CNC-Fräse im Großformat – aus der Schulwerkstatt
Aus einem kleinen Projekt von drei Schülern wurde mit der Zeit eine Fräse im XXL-Format. Künftig soll sie auch 3D-Drucken können.
- Sebastian Schütz
- Stefan Schütz
Im September 2017 war das Abitur noch in weiter Ferne und wir hatten viel Zeit. Also musste ein Schulprojekt her, von dem im Idealfall nicht nur wir profitieren. So sind unserer Erfahrung nach CNC-Fräsen beispielsweise sehr nützlich, in größeren Formaten aber kaum kostengünstig zu finden. Zum Glück machte uns eine Lehrerin für Naturwissenschaft und Technik (NwT) auf ein Programm aufmerksam, das die Finanzierung einer Riesen-Fräse ermöglichte. Bei MikroMakroMint der Baden Württemberg Stiftung können Lehrkräfte für technische Projekte von Schülergruppen bis zu 2500 Euro Unterstützung beantragen. In Ausnahmefällen gibt es sogar bis 5000 Euro.
Wir holten noch einen Mitschüler, David, an Bord und machten uns augenblicklich daran, eine große CNC-Fräse zu entwerfen. Nach mehreren Tagen intensiver Planung mit CAD-Design und dem Erstellen von Materiallisten waren wir an dem Punkt angekommen, an dem wir glaubten, die Fräse innerhalb weniger Tage aufbauen zu können. Oh boy; we were so wrong.
| Unsere Fräse im Überblick | |
| Grundfläche | 1,42m × 1,52m |
| Arbeitsvolumen | 1,04m × 1,04m × 0,27m |
| Gewicht | ca. 200kg |
| Leistung | 2,3kW |
| Anwendungsmöglichkeiten |
Fräsen von Holz & Kunststoff; Bei Erweiterung: 3D-Druck mit Filament |
| Mikrocontroller | Arduino DUE |
| Software | TinyG2 |
| Anzahl an Achsen | 3 |
| Gesamtwert | Ca. 3400 € |
Da Schweißen für uns keine Option war, war von Beginn an klar, dass wir auf Aluminiumprofile zurückgreifen. Durch Zufall waren wir kurz vor Projektbeginn auf die Profile der Open-Hardware-Firma OpenBuilds gestoßen, für die wir uns letztendlich entschieden. So konnten wir auf zusätzliche Linearführungen verzichten und das Projekt günstiger halten.
Gerüst verschrauben
Beim Aufbau begannen Stefan und David mit dem „Käfig“, der das Grundgerüst unserer CNC-Fräse darstellt. Die Profile haben wir in der schuleigenen Schreinerei auf der Formatkreissäge mit einem Aluminiumblatt auf die passenden Längen gekürzt und dann gemäß unserem CAD-Modell zusammengeschraubt.
Da wir uns das Einfügen von mehreren Hundert Kleinteilen sparen wollten, haben wir stattdessen eine „Anleitung“ erstellt, in der wir für jeden Bauabschnitt gezählt hatten, wie viele Schrauben und Muttern wir brauchen – allerdings nicht ohne eine Handvoll zu übersehen. Außerdem fehlten im CAD-Modell einige Ergänzungen (z.B. Halter für die Schleppketten), sodass wir noch mehr Schrauben brauchten. In der aktuellen Materialliste sind aber genügend Schrauben aufgeführt.
Während des Aufbaus hat uns noch ziemlich überrascht, wie viel Zeit wir auf das Zusammenschrauben verwenden mussten. Als echter Zeitfresser hat sich hierbei das Ausrichten der Profile herausgestellt. Schließlich mussten wir von vorn beginnen, nachdem wir festgestellt hatten, dass unser 90-Grad-Anschlagwinkel doch nicht rechtwinklig war.
In der Zwischenzeit war Sebastian damit beschäftigt, unsere kleine CNC-Fräse daheim zu reparieren. Deren Steuerung hatte natürlich genau dann den Geist aufgegeben, als wir beginnen wollten, die Platten von den Motorhaltern zu fräsen. Schlussendlich haben wir das Problem beheben können, auch wenn dies unseren Zeitplan etwas durcheinander brachte. Einzig die Toleranzen haben wir nicht bedacht, sodass die Löcher für die 22mm Kugellager tatsächlich nur 22mm groß waren. Das ist natürlich zu eng für die Kugellager, aber ein Akkuschrauber, etwas Schleifpapier und eine Schraube, auf der das Kugellager befestigt wurde, haben das Kugellager passend gemacht.
Lagerwahl
Bei unserer Konstruktion wird die Axiallast von den Kugellagern aufgenommen und der Motor daher nicht in Mitleidenschaft gezogen. Hier hätten wir Kegelrollenlager nehmen sollen, allerdings haben wir leider erst in einem Video des YouTubers "This Old Tony" von deren Existenz erfahren, als wir mit diesem Teil des Projekts schon fertig waren.
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