Die Z-Achse
5.3 Hin und her: Der X-Schlitten
5.4 Brückenbau: Das X-Portal
5.5 Am Boden: Die Y-Achse
5.6 Exkurs: Fräsen einer Arbeitsplatte mit Shaper Origin
5.6.1 Shaper Origin – die handgeführte CNC-Fräse
5.6.2 Erste Erfahrungen mit CAD: Der Arbeitstisch entsteht in Fusion 360
6 Der Lötkolben glüht! Aufbau der Fräsenelektronik und -steuerung
6.1 Verbindendes und Trennendes: Leitungen und Schalter
6.2 Gute Führung: Verlegung der Leitungen und Anschluss der Steuerung
6.3 Das Gehirn der Fräse: Der Steuerrechner
6.4 Erstkontakt: Verbinden von bCNC mit GRBL
7 Jetzt wird es ernst! Die Inbetriebnahme der Fräse
7.1 Richtungsweisend: GRBL richtig einstellen
7.2 Oberflächlich: Erste Schritte in bCNC
7.3 Späne fliegen: Das erste Fräsprojekt
7.4 Fixiert: Haltestege einplanen hilft gegen Projektile
7.5 Sicher ist sicher: Sicherheit an der Maschine
8 Von der Vision zur Realität: Der CAD-CAM-NC-Workflow
8.1 Estlcam: CAM/CNC-Software made in Germany
8.2 Zeichen setzen: Gravieren mit Estlcam
8.3 Da schau her! G-Codedateien lesen
8.4 Tiefschürfend: Vorgegebene Daten fräsen
8.5 Die Späne fliegen: Tipps zur Arbeit an der Fräse
8.6 Hoch hinaus! Fräsen eines Flugzeug-Spantengerüsts
8.7 3-Achs-Fräsen: In alle Richtungen
8.8 CAD/CAM vereint: Ein komplett in Fusion 360 realisiertes Projekt
9 Optimierungswahn: Diverse Fräsen-Upgrades und -ergänzungen
9.1 Fiat Lux! Es werde Licht im Arbeitsraum
9.2 Grenzen setzen: Abdeckbleche und Kabelführung
9.3 Messgerät: Der Werkzeuglängentaster
9.4 Sauber, sauber: Die Absaugung
9.5 CNC-Staubsaugen: Die Absaugung über G-Code steuern
10 Die Kür: 4-Achs-Steuerung und vierte Achse
10.1 Getrennt und doch gemeinsam: Der Aufbau der Steuerung
10.2 Spekulativ: Die Hardware für die vierte Achse
10.3 Drehwurm: Fräsen mit der Drehachse
11 Am Endschalter: Fazit und Ausblick
Für den Maker ist eine CNC-gesteuerte Fräse sicher eines der interessantesten Projekte, die er angehen kann. Neben dem 3D-Drucker und dem Lasercutter dürfte die CNC-Fräse zu den automatisierten Werkzeugen zählen, die in Kreisen von Makern, Modellbauern, Bastlern und Technikfreaks am häufigsten eingesetzt werden. Dieses Buch führt in die Anschaffung, den Bau und den Einsatz einer solchen Fräse ein. Ziel ist nicht, professionelle Fräsqualität zu erreichen, sondern mit überschaubarem Budget eine möglichst zuverlässige, einfach zu verstehende und produktive CNC-Maschine zu bauen. Dazu müssen auch einige Abstriche gemacht werden, auf die ich im Folgenden noch eingehen werde.
Das CNC-Fräsen ist eines der wichtigsten Fertigungsverfahren in der Industrie. Vor allem wenn es um Metallteile geht, führt kaum ein Weg daran vorbei. Auch in der Kunststoffteileherstellung sind Fräsmaschinen unverzichtbar – hier allerdings nicht direkt zur Fertigung, sondern für die Herstellung der Spritzgussformen, in denen dann die Kunststoffteile gefertigt werden.
Profimaschinen sind sehr genau und schnell. Sie sind mit automatischen Werkzeugwechslern und Bestückungsrobotern ausgestattet, um eine Serienfertigung mit möglichst geringem Anteil an manuellen Handgriffen zu ermöglichen. All diese Anforderungen – bis auf die Genauigkeit, aber auch diese mit Abstrichen – haben wir im Hobbybereich nicht. Professionelle CNC-Bearbeitungscenter kosten deshalb auch sechs- oder siebenstellige Beträge, während Hobbymaschinen im hohen drei- oder niedrigen vierstelligen Bereich liegen. Natürlich sind auch im Hobbybereich die Grenzen fließend. In manchem Hobbykeller steht ein Maschinenpark, den man eher in einem Kleinunternehmen vermuten würde.
In diesem Buch stelle ich eine preiswerte, aber leistungsstarke computergesteuerte 2,5D-/3D-Fräsmaschine für ein Budget um ca. 1000 Euro vor. Ich arbeite dabei auf Basis des Open-Source-Projekts Shapeoko, sodass du die Maschine nach deinen Vorstellungen gestalten und trotzdem von diesem Buch profitieren kannst (Bild 1.2). Mit einer Absaugung, einem Werkzeuglängentaster, einem Upgrade für Motoren und Steuerung sowie einer einfachen vierten Achse zeige ich Erweiterungs- und Ausbaumöglichkeiten auf.
Bild 1.1Mit einer CNC-Fräse lassen sich die unterschiedlichsten Dinge erstellen. Hier entstehen die Holzteile für die vierte Achse.
Bild 1.2Was man für etwa 1000 Euro bekommt: eine Shapeoko-X-Fräse
Interessierst du dich für die CNC-Technik? Hast du schon einen 3D-Drucker und möchtest in die „subtraktive“ Welt hineinschnuppern? Bist du Modellbauer, Maker oder ambitionierter Bastler? Dann wirst du dich in diesem Buch wiederfinden.
In der Maker-Szene duzt man sich. Deshalb spreche ich meine Leser mit „du“ an. Ich habe das Buch so aufgebaut, als ob wir zusammen in deinem oder meinem Hobbykeller säßen und das Projekt „CNC-Fräse“ gemeinsam angehen würden.
Um die CNC-Fräsmaschine zu betreiben, benötigst du digitale 2D- oder 3D-Vorlagen. CAD-Kenntnisse sind also hilfreich, allerdings werde ich in Kapitel 8 den kompletten Workflow von der Modellierung im CAD-System über die CNC-Programmierung im CAM-System bis zur Maschinensteuerung beispielhaft vorstellen, sodass du eine Idee bekommst, wie die Vorlagen entstehen. Darüber hinaus kann ich mein Buch CAD für Maker (ISBN 978-3-44645681-5) empfehlen, in dem ich detailliert in die 3D-Modellierung einführe (Bild 1.3).
Bild 1.3Mein Buch CAD für Maker enthält Anleitungen zur 3D-Modellierung.
Im Zuge der Arbeit an meinem Buch CAD für Maker beschäftigte ich mich auch erstmals seit dem Maschinenbaustudium wieder mit CNC-Fräsmaschinen. Ich kann mich also gut in die Situation, die man als CNC-Neuling durchläuft, hineinversetzen.
Entsprechend habe ich CNC-Fräsen für Maker aufgebaut. Ich habe eine Liste von Anforderungen zusammengestellt, die eine Hobbyfräse in meinen Augen erfüllen sollte:
Sie soll preiswert sein.
Sie soll einfach bedienbar und aus einfach verfügbaren Standardteilen aufgebaut sein.
Sie soll einfach erweiterbar sein.
Sie soll eine große Community im Internet haben, die bei Problemen weiterhelfen und Tipps geben kann.
Die Maschine soll Holz und Kunststoffe bearbeiten können.
Die Möglichkeit, Aluminium zu bearbeiten, wäre schön, ist aber nicht Voraussetzung.
Die Maschine soll mit kostenloser Software zu betreiben sein.
Sie soll „bürotauglich“ sein, das heißt, die Maschine soll im Betrieb nicht allzu viel Schmutz und Lärm erzeugen und kompakt sein.
Sie soll „genau genug“ sein.
Bild 1.4Auch dieses Projekt aus meinem Buch CAD für Maker entstand auf der Shapeoko-X.
Selbstbau steht bei mir an erster Stelle. Natürlich gibt es eine Vielzahl von Fräsmaschinen, die bereits fertig aufgebaut zu kaufen sind. Doch meiner Meinung nach erwirbt man erst dann echtes Wissen in einem Bereich, wenn man die Materie – zumindest in der Theorie – so weit durchdenkt, dass man eigene Entscheidungen treffen kann. Nur dann wird man sich die richtigen Geräte und Werkzeuge anschaffen.
Wir bauen in diesem Buch eine Shapeoko-Fräse (für nähere Ausführungen siehe Kapitel 2) und folgen damit einem bestimmten Bauplan. Das hat den Vorteil, dass wir Bausätze verwenden beziehungsweise vorkonfigurierte Pakete einkaufen können und uns damit die Mühe sparen, eine Vielzahl einzelner Schrauben, Scheiben und Rollen im Internet zusammenzusuchen. Ich habe zudem vorgefertigte Blechteile gekauft, da diese präziser gefertigt sind, als wenn ich diese selbst mit der Bohrmaschine bearbeitet hätte. Grundsätzlich kannst du jedoch fast alle mechanischen Teile der Fräse einzeln kaufen oder selbst herstellen. Du solltest also schrauben und löten können.
Bild 1.5Größeres Kaliber: die Shapeoko-T mit Spindeltrieben, MaXYposi-Steuerung und vierter Achse
Warum einige der genannten Anforderungen besonders wichtig sind und miteinander zusammenhängen, werde ich noch genauer darlegen. Kurz gefasst: Je härter das zu bearbeitende Material ist, desto mehr Kräfte werden vom Fräser auf Spindel, Z-Achse, Portal und schließlich X-Achse übertragen. Verbiegt sich die Struktur der Maschine aufgrund dieser Kräfte, wird das Fräsergebnis nicht maßhaltig. Zudem kann nicht beliebig langsam gefräst werden, da sonst die beim Schneiden des Materials entstehende Hitze nicht abgeleitet werden kann.
Deshalb ist in Bezug auf die bearbeitbaren Materialien nicht die Kraft der Motoren der begrenzende Faktor, sondern die Steifigkeit des Maschinengestells (Bild 1.6). Mit Aluprofilen lassen sich die Kräfte beim Fräsen von härteren Metallen nicht mehr im Maschinengestell abfangen. Für eine Fräse, die sauber und zuverlässig Stahl oder dickes Alu bearbeiten kann, ist ein völlig anderer Aufbau notwendig, der speziell angefertigte Teile erfordert, was wiederum die Maschine verteuert. Solche Fräsen liegen im hohen vierstelligen bis fünfstelligen Eurobereich und damit außer Reichweite eines Heimwerkers.
Bild 1.6Für die Bearbeitung von Metall werden eine sehr steife Maschine und starke Motoren benötigt. Die Abbildung zeigt die Innenansicht einer DMU 95 monoblock von DMG Mori (© DMG Mori).
Doch degradieren diese Einschränkungen die preiswerten Fräsmaschinen zur „Käsefräse“, die nur Käse schneiden kann und deren Werkstücke „Käse sind“, wie man oft im Internet liest? Ich finde nein. Wer wissen möchte, was man mit einer Fräse und Holz alles anstellen kann, der schaue sich unter anderem einmal auf der Website www.zenziwerken.de oder auf einer Modellbaumesse um, denn die meisten Modellflugzeuge und viele Modellboote werden aus gefrästen Spanten und anderen Holzteilen gefertigt (Bild 1.7). Auch die im Modellbau sehr beliebten Hartschaumplatten lassen sich mit den preiswertesten Fräsen bearbeiten.
Nicht vergessen sollte man die Möglichkeit, Platinen zu gravieren. Das ist eine interessante Alternative zum Ätzen selbst entwickelter Leiterplatten. Gravuren in Acrylglas ergeben sehr schöne, beleuchtbare Schilder. Die Möglichkeiten sind mehr als umfangreich, auch ohne die Bearbeitung von Stahl. Immerhin lassen sich Aluminium und Nichteisenmetalle – wenn auch langsam – bearbeiten.
Der Aufbau einer Fräse aus Aluprofilen beschränkt also die Auswahl der Materialien, die man bearbeiten kann, hat aber unschätzbare Vorteile: Die Aluprofile kann man zum einen relativ einfach kaufen, zum anderen lässt sich die Größe der Fräse durch die Länge der Profile individuell an die eigenen Möglichkeiten und Anforderungen anpassen. Ebenso verhält es sich mit dem Riementrieb, den die in diesem Buch vorgestellte Fräse (zumindest anfänglich) hat. Auch dieser ermöglicht eine individuelle Größenauswahl.
Bild 1.7Mit der „Käsefräse“ lassen sich sehr schöne Projekte, wie diese Schale von ZenziWerken, umsetzen. (© ZenziWerken.de, Daniel Groß)
Wenn du dich in diesen Beschreibungen wiedererkennst und mit den beschriebenen Anforderungen leben kannst, lade ich dich herzlich ein, mir auf dem Weg zur selbst gebauten Fräse zu folgen.
Bild 1.8Schritt für Schritt bauen wir eine Fräse auf und nehmen sie in Betrieb.
Noch ein wichtiger Hinweis: Dieses Buch ist nicht als lineare Handlungsanweisung gedacht. Ich baue zunächst eine einfachen Maschine mit drei Achsen, Riementrieben, kleinen Motoren und einer einfachen Steuerung und rüste diese dann Schritt für Schritt auf: mit einer Absaugung, einem Werkzeuglängentaster, größeren Motoren, einer kräftigeren Steuerung, einer vierten Achse und so weiter. Du kannst die Zwischenschritte natürlich auch überspringen und gleich NEMA23-Motoren einbauen.
Dieses Buch wird dir auch ein nützlicher Wegweiser sein, wenn du dich nicht für eine Shapeoko-Grundmaschine, sondern einen anderen Bausatz entschieden hast. Die Ausführungen zur elektrischen/elektronischen Ausstattung sind auch für ein anderes mechanisches Basisset gültig. Lies das Buch am besten einmal komplett durch, bevor du dich für einen Aufbau entscheidest. Ich liefere an vielen Stellen Pros und Contras und begründe meine Entscheidungen ausführlich. So kannst du meinen Argumenten folgen – oder eben auch nicht.
1.2Von der Idee zum Span: Wie ist dieses Buch aufgebaut?Nach dieser Einführung folgen in Kapitel 2 der Aufbau der Fräsmaschine, die Beschreibung ihrer Bestandteile und einige Begriffserklärungen. In Kapitel 2 wird zudem die notwendige Größe und das Budget geklärt, das für die Fräsmaschine und ihre Peripherie ausgegeben werden soll. Auch sinnvolle Erweiterungen und Ergänzungen werden besprochen.
Kapitel 3 beschäftigt sich mit den Grundlagen des Fräsens. Welche Werkzeuge gibt es, wie werden diese eingesetzt, was bedeutet Vorschub, Zustellung und Schnittgeschwindigkeit, wie wählt man die richtigen Parameter für verschiedene Werkstoffe und Werkzeuge aus? Einen Schritt weiter geht es mit den Bearbeitungsstrategien. Es werden verschiedene Möglichkeiten vorgestellt, Material abzutragen, die jeweils Vor- und Nachteile haben. Wozu Maschinen-, Werkstück-, Programm- und andere Nullpunkte und ihre zugehörigen Koordinatensysteme gut sind und wie man mit ihnen arbeitet, ist ebenfalls Thema in Kapitel 3.
Dann folgt das kurze Kapitel 4, in dem ich den endgültigen Aufbau und die Größe der Fräse festlege und die zum Bau notwendigen Bestandteile zusammenstelle.
In Kapitel 5 und 6 gehe ich auf den mechanischen und elektrischen Zusammenbau der Fräsmaschine ein. Der Aufbau wird nicht bis zur letzten Schraube dargestellt, da dein individueller Baukasten je nach Anforderung sicherlich etwas anders aussieht, doch die Kapitel enthalten viele Tipps und Tricks, die dir helfen, Fehler beim Zusammenbau zu vermeiden. Darüber hinaus wird in Kapitel 6 die Maschinensoftware auf den Steuerungsrechner gespielt und die Maschinensteuerung selbst initialisiert.
In Kapitel 7 kommen wir zum spannendsten Teil: der Inbetriebnahme der Fräse. Die Maschine macht die ersten Bewegungen, wir suchen Nullpunkte, spannen ein Werkstück auf und erzeugen das erste Mal Späne. Ganz wichtig ist auch Abschnitt 7.5 zum Thema Sicherheit. Sowohl der Bau als auch der Betrieb der Fräse bergen Gefahren in sich, wenn nicht gewisse Vorsichtsmaßnahmen ergriffen werden.
In Kapitel 8 wird der gesamte Workflow, der in Kapitel 2 bereits in der Theorie vorgestellt wurde, noch einmal detailliert betrachtet. Wir arbeiten mit Estlcam und Autodesk Fusion 360 verschiedene Projekte durch – von der Skizze über das 3D-Modell bis hin zur CAM-Programmierung, der G-Codeausgabe und dem Fräsvorgang auf der selbst gebauten Maschine.
Bild 1.9Auch das Gravieren gescannter Zeichnungen bringen wir der Fräse bei.
HINWEIS: Bitte vergiss nicht, dass das Bedienen einer Fräse im Rahmen eines Lehrberufs erlernt wird. Zerspanungsmechaniker lernen dreieinhalb Jahre lang alles über Fertigungsmethoden und -prozesse. Auch du wirst – wenn du nicht die entsprechende Ausbildung hast – einige Zeit brauchen, um deine Fräse wirklich im Griff zu haben. Das Verstehen der Fräsparameter und des Workflows ist extrem wichtig, wenn du Erfolgserlebnisse statt Frust erfahren möchtest.
InKapitel 9 werden der Werkzeugwechsel und der dafür notwendige Werkzeuglängensensor behandelt. Zudem bauen wir eine Späneabsaugung auf Basis eines Zyklonabscheiders, die über das NC-Programm gesteuert wird (Bild 1.10).
Bild 1.10Sorgt für Sauberkeit am Arbeitsplatz: ein selbst gebauter Zyklonabscheider
Der Maker ist ja nie zufrieden, wenn etwas einfach nur funktioniert. Hatten wir die CNC-Maschine zunächst mit Komponenten ausgestattet, wie sie im 3D-Druckbereich typisch sind – mit Raspberry Pi, Polulu 8825-Treibern und NEMA17-Motoren –, greifen wir in Kapitel 10 zu Treiberplatinen, die zum einen NEMA23-Motoren treiben können und zum anderen Reserven für eine vierte Achse bieten. Außerdem wird der Maker nervös, wenn die Möglichkeiten der Elektronik nicht voll ausgeschöpft werden. Also bauen wir in Kapitel 10 eine vierte Achse, um Werkstücke von (fast) allen Seiten bearbeiten zu können (Bild 1.11).
Die optionalen Ergänzungen bauen nicht direkt aufeinander auf. Du kannst also die Späneabsaugung auch nachbauen, wenn du nicht auf Spindeltriebe umgerüstet hast, oder die Maschine gleich mit einer leistungsstärkeren Steuerung aufbauen, ohne zunächst mit dem Raspberry Pi zu arbeiten.
Am Ende wirst du eine leistungsstarke, vielseitige CNC-Fräsmaschine gebaut haben, die dir bei deinen Fräsprojekten hoffentlich wertvolle Dienste leisten wird und auch als Basis für einen Lasercutter dienen kann.
Bild 1.11Die vierte Achse erschließt uns neue Möglichkeiten beim Fräsen.
Solch ein Buch schreibt sich nicht von alleine, insbesondere deshalb, weil man extrem viel Hardware für die Realisierung benötigt. Folgende Firmen und Personen haben mich mit Rat und Tat bzw. verschiedener Hardware unterstützt:
Allen voran danke ich Ronald Holze von myhobby-CNC (http://www.myhobby-cnc.de), der mir eine fast komplette „Zweitfräse“ zur Verfügung gestellt hat.
Ich danke den Firmen Protoneer und Heise Medien, die mich mit ihren Steuerungen Raspberry Pi CNC und MaXYposi Controller ausgestattet haben. Peter König von der Zeitschrift Make: und dem MaXYposi-Entwickler Carsten Meyer danke ich für ihre Unterstützung.
Daniel Groß von ZenziWerken.de (www.zenziwerken.de) danke ich für die Erlaubnis, seine Konstruktionen und schönen Bilder zu nutzen.
Der Estlcam-Entwickler Christian Knüll hat mir einige wichtige Fragen zu seiner CAM-Software beantwortet und mich vor einem großen Irrtum bewahrt.
Michael Haase danke ich für die Daten seines Balsa-Zagi-Nurflüglermodells, das in Kapitel 8 zum Einsatz kommt.
Und zum Schluss danke ich meiner Familie, meinen Kunden und Julia Stepp vom Hanser Verlag für ihre Geduld bei diesem Projekt.
Doch nun genug der Vorrede. Bist du bereit, in die spannende Welt des CNC-Fräsens abzutauchen? Dann lass uns loslegen. Ich wünsche dir viel Freude bei der Lektüre meines Buches!
Friedrichshafen, Januar 2022
Ralf Steck
In diesem Kapitel beschreibe ich zunächst, wie aus 3D-CAD-Daten die Bewegungsbefehle für die Motoren einer Fräse entstehen. Dann lernst du die Bestandteile einer Fräsmaschine kennen – von der Steuerung über die Motoren bis zu den Achsen und der Spindel. Als Nächstes wenden wir uns den Werkstücken zu. Welche Formen lassen sich mit einer Fräse überhaupt herstellen? Was ist 2,5D- und was 3-Achs-Fräsen? Warum brauche ich für 3D-Fräsen fünf Achsen? Weiter geht es mit den verschiedenen Werkstoffen, den Grenzen der hier beschriebenen CNC-Maschine bei der Materialwahl und schließlich mit der konkreten Auswahl der im Buch eingesetzten Fräsmaschine, deren Größe und der Festlegung des Budgets (Bild 2.1, siehe auch Abschnitt 2.5 und Abschnitt 2.6.10). Schließlich kümmern wir uns um die Peripherie. Was benötigt man außer der Maschine und ihrer Steuerung? Was bringen Späneabsaugung, Werkzeuglängentaster oder vierte Achse?
Bild 2.1Im Buch bauen wir eine Shapeoko-Fräse.
Alle CNC-Maschinen, seien es Fräsen, Drehmaschinen oder auch 3D-Drucker, werden mit G-Code gesteuert. Das ist eine in der Norm DIN 66025/ISO 6983 festgelegte Programmiersprache, die allerdings bei jeder Maschine und jedem Hersteller über die genormten Befehle hinaus erweitert und angepasst ist. Das ist zum einen darauf zurückzuführen, dass sich die Anlagen schneller entwickeln als die Norm. Auf diese Weise können die Befehle für die neuen Funktionen erweitert werden. Zum anderen haben die verschiedenen Anlagen unterschiedliche Spezialfunktionen, die mit jeweils speziellen Befehlen angesprochen werden. So benötigt ein 3D-Drucker Befehle, mit denen man die Temperatur von Düse und Bett festlegen kann, eine Fräsmaschine arbeitet dagegen mit Kühlschmiermittel, dessen Fluss ebenfalls im Code gesteuert werden muss. Praktisch jede Herstellerfirma pflegt deshalb einen spezifischen G-Code-Dialekt, der die eigenen Funktionen unterstützt. Der G-Code muss deswegen immer an die jeweilige Maschine, die zum Einsatz kommen soll, beziehungsweise an deren Steuerung angepasst werden.
Nichtsdestotrotz gibt es eine Reihe allgemeingültiger Befehle wie G0 („Bewege das Werkzeug im Eilgang und in gerader Linie zu bestimmten Koordinaten“) oder G2 („Beschreibe einen Kreisbogen im Uhrzeigersinn“). Bewegungsbefehle beginnen mit dem Buchstaben G, M-Codes steuern weitere Funktionen wie die Spindeldrehzahl (M4) oder Kühlung (M8). Die Codes akzeptieren Parameter. So startet G1 X50 Y20 Z-0,5 F1500 eine lineare Bewegung zu den XYZ-Koordinaten 50/20/-0,5 mit einer Geschwindigkeit von 1500 Millimetern pro Minute. Durch weitere Befehle lässt sich auch einstellen, ob die Koordinatenwerte relativ zum aktuellen Standort (relativ) oder relativ zum Nullpunkt (absolut) gemeint sind.
TIPP: Ein ; bewirkt, dass der Rest der Zeile ignoriert wird. So kann man Kommentare einfügen. Zudem lassen sich Zeilennummern einfügen, die sich in Unterprogrammen referenzieren lassen.
Ein G-Code-Programm, das ein einfaches Quadrat mit 50 Millimeter Kantenlänge abfährt, könnte also folgendermaßen aussehen:
Bild 2.2Mithilfe eines G-Code-Onlinesimulators (http://nraynaud.github.io/webgcode) visualisieren wir schnell den vorangehend dargestellten Code.
Als die ersten CNC-Maschinen auf den Markt kamen, wurde der G-Code noch manuell geschrieben. Das war allerdings sehr fehleranfällig, besonders, weil die Werkzeugbahnen nur selten dem entsprechen, was man auf der Zeichnung sieht, denn der Fräser schneidet nicht mit seiner Mittelachse, sondern mit seiner Seitenfläche. Das bedeutet, dass im vorangegangenen Beispiel kein Quadrat mit 50 Millimeter Kantenlänge stehen bleiben würde, sondern bei Verwendung eines 6-Millimeter-Schaftfräsers ein Quadrat mit 44 Millimeter Kantenlänge. Der 6-Millimeter-Schaftfräser arbeitet 3 Millimeter neben der Mittellinie.
Das Programm müsste in diesem Fall so aussehen (Ausschnitt):
Bild 2.3Die Simulation zeigt im unteren Fenster die etwas weiter außen verlaufende Werkzeugbahn.
Auf diese Weise verläuft die Mittellinie der Bewegung um 3 Millimeter nach außen versetzt und es bleibt ein Quadrat mit 50 Millimeter Kantenlänge stehen. Bei komplexen Formen wird es schnell fast unmöglich, diese sogenannte Fräserradiuskorrektur manuell durchzuführen. Deshalb wurde diese Korrektur bald in die Maschinensteuerung verlegt und der Programmierer konnte wieder mit den tatsächlichen Maßen des Werkstücks arbeiten.
Die entsprechenden G-Befehle lauten G40, G41 und G42. G40 schaltet die Fräserradiuskorrektur aus, G41 verlegt die Werkzeugbahn in Vorschubrichtung gesehen nach links und G42 nach rechts. Der Parameter D bestimmt den Werkzeugdurchmesser oder bei manchen Steuerungen ein Werkzeug im Wechsler, dessen Durchmesser wiederum in einer Werkzeugmaßtabelle hinterlegt ist.
Die Zeile
würde, an entsprechender Stelle (zwischen Zeile 20 und 30) in das erste Programm eingefügt, den Werkzeugweg so verschieben, dass ein Quadrat mit 50 Millimeter Kantenlänge entstände.
Doch das soll zur manuellen Programmierung genügen. Das Beispiel hat, glaube ich, gut gezeigt, dass diese Art der Maschinenprogrammierung schnell sehr aufwendig wird. Man stelle sich vor, das bahnenweise Abfahren einer Fläche von Hand programmieren zu müssen – welch ein Aufwand! Zum Glück gibt es heutzutage CAM-Software (Computer-Aided Manufacturing), die aus einer Geometrie die benötigten G-Codes ableitet. Das bedeutet jedoch, dass wir eine digitale Darstellung des endgültigen Bauteils benötigen. Je nachdem, wie wir dieses bearbeiten möchten, reicht dazu eine Strichzeichnung, wenn mit festen Tiefenwerten gearbeitet wird, oder es ist ein 3D-Modell notwendig, wenn gebogene Flächen erzeugt werden sollen. So reicht für das Fräsen von Spanten oder das Gravieren eines Logos in eine Plexiglasplatte eine Vektorgrafikdatei, beispielsweise im DXF- oder SVG-Format. Wenn du hingegen ein Geländemodell fräsen möchtest, brauchst du ein dreidimensionales Modell.
In diesem Buch werden wir die Software Fusion 360 von Autodesk benutzen, die unter anderem ein 3D-CAD-System mit einem CAM-System verbindet (Bild 2.4). CAM-Systeme wie Estlcam, Mach4 oder im Profibereich Tebis nehmen 2D-/3D-Daten entgegen und liefern den zugehörigen G-Code. Damit die CAM-Software den richtigen G-Code-Dialekt für die Steuerung der CNC-Maschine erzeugt, benötigt sie einen angepassten Postprozessor (PP). Fusion 360 enthält zum Glück neben Postprozessoren für Profimaschinen auch PPs für Mach4, Shapeokos und GRBL, sodass wir den passenden Code erzeugen können.
Bild 2.4Mit dem für Privatanwender kostenlosen Fusion 360 erstellen wir die Fräsbahndaten.
Die Steuerung der Maschine nimmt den G-Code entgegen und wandelt ihn in die Steuerimpulse für die Endstufen der Schrittmotoren und der Spindel um. Zusätzlich besitzt sie Ausgänge, beispielsweise für das Ein- und Ausschalten einer Kühlung. Auf diesen Teil des Workflows gehe ich in Kapitel 7 ein. Ich habe die Softwarekomponenten der Steuerung trotzdem in den Workflow aus Tabelle 2.1 aufgenommen, um den Signalfluss zu verdeutlichen.
Tabelle 2.1 Datenfluss und zugehörige Softwarekomponenten
Komponente
Funktion
Beispiel
CAD-System
Erstellen des 2D- oder 3D-Modells
Fusion 360, FreeCad, SketchUp, SolidWorks
CAM-System
Definieren der Bearbeitungsschritte und -strategien, der Werkzeuge und des Rohteils; Erzeugen des CNC-Programms
Fusion 360, Mach4, Estlcam
Postprozessor
Erzeugen des zur Maschine passenden G-Code-Dialekts
In die CAM-Software integriert
G-Code-Sender
Liefert das Programm zeilenweise an die Steuerung; läuft auf PC oder Raspberry Pi
Mach4, Estlcam, GRBL-Sender, bCNC, CNC.js
G-Code-Interpreter
Interpretiert den G-Code und wandelt ihn in Steuersignale für die Motorendstufen um; läuft auf Arduino oder PC (Echtzeit)
GRBL, Estlcam-Firmware für Arduino, Mach4
Die Schnittstelle zwischen Programmierung und CNC-Maschine ist der G-Code, der wie in Abschnitt 2.1 beschrieben im CAM-System erzeugt und nun an die Steuerung übergeben wird. Man wird sinnvollerweise einen eigenständigen PC als Steuerungsrechner benutzen, während Konstruktion und CAM-Programmierung auf einem anderen Rechner laufen. Zumindest ist dies die übliche Trennung, wie sie auch im Profibereich gelebt wird. Die Trennung ist allerdings im Profi- wie im Hobbybereich unscharf, denn auch im Profibereich kann der Maschinenbediener auf der Maschinensteuerung eigene CNC-Programme schreiben oder die Programme aus dem CAM-System bearbeiten. Ebenso gut kann die Steuerung auch in die CAM-Software integriert sein und auf einem PC unter Windows laufen (beispielsweise bei Mach4) oder auf einem Steuerungs-PC den von einem CAM-Programm gelieferten G-Code verarbeiten, wie bei LinuxCNC.
2.2.1Kommandosache: Die SteuerungDie Steuerung muss allerdings echtzeitfähig sein. Das bedeutet, dass die Signale der Maschine – beispielsweise von Endschaltern – in Realzeit verarbeitet werden. Ebenso müssen die Steuersignale an die Schrittmotoren beziehungsweise deren Endstufen im Millisekundenbereich zuverlässig und ohne Zeitverzögerung weitergeleitet werden. Serielle und USB-Anschlüsse liefern und senden Daten nacheinander und sind deshalb wenig geeignet für die direkte Steuerung einer CNC-Maschine. Viele Steuerungen nutzen bis heute den Parallelport, der früher auf sehr einfache Weise echtzeitfähige und gleichzeitig nutzbare Ein- und Ausgänge zur Verfügung stellte. Rechner mit Parallelport sterben allerdings langsam aus. Zudem erlaubt beispielsweise Windows 10 keinen direkten Zugriff von Software auf die Schnittstellen mehr. Echtzeitverarbeitung ist damit nicht mehr gewährleistet. Jeder kennt die kleinen „Denkpausen“, die Windows immer wieder einlegt. Beim Steuern einer CNC-Maschine sind solche Denkpausen nicht tolerierbar. Nicht zuletzt können die Energiesparfunktionen von Windows für Ärger sorgen, wenn sie den Rechner nach einiger Zeit mitten während des Fräsens in den Tiefschlaf schicken.
Im Parallelport-Bereich werden sogenannte Breakout-Boards (BOB) genutzt. Diese stellen eine rein elektrische Umsetzung zwischen Parallelport und den Anschlüssen der Endstufen her. Die gesamte Intelligenz steckt also im PC. Ab dem Parallelport des Rechners laufen die Signale direkt über das Breakout-Board und die Endstufe in den jeweiligen Motor. Sehr elegant und weniger empfindlich gegen Einflüsse des PC-Betriebssystems ist dagegen die Lösung, die Steuerung und das Umsetzen der G-Codes in Maschinenbefehle einem darauf spezialisierten Mikrocontroller zu überlassen. Dazu lassen sich beispielsweise die sehr preiswerten Arduinos verwenden. Auf dem Arduino läuft eine spezielle Firmware, beispielsweise GRBL, die G-Code versteht. Das ist die „offizielle“ Shapeoko-Lösung, die auch wir nutzen werden. Estlcam geht einen Sonderweg mit einer eigenen Arduino-Firmware, die direkt aus Estlcam mit Befehlen versorgt wird.
Diese Echtzeitsteuerung auf dem Arduino ist allerdings erst die halbe Miete, denn sie muss ständig und in der richtigen Geschwindigkeit mit G-Code versorgt werden – Zeile für Zeile in dem Takt, wie die Fräse die Befehle abarbeitet. Man benötigt also einen Rechner zum „Füttern“ des Arduino. Man kann dafür wie bei der „direkten“ Lösung einen Laptop oder PC benutzen. Ich habe mich für meine erste Fräse hingegen für eine Lösung auf Basis des Kleinstrechners Raspberry Pi entschieden. Der Raspberry kostet unter 40 Euro, benötigt praktisch keinen Strom und stellt mithilfe von Software wie bCNC eine Bedienoberfläche für die Fräse bereit, bei der „Profimaschinen-Feeling“ aufkommt. bCNC ist gleichzeitig ein G-Code-Sender, der die G-Codes an den Arduino sendet. Außerdem kann man in bCNC einfache Programme selbst erstellen (Bild 2.5). Raspberry und Arduino bilden also zusammen eine komplette Steuerung mit CAM-Funktionalität. Wir werden im Verlauf des Buches noch andere Optionen zur Steuerung, auch über einen Laptop, einsetzen, sodass du alle Möglichkeiten kennenlernst.
Bild 2.5Steuerungssoftware wie bCNC liefert die NC-Datensätze an den Maschinencontroller.
Bild 2.6Der Pi CNC Hat von Protoneer wird auf einen Raspberry Pi aufgesteckt. Vorne sind die vier Steckplätze für Motortreiber und hinten rechts der integrierte Arduino-Chip zu sehen. Das Bild zeigt Version 2.58 des Boards. Die aktuelle Version 2.60 hat ein anderes Layout und einen I2C-Anschluss (den wir nicht benötigen).
Der letzte, noch fehlende Bestandteil der Steuerung sind die Motorentreiber oder -endstufen, die aus den Befehlssignalen des Arduino oder des PC die eigentlichen Impulse für den Schrittmotor erzeugen. Jedem Motor ist ein Treiber zugeordnet. Diese Treiber können beispielsweise sogenannte Polulus oder StepSticks sein. Das sind standardisierte Platinen mit einem A4988-Chip von Allegro oder dem DRV8825-Chip von Texas Instruments, der etwas mehr Strom verträgt. Diese Treiber kommen aus der 3D-Drucker-Szene und reichen völlig aus, um einen NEMA17-Schrittmotor zu steuern. Der maximale Strom, den diese Endstufen verarbeiten können, liegt bei circa 2,5 Ampere. Ein großer Vorteil ist, dass die Treiberplatinchen inzwischen spottbillig sind. Man bekommt auf eBay direkt aus China fünf Polulus für unter zehn Euro. Wenn man also beim Herumprobieren einen Treiber zerstört – und das kommt schneller vor, als man denkt –, ist schnell und preiswert Ersatz zu finden.
Bild 2.7Vorne drei Treiberbausteine im Polulu-Format; links und in der Mitte zwei Boards auf Basis des DRV8825; rechts ein Treiber mit Toshiba TB67S109FTG; hinten ein Treiberboard mit dem TB6560
Sollen es größere Motoren sein, werden stärkere Treiber benötigt. Weitverbreitet sind beispielsweise die „China-Endstufen“ von Leadshine oder solche auf Basis des Toshiba-Chips TB6560. Dieser Chip kann mit bis zu 36 Volt betrieben werden und liefert bis zu 3,5 Ampere an die Motoren. Noch bessere Werte liefert der neuere TB6600. Hier sind 5 Ampere oder mehr möglich. Zudem lassen sich statt 36- auch 48-Volt-Netzteile nutzen. Diese Treiberbausteine kosten – je nach Qualität – zwischen 10 und über 80 Euro.
2.2.3Einer nach dem anderen: Die SchrittmotorenDas nächste Glied der Kette sind die Schrittmotoren (oft auch als Steppermotoren bezeichnet). Schrittmotoren im Hobbybereich sind praktisch immer bipolare Hybridmotoren, die an ihren vier Anschlusskabeln zu erkennen sind. Es handelt sich um Motoren, die sich nicht kontinuierlich, sondern mit jedem Stromsignal einen kleinen Winkelschritt weiterdrehen. Die meisten Schrittmotoren haben 200 Schritte pro Umdrehung, was einem Schrittwinkel von 1,8 Grad entspricht.
Durch technische Tricks lassen sich auch Zwischenschritte realisieren. Man spricht dann von 1/2-, 1/8-, 1/16- oder 1/32-Schritten. In 3D-Druckern sind 1/16- oder 1/32-Schritte üblich, allerdings verlieren die Motoren durch die Zwischenschritte an Drehmoment, was beim 3D-Drucker weniger wichtig ist, bei Fräsen umso mehr. In Fräsen arbeitet man deshalb höchstens mit 1/8-Schritten, was für die meisten Aufgaben genau genug ist. Zur Achse hin entsteht durch den Antrieb noch eine Untersetzung. Bei einem M8-Gewinde, wie es bei der in diesem Buch eingesetzten Shapeoko-Fräse an der Z-Achse zum Einsatz kommt, ist die Steigung 1,25 Millimeter. Das ist der Betrag, um den sich die Achse bei einer Umdrehung bewegt. Mit den 200 Schritten des verwendeten Schrittmotors ergibt sich pro Schritt eine Bewegung von 0,00625 Millimetern – bei Weitem genauer als der Rest der Maschine. Zwischenschritte bringen also keine zusätzliche Genauigkeit, allerdings können Zwischenschritte für einen weicheren Lauf sorgen, sodass man doch 1/2- oder 1/8-Schritte nutzt.
Die Schrittmotoren werden nach ihrer Baugröße NEMA-Motoren genannt. Der Name bezieht sich auf den US-amerikanischen Branchenverband National Electrical Manufacturers Association. Dieser hat eine Reihe von Schrittmotoren genormt. Sie arbeiten alle mit 200 Schritten pro Umdrehung. Typische Größen sind NEMA 17 bei 3D-Druckern und kleinen Fräsmaschinen, sowie NEMA 23, wenn es etwas mehr Drehmoment sein soll (Bild 2.8 und Tabelle 2.2).
Das in Tabelle 2.2 enthaltene Haltemoment bezeichnet die Kraft, die der Motor im Betrieb einer Kraft entgegensetzen kann. Wird die Belastung größer, kann der Motor um einen oder mehrere Schritte weitergedrückt werden. Wichtiger sind allerdings Schrittverluste. Diese entstehen, wenn die aufzubringende Kraft das maximale Drehmoment des Motors übersteigt. Die Schaltung sendet zwar Impulse, der Motor vollführt aber keine Schritte. Da die Steuerung bei normalen Schrittmotoren keine Rückmeldung über Schrittverluste erhält, stimmt nun die tatsächliche Position des Fräswerkzeugs nicht mehr mit der von der Steuerung angenommenen Position überein und die weiteren Fräsbahnen verschieben sich. Ein Ausweg sind Closed-Loop-Steuerungen, bei denen Drehmessgeber in die Motoren integriert sind, die der Steuerung Rückmeldung (Closed Loop, geschlossene Schleife) über Schrittverluste geben, was beispielsweise eine Notabschaltung auslöst. Damit ist wenig gewonnen und die Pakete aus vier Motoren und der passenden Steuerung kosten allein um die 1500 Euro, deshalb verfolge ich diesen Ansatz hier nicht weiter.
Bild 2.8Schrittmotoren: links im Format NEMA 17, rechts im Format NEMA 23
Tabelle 2.2 Wichtige NEMA-Motorengrößen (Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Schrittmotor)
Name
Abstand der Haltelöcher
Typisches Haltemoment
NEMA 14
35 mm × 35 mm
0,3 Nm
NEMA 17
42 mm × 42 mm
0,5 Nm
NEMA 23
47,14 mm × 47,14 mm
2,0–4,0 Nm
NEMA 34
86 mm × 86 mm
4,5–8,0 Nm
Eine Endstufe kann auch zwei Schrittmotoren antreiben, die sich dann synchron bewegen. Dies ist beispielsweise bei der Y-Achse der Shapeoko-Fräse wichtig, die zwei Motoren zum Bewegen des Portals nutzt. Natürlich lassen sich auch die Steuerimpulse des Arduino parallel an zwei Endstufen ausgeben, um die Motoren synchron laufen zu lassen. Das entlastet die Endstufe und wird auch in der Folge von mir so umgesetzt.
2.2.4Immer geradeaus: Die AchsführungenDie Shapeoko-Fräsmaschine hat drei Achsen: X, Y und Z. Die X-Achse ist bei der Shapeoko als Portal (englisch: Gantry) ausgeführt, das auf den MakerSlide-Profilen der Y-Achse hin- und herfährt. Der Z-Laufwagen wiederum fährt auf dem Portal in Y-Richtung und besitzt eine Platte, die auf- und abfährt. Auf dieser Platte ist die Spindel befestigt – das ist die Z-Achse. Welche Achse als X und Y bezeichnet wird, ist übrigens grundsätzlich unerheblich, typischerweise ist X „nach rechts“ und Y „nach hinten“. Ich habe bei meiner Fräse X und Y vertauscht, da ich beim Arbeiten an der Fräse üblicherweise an der langen Seite sitze. So stimmen die Buttons auf dem Bildschirm mit der Richtung der Bewegung überein.
Eine Dreiachsfräse besteht also aus drei Linearführungen. Mit der doppelten Führung der Y-Achse sind es sogar deren vier. Die Shapeoko benutzt als Linearführung das MakerSlide-Profil, das sowohl die Stabilität liefert als auch die Führung auf den V-Kanten (Bild 2.9). Bei anderen Fräsen werden Linearführungen mit gleit- oder kugelumlaufgelagerten Laufwagen eingesetzt, die auf ein Profil aus Stahl – oder bei Profimaschinen auf ein Gestell aus Stahlguss – geschraubt werden. Aus diesem Aufbau beziehen diese Fräsen ihre größere Steifigkeit. Lieferanten für solche Linearführungen sind unter anderem Hiwin oder Igus.
Bild 2.9Die Achsen der Fräse sind hier mit Linearführungen in Form von V-Rollen realisiert.
