DIY CNC-MaschineNachdem ich mich für den Bau einer Portal-CNC-Maschine entschieden habe, stellt sich die Frage: wie soll sie aussehen? Das Netz ist voll von möglichen Bauplänen. Einige Beispiele habe ich in meinem Artikel zu grundlegenden Gedanken zum Bau einer CNC-Maschine aufgeführt.

Schlussendlich habe ich die CNC-Maschine von Max Mali entdeckt. Sie sprach mich direkt an. Leider hat Max mehrere Monate trotz mehrfacher Kontaktversuche nicht reagiert, sodass ich seine Idee als Basis genommen habe, die er auf seiner Website vorstellt und habe ich meine eigene CNC-Maschine konstruiert. Als ich einige Monate später die Pläne von Max gekauft hatte, durfte ich festgestellen, dass ich eine Maschine konstruiert hatte, die einige Parallelen aufwies, aber durchaus unterschiedlich war. Angefangen von den verwendeten Aluprofilgrößen und -formen bis hin zu den Maßen der Maschine war alles anders. Parallelen gibt es beim doppelmotorigen Antrieb der X-Achse und dem Aussehen der Front aus Stahlblech dessen Design man aber auch beispielsweise bei der Stepcraft 300 oder leicht abgewandelt bei der Probotix V90 oder bei einigen DIY Maschinen auf Instrucables.com finden kann. Auch das Grunddesign der Seitenarme habe ich dem Design von Max angelehnt. Auch hier folgt die Form einem Standarddesign, die sich bei sehr vielen DIY-Maschinen wiederfindet.

Als Konstruktionstool kam Autodesks Fusion360 zum Einsatz. Mit der Konstruktion der CNC-Maschine habe ich das Tool (kennen-)gelernt und durfte das eine oder andere Teil durchaus zweimal konstruieren 🙂

Im Wesentlichen besteht die Maschine aus drei bzw. vier Baugruppen:

Das Maschinenbett

Als Basis der CNC-Maschine dient das Grundgerüst, auf dessen Grundlage sich alle weiteren Baugruppen ableiten. Ich nenne es „das Maschinenbett“. Die Grundkonstruktion besteht aus zwei Längsaluprofilen, die mit mehreren Querprofilen verschraubt sind. Die Verbindung besteht nicht aus Winkeln, sondern aus Universalverbindern, die in die Profile verschraubt und zusätzlich mit Epoxydkleber verklebt werden. Zur zusätzlichen Stabilität ist das Maschinenbett fest mit dem Tisch verschraubt. Dies habe ich mit Nutensteinen und Schrauben realisiert. An den Kopfseiten der Aluprofile habe ich individuell angefertigte 10mm starke Stahlbleche montiert, an die auch die Kugelgewindespindeln und die Motoren befestigt werden. Für die Beweglichkeit des Portals nutze ich zwei 20mm-Profilschienen, die an die Längsprofile montiert werden.

Die Form der Auflagefläche, auf der das zu fräsende Werkstück während der Bearbeitung liegt, kann unterschiedlich sein. Zum einen kann man diese Fläche mit T-Nuten versehen, um flexibel Halter für das Werkstück zu platzieren. Dies ist allerdings eine kostspielige Variante. Ich habe mich für eine preisgünstigere Lösung entschieden. Als Auflagefläche nutze ich eine MDF-Platte, die mit regelmäßigen Bohrungen versehen wird. In die Bohrungen werden von der Unterseite Einschlaggewinde befestigt. Diese Bohrungen dienen später für die Befestigungen der Werkstückhalter oder zur direkten Befestigung der Werkstücke mit der Auflagefläche. Damit wird ein Verrutschen des Werkstücks während eines Fräsvorgangs verhindert. Die Auflagefläche wird mit der Alu-Grundkonstruktion verschraubt.

Das Portal (X/Y-Achse)

CNC-PortalDas Portal ist die erste bewegliche Baugruppe der CNC-Maschine. Sie bewegt sich über die Kugelgewindespindeln entlang der Längsachse (X-Achse) der Maschine und stellt eine Querverbindung über die Werkstück-Auflagefläche her. Gleichzeitig wird über eine weitere Kugelgewindespindel ein Schlitten bewegt (Y-Achse), an der die Z-Achse mit der Fräsmotor befestigt wird.

Die Seitenarme wurden wieder aus 10mm Stahlblech individuell gelasert. Die Verbindung der beiden Arme wird mit Aluprofilen realisiert, in deren Kopfseite Gewinde geschnitten sind.

Das gesamte Portal wird mit zwei NEMA23-Schrittmotoren mit jeweils 3NM/4,2A angetrieben. Das Meinungsbild zu einem dualen Achsenantrieb ist in der Internetgemeinde sehr heterogen. Die einen raten davon ab, da sich das Portal bei Schrittverlusten eines Motors verzieht und die Maschine beschädigen kann und raten zu einer Ein-Motor-Lösung. Andere nutzen eine Dual-Motor-Lösung ohne Probleme und fahren die X-Achse ein wenig langsamer. Damit sind Schrittverluste so gut wie ausgeschlossen.

Ich persönlich habe mich für eine Dual-Motor-Lösung entschieden, da das gesamte Portal inkl. Fräsmotor ca 55 Kilogramm wiegt und ich denke, dass zwei Motoren die stabilere Lösung ist. Ich werde zu einem späteren Zeitpunkt in anderen Artikeln von meinen Erfahrungen berichten.

Die Z-Achse

CNC-Z-AchseDie zweite bewegliche Baugruppe ist die Z-Achse. Sie sorgt für die Frästiefe beim Ablauf des CNC-Programms. An ihr ist die Frässpindel montiert. Als Basis kommt wieder ein 10mm starkes Stahlblech zum Einsatz, an dem auf der Innenseite die Kugelgewindespindel montiert wird. An der Außenseite wird die Frässpindel über eine Halterung montiert. Der Motor wird ebenfalls an der Z-Achse montiert.

Der Tisch

Wenn man es genau nimmt, stellt der CNC-Tisch eine eigene Baugruppe dar. Wie ich den Tisch gebaut habe, könnt ihr in meinem Artikel „Die Planung und Realisierung eines CNC-Untertisches“ lesen.

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