CNC Portalfräse: BZT - PFU-S 1510-G

Grundsätzliches

Gerätebeauftragte: Stefan, Martin, Kilian, Kevin, Johann, Alex

Bedienung

Grundlagen

Fräsen ist ein subtraktives Verfahren der Materialbearbeitung. Dabei werden Späne
vom Werkstück abgehoben d.h. Material wird subtrahiert. Ein additives Verfahren im Gegensatz
dazu ist der 3D-Druck, dabei wird Material schichtweise aufgetragen.
Eine Fräse arbeitet ähnlich einer Bohrmaschine. Aber ein Fräser kann nicht nur Löcher bohren,
sondern auch seitlich schneiden. Und es gibt viele verschiedene Fräserformen. Der Fräser kann
durch eine frei bewegliche Mechanik in allen 3 Raumrichtungen bewegt werden. Die Portalform ist
für Plattenmaterial sehr günstig, weil die Fräse wie eine Brücke das Material umschließt und jeden
Punkt erreichen kann. Die automatischen Fräsbewegungen kontrolliert ein Computer sehr genau.
Und bei Bedarf tut er dies vielfach in gleicher Weise, ohne daß ihm langweilig wird.
Unsere Portalfräse ist für die Bearbeitung von eher weichen Materialien wie Holz, Kunststoff und
Aluminium geeignet. Stahl ist zu hart und würde sie überfordern.
Unsere Fräse hat 3 Achsen. Bei der Konstruktion des Frästeils sollte bereits die Fräsbarkeit
berückssichtigt werden. Da die Frässpindel immer senkrecht über dem Werkstück steht und nicht
gekippt werden kann, sind z.B. Hinterschneidungen nicht möglich. Auch können keine
scharfkantigen Innenecken gefräst werden; der Durchmesser des Fräsers legt den minimal
möglichen Radius fest.

Begriffsklärung:

CNC = Computer Numeric Controlled oder PC-gesteuert
CAD = Computer Aided Design oder 3D-Zeichnen am PC
CAM = Computer Aided Manufacturing oder Materialverarbeitung am PC

Inbetriebnahme

Arbeitsschritte:

  1. Vorbereitung, Werkstück und Fräser spannen
    Wir wollen aus einem Stück Holz einen Smiley fräsen.
    Was brauchen wir dafür an Material?
    Holz in Plattenform aus dem Baumarkt (Multiplex-Sperrholz, Leimholz, Massivholz)
    Fräser am günstigsten aus dem online-Handel (10er-Pack, 3.175mm, Hartmetall, 1-schneidig)
    Holzschrauben in passender Länge (Materialdicke plus 10 bis 15mm maximal)
    Es gibt viele verschiedene Fräser. Sie unterscheiden sich in Form, Durchmesser, Länge, Anzahl der
    Schneiden und Fräsermaterial. Der Fräser sollte zum zu bearbeitenden Material passen. Besonders
    wichtig ist, daß die Schneidenlänge größer als die Materialdicke ist. Und die Späne auch bei voll
    eingetauchtem Fräser noch gut abgeführt werden können. Die Schnittparameter wie
    Spindeldrehzahl, Vorschub etc müssen zu Material und Fräser passen.
    Es gibt verschiedene Arten das Werkstück auf dem Fräsenbett zu befestigen (=spannen):
    Mit Spannpratzen auf dem T-Nuten-Tisch. Mit Spannklemmen. Mit einem Maschinenschraubstock.
    Mit Heißkleber auf einer Aluplatte. Mit einem Vakuumtisch.
    Wir befestigen das Werkstück mit Holzschrauben auf der Opferplatte. Das ist bei Plattenmaterial
    sicher und kostengünstig. Wir müssen aber aufpassen, daß wir nicht in die Schrauben hineinfräsen.
    Und daß der der ausgeschnittene Smiley nicht losgerissen und umhergewirbelt wird. Das wäre
    gefährlich und würde das Werkstück beschädigen. Um dem vorzubeugen muss auch das
    ausgeschnittene Teil mit der Opferplatte zu geeigneter Zeit sicher verschraubt werden.
    Fräser auswählen und erklären
    Fräserschutz (=Plastikschlauch) anlegen
    Fräser in Spannfutter mit Hilfe der Tischhalterung und des Spannschlüssels handfest einspannen
    Wichtig: Fräser sollte so kurz wie möglich, aber so lang wie nötig eingespannt sein.
    Spannfutter einsetzen, prüfen ob´s wackelt, ggf. um 180 Grad drehen, 2.5mm Inbus-Schraube
    anziehen, Staubschutzring schliessen
    Absaugschuh installieren, Saugschlauch aufstecken
    Werkstück mit Spaxschrauben auf Opferplatte spannen.
    Achtung: Opferplatte ist nur 18mm dick, darunter befindet sich ein empfindlicher T-Nut-Tisch aus
    Aluminium
    Befestigung für später frei bewegliche Teile bedenken
    Nullpunkt für X und Y markieren
    Fräserschutz entfernen
     
  2. Fräsparameter mit Fusion 360 CAM festlegen
    Welchen Fräser wählen wir aus? Da wir für den Smiley keine großen Holzmengen ausräumen
    müssen, sondern vorwiegend aus Plattenmaterial etwas ausschneiden wollen, nutzen wir einen
    dünnen, kostengünstigen 1/8-Zoll-Fräser. Um die passenden Schnittdaten definieren zu können,
    schauen wir uns den Reiter Vorschubberechnung der Eding-CNC-Software an (Screenshot).
    Typischer Richtwert aus der Tabelle für Holz: 0.1mm/Zahn
    Vorschub für einen 1-Zahn-Fräser bei 18000 U/min Spindeldrehzahl: 1800 mm/min
    Oder Daumenregel: Holz 2000 mm/min und Alu 1000mm/min.
    Fusion 360 starten und mit Benutzername, Passwort einloggen
    Projekt „Smiley“ aus der Cloud laden. Oder neue Kontruktion aus Datei laden (*.f3d oder *.stp)
    CAM-Modul öffnen
    Fräser definieren
    Unter Verwalten die Werkzeugbibliothek öffnen
    Bei den Bilbliotheken das aktuelle Dokument anwählen
    Neues Fräswerkzeug anlegen und wie folgt definieren
    Reiter Allgemein: Nur Beschreibung vergeben
    Reiter Werkzeug: Typ Schaftfräser, Einheit mm, Schneidenzahl 1, Material Hartmetall, Rotation
    Uhrzeigersinn, 1 Schneide, Kühlung nein,
    Durchmesser 3.18mm, Schneidenlänge 16mm, Schulterlänge 16mm
    Schaftdurchmesser 3.18mm, Körperlänge 38mm, Gesamtlänge 38mm
    Reiter Schaft: leer lassen
    Reiter Halter: leer lassen
    Reiter Schnittdaten: Spindeldrehzahl 18000 U/min, Schnittvorschub 1800 mm/min,
    Schnittvorschubpro Zahn 0.1mm
    Reiter Postprozessor: Nummer (des Fräsers) 1, Längen- und Durchmesserversatz und Revolver
    auf 0, Nebelkühlung NMS anwählen, damit Relais für Absaugung automatisch schaltet, manueller
    Werkzeugwechsel und angetriebenes Werkzeug anwählen
    Mit OK werden Änderungen gespeichert
    Wichtig: Damit freigefräste Objekte im weiteren Fräsverlauf an ihrem Platz bleiben, müssen sie
    ebenfalls durch Schrauben festgehalten werden. Dies kann während einer Fräsunterbrechung mit
    einem "virtuellen" Fräserwechsel erledigt werden. Dabei fährt die Fräse in ihre Parkposition und es
    können in Ruhe die zusätzlichen Schrauben gesetzt werden.
    Fräser Nummer 1 duplizieren
    Reiter Postprozessor: Fräser Nummer von 1 auf 2 ändern
    Mit OK werden Änderungen gespeichert
    Werkzeugbibliothek schliessen
     
  3. Fräsparameter mit Fusion 360 CAM festlegen
    Welchen Fräser wählen wir aus? Da wir für den Smiley keine großen Holzmengen ausräumen
    müssen, sondern vorwiegend aus Plattenmaterial etwas ausschneiden wollen, nutzen wir einen
    dünnen, kostengünstigen 1/8-Zoll-Fräser. Um die passenden Schnittdaten definieren zu können,
    schauen wir uns den Reiter Vorschubberechnung der Eding-CNC-Software an (Screenshot).
    Typischer Richtwert aus der Tabelle für Holz: 0.1mm/Zahn
    Vorschub für einen 1-Zahn-Fräser bei 18000 U/min Spindeldrehzahl: 1800 mm/min
    Oder Daumenregel: Holz 2000 mm/min und Alu 1000mm/min.
    Fusion 360 starten und mit Benutzername, Passwort einloggen
    Projekt „Smiley“ aus der Cloud laden. Oder neue Kontruktion aus Datei laden (*.f3d oder *.stp)
    CAM-Modul öffnen
    Fräser definieren
    Unter Verwalten die Werkzeugbibliothek öffnen
    Bei den Bilbliotheken das aktuelle Dokument anwählen
    Neues Fräswerkzeug anlegen und wie folgt definieren
    Reiter Allgemein: Nur Beschreibung vergeben
    Reiter Werkzeug: Typ Schaftfräser, Einheit mm, Schneidenzahl 1, Material Hartmetall, Rotation
    Uhrzeigersinn, 1 Schneide, Kühlung nein,
    Durchmesser 3.18mm, Schneidenlänge 16mm, Schulterlänge 16mm
    Schaftdurchmesser 3.18mm, Körperlänge 38mm, Gesamtlänge 38mm
    Reiter Schaft: leer lassen
    Reiter Halter: leer lassen
    Reiter Schnittdaten: Spindeldrehzahl 18000 U/min, Schnittvorschub 1800 mm/min,
    Schnittvorschubpro Zahn 0.1mm
    Reiter Postprozessor: Nummer (des Fräsers) 1, Längen- und Durchmesserversatz und Revolver
    auf 0, Nebelkühlung NMS anwählen, damit Relais für Absaugung automatisch schaltet, manueller
    Werkzeugwechsel und angetriebenes Werkzeug anwählen
    Mit OK werden Änderungen gespeichert
    Wichtig: Damit freigefräste Objekte im weiteren Fräsverlauf an ihrem Platz bleiben, müssen sie
    ebenfalls durch Schrauben festgehalten werden. Dies kann während einer Fräsunterbrechung mit
    einem "virtuellen" Fräserwechsel erledigt werden. Dabei fährt die Fräse in ihre Parkposition und es
    können in Ruhe die zusätzlichen Schrauben gesetzt werden.
    Fräser Nummer 1 duplizieren
    Reiter Postprozessor: Fräser Nummer von 1 auf 2 ändern
    Mit OK werden Änderungen gespeichert
    Werkzeugbibliothek schliessen
     
  4. Fräsbahnen mit Fusion 360 CAM berechnen
    Fusion 360 starten und mit Benutzername, Passwort einloggen
    Projekt „Smiley“ aus der Cloud laden. Oder neue Kontruktion aus Datei laden (*.f3d oder *.stp)
    CAM-Modul öffnen (Ansicht rotieren mit Shift+MM)
    Setup definieren
    Unter Setup ein neues Setup erstellen
    Reiter Setup: Operationstyp Fräsen,
    Werkstückkoordinatensystem festlegen wie bei der Fräse (Z zeigt nach oben, X zeigt nach rechts, Y
    zeigt nach hinten), Ursprung liegt auf Modellrahmen (Werkstückoberfläche), als Model den Körper
    auswählen, keine Spannmittel wählen
    Reiter Rohteil: unter Modus Rohteilgröße als Quader mit fester Größe eingeben, Lage des Modells
    im Rohteil festlegen
    Reiter Postprozessor: einen sinnvollen Programmnamen (smiley) vergeben, so heißt später dann
    der G-Code
    Bearbeitungsschritte definieren
    2D Bohrfräsen
    Reiter Werkzeug: Fräser 1 auswählen, Schnittdaten prüfen, mit OK bestätigen
    Reiter Geometrie: zu fräsende Löcher auswählen, Schraublöcher (Pupille) und Aufhängeloch
    Reiter Höhen: Obere Höhe=Modelloberkante, Endhöhe=Modellunterkante-1mm
    Reiter Durchgänge: unverändert lassen
    Reiter Anfahr-Wegbewegungen: unverändert lassen
    Bearbeitungsschritt mit OK bestätigen
    Simulieren
    2D Tasche
    Reiter Werkzeug: Wichtig: Fräser 2 auswählen, Schnittdaten prüfen, mit OK bestätigen
    Reiter Geometrie: Augenringe (Fläche unten) anwählen
    Reiter Höhen: Obere Höhe=Modelloberkante, Endhöhe=Auswahl, Augenring erneut auswählen
    Reiter Durchgänge: Gegenlauffräsen wählen, Tiefenschnitte: max Schrupptiefenzustellung 2mm
    Reiter Anfahr-Wegbewegungen: Werkzeug unten halten, alles andere unverändert lassen
    Bearbeitungsschritt mit OK bestätigen
    Simulieren
    2D-Tasche
    Reiter Werkzeug: Fräser 2 auswählen, Schnittdaten prüfen, mit OK bestätigen
    Reiter Geometrie: Mund (Fläche unten) anwählen
    Reiter Höhen: Obere Höhe=Modelloberkante, Endhöhe=Auswahl, Mund erneut auswählen
    Reiter Durchgänge: Gegenlauffräsen wählen, Tiefenschnitte: max Schrupptiefenzustellung 2mm
    Reiter Anfahr-Wegbewegungen: Werkzeug unten halten, alles andere unverändert lassen
    Bearbeitungsschritt mit OK bestätigen
    Simulieren
    2D-Kontur
    Reiter Werkzeug: Fräser 2 auswählen, Schnittdaten prüfen, mit OK bestätigen
    Reiter Geometrie: Außenkontur (unten) anwählen, prüfen ob Fräsbahn außerhalb verläuft, ggf
    korrigieren
    Reiter Höhen: Obere Höhe=Modelloberkante, Endhöhe=Modellunterkante-1mm
    Reiter Durchgänge: Gegenlauffräsen wählen, Tiefenschnitte: max Schrupptiefenzustellung 2mm
    Reiter Anfahr-Wegbewegungen: Werkzeug unten halten, alles andere unverändert lassen
    Bearbeitungsschritt mit OK bestätigen
    Simulieren
    Optional: gesamtes Setup simulieren
    Aktionen Postprozess erzeugt G-Code
    Prüfen ob passend für BZT-Fräsesteuerung „eding“ gewählt ist
    Ausgabeordner festlegen
    Postprozessor klicken um G-Code zu erzeugen
    Dateiname und Ausgabeordner können ggf geändert werden, Speichern
    G-Code wird im Editor geöffnet, kurz erläutern
    Optional: Aktionen Einstellblatt
    Ausgabeordner festlegen
    Fräser und Fräsdauer prüfen
     
  5. Frässimulation mit Eding CNC
    Fräse und Spindel bleibt ausgeschaltet
    Eding CNC4.02.65 (Beginner) starten (Simulationsmodus)
    ggf Admin-Berechtigung erteilen
    Reset F1 macht Fräse betriebsbereit
    Fräsachsen referenzieren (Maschinenkoordinaten)
    ggf Fräse auf Werkstück Mittelpunkt und Oberfläche nullen (Werkstückkoordinaten, blaues Kreuz
    zeigt Lage des XY-Nullpunkts)
    G-Code laden F4 Auto, F2 Load, Datei auswählen
    Fräsbahnen prüfen, besonders auf Kollision in Z-Richtung
    Grafikanzeige: Strg+LM:Rotieren, RM:Zoom, LM:Verschieben
    Frässimulation starten F4
    Fräser 1 laden bestätigen
    Löcher werden gefräst
    wenn Fräse wieder in Parkposition ist, könnten Schrauben gesetzt werden
    Fräser 2 laden bestätigen
    Smiley wird gefräst
    Fräsvorgang pausieren/fortsetzen mit F4
    Programm beenden
     
  6. Fräsen mit Eding CNC
    Fräsensteuerung einschalten
    Wechselrichter für Spindel einschalten
    Eding CNC4.02.65 (Beginner) starten
    ggf Admin-Berechtigung erteilen
    Reset F1 macht Fräse betriebsbereit
    Fräsachsen referenzieren (Maschinenkoordinaten)
    Frässpindel per Handrad oder Cursortasten über dem Werkstück-Nullpunkt positionieren
    Z-Achse vorsichtig auf Werkstückoberfläche anfahren (Papier wird eingeklemmt)
    Alle 3 Achsen nullen (Werkstückkoordinaten, blaues Kreuz zeigt Lage des XY-Nullpunkts)
    Z-Achse wieder hochfahren
    Spindel ca 3 min bei geringster Drehzahl (3500 U/min) warm laufen lassen
    Spindel ausschalten
    Absaugung testen
    G-Code laden F4 Auto, F2 Load, Datei auswählen
    Fräsbahnen prüfen, besonders auf Kollision in Z-Richtung
    Grafikanzeige: Strg+LM:Rotieren, RM:Zoom, LM:Verschieben
    Achtung: Jetzt wachsam sein, Gefahr droht!!!!!!
    Schutzausrüstung anlegen, Aktionsbereich verlassen, Abstand halten
    Notaus-Schalter am Mann
    Fräsvorgang starten mit F4
    Fräsvorgang pausieren/fortsetzen mit F4
    1. Fräser laden bestätigen
    Löcher werden gefräst
    wenn Fräse in Parkposition ist, Schrauben setzen
    2. Fräser laden bestätigen
    Smiley wird gefräst
    Frässpindel vor dem Ausschalten in Parkposition fahren (G28)
    Frequenzumrichter und Frässteuerung ausschalten
    Programm beenden
     

 

 

Arbeitsplatz verlassen

Fräserschutz anlegen
Absaugung abbauen
Fräsfutter ausbauen, Fräser ausbauen und prüfen
Arbeitsplatz reinigen
Frequenzumrichter ausschalten
Fräsensteuerung ausschalten
Rechner runterfahren und Monitor ausschalten
 

 

Software:

Die Umsetzung eigener Projekte mit der CNC-Fräse erfordert folgende Bearbeitungsschritte mit der jeweils empfohlenen Software:
1. Konstruktion (CAD) mit Fusion 360:
https://www.autodesk.com/education/home
2a. Erzeugung des maschinenspezifischen G-Codes (CAM): das CAM-Modul ist enthalten in Fusion 360
2b. alternativ kann auch MecSoft’s VisualCAD/CAM verwendet werden: https://mecsoft.com/visualcadcam/
3. Maschinensteuerung mit Eding CNC:
http://www.edingcnc.com/download.php

Der Vorteil der Kombination 1.+2a.+3. ist, daß insgesamt nur 2 Programme benötigt werden. Fusion 360 (Schritt 1+2a) und Eding CNC (Schritt 3) können kostenlos heruntergeladen und ohne zeitliche Begrenzung für Ausbildungszwecke verwendet werden.
Das CAM-Modul stellt verschiedene maschinenspezifische Postprozessoren bereit und sollte auf Eding eingestellt werden. Ich empfehle beide Programme auf dem eigenen Rechner zu installieren und die Handhabung zu üben. Das macht auch ohne angeschlossene Fräse Sinn, weil beide Programme die Fräsbahnen simulieren und sehr anschaulich visualisieren können. Das ermöglicht gefahrloses Üben ohne Personenschäden und Fräserbruch.

 

Technische Daten: Verfahrwege: X: 1020 mm Y: 1510 mm Z: 275 mm

Modell: PFU-S 1510-G
Genauigkeit: +/- 0.02 mm bis +/- 0.5 mm (Größenabhängig)
Leistung: 2,2 kW Spindel
Besonderheiten: Sprühkühlung, Absaugung

Materialien & Parameter

In der Eding-Software gibt es einen Reiter zur Vorschubberechnung. Zu dem verwendeten Material und dem groben Fräserdurchmesser findet Ihr eine Tabell mit typischen Richtwerten für den Vorschub pro Zahn.
Diesen Wert (z.B. 0.1mm für weiches Holz), Anzahl der Fräserzähne und Spindeldrehzahl oben in das Berechnungstool eingeben, der Vorschub wird berechnet.

[[File:]]

Projekte