Tutorial: So geht CNC-fräsen (Teil 1)

Die Welt der CNC-Fräsen ist faszinierend: In kürzester Zeit lassen sich präzise Bauteile aus Holz oder Nichteisenmetallen fertigen, und das bei relativ günstigen Einstiegskosten. Die China-Fräse 3018 gibt es schon für rund 200 €, Selbstbauten wie eine MPCNC lassen sich für rund 500 € realisieren. Aber egal, ob günstiges Einsteigermodell oder Markenhersteller: Der Einstieg kann aufgrund der Vielzahl der Möglichkeiten und Parameter beschwerlich sein.

Am einfachsten sind CNC-Projekte, deren Ursprungsdaten reine 2D-Zeichnungen sind. Trotzdem lassen sich komplexe Bauteile mit unterschiedlichen Frästiefen herstellen. In unserer Videotutorial-Reihe von Make-Redakteur Johannes Börnsen zeigen wir in drei Videos den Ablauf von der Zeichnung bis zum fertigen Werkstück.

In dieser Woche geht es im ersten Teil um das Erstellen der Rohdaten mit dem kostenlosen Vektorzeichenprogramm Inkscape. Vor dem Erstellen der Zeichnung sind ein paar Grundeinstellungen zu tätigen, damit das Werkstück maßhaltig wird. Anschließend werden Konturen für die spätere Vorbereitung in der CAM-Software Estlcam gezeichnet (Teil 2). Im dritten Video geht es dann an die Fräse, die Befestigung des Rohmaterials, Einstellen des Nullpunkts und Wählen des richtigen Fräsers.

Die folgenden Teile erscheinen am 7. Juli (Teil 2) und 14. Juli (Teil 3) auf dem Youtube-Kanal des Make Magazins.

Video-Transkript

(Hinweis: Es handelt sich hier um einen Bonusinhalt für Menschen, die das Video oben nicht schauen können oder wollen. Die Informationen auf der Bildspur gibt das Transkript nicht wieder.)

Schaut mal: Diese Radiusfrässchablone habe ich mit einer CNC-Fräse gefertigt. Eine solche Radiusfrässchablone ist ein perfektes Lernprojekt für CNC, da es kaum einfacher sein könnte. In diesen Videos zeige ich euch, wie man ein solches Teil fräst, wie man die entsprechenden Daten erstellt, wie man der Fräse mitteilt, mit welchem Fräser sie was, wie schnell und wie tief fräsen soll, und letztendlich wie man es tatsächlich fräst. Viel Spaß dabei!

Mit einer CNC-Fräse kann man ziemlich komplexe Dinge in sehr kurzer Zeit fräsen. Diese Frässchablone hier ist wirklich schnell gefertigt, da man damit Radien an bereits vorhandene Bauteile fräsen kann. Man legt sie einfach oben auf das Werkstück, fährt mit einem Fräser mit Anlaufkugellager entlang der Schablone, und dadurch überträgt sich der Radius auf das Werkstück. Solche Schablonen kann man natürlich fertig kaufen, aber man kann sie auch einfach selbst fräsen. Tatsächlich ist meine selbstgefertigte Schablone präziser als die gekaufte. Es ist ein tolles Anfänger-CNC-Projekt, da es wirklich simpel ist. Man benötigt lediglich ein 2D-Zeichenprogramm, um die Form zu erstellen. Im zweiten Schritt gibt man dann an, wie tief und wo die Tasche mit welchem Fräser sein soll, usw. Im dritten Teil der Tutorial-Serie werden wir das Ganze dann tatsächlich fräsen. Es handelt sich also um eine dreiteilige Tutorial-Serie, in der wir eine solche Radius-Schablone herstellen.

In diesem ersten Teil zeige ich euch, wie man die Kontur dafür zeichnet. Das machen wir in Inkscape, einem kostenlosen 2D-Grafikprogramm, das für so ziemlich jedes Betriebssystem verfügbar ist. Das reicht tatsächlich aus, auch wenn das hier später ein dreidimensionales Teil wird. Bevor wir die Fräspfade anlegen, werfen wir nochmal einen Blick auf das fertige Teil, das wir fräsen wollen.

Grundsätzlich benötigen wir nur drei Konturen für die Fräse. Die erste ist die Außenkontur, also hier einmal ganz außen herum. Das ist der Radius, den wir kopieren werden. Dann gibt es diese beiden Teile, die hier hervorstehen. Das sind die Anschläge, mit denen ich das Werkstück positioniere. Wenn ich beispielsweise an dieses Eichenbrettchen einen Radius anbringen möchte, könnte ich ihn hier an diese beiden Anschläge legen. Dann würde ich entsprechend mit dem Kugellager des Fräsers entlangfahren und diese Ecke entfernen, sodass diese beiden Nasen übrig bleiben. Wir fräsen also diese Fläche hier komplett weg. Das nennt man eine Tasche, wenn es sich um einen größeren Bereich handelt, den man mit dem Fräser Reihe für Reihe entfernt. Als dritte Kontur fügen wir noch ein Loch hinzu. Das dient lediglich dazu, dass man die Schablone später gut festhalten kann, während man fräst, und dabei einen ausreichend großen Abstand zum Fräser hat, um Unfälle zu vermeiden. Also drei Konturen: einmal für die Außenkontur, einmal für die Tasche und einmal für das Griffloch.

Wenn man Inkscape öffnet, sieht es normalerweise so oder so ähnlich aus. Im Prinzip können wir jetzt direkt mit dem Zeichnen beginnen. Es gibt jedoch einige Voreinstellungen, die wir überprüfen sollten, um uns das Leben später deutlich zu erleichtern.

Erst einmal gehen wir in die Grundeinstellungen von Inkscape. Unter "Werkzeuge" gibt es eine Einstellung namens "Zu verwendende Objektrahmen". Hier können wir festlegen, ob die Kontur eines Objekts, wie zum Beispiel eines Rechtecks, zum Objekt selbst gehört oder ob es lediglich eine Darstellungsform ist. Wir möchten auf jeden Fall den "geometrischen Objektrahmen" auswählen. Andernfalls würde beim Export die Kontur, die wir für das eigentliche Rechteck benötigen, hinzugefügt werden. Das würde zu zusätzlicher Rechenarbeit führen, was umständlich ist. Die Voreinstellung ist jedoch der umständliche "visuelle Objektrahmen". Stellt das also unbedingt auf den "geometrischen Objektrahmen" um.

Die nächste Einstellung betrifft die Seiten- oder Dokumenteneinstellungen. Gehe hierzu in die entsprechende Option und achte darauf, dass das Format in Millimetern angegeben ist. Zusätzlich passe ich die Größe meines Dokuments gerne so an, dass sie "gerade" ist. Während DIN A4 natürlich ein gebräuchliches Format ist, finde ich eine Höhe von 297 mm etwas umständlich. Für mein Projekt reichen 200 x 200 mm aus. Gib das also entsprechend ein, und du wirst sehen, wie sich die Zeichenfläche entsprechend anpasst.

Dann gibt es hier zwei Buttons, die ihr ausschalten solltet. Der linke Button bedeutet, dass sich die Kontur von beispielsweise einem Rechteck beim Skalieren mit ändert. Wenn ihr den "geometrischen Objektrahmen" ausgewählt habt, ist dies im Grunde egal, aber es kann ein wenig verwirrend sein, wenn sich die Kontur mitskaliert. Schaltet das also aus. Das Häkchen hier bedeutet, dass die Radien, die an Rechtecke angebracht werden, sich nicht mitskalieren. Wenn ihr die Größe verdoppelt, würde sich sonst auch der Radius verdoppeln. Wenn ich den Radius festlege, möchte ich jedoch, dass er unverändert bleibt. Daher schalte ich auch das aus.

Oben gibt es noch einen Magneten, und ihr solltet sicherstellen, dass er eingeschaltet ist. Dies ermöglicht das Einrasten verschiedener Objekte. Daneben gibt es einen Pfeil, mit dem ihr die Objektrahmen-Knoten und die Ausrichtung einrasten könnt. Ich persönlich habe gerne alle drei Funktionen aktiviert.

Nun können wir mit dem Zeichnen beginnen. Wir starten mit der äußeren Kontur. Dafür zeichne ich ein Rechteck. Wenn ich darauf klicke, kann ich hier ein Rechteck beliebiger Größe zeichnen.

Moment, kleiner Einschub aus der Zukunft: Ich schneide gerade das Video und mir fällt auf, dass ich eine Sache vergessen habe zu erklären. Es kann natürlich sein, dass eure Zeichnung am Anfang anders aussieht, vielleicht mit anderen Farben, einem breiteren oder dünneren Rand usw. Das hängt einfach davon ab, wie ihr Inkscape zuletzt verwendet habt. Falls eure Zeichnung so aussieht, könnt ihr Folgendes tun, damit sie einfach schwarz-weiß und mit einem dünnen Rand aussieht:

• Wählt zunächst das Rechteck aus.
• Klickt dann mit der linken Maustaste unten auf das rote "X". Dadurch verschwindet die Füllung.
• Klickt anschließend mit der mittleren Maustaste auf die schwarze Farbe, um den Rand schwarz zu machen.
• Geht dann zu "Füllung und Kontur" und reduziert die Kontur auf einen Millimeter.
• Falls ihr eine gestrichelte Linie habt, stellt sie wieder auf eine durchgehende Linie ein.

Dann habt ihr ein Rechteck mit einer dünnen schwarzen Kontur und keine bunten Elemente mit einer breiten Kontur.

Wir fangen mit der äußeren Kontur an. Dafür zeichne ich ein Rechteck. Wenn ich darauf klicke, kann ich hier einfach ein Rechteck beliebiger Größe aufziehen. Lasst es einfach in irgendeiner Größe fallen. Jetzt sehe ich oben, dass die aktuellen Abmessungen angezeigt werden, 121 x 84 mm. Gebt einfach 100 x 100 ein und drückt Enter. Wechselt dann zurück zum Pfeilsymbol. Jetzt habe ich ein Rechteck, das genau 10 x 10 cm groß ist. Dank des Einrastens kann ich es jetzt einfach anklicken und ziehen und so ausrichten, dass es bei einer Koordinate von 50 x 50 mm liegt. Es ist also am Objektmittelpunkt an den Dokumentenmittelpunkt eingerastet. Diese Koordinate bezieht sich jedoch auf den Punkt oben links. Ich könnte natürlich auch die Koordinate manuell eingeben. Jetzt brauche ich an zwei Seiten, nämlich links und unten, den Überstand für den Anschlag. Dafür nehme ich wieder ein Rechteck und ziehe es einfach neben das andere. Dann kann ich hier die Maße eingeben, 15 x 50 mm, und es mit dem Ausrichtungswerkzeug einfach an der Seite einrasten lassen. Unten brauchen wir auch so ein Rechteck. Das zeichne ich hier hin, es ist 50 mm breit und 15 mm hoch, und setze es mit dem Pfeilwerkzeug einfach dort hin. Das wird der Anschlag. In diesem Bereich befindet sich die Tasche, und an der Tasche brauchen wir unten links die Rundung, die dann die Frässchablone ergibt. Um diese Rundung zu erstellen, klicke ich einmal auf das Rechteck, um es auszuwählen, und gehe zu "Pfad" und "Effekte". Dann öffnet sich eine Liste, in der bisher kein Effekt vorhanden ist. Wir können jedoch mit dem Plus-Symbol unten einen hinzufügen.

Wir wollen das Werkzeug "Ecken abrunden" verwenden. Wenn ich es hinzufüge, sehe ich unten die entsprechenden Einstellungen. Das Wichtigste, was ich jetzt ändere, ist die Einheit von Pixeln auf Millimeter. Dann kann ich einen Radius eingeben, zum Beispiel 15, da ich einen Radius von 15 mm haben möchte. Unten ist nun ein Radius um das Rechteck oder Quadrat entstanden. Allerdings sehe ich auch oben links, oben rechts und unten rechts einen Radius, obwohl ich sie nicht haben möchte. Was mache ich also? Ich nehme das Werkzeug "Knoten-Bearbeitungswerkzeug", das sich unter dem Pfeilsymbol befindet, wähle es aus und klicke auf mein Quadrat. Nun sehe ich grüne Anfasser, die unten genau richtig positioniert sind und meinen 15 mm vorgeben. An den anderen Ecken kann ich die Anfasser einfach nehmen und jeweils zum Eckpunkt ziehen, um diese Ecken zu entfernen. Jetzt habe ich nur an dieser einen Stelle den gewünschten Radius. Jetzt habe ich gesagt, es geht erstmal um die äußere Kontur. Das ist korrekt, aber die äußere Kontur besteht noch aus mehreren Elementen, nämlich diesen, diesen und diesem Teil. Der Fräser soll jedoch entlang der äußeren Linie fahren, und diese Linie würde bei weiteren Bearbeitungsschritten stören. Daher markiere ich alles einmal und gehe auf "Vereinigung", um aus den Linien, die ich mit den Rechtecken und den abgerundeten Ecken angelegt habe, ein einziges Objekt zu machen.

Jetzt haben wir unsere äußere Kontur gezeichnet. Als nächstes benötigen wir das Griffloch. Dafür zeichne ich einfach einen Kreis mit einer Größe von 25 x 25. Nun kann ich den Kreis nehmen und ausrichten, indem ich ihn an der oberen und rechten Linie einrasten lasse. Ich sehe, dass die Koordinaten für den Kreis 100 und 150 sind. Die Höhe ist 50 und 100 ist die Breite. Um den Kreis um 15 mm von der oberen und rechten Kante einzurücken, gebe ich einfach -15 für die X-Koordinate ein und +15 für die Y-Koordinate. Ich kann in den Koordinatenfeldern also Rechenoptionen verwenden, um Objekte auszurichten. Vielleicht ist es mir sogar ein wenig zu weit in der Mitte, also schiebe ich es noch etwas näher an den Rand, damit die Finger später etwas weiter vom Fräser entfernt sind. Das ist unsere Grundform mit dem ausgehöhlten Loch. Jetzt fehlt uns natürlich noch die Tasche. Wir müssen das Teil auf unser Brettchen legen können, und um den Anschlag zu erzeugen, muss der gesamte Bereich weggefräst werden. Dafür lege ich wieder ein Rechteck an. Dieses Mal mache ich es etwas größer, nämlich 110 x 110 mm. Dann schiebe ich es so, dass es an der richtigen Stelle liegt. Es rastet zwar nicht links ein, aber das macht nichts. Ich kann die Koordinaten oben eingeben.

Das Rechteck liegt auf den Koordinaten 50 und 40. Das bedeutet, es ragt 10 mm über meine eigentliche Frässchablone hinaus, und das ist wichtig. Denn ich habe später einen runden Fräser, der diese Tasche ausfräsen wird, und er muss über die Kontur meines Teils hinausfahren. Wenn der Fräser nur bis hierhin fahren würde, würde ein kleines Eckchen stehen bleiben. Der Fräser soll hier weiterfahren, um sicherzustellen, dass keine Ecke stehen bleibt. Daher muss diese Kontur ein kleines Stück überstehen. Jetzt haben wir alle Linien, die wir benötigen, um unser Teil auszufräsen. Bevor wir es exportieren können, markieren wir alles und gehen auf "Objekt in Pfad umwandeln". Objekte werden nämlich von Inkscape nicht in DXF-Dateien exportiert, nur Pfade werden als DXF exportiert. Daher müssen wir die Objekte entsprechend umwandeln.

Jetzt kann ich das Ganze speichern. Ich gehe auf "Datei" -> "Speichern unter" (nicht "Exportieren") und benenne es als "Radius Schablone 15 mm“. Jetzt exportiere ich die Datei als DXF-Datei. Diese DXF-Datei verwenden wir dann weiter in Estelcam, wo wir festlegen können, wo der Fräser entlangfahren soll, wie tief, mit welchem Fräser und wie schnell wir es fräsen möchten. Dieses erste Video diente lediglich dem Zeichnen der Konturen. Nächste Woche werden wir in Estelcam weitermachen und alles ausführlich durchgehen. Im dritten Video werden wir dann tatsächlich das Teil fräsen und unsere fertige Schablone haben. In diesem Sinne wünsche ich euch viel Spaß beim Zeichnen in Inkscape. Wir sehen uns nächste Woche wieder. Macht's gut! Ciao!

(jom)