3D/RM-IG: Zelfbouw CNC machine t.b.v. 3D/RM

[Jeroen van Tol]

Hallo allemaal,

Het zelf bouwen van een CNC freesmachine is (net als de modeltreinen) een oude jongensdroom van mij. Nu jaren later zie ik allerlei 'projecten' voorbij komen en is de freesmachine al lang niet meer het enige apparaat wat mijn interesse heeft gewekt. Toen ik bv. zag wat Gerco (en Karst) met de snijplotter realiseerden kwamen al snel de 'oude kriebels' naar boven.

Wat me tot voor kort steeds tegenhield was het prijskaartje, of liever gezegd, het beeld wat ik had van het prijskaartje... Maar na het nodige googlen ben ik tot de conclusie gekomen dat ik het eigenlijk best wel haalbaar vind. Afgelopen week heb ik dan ook de sprong gewaagd en de eerste onderdelen besteld.

In eerste instantie vond ik dit draadje meer iets voor op een CNC forum. Maar mijn hart ligt natuurlijk bij de treintjes en dat is dan ook de enige reden dat ik met een dergelijk apparaat aan de slag ga. Sterker nog, het enige doel is om zaken voor de treinbaan te kunnen maken! En ik denk dat er onder ons meerdere geïntereseerden zijn, hetgeen blijkt uit de interesse voor 3D/RM dus vandaar deze locatie.

Voor wie?
- Mensen welke met het idee rondlopen om een CNC gestuurde machine te bouwen (of kopen)
- Mensen die al een CNC machine bezitten
- Mensen met interesse voor frezen, snijplotten, 3D printen, lasergraveren/cutten, etc.

Het doel?
Een apparaat bouwen waarmee van alles voor de treinbaan gemaakt kan worden of waarmee hulpmiddelen (zoals bv. mallen) gemaakt kunnen worden.

Een kleine waarschuwing is wel op zijn plek. Ik ben soms wat over-enthousiast en 'kan niet' staat niet in mijn woordenboek. Tips en opbouwende kritiek zijn altijd welkom en worden zeer serieus genomen. Negatieve uitlatingen worden door mijn roze bril automatisch uitgefilterd...

Groet,
Jeroen.

[rard]

Hoi,

Ik volg het met grote interesse, al ben ik wel benieuwd hoe je de opbouw gaat maken, hoe je deze gaat kalibreren en welke nauwkeurigheid je ingedachte hebt...
Ik weet dat dit namelijk nogal nauw komt allemaal...

Grt,

Gerard

[J. Moors]

Het aller belangrijkste is: een goed stevig frame. Dit geld niet alleen voor een modelbaan maar zeker ook voor een cnc machine.
Ik heb zelf uit ervaren dat het frame goed stevig en sollide moet zijn. Dit gaat namelijk je nauwkeurigheid van je freeswerk bepalen en haalt tolleranties en trilling uit je machine.

Voor een kleine machine geld dit en hoe groter deze wordt des te belangrijker het frame. Ook als je denkt dat dit nu niet zo belangrijk voor je zou zijn, raad ik je toch aan om naar een (overkill) stevig frame te zoeken.

Groet, J. Moors.

[Dolf44]

Ben zeer benieuwd en zal uiterst negatief commentaar leveren.

Groet.

[Jeroen van Tol]

De eerste stapjes...

Voor wie nieuw is op het onderwerp 'CNC' even een (veel te) beknopte uitleg. CNC wil eigenlijk niet meer zeggen dan dat je een stuk gereedschap 'bediend' door middel van een 'programma' in tegenstelling tot 'met de hand'. Het voordeel is dat het dan (meestal) nauwkeuriger en sneller kan. Je stopt het gereedschap (bv. een frees) in een houder. Deze houder kun je  vervolgens met elektrische motortjes allerlei kanten op bewegen. Zo zijn er CNC machines welke 2 dimensionaal bewegen (bv. lasercutters), 3 dimensionaal (bv. 3D printers, freesmachines), maar ook meer dan 3 dimensies is mogelijk.

Dit draadje gaat over een 3 dimensionale CNC machine. Het gereedschap moet dan ook 'bewogen' kunnen worden langs een x-as (breedte), y-as (lengte) en z-as (hoogte). Het volgende filmpje laat dat goed zien (en is in grote lijnen waar ik naar toe ga bouwen): http://www.youtube.com/watch?v=CQzoGTbPrSM.

Het gereedschap is in dit geval een (behoorlijk zware) frees maar je kunt (in theorie) ook andere gereedschappen in de houder hangen.

Welk gereedschap je ook kiest, het begint allemaal met een 'raamwerk' waarin 3 assen zijn verwerkt. De lengte van de assen bepaalt hoe groot het object maximaal kan zijn wat je uiteindelijk gaat bewerken. Ik heb gekozen voor ronde geleiders (16mm) van 70, 60 en 30 cm lang waardoor de maximale afmetingen van het te bewerken object ongeveer 60 x 50 x 15 cm zullen zijn. Voor een soepele loop wordt gebruik gemaakt van kogellagerblokken welke rondom de geleiders lopen zoals ook in het filmpje goed te zien is.

Om de boel te laten bewegen heb je 3 motoren nodig (één voor elke as) en een manier om de beweging van de motor om te zetten in een beweging van het 'raamwerk'. Bij 3D printers zie je meestal een tandriem en bij freesmachines vaker een spindel (soort schroefdraad). De eerste is sneller, de tweede sterker en nauwkeuriger. Ik heb voor de tweede gekozen.

Via E-bay heb ik het volgende (uit China) besteld:
- 6 ondersteunde geleiderrails (16mm) in de lengtes 70, 60 en 30cm
- 12 kogellagerblokken
- 3 kogelomloopspindels (compleet met lagers, moeren en eindbewerking)

Kosten: € 465,-. Let wel: Daar komen nog invoerrechten bij! Zodra ik het precieze bedrag weet zal ik dat laten weten.
Nu even wachten tot de boel binnenkomt, hetgeen wel even kan duren...

Groet,
Jeroen.

[JAB van Ree]

Ben heel benieuwd. Wat heb je op dit moment aan machines om eea te kunnen bouwen? En hoeveel ervaring heb je in machinebouw?

En wat de machine betreft : je grootte is ongeveer bekend. Maar welk(e) gereedschap(pen) wil je gaan gebruiken en voor welke nauwkeurigheid ga je?

[Delftinhetklein]

Interessant!

Met cnc zijn mooie dingen te maken. Zeker in combinatie met 3D werk en/of etsen.

Voorbeelden:
link
link

Zo zijn er nog legio voorbeelden te vinden. Railz zou MiniworldRotterdam niet zijn als het geen CNC machine had.

Zelf zit ik in dit stadium.


Grt Erwin

[Jeroen van Tol]

De frame onderdelen worden gemaakt uit aluminium, en het ontwerp is afgekeken van het voorbeeld uit het filmpje. Ik heb eerst gedacht over profielen (ziet er degelijk uit Erwin ) maar door mijn schoonvader ben ik daar vanaf gestapt. Deze zat vroeger in de metaalbewerking en kan me helpen om de onderdelen op maat te maken, hetgeen goedkoper is en een wat 'slanker' ontwerp mogelijk maakt. Eventueel maak ik eerst een 'grove maar degelijke' basis zodat de machine zelf gebruikt kan worden om betere onderdelen uit te frezen.

Ik heb al heel wat gebouwd (en verbouwd) in mijn leven maar mijn ervaring in de machinebouw = nul... Nu was mijn ervaring met elektronica ook nul en toch heb ik zelf mijn centrale gebouwd. Grotendeels afgekeken natuurlijk maar dat was ik nu ook weer van plan. Hulp is er gelukkig wel genoeg!

Hoe nauwkeurig het wordt is lastig te beantwoorden. De spindels hebben een spoed van 5mm en de motoren (1.8 graden c.q. 200 stappen) kunnen middels microstepping aangestuurd worden. In theorie haal je bij 128 microsteps dan een nauwkeurigheid van 0,000195 mm. De praktijk is natuurlijk anders. Bij frezen is bv. het freesboortje veelal de beperkende  factor.

Dat is dan ook de reden dat ik meerdere gereedschappen wil kunnen gebruiken. Snijplotten is qua gereedschap het 'fijnst' maar kan alleen op een plat vlak. Daar waar het gewenste object niet direct gesneden / gefreesd / etc. kan worden wegens onnauwkeurigheid (bv. een te ruw oppervlak als resultaat) wil ik met de machine een mal kunnen maken. Deze kun je na frezen nog nabewerken om de boel glad te krijgen. Van daaruit zal het waarschijnlijk gieten worden maar daar ben ik nog over aan het brainstormen...

Kalibreren (waar ligt het 'startpunt' van het te bewerken materiaal) doen de 'kenners' door steeds (tijdelijk) een lasertje op de kop van het gereedschap te zetten om zo de offset positie te kunnen bepalen. Je kunt ook op je tafel een hoekprofiel plaatsen zodat het materiaal altijd op dezelfde plek ligt en vervolgens (per te gebruiken gereedschap) de offset waarden ingeven. Dan hoef je het pas opnieuw te doen wanneer er afwijkingen optreden.

Het kalibreren van het frame is een uitdaging maar te doen. De geleiders met daarop de lagers laten je immers piekfijn weten waar 'de schoen wringt'. Combineer dat met een goede 'winkelhaak' en je bent al een eind op weg. Wat ook helpt is kiezen voor de zogenaamde 'ondersteunde' geleiders (een as welke over de gehele lengte wordt gedragen op een profiel) of rails zoals zoals op de foto van Erwin. Wanneer de ondergrond vlak is waarop je deze monteert is de 'haaksheid' je enige probleem.

Groet,
Jeroen.

[JAB van Ree]

Ik doelde qua nauwkeurigheid op hele andere dingen. En je 'freesboortje' (aannemend dat je bedoelt de frees zelf die snijd) hoeft echt niet de beperking te zijn. 0.01mm is best haalbaar met een standaard verkrijgbaar freesje. Zaken als lagering van de spindel zijn veel eerder het probleem.

Theoretisch kun je met je spoed van 5mm (wat weinig is voor kogelomloop... je machine zal dus relatief stabiel zijn vanwege grote mate zelfremmendheid maar traag) en microstepping misschien 0,000195mm positioneringsnauwkeurigheid halen ; ik gok nu dat je repeteernauwkeurigheid niet beter zal worden dan 0,05 - 0,02 mm en dat zijn al hele nette waarden. Dit vanwege de diverse mechanische spelingen ed welke je met dit soort bouwmethoden nu eenmaal niet kunt voorkomen. Het grote nadeel van vrijwel alle zelfbouwmachines is het gebrek aan 'massa' terwijl dat nou juist een belangrijke factor is (of je moet hele gecompliceerde constructies willen uitrekenen en samenstellen dmv lassen/lijmen maar dat is voor de doorsnede hobbyist echt ondoenlijk)

Je werkstuk 'nullen' kan veel eenvoudiger dan met een laser : Centrofix , bij geleidende werkstukken door met een geisoleerde taster een gesloten kring te creeeren of door speciale meetklokken die in je spindel passen. En desnoods zelfs met simpele dingen als een eindmaat.

Parallel lopen van je frame doe je gewoon met een goede meetklok, veel nauwkeuriger en geen kans op schade (bovendien makkelijker bij het nastellen, je ziet meteen hoeveel je moet corrigeren) Haaksheid kun je oa ook controleren door nauwkeurig meten van de diagonalen.

@Erwin : als ik jou was zou ik aan de andere kant ook een stappenmotor zetten, voorkomt een hoop wringen en wrikken. De rest ziet er wel solide uit

[Jeroen van Tol]

Bruikbare tips! Bedankt daarvoor.

Mijn schoonvader zei inderdaad iets vergelijkbaars omtrent de 'massa' van de machine al had hij het over de 'stijfheid'. Ik neem aan dat we het dan over hetzelfde hebben. Hij stelde voor om een dragend frame te lassen van staal en daar de machine op te bouwen. Daarnaast moet ik nog de afweging maken tussen het model uit het filmpje (waarbij het bed stationair blijft) en een model waarbij de y-as het bed beweegt. Met het eerste model heb ik een groter werkbereik maar de tweede schijnt 'stijver' te zijn. Om die reden heb ik de langste geleiders (70cm) ruimer gekozen dan in eerste instantie mijn bedoeling was. En vandaar ook mijn idee om eerst een 'lelijk eendje' te bouwen zodat ik een beetje kan experimenteren. Wat zijn jouw gedachten daar over?

Over dat freesboortje verbaas ik me even. Zijn er freesboortjes van 0.01mm of bedoel je dat (wanneer je op een plat vlak freest) je met de punt van het freesje een sleufje kunt maken van 0.01mm? Ik ben zulke kleine freesjes nl. nog niet tegengekomen. Ik doelde eigenlijk meer op de beperking van het freesje wanneer je de diepte in gaat. Bijvoorbeeld wanneer je het dak van een trein als mal wilt frezen. Dan kun je geen scherpe hoeken maken toch?

Een spoed van 5mm vond ik inderdaad erg traag maar werd me van alle kanten (schoonvader / fora) aanbevolen. Ik wilde zelf een spoed van 20mm in verband met het eventueel ook willen 3D printen. (Wat niet wegneemt dat ik dat toch met deze snelheid ga proberen maar veel verwacht ik daar niet van...) En aangezien een 3D printer eenvoudiger (goedkoper) is te bouwen dan een frees heb ik de aanbevelingen opgevolgd.

Helaas moet je het apparaat eerst bouwen voordat je er achter komt of het aan al je wensen voldoet!

[JAB van Ree]

Massa betekent vaak automatisch stijfheid, maar stijfheid kan ook zonder massa, al vereist dat dus veel denkwerk. Je schoonvaders idee van een stijf dragend frame uit staal lijkt me een prima begin!

Tip : Y-as bewegend krijg je waarschijnlijk stijver dan dat de hele kolom alle kanten op kan... het is niet onmogelijk maar in de machinebouw zijn veel zware portaalmachines zo geconstrueerd. (zoek maar op gantry mill ofzo)

Ik bedoelde niet 0.01 als absolute sleufmaat, meer dat je het als tolerantie op een maat kunt bereiken. Echt 3D frezen zal zeker met een zelfbouwmachine en hobby software lastig worden... in de praktijk zie je dan al heel snel zware CAM pakketten als MasterCAM en meestal niet 3- maar 4- of 5-assige machines.
Mallen frezen als een treindak gebeurt vrij weinig, dat is meer via zinkvonken voor het fijne werk (waarbij die electrode dan weer wel gefreesd word, meestal makkelijker te maken) Of ik begrijp je verkeerd maar dan kun je het denk ik beter schetsen.

Tip : op Circuitsonline.net loopt een heel mooi draadje van Arjan Zwets, die heeft iets als wat jij wil reeds gebouwd en vrij veel zaken duidelijk beschreven, en ik neem aan dat je CNCZone ook reeds kent?
Maar wat me veel beter lijkt is eerst iets kleiner beginnen : http://www.cnczone.com/forums/diy-cnc_router_table_machines/109390-my_newest_desktop_machine-59.html bijvoorbeeld, geweldig ding waar je de eerste tijd toch niet op uitgeleerd of uitgekeken raakt. Want ik garandeer je alvast de volgende dingen (als iemand met ruim 10 jaar CNC ervaring) :

- Je gaat een paar gigantische crashes meemaken, waarbij dingen zullen sneuvelen... beter dat het eenvoudige goedkope dingen zijn die je eenvoudig fixt.
- Groter is per definitie gecompliceerder, leer eerst werken op een kleine machine, dat overzie je veel beter.
- Zelfs al heb je eenmaal een grote machine gebouwd, een kleine 'erbij' is altijd handig... groter kan soms ook tegen je werken.

Veel plezier in elk geval!

[Delftinhetklein]

@Erwin : als ik jou was zou ik aan de andere kant ook een stappenmotor zetten, voorkomt een hoop wringen en wrikken. De rest ziet er wel solide uit

Thanks! Dit was een proefopstelling. De uiteindelijke portaal zal zo'n 1/3 kleiner worden ivm ruimte en stijfheid. Wel waren er inderdaad al twee stappenmotoren gepland op de x-as.

Grt Erwin

[Jeroen van Tol]

Na weer het nodige googlen en piekeren over de ontvangen reacties is het tijd voor een update.

Omdat wachten op spulletjes uit China lang duurt heb ik meteen nog maar wat spulletjes uit China besteld. Waarom 2 x 5 weken wachten, toch? Het is een setje geworden van 3x 3Nm steppers met M542 drivers en een 36V/10A voeding.
Vervolgens heb ik een nacht wakker gelegen omdat ik twijfelde of ik daar nu goed aan had gedaan...

Vervolgens ben ik tot een paar belangrijke conclusies gekomen:
1. Ik moet me wat bescheidener op gaan stellen want ik weet blijkbaar nog niks
(niks weten is natuurlijk niet erg maar jezelf wijs maken dat je het wel weet... niet handig!)
2. Het gaat allemaal iets meer in de papieren lopen dan ik aanvankelijk dacht
3. Bij 'toeval' heb ik gelukkig geen echte rommel gekocht

Wijze les: Ook al denk je het te weten, vraag het na bij mensen die het écht weten ipv van dat ze denken dat ze het weten...

Door de opmerkingen over een solide frame wilde ik eigenlijk overstappen op een bewegende tafel, met een kleiner werkoppervlak. In eerste instantie viel ik daarbij alleen over het feit dat dan alle rommel van het frezen op je geleiders en spindel valt maar dat is wel op te lossen. Echter wanneer ik ooit de machine wil uitbreiden met een 4e as dan blijkt daar geen  ruimte voor te zijn... En aangezien de geleiders en spindels al besteld zijn... Ja daar is ie dan! Na het niet goed nadenken over de spoed van de spindels hebben we hier foutje nummer 2...

Geen onoverkomelijke fouten maar ik hoop dat een ieder die dit leest er wat van leert!

Hoe dan ook, ik blijf dus vooralsnog bij mijn eerste plan om een portaalfrees te bouwen met stationaire tafel, hetgeen betekent dat ik extra moet gaan letten op de constructie. Daar ga ik de komende tijd eens goed over nadenken!
(ja, dit keer wel! )

[lutje]

Hallo allemaal,

Prachtig z'on draadje, k'vind dit interesant omdat ik zelf ook bezig ben met een andere CNC machine aan te schaffen. (dus niet zelf bouwen)

Weet je al met welk programma je het aan gaat sturen ?
Wat is het beste programma, aangezien mijn machine voor de timmerindustrie is en ik s'avonds modellen wil frezen moet ik een extra programmma laten instaleren.

[Jeroen van Tol]

Ik heb al heel wat programma's voorbij zien komen maar Mach3 en USBCNC worden regelmatig genoemd.
Kijk eens op www.cnczone.nl (of .com voor de engelstalige versie). Daar is alles wel te vinden (met een beetje zoeken).

Zelf ben ik er nog niet uit welke het gaat worden...