CNC-Fräsen für Maker und Modellbauer E-Book

Christian Rattat

• Herausgeber: dpunkt
• Kategorie: Lebensstil
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2016

Seitenzahl: 275

Beschreibung

Mit einer CNC-Fräsmaschine lassen sich komplexe Objekte schnell, präzise und reproduzierbar fertigen. Seitdem diese Technik auch für den Privat- und Kleingewerbebereich verfügbar ist, hat sich ihr Anwendungsspektrum um viele neue Möglichkeiten erweitert. Für den Einsteiger die Hürde jedoch oftmals groß, denn das Wissen, das es sich anzueignen gilt, scheint zunächst immens: Ein Zeichen- bzw. CAD- und CAM-Programm muss ebenso beherrscht werden können wie die jeweilige Steuerungssoftware der Maschine. Christian Rattat holt den interessierten Leser genau an dieser Hürde ab und begleitet ihn von der Anschaffung einer Maschine bis zum ersten selbst gefertigten Objekt. Er erklärt dem Leser anhand einer Stepcraft-Fräsmaschine, wie man diese aus einem Bausatz aufbaut, in Betrieb nimmt und damit aus 2D- und 3D-Modellen Werkstücke erzeugt. Mit fundiertem Hintergrundwissen, zahlreichen Tipps und Tricks sowie Anregungen zu weiterführenden Entwicklungen unterstützt er den Leser optimal bei seinem Einstieg in das CNC-Fräsen. Der Autor zeigt, dass diese Technik kein Hexenwerk ist, und steckt den Leser mit seiner Begeisterung für das Thema sofort an. Denn eines ist hier offensichtlich: Neben den unbegrenzten Möglichkeiten, die die Arbeit mit der CNC-Maschine bietet, bringt diese vor allem eines – Spaß!

Leseprobe

Christian Rattat arbeitet seit etwa 20 Jahren als Softwareentwickler und begann seine Karriere 1987 auf einem Commodore Amiga 2000. Heute arbeitet er für Großunternehmen im Microsoft- und Unix-Umfeld, hat aber auch mikrocontrollerbasierte Anwendungen gebaut und dafür Software implementiert.

Seit fast zehn Jahren fotografiert er semiprofessionell und besitzt ein eigenes Fotostudio. Sein Hobby, das Bauen und Fliegen von Multicoptern, erfordert unter anderem auch immer wieder den Einsatz von Werkzeugmaschinen wie CNC-Fräsen und 3D-Druckern.

Mit seinem dritten Buch CNC-Fräsen für Maker und Modellbauer vertieft er das Thema Modellbau und Make weiter und zeigt dem Einsteiger, wie er sich schnell in das Thema CNC-Fräsen einarbeitet.

Zu diesem Buch – sowie zu vielen weiteren dpunkt.büchern – können Sie auch das entsprechende E-Book im PDF-Format herunterladen. Werden Sie dazu einfach Mitglied bei dpunkt.plus+:

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CNC-Fräsen für Maker und Modellbauer

Grundlagen – Technik – Praxis

Christian Rattat

Christian Rattat

[email protected]

Lektorat: Dr. Michael Barabas

Copy-Editing: Ursula Zimpfer, Herrenberg

Herstellung: Susanne Bröckelmann

Satz: Ulrich Borstelmann, Dortmund

Umschlaggestaltung: Helmut Kraus, www.exclam.de

Druck und Bindung: PHOENIX PRINT GmbH, Würzburg

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

ISBN:

Print   978-3-86490-351-9

PDF   978-3-86491-911-4

ePub   978-3-86491-912-1

mobi   978-3-86491-913-8

1. Auflage 2016

Copyright © 2016 dpunkt.verlag GmbH

Wieblinger Weg 17

69123 Heidelberg

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Inhaltsübersicht

1       Einführung

2       Die eigene CNC-Fräsmaschine

3       Fräswerkzeuge

4       2D-Fräsen in der Praxis

5       Erweiterungen

6       Weitere Fräsarten

7       Alternative Steuerung

8       Ausblick

9       Glossar

Index

Inhaltsverzeichnis

1       Einführung

1.1    Was ist Fräsen?

1.2    Portalfräsen für den Hobbybereich

1.2.1     Maschinentisch

1.2.2     Fräsmotor

1.2.3     Werkzeugvorschub

1.2.4     Fräswerkzeuge

1.2.5     Ausstattung und Erweiterungen

1.3    Werkstoffe

1.4    CNC-Fräsen

1.4.1     CAD

1.4.2     CAM

1.4.3     Maschinensteuerung

1.5    Alternativen zum Fräsen

1.6    Sicherheit und Gefahren

1.6.1     Fräsmotor und Fräswerkzeuge

1.6.2     Elektrischer Strom

1.6.3     Brand- und Verbrennungsgefahr

1.6.4     Gefährliche Stoffe

1.6.5     Sicherer Arbeitsplatz

2       Die eigene CNC-Fräsmaschine

2.1    Auswahlprozess für die CNC-Fräsmaschine in diesem Buch

2.1.1     GoCNC Next 3D CNC M

2.1.2     Stepcraft-2/600

2.1.3     Weitere Modelle

2.1.4     Entscheidung

2.2    Montage der Stepcraft-2-Bausätze

2.3    Schritt 1: Montage des X-Z-Verbinders

2.4    Schritt 2: Montage der Z-Achse

2.5    Schritt 3: Montage der X-Spindel und der Portalseiten

2.6    Schritt 4: Zusammenbau des Portals

2.7    Schritt 5: Montage des Grundrahmens

2.8    Schritt 6: Zusammenbau der Fräsmaschine

2.9    Schritt 7: Montage der Elektronik

2.10  Schritt 8: Montage des Maschinentisches (5 Minuten)

2.11  Schritt 9: Installation und Inbetriebnahme (30 Minuten)

2.11.1   Schmieren der Linearschienen und Spindeln

2.11.2   Installation der Software

2.11.3   Vorbereitung für das Ausrichten der Spindeln

2.11.4   Anschluss der CNC-Fräsmaschine

2.11.5   Ausrichten der Spindeln

2.11.6   Das erste Werkstück

3       Fräswerkzeuge

3.1    Fräswerkzeuge

3.1.1     Zähne und Nuten

3.1.2     Schnittlänge und Aufnahmeform

3.1.3     Schneidstoffe für Fräswerkzeuge

3.1.4     Schnittgeschwindigkeit und Vorschub

3.1.5     Kühlung und Schmierung

3.2    Welcher Fräser für welches Material

3.2.1     Schaftfräser aus Vollhartmetall

3.2.2     Sonderformen

3.2.3     Sonderlängen

3.2.4     Formfräser

3.3    Gleich- oder Gegenlauffräsen

3.4    Pflege von Fräswerkzeugen

4       2D-Fräsen in der Praxis

4.1    Werkstücke spannen

4.2    Weichholz

4.2.1     Beispiel 1 – Fräsen von MDF

4.2.2     Beispiel 2 – Fräsen von Pappelsperrholz (ungünstige Parameter)

4.2.3     Beispiel 3 – Fräsen von Pappelsperrholz (bessere Parameter)

4.2.4     Beispiel 4 – Fräsen von Pappelsperrholz (linksspiraliger Fräser)

4.3    Hartholz

4.3.1     Beispiel 1 – Fräsen von massiver Buche (rechtsspiraliger Fräser)

4.3.2     Beispiel 2 – Fräsen von massiver Buche (linksspiraliger Fräser)

4.4    Acrylglas und Polycarbonat

4.4.1     Beispiel 1 – Fräsen von Acrylglas

4.5    Hartschaumplatten

4.5.1     Beispiel 1 – Fräsen von PVC

4.6    Gravierkunststoff

4.6.1     Beispiel 1 – Gravieren von Gravierkunststoff

4.7    Aluminium

4.7.1     Beispiel 1 – Fräsen von Aluminium

4.7.2     Beispiel 2 – Planfräsen von Aluminium

4.8    Messing

4.8.1     Beispiel 1 – Fräsen von Messing

4.9    Alu-Dibond

4.9.1     Beispiel 1 – Fräsen von Alu-Dibond

4.10  Glas

5       Erweiterungen

5.1    Gehäuse

5.2    Absaugvorrichtung

5.2.1     Vorstufe mit Fliehkraftabscheider

5.2.2     Sauger und Anschluss

5.2.3     Absaugung im Gehäuse und am Fräser

5.3    T-Nutentisch aus Aluminium

5.4    Spanneisen und Spannblöcke

5.5    Maschinenschraubstock

5.6    Werkzeuglängensensor

5.6.1     Einbau

5.6.2     Konfiguration mit WinPC-NC

5.6.3     Verwendung und Feineinstellung

5.7    Wasserbad zum Unterwasserfräsen

5.8    Zusätzliche Notausschalter

6       Weitere Fräsarten

6.1    Isolationsfräsen

6.1.1     Eagle konfigurieren

6.1.2     Fräsen der Platine mit WinPC-NC USB

6.2    Unterwasserfräsen

6.3    2,5D-Fräsen

6.3.1     CAD

6.3.2     CAM

6.3.3     Fräsen

6.3.4     Langlöcher, Taschen und Planfräsen

7       Alternative Steuerung

7.1    Hardwareinstallation

7.2    Installation und Konfiguration von UCCNC

7.3    Ein erster Test

7.3.1     CAM

7.3.2     Fräsen

7.4    Werkzeuglängensensor verwenden

8       Ausblick

8.1    Ersatzteile

9       Glossar

Index

Vorwort von Stepcraft

Liebe Leser,

mit dem Aufkommen der NC-Technik um 1950 und insbesondere der CNC-Technik in den 1970er-Jahren wurde es für die Industrie immer einfacher, komplexe Teile schnell, präzise und reproduzierbar zu fertigen. Seitdem diese Technik nun auch für den Privat- und Kleingewerbebereich verfügbar ist, haben sich viele neue Möglichkeiten aufgetan, die hiermit realisiert werden können.

Doch ist für den Einsteiger die Hürde oftmals groß, denn das Wissen das es sich anzueignen gilt, scheint zunächst immens: Ein Zeichen- bzw. CAD- und CAM-Programm muss ebenso beherrscht werden können wie die jeweilige Steuerungssoftware der Maschine.

Christian Rattat holt den interessierten Leser genau an dieser Hürde ab und begleitet ihn von der Anschaffung einer Maschine und ihrem Aufbau bis hin zum ersten selbst gefertigten Objekt. Mit fundiertem Hintergrundwissen, zahlreichen Tipps und Tricks sowie Anregungen zu weiterführenden Entwicklungen unterstützt er den Leser optimal bei seinem Einstieg in das CNC-Fräsen. Christian Rattat zeigt, dass diese Technik kein Hexenwerk ist, und steckt den Leser mit seiner Begeisterung für das Thema sofort an. Denn eines ist hier offensichtlich: Neben den unbegrenzten Möglichkeiten, die die Arbeit mit der CNC-Maschine bietet, bringt diese vor allem eines – Spaß!

In diesem Sinne wünschen wir Ihnen viel Freude beim Lesen!

Markus Wedel und Peter Urban

Geschäftsführung

STEPCRAFT GmbH & Co. KG

Kalkofen 6

58636 Iserlohn

www.stepcraft-systems.com

[email protected]

Vorwort des Autors

Die Königsklasse für den Modellbauer, aber auch zunehmend für andere Hobbys sind Fräsen und Drehen. Erst mit der sehr präzisen Bearbeitung von Verbundwerkstoffen, Metallen, Hölzern und Kunststoffen lassen sich Bauteile anfertigen, die die meist hohen Anforderungen an Festigkeit und Genauigkeit erfüllen. Kombiniert mit der numerischen Steuerung durch Computer und die Erstellung von 2D- und 3D-Modellen im Vorfeld eröffnet sich eine unglaublich breite gestalterische Vielfalt.

Mit der CNC-Technik hat sich das benötigte Fachwissen über den Umgang mit Werkzeugmaschinen stark auf die Anwendung von Programmen und die Computertechnik verlagert. Durch die immer leistungsfähigeren Programme und Computer müssen Anwender sich weniger auf das Wie, sondern zunehmend mehr auf das Was konzentrieren. Hat man einmal ein Modell des Werkstücks, ist der Schritt zu dessen Anfertigung oft sogar trivial. Und nicht selten ist dann ein Werkstück in wenigen Minuten fertig und lässt sich beliebig oft mit derselben Qualität herstellen.

Die zwei größten Hemmschwellen, eine eigene CNC-Fräsmaschine anzuschaffen, sind die Kosten und die Angst vor der komplexen Technik:

Schaffe ich das?

Wo fange ich an?

Welche Programme brauche ich?

Was brauche ich alles?

Wie funktioniert der ganze Prozess von der Idee zum fertigen Werkstück?

Was kostet mich das alles zusammen?

Welche Werkzeuge und Einstellungen benötige ich für welche Materialien?

Wenn man keine dieser Fragen beantworten kann, ist es sehr schwer, einen Anfang zu finden. Foren und Internet helfen nur, wenn es um sehr konkrete Punkte geht. Als Einsteiger ist man aufgrund der vielen unterschiedlichen Meinungen und Aussagen aber oft nicht in der Lage, die richtigen Aussagen herauszufiltern. Je mehr man sich in die Themen einliest, desto teurer wird alles. Schnell manifestieren sich Behauptungen, dass man ohne Linearführungen, eine Hochfrequenzspindel und Kugelumlaufspindeln und so weiter und so fort überhaupt nicht fräsen kann – das Ergebnis ist dann höchstens etwas, das man selbst mit einer Nagelfeile besser bauen könnte. Das freut die Hersteller teurer Fräsmaschinen, ist aber grundlegend falsch. Niemand mit Sachverstand wählt eine Werkzeugmaschine nach deren Aufbau aus, sondern danach, was damit hergestellt werden soll.

Als Modellbauer stand ich vor diesen Herausforderungen. Deshalb habe ich mit dem Teil begonnen, der mich nichts kostet: die Erstellung von Modellen. Mit Sketchup, Blender und ähnlichen Programmen lernt man mehr oder weniger schnell die Anfertigung von Modellen. Wichtig ist, dass man diesen Teil wirklich gut beherrscht. Nur weil man ein paar Objekte extrudieren und schneiden kann, stellt man noch lange keine Werkstücke so her, wie man diese braucht.

Ohne die Beherrschung von Konstruktionsgeometrien und anderen Konstruktionshilfen sowie von Bemaßungstechniken kommt man kaum oder gar nicht zu den benötigten Modellen. Diese Modelle habe ich dann von einem Freund auf seiner Fräse herstellen lassen und habe so auch Einblicke in die weiteren Prozesse erhalten. Nach relativ kurzer Zeit verstand ich dann auch, wie der Ablauf prinzipiell funktioniert, und beschloss die Anschaffung einer eigenen Fräsmaschine. Zum Einstieg lege ich das auch Ihnen ans Herz. Sie finden in vielen Foren Menschen, die für Sie gegen einen kleinen Obolus gerne ein paar Teile anfertigen.

Insgesamt hat es bei mir etwa zwei Monate gedauert, bis ich den ganzen Prozess verstanden und beherrscht habe. Viele Dinge stelle ich heute samt Modell in kurzer Zeit (1–2 Stunden) her. Wenn bereits hergestellte Teile noch einmal benötigt werden, ist das oft sogar in wenigen Minuten erledigt.

Darüber hinaus habe ich aber auch verstanden, wie man das ganze Thema systematisch angeht, wenn man noch überhaupt keine Vorstellung hat, wie CNC-Fräsen funktioniert. In diesem Buch werden alle wichtigen Punkte erklärt und jeder, der bereit ist, sich mit dem Thema intensiv zu beschäftigen, sollte so in kurzer Zeit selbst richtig und sicher mit einer CNC-Fräse umgehen können.

Webseite zum Buch

Zu diesem Buch gibt es wie auch zu meinen anderen Büchern eine eigene Webseite. Dort stelle ich bei Bedarf Korrekturen und Anmerkungen zum Buch zur Verfügung. Diese Seite finden Sie unter http://cncbuch.de.

Dort finden Sie auch die Videos der Firma Stepcraft als Hilfe zum Aufbau der Stepcraft-Serie-2-Fräsmaschinen als Ergänzung zur detaillierten Aufbauanleitung in Kapitel 2 dieses Buchs.

Mit der Zeit werde ich dort nützliche Informationen und Tipps & Tricks bereitstellen. Schauen Sie gelegentlich mal rein.

Danksagungen

Mein allerherzlichster Dank geht wie immer zunächst an meine Lektorin Ursula Zimpfer, an Peter Griwatsch, Maik Schmidt und Wolfgang Lindner für die Reviews, an Anke Eltermann, Markus Wedel und Peter Urban von Stepcraft für die professionelle fachliche und technische Unterstützung, an Susan Grey für die moralische Unterstützung, an Michael, Miriam, Sabrina, Vanessa und alle weiteren Mitarbeiter vom dpunkt.verlag, die es mir ermöglicht haben, mein drittes Buch zu schreiben, und nicht zuletzt an Alfred für die besten Schnitzel der Welt.

1 Einführung

Die erste Fräsmaschine wurde bereits vor rund 200 Jahren von Eli Whitney entwickelt. Mit dieser konnte man manuell und sogar schon teilautomatisch Metall fräsen. Mit zunehmender Industrialisierung wurden die Maschinen genauer und leistungsfähiger und bereits um 1900 wurden diese im industriellen Maßstab für die Serienproduktion eingesetzt.

Etwa gegen Mitte des 20. Jahrhunderts entstanden die ersten Steuerungssysteme, die ganze Programme automatisch abarbeiten konnten. Damit mussten Maschinenbediener nicht mehr mühsam alle Teilschritte von Hand einrichten und die Herstellungszeiten und Fehlerquellen nahmen rapide ab. Nach Einzug moderner Computer und besserer Maschinentechnik sind maschinelle Fräsen mittlerweile in bestimmtem Umfang auch ohne umfangreiche Ausbildung nutzbar.

Die Technik ist nicht nur beherrschbar, sondern auch bezahlbar geworden, was insbesondere Bastler- und Modellbauerherzen höher schlagen lässt. Diese können damit nun Bauteile herstellen, die es gar nicht oder nur teuer zu kaufen gibt. Außerdem sind damit Arbeiten bis auf wenige Hundertstel Millimeter genau möglich.