CNC-Fräse

Hersteller:	Eigenbau QWV
Modell:	ViktoriaCNC
Standort:	Keller
Benötigter Kurs:	TBD
Kosten:	–
Gefahren:	–
Anschaffung:	–

Die Viktoria CNC ist eine Eigenbau-CNC Fräse, welche mit LinuxCNC läuft. Es kann damit Holz gefräst werden.

Arbeitsbereich:

X-Achse: 1200mm

Y-Achse: 1200mm

Z-Achse: 140mm

Wer kennt sich aus?

fablab@quartierwerkstatt-viktoria.ch

Konfiguration in Fusion 360

In folgendem Ordner findest du die Maschinenkonfiguration, Werkzeugliste und den Postprozessor für Fusion 360.

Postprozessor	`linuxcnc.cps`
Maschine	`ViktoriaCNC.mch`
Werkzeuge	`Fusion360_Werkzeuge_ViktoriaCnC_13.10.2023.tools` `Fusion360_Werkzeuge_ViktoriaCnC_13.10.2023-80.tools` (80% Vorschub, 100% Umfangsgeschwindigkeit)

Eine Bild-Anleitung (PDF und Word) wie du die Fusion 360 Bibliotheken importieren kannst, findest du hier.

Die Bibliotheken können lokal oder in der Cloud (geräteübergreifend) verwendet werden (Anleitung zum Aktivieren der Cloud-Bibliothek)

Hinweis: Der Postprozessor muss zwingend vor der Maschinen-Bibliothek importiert werden.

Arbeitsbereich FERTIGEN wählen, dann -> VERWALTEN und…
Postprozessor-Bibliothek öffnen: Cloud wählen und oberes Icon (Importieren) wählen: von Computer .cps-Datei importieren.
und erst danach: Maschinen-Bibliothek öffnen: Cloud wählen und oberes Icon (Importieren) wählen: von Computer .mch-Datei importieren. Steht da "Postprozessor: nicht gefunden (linuxcnc.cps)"? Einfach auf das Ordnersymbol danaben klicken und den eben importieren Postprozessor auswählen
Werkzeug-Bibliothek öffnen: In linker Spalte Rechtsklick auf Lokal, dann Bibliothek importieren .tools-Datei auswählen und bestätigen

Vorbereitung Einführungskurs

Für die Vorbereitung des Einführungskurses für die ViktoriaCNC - Maschine musst du die folgenden zwei Videos schauen:

Tipp: Am besten wendest du die Inhalte gleichzeitig in Fusion 360 an.

Teil 1 - Kurzeinführung Konstruktion Fusion 360 Quartierwerkstatt Viktoria (4:40)

Teil 2 - Kurzeinführung Fertigen Fusion 360 Quartierwerkstatt Viktoria (9:59)

Einführungskurs

Am Einführungskurs lernst du wie du die ViktoriaCnC bedienen kannst und was du dabei beachten musst. Wir machen dies anhand eines praktischen Beispiels, welches du selber vorbereitest und den dazugehörigen G-Code mitbrings. Du kannst dabei eines der drei Beispiele unten auswählen, welches du dann vorbereitest und welches wir anschliessend im Kurs herstellen werden. Du kannst natürlich auch alle drei Beispiele erstellen, falls du noch ein wenig Übung mit Fusion360 brauchst. Du kannst den G-Code und die Fusion360 Dateien für alle Beispiele auch von der Box herunterladen, falls du sie mit deinen Dateien vergleichen möchtest. Den Link dazu findest du hier. (todo).

Beispiel 1: Textgravur

In diesem Beispiel erstellen wir den G-Code um einen einfachen Text auf ein flaches Stück Holz zu gravieren. Den erstellten G-Code nimmst du an den Einführungskurs mit, damit wir in mit der ViktoriaCnC ausführen können. Das Ziel dieses Beispiels ist dir die Grundlegenden Schritte beizubringen, welche nötig sind um G-Code zu erstellen und um die ViktoriaCnC sicher und erfolgreich zu benutzen.

Dabei gehst du wie folgt vor:

Beginne mit einer neuen Datei und erstelle das Werkstück welches bearbeitet werden soll. Dazu erstellst du eine Skizze mit einem Rechteck (500mm x 200mm), welches du anschliessend mit einer Dicke von 20mm extrudieren kannst.

Skizze für das Werkstück.
Erstelle nun eine neue Skizze auf der Oberfläche des Werkstück und erstelle einen Text. Du kannst selber wählen welchen Text du erstellen möchtest. Für unser Beispiel erstellen wir zwei Texte wie in den Bildern unten.
- Wir erstellen den Schriftzug Fablab.
- Wir erstellen den Schriftzug Quartierwerkstatt Viktoria
Wechsle nun vom Konstruktions- in den Fertigungsmodus.

Modus Wechsel.
Erstelle nun ein Setup mit den gleichen Einstellungen, wie in den Bildern unten. Das wichtigste ist die Einstellung des Werkstück Koordinatensystems (WKS), also die Position des Ursprungs und die Richtungen der drei XYZ Achsen. Du kannst die Position des WKS frei wählen, jedoch ist es wichtig, dass das WKS anschliessend an der CNC Fräse genau gleich konfiguriert wird. Die Pfeile der XYZ Achsen müssen in die gleiche Richtung zeigen wie im Bild unten, da diese auf der CNC Fräse nicht frei wählbar sind.
- Erstellen des Setups für die Fertigung. Seite 1.
- Erstellen des Setups für die Fertigung. Seite 2.
Nun erstellen wir eine Gravur. Wähle dafür in der Menüleiste Fräsen -> 2D -> Gravieren und setze die richtigen Parameter für die Gravur. Für dieses Beispiel benutzen wir den Fräser mit der Nummer 6, welcher einen Durchmesser von 6mm hat und eine Fase von 45°. Du kannst die Einstellungen grösstenteils bei den Standardwerten belassen. Auf Seite 1 setzt du die Parameter für den Fräser. Diese findest du entweder in der vorgefassten Bibliothek (kann in Abschnitt Konfiguration in Fusion 360 heruntergeladen werden) oder in der Tabelle im Abschnitt Fräser und Schnitt-/Vorschubgeschwindigkeiten. Auf Seite 2 wählst du die Konturen aus welche graviert werden sollen - wähle hier die Textskizzen aus welche wir im vorherigen Schritt erstellt haben. Auf Seite 3 kannst du Vorschubhöhen, etc. definieren. Seite 4 & 5 belassen wir bei den Standardeinstellungen.
- Gravur Einstellungen. Seite 1.
- Gravur Einstellungen. Seite 2.
- Gravur Einstellungen. Seite 3.
- Gravur Einstellungen. Seite 4.
- Gravur Einstellungen. Seite 5.
Um sicherzustellen, dass alles richtig eingestellt ist, kannst du den Fräsvorgang in Fusion360 simulieren, indem du in der Menüleiste auf Fräsen -> Aktionen -> Simulieren klickst.
Erstelle nun den G-Code indem du via Rechtsklick das erstellte Setup auswählst und anschliessend auf Postprocess klickst. Wähle die selben Einstellungen für Maschine und Postprozessor wie im Bild unten. Dateiname und Dateipfad kannst du frei wählen. Bringe den erstellten G-Code and den Kurs mit.

Einstellungen für den Postprozessor.

Beispiel 2: Inlay

In diesem Beispiel geht es darum in einem Werkstück Formen auszufräsen. Als Beispiel fräsen wir einen Kreis und ein Rechteck in ein Brett, in welche wir später Boxen einlegen können - ähnlich wie ein Getränkehalter. Gefräst wird nur innerhalb des Werkstücks und nicht am Rand, da das Werkstück schon die korrekte Grösse hat.

Fusion360 Modell des Beispiels 2. Das Holzstück hat Abmessungen 321mm x 149mm x 15mm, der Kreis hat Radius 89mm und das Rechteck hat Abmessungen 142mm x 102mm mit Eckradius 30mm.

Beispiel 3: Holzbox

In diesem Beispiel geht es darum eine Holzbox aus einem Rohteil zu fräsen. Die Holzbox ist die selbe, wie in den Anleitungsvideos zu Fusion360 im Abschnitt Vorbereitung Einführungskurs. Hierbei gilt es zu beachten, dass das Rohteil grösser sein muss als die fertige Holzbox und es muss auch genügend Platz für Befestigungen bieten, damit nicht aus Versehen in die Befestigungen gefräst wird.

Fusion360 Modell des Beispiels 2. Die Holzbox hat Abmessungen 140mm x 100mm x 30mm und der Ursprung des Werkstück Koordinatensystems befindet sich in der Mitte der Oberseite der Holzbox.

Bedienung der ViktoriaCNC (dieser Abschnitt ist noch in Bearbeitung)

Es ist empfohlen vor dem Fräsen einmal die komplette Anleitung durchzulesen.

Vor dem Fräsen

Materialkontrolle: Vergewissere dich, dass die Fernbedienung, alle Fräser, alle Spannzangen und die beiden Schraubschlüssel in der orangen Schublade enthalten sind.

Die Schublade enthält das nötige Werkzeug um die ViktoriaCNC zu bedienen.

Maschine einschalten: Betätige dafür den roten Stromhauptschalter auf der Rückseite der ViktoriaCNC. Dies sollte auch ein gelbes Hinweislicht auf der Rückseite der ViktoriaCNC und den PC einschalten.

Arbeitsbereich der ViktoriaCNC. Hier findest du den Stromhauptschalter, den Not-Aus-Knopf und den Gehörschutz.

Logge dich am PC ein: Der PC wird automatisch hochgefahren durch das betätigen des Stromhauptschalters. Benutzernamen und Passwort erhältst du bei der Durchführung des Einführungskurses. Der Kurs ist obligatorisch um die ViktoriaCNC benutzen zu dürfen. Zur Kursanmeldung gelangst du hier (Link zur Anmeldung noch nicht verfügbar, bei Interresse E-Mail an fablab@quartierwerkstatt-viktoria.ch).
Starte das Programm LinuxCNC: Doppelklick auf das entsprechende Symbol auf dem Desktop. Nachdem das Programm gestartet wurde musst du die Maschine freigeben indem du auf den knopf Toggle Machine power im oberen, linken Eck des GUIs drückst. Ansonsten lassen sich die Achsen der ViktoriaCNC nicht bewegen.

Freigabe der ViktoriaCNC im Progamm LinuxCNC.

Homen der drei Achsen

Die Achsen der ViktoriaCNC lassen sich erst steuern nachdem sie gehomed wurden. Drücke dafür auf den Knopf Home All in LinuxCNC. Dadurch werden die drei Axen der ViktoriaCNC an ihre jeweiligen Nullpunkte verschoben. Passe also auf, dass sich die Axen frei bewegen können.

Werkstück platzieren

Direkt nach dem Homen ist ein guter Zeitpunkt um das Werkstück auf der Arbeitsfläche zu befestigen, wofür du die vorgefertigten Klemmen benutzen kannst (siehe Bild unten). Stelle sicher, dass dein Werkstück fest mit der Arbeitsfläche verbunden ist und sich nicht bewegt und dass keine der Klemmen auf einem Pfad liegt, auf dem der Fräskopf durchfahren wird! Die Klemmen befinden sich im blauen Schrank beim Eingang zum UG.

Nahaufnahme einer Klemmer mit der Werkstücke am Arbeitsbereich der ViktoriaCNC befestigt werden können.
Beispiel wie ein Werkstück am Arbeitsbereich der ViktoriaCNC befestight werden kann. Es können auch auch noch mehr Klemmen verwendet werden, aber passe auf, dass keine der Klemmen an einem Ort befestight wird, an dem der Fräskopf durchfahren wird.

Fernbedienung verbinden

Nun können die Einzelnen Achsen gesteuert werden. Dazu verwenden wir die Fernbedienung, dessen Funktionsweise im Abschnitt Fernbedienung erklärt wird. Alternativ können die drei Achsen auch mit der Tastatur bedient werden. Die x- und y-Achsen können mit den Pfeiltasten und die z-Achse mit Page Up und Page Down bedient werden.

Es ist empfohlen den Fräskopf nicht mit der Tastatur zu bewegen, sondern das Steuergerät zu benutzen. Die Steuerung mit der Tastatur ist ungenauer und hat in der Vergangenheit dazu geführt, dass Fräsköpfe und Werkstücke beschädigt wurden.

G-Code laden: Am einfachsten lädst du den G-code indem du einen USB-Stick anschliesst und anschliessend in LinuxCNC auf das Ordner-Symbol klickst um eine neue Datei zu öffnen. USB-Sticks werden in Linux unter /media/pi/ aufgeführt.
Spannzange einsetzen: Die Spannzange muss zu dem Fräser passen, den du benutzen möchtest. Wenn schon die richtige Spannzange eingesetzt ist kannst du diesen Schritt überspringen. Löse zuerst die Spannzange mithilfe der Schraubschlüssel ein wenig und den Fräskopf, falls einer eingespannt ist. Löse nun die Spannmutter komplett vom Fräsmotor und entferne sie mitsamt der Spannzange. Nun kannst du Spannzange von der Spannmutter trennen und die gewünschte Spannzange in die Spannmutter einführen. Führe Spannzange ein wenig schräg in die Spannmutter ein, bis sie hörbar einrastet. Nun kannst du die Spannmutter mitsamt Spannzange wieder mit dem Fräsmotor verschrauben.

Löse die Schraubmutter vom Fräsmotor, indem du die Schraubschlüssel in die angezeigten Richtungen drehst.
Spannzange
Spannmutter

Fräskopf einspannen: Nun kannst du den Fräser einspannen, den du benutzen möchtest. Löse dadurch die Spannmutter leicht vom Fräsmotor und führe den Fräser ein, bis die Schneideklingen fast die Spannzange berühren und ziehe die Spannmutter fest an mit Hilfe der zwei Schraubschlüssel.
Nullpunkt einstellen: Der Nullpunkt muss für jede Achse einzeln eingestellt werden. Wenn dein Werkstück genügend gross ist, kannst du den Nullpunkt für die x&y Achsen grob einstellen indem du den eingespannten Fräskopf in etwa über den gewünschten Nullpunkt bewegst. Wähle nun die richtige Achse im LinuxCNC aus (x&y) und drücke auf den Knopf Touch Off. Wenn der Nullpunkt genau eingestellt werden muss, kannst du vorsichtig mit dem Fräser gegen eine Seite des Werstücks fahren, bis der Fräser die Seitenfläche berührt. Wenn du den Fräser ein wenig drehst, spürst du sehr gut, ob er die Seitenfläche des Werkstücks berührt. Drücke nun wieder Touch Off in LinuxCNC, aber diesmal musst du den Versatz vom Fräser zum gewünschten Nullpunkt eingeben! Abhängig davon welche Seitenfläche du gerade berührst ist der Versatzt entweder plus oder minus der halbe Durchmesser des Fräsers (siehe Bild).

Graphische Darstellung wieviel Versatz hinzugefügt werden muss, um den Nullpunkt genau einzustellen. Das braune Rechteck stellt das Werkstück dar und der graue Kreis den Fräser.

Falls sich der Nullpunkt auf der Oberfläche des Werkstücks befindet, kannst du die folgenden zwei Vorgehensweisen benutzen um die z-Achse einzustellen. Falls sich der Nullpunkt nicht auf der Oberfläche befindet, kannst du nach dem Touch Off noch einen Versatzt hinzufügen.

Platziere ein Licht (zum Beispiel mit deinem Smartphone) unter dem Fräser, so dass der Fräser einen Schatten auf das Werkstück wirft. Bewege nun den Fräser langsam! richtung Werkstück, bis sich die Spitzen von Fräser und Schatten berühren. Drücke nun Touch Off im LinuxCNC.
- Schatten und Fräser berühren sich noch nicht; Der Fräser muss noch näher an das Werkstück herangeführt werden.
- Schatten und Fräser berühren sich; Der Fräser befindet sich genau auf der Oberfläche des Werkstücks.
Platziere ein dünnes Stück Papier zwischen Fräser und Werkstück und bewege den Fräser langsam! richtung Werkstück bis das Papier zwischen Fräser und Werkstück eingeklemmt ist. Drücke nun Touch Off im LinuxCNC.

(Optional) Leerlauf durchführen: Es ist empfohlen vor dem tatsächlichen Fräsgang, einen sogenannten Leerlauf durchzuführen. Stelle dadurch den Nullpunkt der z-Achse weit oberhalb des Frässtücks ein und klicke in LinuxCNC auf Start. Das Fräsprogramm wird nun einmal durchgefahren ohne dass der Fräser tatsächlich in das Frässtück eintaucht. Damit kannst du sicherstellen, dass der Nullpunkt richtig eingestellt ist und dass der Fräser nicht mit einem ungewollten Gegenstand kollidiert (wie zum Beispiel mit einer der Klemmen).
Absaugung einschalten: Platziere nun die Bürste über dem Fräser und dem Absaugschlauch und starte die Absaugung indem du die Stromschiene neben dem PC anstellst.
Fräsvorgang starten: Starte nun den Fräsvorgang indem du im LinuxCNC auf Start drückst.

Es ist dir schwer empfohlen während dem Fräsgang einen Augen und Ohrschutz zu tragen!

Während dem Fräsen

Wärend dem Fräsvorgang können verschiedene Einstellungen vorgenommen werden, von denen die wichtigsten hier aufgeführt sind. Des weitern kann der Fräsvorgang pausiert oder ganz gestoppt werden.

Pause: todo
Stopp: todo
Feed Override: todo
Rapid Override: todo
Spindle Override: todo
Jog Speed: todo
Max Velocity: todo
Spindle: Hiermit kann die Drehrichtung des Fräskopfs eingestellt werden. Dies sollte nie nötig sein, da alle Fräsköpfe der Werkstatt die selbe Drehrichtung haben.

Nach dem Fräsen

Absaugung abstellen: Schalte dafür die Stromschiene neben dem PC ab.
Fräskopf entfernen: Entferne den Fräskopf und versorge ihn an seinem vorhergesehen Platz in der orangen Werkzeugbox.
Aufräumen: Allgemein herrschen in der Quartierwerkstatt Pfadfinderregeln: Hinterlasse einen Raum sauberer als du ihn vorgefunden hast!
PC herrunterfahren: Jede/r weiss wie man einen PC herrunterfährt.
Maschine ausschalten: Betätige dafür den roten Stromhauptschalter auf der Rückseite der ViktoriaCNC und vergewissere dich, dass das gelbe Hinweislicht ausgegangen ist.

Fernbedienung

todo

Fernbedienung für die manuelle Steuerung der drei Achsen der ViktoriaCNC.

Fräser und Schnitt-/Vorschubgeschwindigkeiten

Alle Infos dieser Tabelle sind in der Datei Fusion360Werkzeuge_ViktoriaCnC….tools enthalten.

Damit die Fräser nicht zu heiss werden und dabei Schaden nehmen, gibt es folgende Faustregeln zu beachten:

...

Weitere Informationen findest du in der Übersicht eines Herstellers zu

							Hartholz / MDF 100%		Hartholz / MDF 70%		Weichholz 100%
Nr	Typ	∠	⌀	N	Länge Schneide	Länge Gesamt	mm/min	U/min	mm/min	U/min	mm/min	U/min	Quelle	Spezielles
1	Schaftfräser		10	3	27	75	3’439	14’324	2’407	10’027
2	Kugelkopffräser		10	2	20	100	2’293	14’324	1’605	10’027
3	Planfräser	0	30	2	15	50	764	4’775	535	3’342
4	Gravur/Fasenfräser	60	6	3	10	51	3’941	23’873	2’759	16’711
5	Kugelkopffräser		4	2	7	75	1’655	24’000	1’159	16’800
6	Gravur/Fasenfräser	45	6	3	10	50	3’941	23’873	2’759	16’711
7	Gravur/Fasenfräser	30	6	3	10	50	3’941	23’873	2’759	16’711
8	Kugelkopffräser		8	2	16	60	2’329	17’905	1’630	12’533
9	Schaftfräser		8	3	22	60	3’493	17’905	2’445	12’533
10	Schaftfräser		5	2	18	50	2’115	24’000	1’481	16’800
11	Kugelkopffräser		6	4	12	50	5’255	23’873	3’679	16’711
12	Schaftfräser		10	3	14	57	3’439	14’324	2’407	10’027
13	Schaftfräser		6	1	22	48	1’314	23’873	920	16’711
14	Schaftfräser		6	2	30	60	2’627	23’873	1’839	16’711			HC
15	Schaftfräser		4	2	28	50	1’655	24’000	1’159	16’800			HC
16	Schaftfräser		4	2	16	50	1’655	24’000	1’159	16’800			Sorotec
17	Schaftfräser		6	2	21	57	2’627	23’873	1’839	16’711			Sorotec
18	Schaftfräser		6	2	21	57	2’627	23’873	1’839	16’711			Sorotec
19	Schaftfräser		6	2	21	80	2’627	23’873	1’839	16’711			Sorotec
20	Schaftfräser		8	2	26	63	2’329	17’905	1’630	12’533			Sorotec
21	Schaftfräser		6	2	21	80	2’627	23’873	1’839	16’711			Sorotec	Linksdrehend (für dünnes Holz)
22	Schaftfräser		8	2	26	80	2’329	17’905	1’630	12’533				Linksdrehend (für dünnes Holz)

∠ = Spitzenwinkel, N = Anzahl Schneiden, ⌀ = Durchmesser

Wartung

Logbuch

Datum	Problem	Lösung	Ersatzmaterial	Name

Backup von LinuxCNC für den Raspberry Pi

Die SD-Karte des LinuxCNC kann wie folgt aus dem Backup-Image (TODO: link zum image) wiederhersgestellt werden (Linux / macOs):

sudo dd if=victoriacnc_2023-04-13.img of=/dev/rdisk4 bs=1m

Hierbei ist rdisk4 das Device der SD-Karte (nicht der Partition, diese heissen rdisk4s1 / rdisk4s2 etc.). Die korrekte Gerätenummer kannst du über Gparted (Linux) / diskutil list (macOS) herausfinden.