Stepcraft-2/840 4. Achse

In diesem Artikel erfahrt ihr mehr über die Verwendung des 4. Achsen Modules für die Stepcraft CNC. Eingegangen wird kurz auf die Montage, Software, Probleme und ein mein erster Testversuch.

Zu meinem 20. Geburtstag im Dezember 2016 erhielt ich von meinen Grosseltern eine Erweiterung für die Stepcraft 2/840, die den Betrieb mit 4 Achsen ermöglicht. Dazu gehört das 4. Achse Steuermodul von Stepcraft GmbH für die Hauptplatine und eine hochpräzise Drehachse. Da ich bis im Juni des letzen Jahres auf Reisen war, kam ich erst im Herbst dazu, die 4. Achse auszutesten. Nun habe ich auch endlich den Artikel dazu fertig geschrieben.

Montage

4-Achse Montierung

Da wir keinen T-Nuten Tisch, sondern nur unseren selbst gemachten Vakuum-Frästisch aus Holz zur Verfügung hatten, bastelten wir uns unsere eigene Lösung. Im oberen Bereich der Maschine liessen wir entlang der Y-Achse zwei Nuten ins Holz ein und frästen eine Abdeckung aus einem Harzverbund, wodurch sich das gewünschte T-Nuten Profil für die Montage der Drehachse und des Reitstocks ergab. Mit Hilfe einer Schablone ist es möglich die beiden Teile der 4. Achse exakt parallel zueinander auszurichten.

Software

Für die Erstellung des 3D Modelles kann im Grunde genommen jedes beliebige 3D-CAD Programm verwendet werden. Da ich als Student die Möglichkeit habe, Autodesk Inventor Pro HSM zu verwendet, habe ich mich für diese professionelle Software entschieden. Eine kostenlose Open-Source Alternative bietet das Programm FreeCAD.

Der nächste Schritt nimmt sich ein CAM Programme zu Hilfe, um den Maschinencode zu generieren, der im nächsten Schritt für die Bearbeitung des Werkstückes mit der CNC Fräse benötigt wird. Leider konnte ich keine Freeware finden, die in der Lage ist, Maschinencode für reine 4. Achsen CNCs zu generieren. Mit Hilfe von Inventor HSM oder Fusion 360 von Audodesk ist es leider nur begrenzt möglich 4. Achsen Code zu generieren und dabei muss jeder Arbeitsschritt manuell ausgewählt werden.

Deskproto Lichtschwert

Zu guter Letzt testete ich die Software Deskproto Multi-Axis Edition, welche für Hobbyanwender für 248.- € gekauft werden kann. Mit Deskproto ist es möglich, 3D-Modelle ohne grossen Aufwand direkt mit 4 Achsen zu fräsen. Wichtig zu beachten ist, dass dies nur “indexiert” geschieht. Mit anderen Worten, wird nur die X- (Längs-), Z- (Höhe-), und A-Achse (Drehachse) benutzt. Die Y-Achse bewegt sich nie. Für ein besseres Verständnis der verschiedenen Frästechniken empfehle ich folgende Seite.

Für die Verwendung der 4. Achse in WinPC-NC USB müssen nur ein paar wenige Parameter angepasst werden. Zuerst muss die 4. Achse bei den aktiviert werden. Zudem ist es, in Verwendung mit Deskproto, nötig, die Z-Koordinaten zu invertieren. Dazu muss unter Dateiformate der Punkt Z-Koordinaten invertieren aktiviert werden. Als nächstes müssen die Einstellungen für die Achsen angepasst werden. Die Kalibrierung des Z-Nullpunktes ist mit Hilfe des Tasters sehr einfach. Die Drehachse befindet sich genau 32mm oberhalb der Montagefläche. Daher muss das Tastermass in den Einstellungen auf 32mm gesetzt werden, da der Taster ebenfalls eine Höhe von 32mm hat. Der Y-Nullpunkt wurde von Auge mit Hilfe eines Gravur-Fräsers und dem Reitstock eingestellt.

Anwendung

Lichtwert

Um die 4. Achse auf ihre Funktionstüchtigkeit zu prüfen, erstellte ich in Inventor HSM ein Modell eines Laserschwertes aus Star Wars. Das Schwert besitzt eine Länge von 384 mm und einen maximalen Durchmesser von 56 mm. Gefertigt wurde das ganze aus einem 61 mm Zylinder bestehend aus Mahagoni Holz. Der Fräsprozess dauerte insgesamt über 10h und wurde in zwei Teilschritten durchgeführt. Zuerst wurde mit einem 7.76 mm Fräser auf 1mm vorgeschruppt. Dabei wurde mit 5 mm/s Vorschub und einer Zustellung von 5 mm gearbeitet. In einem zweiten Schritt, wurde mit einem 4mm Rundkopf Fräser das Restmaterial entfernt. Dabei wurde ein Vorschub von 15 mm/s und eine Zustellung von 5 mm eingestellt. Leider passierte beim Entfernen des Restmaterials kurz nach dem Start ein Fehler. Wahrscheinlich war der Vorschub (damals noch 20mm/s) zu hoch und die Schrittmotoren blieben hängen. Dadurch verschob sich der X-Nullpunkt, was in einer falschen Fräsbahn resultierte. Dieser Fehler wurde später mit Kunstharz ausgebessert und die betroffenen Stellen noch einmal gefräst.

Fazit

Die Verwendung der 4. Achse für die Stepcraft2/840 stellte sich als einfacher als erwartet heraus. Die Änderungen der Einstellungen in WinPC-NC USB waren nicht sehr komplex und die Ansteuerung funktioniert gleich beim ersten Versuch. Negativ war jedoch, dass keine gratis oder zumindest günstigere CAM Software zu finden war. Obwohl die Software ihren Zweck herausragend erfüllt, ist sie meines Erachtens mit 248.- € doch sehr teuer. Leider ist Inventor HSM und Fusion 360 nur auf 3 und 3+2 Achsen optimiert. Ich werde sicher auch Inventor HSM bei Gelegenheit für die 4. Achse benützen, spiele jedoch zurzeit mit dem Gedanken, Deskproto zu kaufen.

Im nächsten Beitrag werde ich etwas genauer auf die einzelnen Projekte eingehen, die wir seither mit der Stepcraft2/840 CNC Maschine angefertigt haben.

Lichtschwert

Lichtschwert

T-Nuten

Deskproto

4-Achse Montage

Abdeckung