Mittlerweile habe ich die Kress an die Fräse gebaut. Obwohl ich erst dachte, dass die Standardhalterung zu klein für die Spindel ist habe ich die Kress mit etwas sanfter Gewalt doch angebaut bekommen. Nun konnte ich bereits meine ersten kleinen Teile fräsen. Ich hatte zwischendurch etwas Schwierigkeiten mit dem Vorschub. Zuerst dachte ich, dass die Zahnriemen zu schlaff sind, also habe ich diese gestrafft. Mittlerweile habe ich sie so weit gelockert, dass die Achsen nun flüssig laufen, der Zahnriemen aber kaum nachgibt.
So liefen die ersten Fräsversuche auch erfolgreich durch. Unter anderem lag dies daran, dass ich Holz in 2mm Schritte abgetragen hatte und dabei einen Vorschub von 500mm/min verwendet habe. Sobald ich den Vorschub auf 2000mm/min erhöht habe und 6mm Holz pro Durchlauf erhöht habe traten die ersten Probleme auf. Ich bemerkte auf der X Achse erste Verzerrungen beim Fräsen bis komplette ausfälle beim Verfahren, so dass einige Werkstücke kaputt gefräst wurden. Ich dachte ebenfalls, dass dies an falsch gespannten Zahnriemen lag und habe hier nachjustiert. Ohne Erfolg.
Dann habe ich den Riemen entfernt und den Motor überprüft und festgestellt, dass der Motor Schritte nicht dreht, wenn die Belastung zu groß ist. Dafür habe ich den Riemen entfernt und den Motor laufen lassen und sie mit dem Finger gebremst. So viel zu den High Torque Schrittmotoren :). An denen konnte es theoretisch auch nicht liegen und so war es auch. Ich habe nochmal die Spannung an den Schrittmotortreibern nachgemessen. Diese waren fast alle komplett unterdimensioniert. Nach dem ich nun alle Schrittmotortreiber auf ca 0,47V eingestellt habe liefen die Motoren mit voller Kraft, was ich an einem leicht gequetschten Finger festgestellt habe :).

ATX Netzteil mit krummen Kondensatoren

Die eShapeOko ist noch nicht verschickt worden, darum beschäftige ich mich heute einfach etwas mit dem Netzteil. Wie hier beschrieben habe ich mich dafür entschieden ein Computernetzteil als Stromquelle zu verwenden. Hierfür wählte ich eines, das Stecker einzeln herausführt, so dass man nur die Anzahl an Kabel anschliessen muss, die man auch wirklich benötigt. Das einzige Manko war bisher, dass der normale „Kabelbaum“, der normalerweise am Mainboard befestigt wird heraushängt, so dass man immer Kabelgewirr hat. Den Kabelbaum benötige ich einzig und alleine zum Überbrücken des Power On Schalter. Das Netzteil ist im Normalbetrieb logischerweise ausgeschaltet und fängt erst dann an Strom zu liefern, wenn PS_ON (meistens das Grüne Kabel) auf GND geschlossen wird (Anleitungen gibt es darüber einige im Internet). In der ersten Version hatte ich ein Masse Kabel und das Grüne PS_ON Kabel am Stecker abgeschnitten um es dann mit dem Lötkolben und etwas Schrumpfschlauch zu verbinden.

Die einzigen Stromstärken die ich benötige sind 12V für die Schrittmotoren und 5V für den Arduino Uno, daher kam mir die Idee den Kabelbaum zu entfernen. Dafür musste man natürlich das Netzteil erst einmal vom Strom nehmen und öffnen. Das kostet einen nicht nur die Garantie, sondern auch etwas Zeit, da die Platine manchmal etwas frickelig im Gehäuse angebracht ist. Nach dem ich nun alles zerlegt hatte begann ich alle Kabel direkt auf der Platine zu entfernen. Das geht am einfachsten mit einem Lötkolben bei 350°C, etwas Fingerspitzengefühl und viel Geduld. Nach dem alle bis auf das grüne Kabel entfernt waren wurde dies ein bisschen gekürzt, so dass ich es direkt an den Masse Anschluss der Platine löten konnte. Da auf der Unterseite der Platine so viel Lötzinn verwendet wurde hilft es hier z.B. mit Endlötlitze etwas davon zu entfernen um das Kabel sauber anlöten zu können. Nach dem alles fertig war ist mir aufgefallen, dass nahezu alle Kondensatoren, die sich um die Kabel befinden von Haus aus etwas krumm eingelötet waren. Das wollte ich ebenfalls nicht so lassen und hab diese sauber nach gelötet und begradigt. Beim Anschließenden Zusammenbau sollte man dringend darauf achten, dass an der Unterseite der Platine nichts absteht, dass evtl. das Gehäuse berühren könnte. Auch wenn die eingebaute Plastikfolie dafür sorgt, dass es keine Kurzschlüsse gibt sollte man sich vergewissern, dass nichts übersteht.

Nach dem Zusammenbau sah mein Netzteil schon viel aufgeräumter aus. So lässt es sich doch damit arbeiten! Dann kann die eShapeOko ja kommen!

 

Nach dem es nun wieder etwas stiller um mein CNC Fräsen Thema wurde will ich hier mal über den aktuellen Stand berichten. Das Thema Selbstbau CNC ist vom Tisch. Die Grundidee war schon nicht schlecht, doch leider fehlt mir im Moment die Zeit und das notwendige Werkzeug um eine saubere Umsetzung meiner DIY CNC zu realisieren.
Da ich aber unbedingt eine Fräse haben will und ich die Elektronik schon nahezu vollständig habe, habe ich mich für eine eShapeOko entschieden. Der Bausatz kann flexibel gestaltet werden, bietet z.B. open end Plates, so dass man die Fräse beliebig erweitern kann, sollte das mal notwendig sein. Da der Bausatz noch unterwegs ist (aus UK) werde ich hier auf die Dinge eingehen die es zu beachten gilt.

Was benötigt man alles für das Basis Set?
Den eShapeOko Bausatz (Werkzeug und einen M5 Gewindeschneider)
– 3-4 Schrittmotoren
– 3-4 Motortreiber
– 3-4 Kühler
– Eine Steuerplatine die den Schrittmotortreibern sagt, was die Motoren machen sollen
Ein Netzteil mit genug Power
– Eine Spindel, welche die Bohrarbeiten übernimmt (z.B. Dremel)
– Fräsbohrer
– Kabel
Platine für den Aufbau (oder eine vorgefertigte Platine -> Shield)
– Schrumpfschlauch
– Lötkolben
– Einen Computer 🙂
– Software

Zur Anzahl der Schrittmotoren
Man kann die eShapeOko mit doppelt bestückter Y-Achse bestellen, somit benötigt man 4 Motoren und 4 Schrittmotor Treiber und 4 Kühler

Zu den Motoren
Es gibt Motoren wie Sand am Meer. Ich habe mich für Nema 17 Motoren entschieden. Erstens sind die von der Größe her vertrauenserweckend und zweitens sind sie mit knapp 43 Ncm ein gutes Haltemoment. Ich habe welche gekauft die zusätzlich jeweils ein 2,5 Meter langes Anschlusskabel (4 Adern) hatten. Das macht die Montage einfach (hoffe ich). Bestellt habe ich die bei Multec.de
Preis pro Stück ~10€

Zu den Motortreibern
Auch hier gibt es eine mehr oder weniger große Auswahl. Ich habe mich für welche von Pololu entschieden. Das Modell hört auf den Namen A4988 und liefert bis zu 2A pro Phase an den Motor, wenn die Kühlung entsprechend gewährleistet ist. Den Treiber und die Kühler kann man ebenfalls bei Multec.de bestellen. Um die Kühlrippen korrekt aufkleben zu können brauch man Wärmeleitpaste, die nicht nur Wärme leitet, sondern auch klebt, sonst rutschen diese schneller vom Kontroller als man gucken kann.
Preis pro Stück (Pololu) ~10€
Preis pro Stück (Kühler) ~ 1€

Zur Steuerplatine
Es gibt ein Opensource Projekt namens GRBL (Garbel ausgesprochen), welches sich mit der Ansteuerung der Motortreiber auseinander setzt. Hierfür brauch man als Basis einen Arduino (z.B. einen Arduino Uno) auf den man die Software aufspielt. Dieser wird mit dem Computer per USB verbunden und nimmt die Signale per serieller Schnittstelle entgegen und treibt die Motoren über die Motortreiber an. Da das Projekt gut dokumentiert ist würde ich hier nicht näher darauf eingehen.
Preis pro Stück (Arduino Uno) ~10€

Zum Netzteil
Das Netzteil machte mir am meisten sorgen. Ich habe etwas mit 12v Ausgangsspannung gesucht und einer Leistung von mindestens 8A, lieber 10A. Am besten lüfterlos und günstig. Als ich bei meinem lokalen Elektronikmarkt nach diversen erfolglosen Ebayrecherchen nach etwas vergleichbaren fragte entgegnete man mir mit einem Fragezeichen. Netzteile hatten sie, 12V und max 6A. Nichts brauchbares und vor allem nichts wirklich bezahlbares. Durch einen Hinweis eines sehr guten Freundes kamen wir dann auf eine brauchbare Lösung. Ein ATX Computernetzteil (leider mit Lüfter) bei dem man die Kabel einzeln anschließen kann. Somit fahren nicht überall Kabel herum, sonder nur das nötigste. Ein Plus: Neben den 2x 12v16A Leitungen kann ich das Arduino Board ebenfalls noch mit 5V versorgen. Ein Nachteil: man muss den Enable Pin auf GND legen, damit es anspringt. Mit etwas Lötarbeiten und etwas Schrumpfschlauch ist auch das Problem einfach gelöst.

Platine für den Aufbau
Es gibt mehrere Möglichkeiten den Aufbau zu bewerkstelligen. Entweder man bastelt sich selbst eine Platine und lötet alle notwendigen Teile zusammen, die man für das verdrahten der Pololu Treiber mit den Motoren und dem Arduino benötigt, oder man kauft eine Platine, die schon vorgefertigt ist. Hier entfällt das verdrahten und anschließende Suchen nach Fehlern. Ich habe mir eine entsprechende Platine bei Reactive Substance bestellt (Buildlog.net Stepper Shield: Revision 3.0). Ein weiterer Vorteil dieser Platine ist, dass sie 4 Steckplätze für die Motortreiber hat und ich somit meine doppelt ausgelegte Y-Achse einfach anschließen kann.

Wie alles zusammen spielt
Die Modelle, die gefräst werden sollen werden am Computer erstellt. Dafür gibt es freie Programme wie LibreCAD, InkScape und andere Programme, die ins DXF Format exportieren können. Die Modelle werden in einem CAM Programm weiter verarbeitet, dass sich um den Ablauf kümmert. Was wird zuerst gemacht, welcher Bohrer wird verwendet etc… Am ende kommt sogenannter GCode heraus, der mit einer Software (GRBL Controller) die Codes an den Arduino Uno überträgt. Dieser kümmert sich darum, die übertragenen Informationen in Signale umzuwandeln, die die Schrittmotoren in der XY und Z Achse bewegen und das Modell fräsen. So ist der grobe Ablauf.

Das ist es erst einmal. Für die Spindel habe ich noch etwas im Petto. Derzeit warte ich noch auf den eShapeOko Kit und hoffe das dieser bald eintrifft. Die Kommunikation gestaltet sich etwas schwer. Eigentlich wurde mir zugesagt, dass die Fräse letzte Woche verschickt werden sollte. Dazu kam es aber nicht und eine Antwort habe ich vom Hersteller ebenfalls noch nicht bekommen. Anders sieht es bei Multec aus. Wer hier mit Paypal bezahlt kann sich auf eine extrem schnelle Lieferung verlassen.
In der Zwischenzeit habe ich heraus gefunden, dass der Hersteller der eShapeOko Probleme bei seinen Zulieferern hat, also harre ich der Dinge, die da kommen und hoffe, dass sie dennoch bald eintrifft.