DIY CNC Fräse

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Hellmut1956
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DIY CNC Fräse

Beitrag von Hellmut1956 » 18.03.2021, 23:25

Hallo, mein erster Thread.

Ich habe vor knapp 8 Jahren im Schiffsmodellbau eine Winde entwickelt, welche aus einem Schrittmotor und der mir von Trinamic geschenkten stepRocker Karte bestand. Ich habe damit einige Experimente gemacht, da die IDE von Trinamic einen auf umfangreiche Eigenschaften einer Schrittmotorsteuerung und der Eigenschaft der Schrittmotor aufmerksam macht.

Jetzt habe ich mir kürzlich den 3D Drucker Creality Ender 5 Plus gekauft und dazu mir auf YouTube einige Informationen zum Thema 3D Drucker aber eben auch Steuerkarten. Ich habe mir daher zur zukünftigen Aufrüstung ein Meanwell 600W 48VDC Netzteil und die Steuerkarte BTT-SKR-PRO V1.2 die mit einem ARM Cortex M4 Controller mit 168MHz getaktet. Als Schrittmotortreiber habe ich mir SilentStepSticksTMC5160hv, das dürfte jetzt den TMC5161 entsprechen der nach Datenblatt bis 2A Strom und bis zu 60VDC vertragen kann. Die kleinen NEMA17 Schrittmotoren benötigen sicher weniger als 3A. Die hohe angelegte Spannung bewirkt, dass das Drehmoment der Schrittmotoren bei höheren Schrittfrequenzen viel weniger abfällt. Die alte Geschichte, Veffective = Vangelegt + (-Vinduziert). Solange die effektive Spannung über der nominal Spannung bleibt nimmt der Strom zumindest von dieser Seite gesehen kaum ab.

Beim studieren der Materie 3D Druck erfuhr ich, dass es G-Code gesteuerte Maschinen sind und damit den G-Code in CNC Maschinen ähneln. Das Betriebssystem der Steuerkarte ist eine Marlin 2.0.x Version und zum Marlin lese ich, dass damit nicht nur 3D Drucker, sondern auch CNC Maschinen gesteuert werden können. Leider habe ich bis heute kein Beispiel im Internet gesehen, wo eine Steuerkarte aus dem 3D Drucker-Bereich mit Marlin 2.0.x gesteuert würde.

Zu meiner großen Überraschung lernte ich, dass Trinamic Schrittmotor-Treiber heute Stand der Technik im 3D Drucker Bereich sind und diese in der Form von SilentStepSticks, welche Watterott für Trinamic entwickelt und als Open Source verfügbarmacht. Diese SilentStepSticks bieten einfach anzusprechende Schnittstelle um von einem Controller gesteuert zu werden.

bei dem Studium der Videos auf YouTube, insbesondere dem Kanal von "Kersey Fabrications" gibt es einen interessanten Beitrag zum Thema Auswahl und Vergleich von Steuerkarten für 3D Drucker. Herr Kersey geht schön methodisch vor und vergleicht Test-Drucke vor einem Umbau und nach einem Umbau. Dabei meinte ich daraus lernen zu können, dass eines der vielen Kriterien die beim 3D Druck eine Rolle spielen die Fähigkeit des Controllers der Steuerkarte G-Code Anweisungen schnell genug berechnen zu können um so die Schrittfrequenz der Schrittmotoren zu bedienen. Da ist also eine möglichst hohe Verarbeitungsleistung des Controllers auf der Steuerkarte von entscheidender Bedeutung wie schnell ein 3D Drucker drucken kann. 3D Drucke können schon mal Tage benötigen.

Als ich mich nun mit allen Themen um den 3D Druck beschäftigte kam mir der Gedanke eine CNC Fräsmaschine zu bauen, welche als Steuerkarte eben auch jene für 3D Drucker verwenden können müsste. Ich denke eine CNC Maschine schritt-auf-Schritt aufzubauen gibt mir die Möglichkeit zu experimentieren ob und wie ich eine CNC Fräse auf diese Weise steuern zu können. Der Grund warum ich also die Steuerung einer CNC DIY Fräse mit einer Steuerkarte aus dem 3D Drucker Marktsegment steuern will ist, dass ich bei dem Lernprozess des Marlin 2.0.x Betriebssystem dieses Wissen sowohl bei den 3D Druckern, wie auch bei einer CNC DIY Fräse verwenden könnte.

Nun habe ich natürlich versucht herauszufinden ob es CNC Maschinen mit dem Marlin OS und SilentStepSticks gibt und habe nichts gefunden. Dabei gewinne ich den Eindruck, das CNC Fräsen betreff der Verarbeitungsleitung eines Controllers in einer Steuerkarte viel niedrigere Anforderung stellen was die Berechnung von G-Code in der Schrittfrequenz zu können. CNC Maschinen bewegen sich viel langsamer als dieses bei 3D Druckern passieren könnte. Das ist für mich dann auch die Erklärung warum z.B. ESTLCAM auf einem Arduino Board ausreichend viel Rechenleistung bekommt.

Ich hoffe ich habe hier darstellen können warum ich ein solches Projekt verfolge und warum ich diesen Weg ausprobieren möchte. Um es ganz klar zu stellen: Mich interessiert das Fräsen mit der CNC Fräse erstmals weniger, als viel mehr zur Steuerung was zu lernen. Ich hoffe ich treffe hier nicht auf die Art von Forumsmitglieder die unsachlich und persönlich werdend Antworten ohne fachlich etwas beizutragen. Auf mehreren 3D Drucker Foren war dieses so, bis ich auf einen Eintrag in der FAQ Seite von Trinamic zum Thema Spannungsversorgung von Schrittmotoren hinwies. Seit dem Moment keine Reaktion dieser Dampfplauderer. Selbst als ich provozierend darauf verwies war nur Schweigen im Walde.

Ich würde mich sehr freuen sachliche Antworten zu erhalten. ich selber versuche immer auch Selbstkritisch zu bleiben. Tatsächlich konnte ich einen Denkfehler bei mir entdecken. Es ist nur der Strombetrag der das Drehmoment eines Schrittmotores gleicher Bauart bestimmt.

Olli-CNC
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Re: DIY CNC Fräse

Beitrag von Olli-CNC » 19.03.2021, 09:15

Hallo Helmut,
der Grund warum du nichts zu 3D-Druck Controllern in CNC-Fräsmaschinen findest ist der, es gibt keine Postprozessoren dafür, es gibt dafür nur die Slicer für 3D-Drucker.
Das CNC-Fräsmaschinen sich langsamer bewegen ist nur bedingt richtig, schau dir zB. mal eine Brother Speedio an. Die Geschwindigkeit wird außerdem nicht nur durch den Controller bestimmt (die sind nämlich auch mehr als ausreichend in den Fräsmaschinen, Beispiel 5-Achsen simultan fräsen) sondern die bewegte Masse ist der limittierende Faktor.

Ich rate dir davon ab einen Controller aus dem 3D-Druckbereich für eine Fräsmaschine einzusetzen, es sei denn, du kannst selber einen Postprozessor programmieren oder du nimmst richtig Geld in die Hand und lässt dir einen programmieren.


Gruß
Olli

Tilman
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Re: DIY CNC Fräse

Beitrag von Tilman » 19.03.2021, 09:56

Der große Unterschied zwischen Drucker und Fräse ist, dass die Fräse mit Kraft arbeitet. Hier geht es um mehr, als nur Geschwindigkeit und ruhigen Lauf. Aus dem Grund laufen heutzutage eigentlich fast alle Fräsen mit Closed-Loop-Antrieben. Das können Servos sein aber auch Hybrid-Stepper (3-Phasen-Schrittmotoren) oder normale Stepper. Allen gemein ist auf jeden Fall, dass sie von einem Encoder überwacht werden und der Treiber eine oder mehrere Regelschleifen beinhalten, die wenigstens den Strom und die Position regeln. Schrittverluste, wie sie früher bei zu hohen Lastzuständen auftraten, sind damit Vergangenheit. Eine dynamische Regelung des Stroms ist zudem ein klarer Vorteil: Hohe Ströme werden nur kurzzeitig gebraucht, mussten früher aber permanent anliegen, was zum einen in eine Menge verbratener Energie in Form von Wärme resultierte, zum anderen aber auch einen ruhigen Lauf bei langsamen lastlosen Fahrten erschwerte. Du kannst ja mal nach dem Stichwort Vektorregelung suchen, da gibt es einiges im Netz dazu.

Ob ein 3D-Drucker jetzt so viel schneller arbeiten muss, als eine Fräse, möchte ich bezweifeln. Heutzutge liegen Eilfahrten einer CNC-Fräse bei 10 bis 16 m/min im Schnitt. Durch die Vektorregelung sind zudem brachiale Beschleunigungen möglich. Die meisten Treiber dürften Signale bis 200 kHz verarbeiten, viele sogar durchaus höhere Frequenzen, wobei das bei einer CNC-Fräse in der Praxis wohl nicht angewendet wird. Ich habe bei der Konfiguration meiner neuen Fräse mal aus Interesse die Antriebe ausgereizt und konnte das knapp 100 kg schwere Portal problemlos mit 1200 mm/s² auf 16 m/min beschleunigen aber das würde ich im produktiven Einsatz nie machen. Bei solchen Geschwindigkeiten können Auge und Kopf gar nicht mehr folgen und dann wird es zumindest aus meiner Sicht ungemütlich. Auch wenn es vermutlich psychologischer Selbstbetrug ist, will ich zumindest das Gefühl haben, die Maschine in einem Problemfall schnell genug stoppen zu können.

Ich kenne den TMC2209 von der Pumpensteuerung meiner MMS und muss gestehen, dass ich echt erstaunt war, wie leise und gleichmäßig der Stepper bewegt wird. Es wird jedoch sicher Gründe haben, warum die TMCxxxx bei CNC-Fräsen keine Rolle spielen. Der Hauptgrund dürfte sein, dass es immer weniger 2-Phasen-Stepper gibt. Mit Closed Loop wird vermehrt auf Servos gesetzt und wenn es mal Stepper sind, dann sind es oft 3-Phasen-Stepper.

Viele Grüße
Tilman

Elses
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Re: DIY CNC Fräse

Beitrag von Elses » 19.03.2021, 10:41

Moin, die TMC 5160 können bis 6 Amp.

Ob es Sinn macht ein TMC 2208 oder 2209 zu verbauen an einem Controller der gedacht ist für 3D Druck, klar ist es machbar nur grausam wenn Marlin und Co eingestellt werden müssen.

GRBL ist nicht das Problem und div. Programme bieten da PP`s
EstlCam ganz einfach und funktioniert auf meinem zum Beispiel MKS DLC 2.0 mit externen Treibern TB 6600 prima.
Das funktioniert alles gut...nur die TMC 2208 sind bei 2 Amp. verreckt mit 23Nema bei mehr als 20 mm / Sekunde

Ich spiel da viel mit den Controllern und Treibern aber ich habe auch eine Fräsmaschine die ich mit einer richtigen Steuerung betreibe und cncGraf.
Es sind Welten!

Wer günstig und einfach bauen will wird mit dem Geraffel glücklich.

Das EstlCam auf einem Arduino läuft liegt an der Software die gewisse Einstellungen im Controller hinterlegt.
Etwas größer ist GRBL für die OfflineController die wiederum weniger Funtionen haben.


MfG Stephan

helmut2
Beiträge: 1
Registriert: 12.01.2022, 18:43

Re: DIY CNC Fräse

Beitrag von helmut2 » 12.01.2022, 19:00

Hallo Helmut 1956,

mache jetzt , ein halbes Jahr später, immer noch dieselben Erfahrungen bzgl. Marlin und CNC Fräsen. Kennt jemand eine Marlin 2.0 Default Konfiguration für eine DIY Fräse. Würde mein geiles neues 32Bit ARM Board S6 von Fysetc gerne als 3 Achsen CNC Steuerung verwenden.

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