CNC-Fräse BF 20

Haupt- und Lieblingsspielzeug in meinem Hobbyraum ist meine kleine CNC-Fräsmaschine. Die BF20 mit kurzem Tisch ist mit ihren 110 kg noch gerade in der richtigen Gewichtsklasse für meinen Hobbyraum. Mit dieser oberen Grenze müssen natürlich in anderen Bereichen — insbesondere der Steifigkeit — Abstriche gemacht werden. Die Elektrik ist in einem 10-Zoll-Gehäuse untergebracht und besteht aus einer dreikanaligen Schrittmotorendstufe mit je 4,5A und zwei Parallelport-Interfaces.

In der folgenden Rubrik geht es um die Optimum BF 20, ihre Umrüstung auf CNC-Steuerung und um kleine Erweiterungen.

CNC-Umbau der Optimum BF20
Der CNC-Umbau meiner Optimum BF20 (erste Ausbaustufe, 2011). Links unten ist die Steuerung und der zugehörige PC zu erkennen. (Zum Vergrößern auf das Bild klicken)

Eine Fräse — ob konventionell oder CNC-gesteuert — erweitert die Möglichkeiten des Hobby-Bastlers im Metallbereich gegenüber einer normalen Standbohrmaschine sehr. Das gilt nicht nur fürs Fräsen, sondern auch für das Bohren: Mit dem Koordinatentisch können Lochmuster bequem und genau hergestellt werden. (Das ist ein deutlicher Bequemlichkeitsgewinn gegenüber alten Bastelprojekten, wo allein die Anfertigung der Schablonen viel Geduld erforderte.)

Eine CNC-gesteuerte Fräse erlaubt darüberhinaus das bequeme Erzeugen von Freiformen und Gravuren.

Insbesondere das problemlose Erzeugen von Freiformen gab den Ausschlag zur Anschaffung einer kleinen Fräse mit dem Ziel des Umbaus auf CNC-Steuerung.

Die Optimum BF20 ist (wie ihre zahlreichen baugleichen Klone) eine Bohr-Fräsmaschine. Weniger steif und schwer als eine „echte” Fräsmaschine aber deutlich steifer als eine normale Bohrmaschine ist sie für normale Bohr- und leichte Fräsarbeiten geeignet. Diese Maschine ist mit einem kurzen und einem langen Tisch erhältlich. Auch nach einer kurzen Überschlagsrechnung traue ich der Version mit langem Tisch keine ernstzunehmende Steifigkeit und Lebensdauer zu. Auch das Gewicht von 110kg spricht für die Variante mit dem kurzen Tisch.

Im Folgenden wird der Umbau der BF20 auf CNC-Steuerung beschrieben.


Umbau einer Optimum BF20 (Mechanik)

CNC-Umbau der Optimum BF20

Beschrieben wird der mechanische Umbau einer Optimum BF20 für eine CNC-Steuerung mithilfe des Umbausatzes von Christoph Seelig und einige sinnvolle Modifikationen für einen maximalen Verfahrweg und Späneschutz.

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CNC-Fräse: Elektrik/Elektronik

Foto: Steuergerät CNC-Fräse

Beim Umbau einer manuellen Fräse auf eine CNC-Steuerung entfällt ein großer Teil des Aufwandes auf die elektrischen Komponenten. Dazu gehören neben den Antriebsmotoren und der eigentlichen Steuerung auch Endschalter, schaltbare Steckdosen und Fernsteuerrelais, ein elektronisches Handrad und etliche Meter Kabel.

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CNC-Fräse: Upgrade

Foto: Upgrade der CNC-Fräse

In den vergangenen sechs Jahren hat die CNC-Fräse in meiner Hobbywerkstatt mein Hobby stark verändert — man könnte sogar sagen: Neu geprägt. Natürlich sind diese sechs Jahre nicht spurlos an der Maschine vorbeigegangen. Außerdem gibt es zahlreiche Details, die man beim ersten Aufbau besser hätte lösen können. Die fällige Wartung wird daher mit einem Upgrade verbunden.

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CNC-Fräse: PC/Software (allgemein)

Software auf dem Steuer-PC

Die Steuerung der kleinen Fräsmaschine erfolgt über einen dedizierten Rechner, der keinen Internetzugang hat und nur für die Maschinensteuerung vorgesehen ist. Installiert sind darauf neben der Maschinensteuersoftware Mach3 lediglich CAD-, CAM- und Hilfsprogramme.

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CNC-Fräse: Maschinensteuerung mit Mach3

Foto Parallelport-Interface

Die Steuerung der kleinen Fräsmaschine erfolgt über die Software Mach3, die auf einem gewöhnlichen, nicht mehr allzu aktuellen IBM-PC mit zwei IEEE 1284 Parallelports installiert ist. Im Folgenden werden Details zur Konfiguration von Mach3 beschrieben.

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Mach3 — Screenset

Screenset für Mach 3

Für Mach3 existieren viele unterschiedliche, teilweise kommerzielle (screen oder screenset genannte) Bedienoberflächen. Lange hat mir die Standard-Bedienoberfläche für das Fräsen ausgereicht. Für die Einbindung von Handrad-Tasten war es allerdings notwendig, neue Tastenkombinationen und LEDs hinzuzufügen. Bei dieser Gelegenheit wurde die Bedienoberfläche direkt auf meine Bedürfnisse angepaßt.

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Zweitspindel für die BF 20

Halterung Zweitspindel

Die Spindel der BF20 läßt sich von ca. 50 bis 2500 U/min regeln. Für Fräsarbeiten eignet sie sich damit für Fräser von 12mm bis 4mm, für geduldige Menschen in Aluminium auch bis ca. 2mm Durchmesser. Zum Gravieren ist die Drehzahl allerdings definitiv zu klein. Abhilfe schafft eine zweite Spindel für einen höhergelegenen Drehzahlbereich.

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Pinolen-Anbaumeßschieber der BF 20

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An der Optimum BF 20 ist serienmäßig ein Anbaumeßschieber an der Pinole verbaut. Obwohl ich diesen fast nie benutze, ist es natürlich trotzdem ärgerlich, wenn er defekt ist. Immerhin ist ein Defekt eine gute Gelegenheit, die Baugruppe zu zerlegen und etwas über ihre Wirkungsweise herauszufinden.

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Schaltsteckdosen

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Mit Schaltsteckdosen lassen sich an der Hobby-CNC-Fräse Spindel, Kühlung oder die Absaugung steuern. Grundlage bildet hier ein Set Funksteckdosen. Gesteuert werden sie einfach durch ein geschaltetes 24V-Signal.

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Maschinenschraubstock

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Oft sind es die kleinen Dinge, die die Arbeit ungemein erleichtern: Eine neue Kurbel für den Schraubstock, ein durchsichtiger Spänefang und ein verstellbarer Anschlag.

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CNC-Fräse: Defekte und Reparaturen

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Nach sechs Jahren Betrieb bleibt es nicht aus, daß auch kleinere oder größere Defekte repariert werden müssen. Im folgenden werden Defekte an der BF 20 und am CNC-Umbausatz beschrieben.

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