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[stratum0-wiki.git] / CNC-Fräse.mw
1 {{Hardware
2 |kontakt = [[Benutzer:Daniel Bohrer|Daniel Bohrer]], {{Benutzer|Kasalehlia}}, {{Benutzer|larsan}}, {{Benutzer|comawill}}, {{Benutzer|adnc}}
3 |status = wip
4 |ort = Werkstatt
5 |beschreibung = CNC-Fräse
6 |bild = CNC_mill_meeting.jpg
7 |bildbeschreibung = erste Inbetriebnahme, noch auf dem Frickelraumtisch
8 |links = <!--optional-->
9 |usage = Benutzung erst nach Einweisung. Kaputtmachen und Reparieren nur von Spezialexperten.
10 }}
11
12 {{Hinweis|Diese Seite befindet im Aufbau, es können Platzhalter vorkommen und wichtige Informationen fehlen. Inhaltliche Bearbeitungen und Ergänzungen, sowie Formatierungen sind ausdrücklich erwünscht.}}
13
14 Uns wurde am 28.03.2014 eine CNC-Maschine überlassen. Nachdem wir sie unter Verwendung des mitgelieferten Industrierechners ansteuern konnten, stellten wir fest, dass diese Methode nicht viel Zukunft haben würde. Kein USB, beschränkte Geschwindigkeit, laut, Win98 will man nicht im Netzwerk haben, etc.
15
16 Da die Fräse alle ihre Anschlüsse über D-Sub-Buchsen herausführt, wollen wir einen anderen Controller verwenden, der die Motoren direkt ansteuert. Am 24.05.2014 haben wir mit einem [http://smoothieware.org/smoothieboard Smoothieboard] erfolgreich die ersten Schritte in diese Richtung gemacht.
17
18 Stand 27.06.2014: Wir haben uns ein eigenes Smoothieboard 5X zugelegt, das wird derzeit in Betrieb genommen.
19
20 == Überblick ==
21 === Fräse ===
22 [[Datei:CNC-Fräse Holzbalken.jpg|thumb|Durch den Aufbau als Portalfräse ist es möglich, dass Werkstücke in y-Richtung über den Frästisch hinausragen können]]
23
24 Es handelt sich um (Stand 2014) eine etwa 15 Jahre alte Isel Automation Flachbett-Tischfräse CNC Multi K.
25 Kaum gebraucht und vermutlich seit ~9 Jahren nicht mehr in Betrieb gewesen, bevor sie 2014 zu uns kam.
26 * maximaler Arbeitsbereich: (x,y,z) = (330 mm, 500 mm, 90 mm), abzüglich Befestigung und eingesetztem Fräser eher so z=70 mm
27 * Kugelgewindetriebe
28 * Zwei Endschalter pro Achse
29 * Derzeit zwei Frässpindeln verfügbar
30 ** <s>[[CNC-Fräse#HF-Spindel|Hochfrequenzspindel]]</s> defekt, siehe [https://gitli.stratum0.org/stratum0/TUWAT/-/issues/10 TUWAT]
31 ** [[CNC-Fräse#Proxxon|Proxxon]]
32 ** Kress
33 * NEMA23 Schrittmotoren der Firma Nanotec [http://de.nanotec.com/fileadmin/files/Datenblaetter/Schrittmotoren/ST5918/ST5918M3008-A.pdf 4T5618M3300]
34
35 ==== Motoranschlüsse an der Fräse ====
36 Die Fräse führt an der Hinterseite 3 D-Sub DE-9 Buchsen heraus, die je für die Ansteuerung der X-, Y- und Z-Achse zwei Polepaaranschlüsse bereitstellt.
37 Pinbelegung D-Sub DE-9 Buchsen
38
39 1. Pol A
40 2. Pol /A
41 3. Pol B
42 4. Pol /B
43 5.
44 6.
45 7.
46 8.
47 9.
48
49
50 In der Fräse selbst steckt keine Logik, die Achsen werden über drei D-Sub-Buchsen aus der Fräse herausgeführt.
51 [[Datei:CNC-Pinbelegungen auf dem 25Pin-Kabel.pdf|thumb|Die etwas komische Belegung der CNC-Fräse]]
52 ==== Endschalter ====
53 * X-Achse: Endschalter für min. und max. sind vorhanden
54 * Y-Achse: Endschalter für min. und max. sind vorhanden
55 * Z-Achse: Endschalter für min. und max. sind vorhanden
56
57 Die Entschalter mit NC (Normally Connected) an den jeweiligen D-Sub DE-9 Buchsen mit den Pins 5 (Common), 7 und 9 angeschlossen.
58 Auf dem 25-Pol Kabel ist allerdings Pin 9 Common. Das sollte sich durch umlöten der Stecker an der CNC-Fräse aber ändern lassen.
59
60 === Werkzeuge ===
61 ==== Proxxon ====
62 * 230V, 100W
63 * 20k 1/min direkt am Gerät stufenlos verstellbar
64 * Wird direkt an den Rechner angeschlossen
65 * Mit Aufnahmen für verschiedene Einsatz-Durchmesser bis 3.2 mm
66 * Das vordere Lager wurde durch Proxxon kostenlos getauscht und ist somit wieder i.O.
67
68 ==== HF-Spindel ====
69 * Wird von einem externen Netzteil mit Strom versorgt, das wiederum über "Fußpedal"-Anschluss mit Rechner ("HF-Spindel") verbunden wird. (Kann kurzgeschlossen werden, die Spindel ohne den Rechner zu betreiben.
70 * 50k 1/min
71
72 ==== Werkzeug-Einsätze ====
73 * Siehe Bilder
74
75 * Als Beispiel könnten diese [http://tumblebeer.com/upgrayedd/ Spannpratzen] dienen.
76 ** Vorstellung von 7 [http://makezine.com/2016/06/20/7-cnc-fixturing-tips-small-shop/ Befestigungsmöglichkeiten] von Werkstücken im CNC-Umfeld.
77
78 === Misc ===
79 * Produktnr. 148508
80 * Ident 9911 00042
81
82 * [https://www.dropbox.com/sc/48b807yucui78j6/YiSdTUa890 Unsortierte Bilder]
83
84 == Erste Experimente ==
85 [[Datei:CNC-Experimente.JPG|thumb|Erste CNC Experimente]]
86 * Anschluss an ein [http://smoothieware.org/ SmoothieBoard]
87 * Config angepasst (Siehe Upload von larsan)
88 * Mit Eagle und [http://www.pcbgcode.org/ pcb-gcode] gcode erzeugt, auf SmoothieBoard übertragen und ausgeführt
89 * Noch einige Probleme mit der Einstellung der Höhe(Z-Achse), da der Kleber unter der Platine etwas uneben war
90
91 === Smoothieboard config ===
92 [[Datei:Smoothieboard 5x new.jpg|thumb|Smoothieboard 5X frisch aus der Verpackung, ohne aufgelötete Kontakte.]]
93
94
95 Eine erste config fürs Smoothieboard, liegt als ''config'' im Rootverzeichnis der µSD-Karte:
96
97 <pre style="height:200px;overflow-y:scroll;">
98 # NOTE Lines must not exceed 132 characters
99 # Robot module configurations : general handling of movement G-codes and slicing into moves
100 default_feed_rate 200 # Default rate ( mm/minute ) for G1/G2/G3 moves
101 default_seek_rate 600 # Default rate ( mm/minute ) for G0 moves
102 mm_per_arc_segment 0.5 # Arcs are cut into segments ( lines ), this is the length for
103 # these segments. Smaller values mean more resolution,
104 # higher values mean faster computation
105 mm_per_line_segment 5 # Lines can be cut into segments ( not usefull with cartesian
106 # coordinates robots ).
107
108 # Arm solution configuration : Cartesian robot. Translates mm positions into stepper positions
109 alpha_steps_per_mm 800 # Steps per mm for alpha stepper
110 beta_steps_per_mm 800 # Steps per mm for beta stepper
111 gamma_steps_per_mm 800 # Steps per mm for gamma stepper
112
113 # Planner module configuration : Look-ahead and acceleration configuration
114 planner_queue_size 32 # DO NOT CHANGE THIS UNLESS YOU KNOW EXACTLY WHAT YOU ARE DOING
115 acceleration 500 # Acceleration in mm/second/second.
116 acceleration_ticks_per_second 1000 # Number of times per second the speed is updated
117 junction_deviation 0.05 # Similar to the old "max_jerk", in millimeters,
118 # see https://github.com/grbl/grbl/blob/master/planner.c#L409
119 # and https://github.com/grbl/grbl/wiki/Configuring-Grbl-v0.8
120 # Lower values mean being more careful, higher values means being
121 # faster and have more jerk
122 #minimum_planner_speed 0.0 # sets the minimum planner speed in mm/sec
123
124 # Stepper module configuration
125 microseconds_per_step_pulse 1 # Duration of step pulses to stepper drivers, in microseconds
126 minimum_steps_per_minute 1200 # Never step slower than this
127 base_stepping_frequency 100000 # Base frequency for stepping, higher gives smoother movement
128
129 # Cartesian axis speed limits
130 x_axis_max_speed 1500 # mm/min
131 y_axis_max_speed 1500 # mm/min
132 z_axis_max_speed 300 # mm/min
133
134 # Stepper module pins ( ports, and pin numbers, appending "!" to the number will invert a pin )
135 alpha_step_pin 2.0 # Pin for alpha stepper step signal
136 alpha_dir_pin 0.5 # Pin for alpha stepper direction
137 alpha_en_pin 0.4 # Pin for alpha enable pin
138 alpha_current 1.0 # X stepper motor current
139 alpha_max_rate 1500.0 # mm/min
140
141 beta_step_pin 2.1 # Pin for beta stepper step signal
142 beta_dir_pin 0.11 # Pin for beta stepper direction
143 beta_en_pin 0.10 # Pin for beta enable
144 beta_current 1.0 # Y stepper motor current
145 beta_max_rate 1500.0 # mm/min
146
147 gamma_step_pin 2.2 # Pin for gamma stepper step signal
148 gamma_dir_pin 0.20 # Pin for gamma stepper direction
149 gamma_en_pin 0.19 # Pin for gamma enable
150 gamma_current 1.0 # Z stepper motor current
151 gamma_max_rate 300.0 # mm/min
152
153 # Serial communications configuration ( baud rate default to 9600 if undefined )
154 uart0.baud_rate 115200 # Baud rate for the default hardware serial port
155 second_usb_serial_enable false # This enables a second usb serial port (to have both pronterface
156 # and a terminal connected)
157 #leds_disable true # disable using leds after config loaded
158
159
160 # Extruder module configuration
161 extruder_module_enable true # Whether to activate the extruder module at all. All configuration
162 # is ignored if false
163 extruder_steps_per_mm 140 # Steps per mm for extruder stepper
164 extruder_default_feed_rate 600 # Default rate ( mm/minute ) for moves where only the extruder moves
165 extruder_acceleration 500 # Acceleration for retracts, mm/sec^2
166 extruder_max_speed 1000 # mm/sec NOTE only used for retracts
167
168 extruder_step_pin 2.3 # Pin for extruder step signal
169 extruder_dir_pin 0.22 # Pin for extruder dir signal
170 extruder_en_pin 0.21 # Pin for extruder enable signal
171 delta_current 1.5 # Extruder stepper motor current
172
173 # Laser module configuration
174 laser_module_enable false # Whether to activate the laser module at all. All configuration is
175 # ignored if false.
176 #laser_module_pin 2.5 # this pin will be PWMed to control the laser. Only P2.0 - P2.5
177 # can be used since laser requires hardware PWM
178 #laser_module_max_power 0.8 # this is the maximum duty cycle that will be applied to the laser
179 #laser_module_tickle_power 0.0 # this duty cycle will be used for travel moves to keep the laser
180 # active without actually burning
181 #laser_module_pwm_period 20 # this sets the pwm frequency as the period in microseconds
182
183 # Hotend temperature control configuration
184 temperature_control.hotend.enable true # Whether to activate this ( "hotend" ) module at all.
185 # All configuration is ignored if false.
186 temperature_control.hotend.thermistor_pin 0.23 # Pin for the thermistor to read
187 temperature_control.hotend.heater_pin 2.7 # Pin that controls the heater
188 temperature_control.hotend.thermistor EPCOS100K # see src/modules/tools/temperaturecontrol/TemperatureControl.cpp:64
189 # for a list of valid thermistor names
190 temperature_control.hotend.set_m_code 104 #
191 temperature_control.hotend.set_and_wait_m_code 109 #
192 temperature_control.hotend.designator T #
193
194 #temperature_control.hotend.p_factor 13.7 # permanenetly set the PID values after an auto pid
195 #temperature_control.hotend.i_factor 0.097 #
196 #temperature_control.hotend.d_factor 24 #
197
198 #temperature_control.hotend.max_pwm 64 # max pwm, 64 is a good value if driving a 12v resistor with 24v.
199
200 temperature_control.bed.enable true #
201 temperature_control.bed.thermistor_pin 0.24 #
202 temperature_control.bed.heater_pin 2.5 #
203 temperature_control.bed.thermistor Honeywell100K # see src/modules/tools/temperaturecontrol/TemperatureControl.cpp:64
204 # for a list of valid thermistor names
205 temperature_control.bed.set_m_code 140 #
206 temperature_control.bed.set_and_wait_m_code 190 #
207 temperature_control.bed.designator B #
208
209 #temperature_control.bed.bang_bang false # set to true to use bang bang control rather than PID
210 #temperature_control.bed.hysteresis 2.0 # set to the temperature in degrees C to use as hysteresis
211 # when using bang bang
212
213 # Switch module for fan control
214 switch.fan.enable true #
215 switch.fan.input_on_command M106 #
216 switch.fan.input_off_command M107 #
217 switch.fan.output_pin 2.6 #
218 switch.fan.output_type pwm # pwm output settable with S parameter in the input_on_comand
219 #switch.fan.max_pwm 255 # set max pwm for the pin default is 255
220
221 #switch.misc.enable true #
222 #switch.misc.input_on_command M42 #
223 #switch.misc.input_off_command M43 #
224 #switch.misc.output_pin 2.4 #
225 #switch.misc.output_type digital # just an on or off pin
226
227 # Switch module for spindle control
228 #switch.spindle.enable false #
229
230 # Endstops
231 endstops_enable true # the endstop module is enabled by default and can be disabled here
232 #corexy_homing false # set to true if homing on a hbit or corexy
233 alpha_min_endstop 1.24^ # add a ! to invert if endstop is NO connected to ground
234 alpha_max_endstop 1.25^ #
235 alpha_homing_direction home_to_min # or set to home_to_max and set alpha_max
236 alpha_min 0 # this gets loaded after homing when home_to_min is set
237 alpha_max 200 # this gets loaded after homing when home_to_max is set
238 beta_min_endstop 1.26^ #
239 beta_max_endstop 1.27^ #
240 beta_homing_direction home_to_min #
241 beta_min 0 #
242 beta_max 200 #
243 gamma_min_endstop 1.28^ #
244 gamma_max_endstop 1.29^ #
245 gamma_homing_direction home_to_min #
246 gamma_min 0 #
247 gamma_max 200 #
248
249 alpha_fast_homing_rate_mm_s 50 # feedrates in mm/second
250 beta_fast_homing_rate_mm_s 50 # "
251 gamma_fast_homing_rate_mm_s 4 # "
252 alpha_slow_homing_rate_mm_s 25 # "
253 beta_slow_homing_rate_mm_s 25 # "
254 gamma_slow_homing_rate_mm_s 2 # "
255
256 alpha_homing_retract_mm 5 # distance in mm
257 beta_homing_retract_mm 5 # "
258 gamma_homing_retract_mm 1 # "
259
260 #endstop_debounce_count 100 # uncomment if you get noise on your endstops
261
262 # Pause button
263 pause_button_enable true #
264
265 # Panel
266 panel.enable false # set to true to enable the panel code
267 panel.lcd smoothiepanel # set type of panel
268 panel.encoder_a_pin 3.25!^ # encoder pin
269 panel.encoder_b_pin 3.26!^ # encoder pin
270
271 # Example for reprap discount GLCD
272 # on glcd EXP1 is to left and EXP2 is to right, pin 1 is bottom left, pin 2 is top left etc.
273 # +5v is EXP1 pin 10, Gnd is EXP1 pin 9
274 #panel.lcd reprap_discount_glcd #
275 #panel.spi_channel 0 # spi channel to use ; GLCD EXP1 Pins 3,5 (MOSI, SCLK)
276 #panel.spi_cs_pin 0.16 # spi chip select ; GLCD EXP1 Pin 4
277 #panel.encoder_a_pin 3.25!^ # encoder pin ; GLCD EXP2 Pin 3
278 #panel.encoder_b_pin 3.26!^ # encoder pin ; GLCD EXP2 Pin 5
279 #panel.click_button_pin 1.30!^ # click button ; GLCD EXP1 Pin 2
280 #panel.buzz_pin 1.31 # pin for buzzer ; GLCD EXP1 Pin 1
281 #panel.button_pause_pin 2.11^ # kill/pause ; GLCD EXP2 Pin 8 either
282 #panel.back_button_pin 2.11!^ # back button ; GLCD EXP2 Pin 8 or
283
284 # pins used with other panels
285 #panel.up_button_pin 0.1! # up button if used
286 #panel.down_button_pin 0.0! # down button if used
287 #panel.click_button_pin 0.18! # click button if used
288
289 panel.menu_offset 0 # some panels will need 1 here
290
291 panel.alpha_jog_feedrate 1000 # x jogging feedrate in mm/min
292 panel.beta_jog_feedrate 1000 # y jogging feedrate in mm/min
293 panel.gamma_jog_feedrate 200 # z jogging feedrate in mm/min
294
295 panel.hotend_temperature 185 # temp to set hotend when preheat is selected
296 panel.bed_temperature 60 # temp to set bed when preheat is selected
297
298 # Example of a custom menu entry, which will show up in the Custom entry.
299 # NOTE _ gets converted to space in the menu and commands, | is used to separate multiple commands
300 custom_menu.power_on.enable true #
301 custom_menu.power_on.name Power_on #
302 custom_menu.power_on.command M80 #
303
304 custom_menu.power_off.enable true #
305 custom_menu.power_off.name Power_off #
306 custom_menu.power_off.command M81 #
307
308 # Only needed on a smoothieboard
309 currentcontrol_module_enable true #
310
311 return_error_on_unhandled_gcode false #
312
313 # network settings
314 network.enable true
315 # enable the ethernet network services
316 network.webserver.enable true # enable the webserver
317 network.telnet.enable true # enable the telnet server
318 #network.ip_address auto # use dhcp to get ip address
319 # uncomment the 3 below to manually setup ip address
320 network.ip_address 192.168.178.222 # the IP address
321 network.ip_mask 255.255.254.0 # the ip mask
322 network.ip_gateway 192.168.178.1 # the gateway address
323 #network.mac_override xx.xx.xx.xx.xx.xx # override the mac address, only do this if you have a conflict
324
325 </pre>
326
327 == Workflow ==
328 # '''Model (CAD)'''
329 #* Erzeugen des Models mittels einer CAD-Software.
330 #** 3D
331 #*** [http://freecadweb.org/ FreeCAD]
332 #*** [http://librecad.org/ LibreCAD]
333 #*** [http://www.openscad.org/ OpenSCAD]
334 #*** [http://www.blender.org/ Blender]
335 #*** [https://www.autodesk.com/products/fusion-360/overview Fusion 360] - [[CNC-Fräse/Fusion360|installiert auf Stratux]]
336 #** 2D
337 #*** [http://www.qcad.org/ QCAD]
338 #*** [http://www.openscad.org/ OpenSCAD]
339 #*** [http://www.inkscape.org/ Inkscape]
340 # '''Fräsanweisungen (CAM)'''
341 #: Erzeugen der Fräsanweisungen/Maschinenanweisungen mit einer CAM.
342 #: Wir suchen noch nach einer brauchbaren Open-Source Lösung.
343 #* [http://www.cambam.info/ CamBam] (kommerziell, Windows): Es gibt eine ältere Mono Version für Linux. Die Demo schneidet nach 40 mal Starten Gcode ab.
344 #**CamBam ist auf [[Stratux]] installiert
345 #* [https://wiki.freecadweb.org/Path_Workbench FreeCAD mit Path Workbench]
346 #* [http://pycam.sourceforge.net/ PyCAM] (open source, plattformunabhängig): Sieht im Vergleich zu aktuellen kommerziellen Lösungen alt aus und ist bisweilen recht langsam.
347 #* [https://github.com/Heeks/heekscad HeeksCAD] (open source, Windows/Linux):
348 #* [http://cam.autodesk.de/inventor-hsm/ Inventor HSM] (kommerziell, Windows 64bit): Gibt für Studenten eine 3-Jahres Lizenz kostenlos, aber mit viel DRM.
349 #* [http://flatcam.org/ FlatCam] Tool zur Generierung von Maschinencode für das [[CNC-Fräse/Isolationsfräsen]].
350 #* [http://jscut.org/ jscut], SVG nach GCode, läuft im Browser, [https://github.com/tbfleming/jscut Open Source auf GitHub]
351 #* [https://inkscape.org Inkscape] mit GCodetools-Plugin ([https://www.norwegiancreations.com/2015/08/an-intro-to-g-code-and-how-to-generate-it-using-inkscape/ Tutorial])
352 #* [https://github.com/stratum0/CNCmilling Eigenbau by Drahflow] Python-Script für Umwandlung von Tiefenkarten in G-Code.
353 # '''Simulation'''
354 #* Eine Simulation der Fräsanweisungen kann bei Bedarf mit [http://camotics.org/ CAMotics] durchgeführt werden
355 #* Kleinere G-Code Dateien simuliert auch http://nraynaud.github.io/webgcode/
356 # '''Übertragen auf CNC-Controller Smoothieboard'''
357 #* Per Dateiupload (Datenträger von Smoothieboard, SD-Karte) [http://192.168.178.222 SmoothieControl]
358 #** notfalls kann man das SmoothieBoard auch über USB mit dem Befehl <code>net</code> in Pronterface oder über die serielle Konsole nach seiner IP-Adresse fragen
359 # '''Koordinatensystem der Fräse setzen'''
360 #*Fräse per Smoothie WebApp auf den gewünschten Nullpunkt fahren
361 #*per Webapp den G-Code "G92 X0 Y0 Z0" senden (Setzt aktuelle Position als X:0, Y:0, Z:0 im globalen Koordinatensystem.)
362 # '''Fräsen'''
363 === Parameter für verschiedene Werkstoffe ===
364 Parameter finden sich sind auf der Unterseite [[CNC-Fräse/Parameter]]
365
366 == Steuern des Smoothieboards ==
367 * Per seriell Verbindung über Konsole "screen /dev/ttyACM0 115200", oder Pronterface GUI
368 * Per Netzwerkverbindung über Konsole mit Telnet, oder Http Web UI
369 * Mittlerweile existiert sogar eine Android App [https://gitlab.com/damfle/SmoothieControl SmoothieControl]
370
371 * [https://github.com/vlachoudis/bCNC bCNC] ermöglicht das Senden von GCODE-Anweisungen und Visualisierung der Fräsbahnen in einer GUI.
372
373 == Weblinks ==
374 * [http://smoothieware.org/ Smoothieboard Projektwebseite]
375 * [http://www.cambam.info/ Cambam Webseite]
376 * [http://en.wikipedia.org/wiki/G-code GCodes (allgemein)]
377 * [http://reprap.org/wiki/G-code GCodes (reprap)]
378 * [http://smoothieware.org/supported-g-codes Vom Smoothieboard unterstützte GCodes (unvollständig)]
379
380 [[Kategorie:Infrastruktur]]
381 [[Kategorie:CNC-Fräse]]
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