Umbau einer 3018 Mini CNC

Um die Arbeitszeit besser nutzen zu können, haben wir uns dazu entschieden unseren bescheidenen Maschinenpark um einen kleinen 3018 Mini CNC Gravurfräse Umbau zu erweitern.
Bei der Gelegenheit kam ein 5500mW Laser gleich mit dazu.

Die fast komplett montierte 3018 mini CNC Fräse

Um es bei der Erstellung eines neuen Gestells einfacher zu haben, wurde die 3018 vorerst nach Bedienungsanleitung aufgebaut.
Der Aufbau machte das Abnehmen von Maßen einfacher.
Eine Preisliste der einzelnen Komponenten verlinken wir am Ende des Beitrags.

Warum kaufen und umbauen?

Statt selbst eine komplette Fräse zu entwerfen, haben wir uns dazu entschieden eine kleine fertige umzubauen.
Die Gründe hierfür sind:

  • (fast) Alle Komponenten sind enthalten
  • Spindel und Laser inklusive
  • Weniger Planungsaufwand
  • Steuerung ist durch Controller offline (ohne zusätzlichen PC) nutzbar
  • Fertige Z-Achse und der Verfahrweg der X-Achse passte zu den Anforderungen

Doch der Reihe nach

(fast) Alle Komponenten sind enthalten

Der Lieferumfang beträgt:

  • Spindel
  • Laser
  • Z-Achse
  • Linearführung und Wagen, sowie die Trapezgewindespindel für die X-Achse
  • 3 Schrittmotoren inkl. Kupplungen
  • diverse Lager
  • Steuerung
  • Netzteil

Alles in allem alle Teile die für eine CNC Fräse benötigt werden.

Spindel und Laser inklusive

Da die Überlegung im Raum steht unsere Produkte auch aus Multiplex Birke anzubieten, Gravuren darauf aber nicht zu erkennen wären, wäre ein Laser hilfreich.
Die enthaltene Spindel reicht für das Gravieren allemal aus. In Siebdruck gravieren wir ca. 0.5mm tief. Das ist ausreichend um die Filmschicht aufzutrennen und die Helle Schicht zum Vorschein zu bringen. Für unseren Geschmack ein super Kontrast.
Bei Multiplex wäre dieser einfach umgekehrt.

Weniger Planungsaufwand

Da einige Komponenten bereits komplett fertig sind, wie zum Beispiel die Z-Achse, spart man sich die Planung diese zu konstruieren. Zum Gravieren benötigt man nicht viel Verfahrweg.
Auch die X-Achse wurde übernommen und eins zu eins implementiert.
Es blieb also nur ein “kleines” Gestell, um mit der Y-Achse auf 600mm Verfahrweg zu kommen.

Steuerung ist durch Controller offline (ohne zusätzlichen PC) nutzbar

Unsere Hauptfräse wird durch einen Windows XP Rechner mit Parallelport gesteuert. Controller, Endstufen, Netzteile und ein Mainboard sind dafür notwendig. Zudem die Software (Mach3) die dafür sorgt, dass sich die ganze Hardware versteht.
Die Steuerung selbst lässt sich mit einem PC steuern, oder mit einem offline Controller (der allerdings nicht im Lieferumfang enthalten ist und gesondert bestellt werden muss). Der offline Controller liest den nötigen
G-Code von einer SD-Karte.
Der Vorteil daran ist, dass wir nicht ständig mit einem Laptop durch die Gegend rennen müssen, der zudem mangels Staubabsaugung auch noch geschont wird.

Fertige Z-Achse und der Verfahrweg der X-Achse passte zu den Anforderungen

Wie oben bereits erwähnt ist die Z-Achse fertig und der Verfahrweg der X-Achse (ca. 330mm) passte zu unseren Anforderungen von mindestens 290mm. Der Verfahrweg wird für das Gravieren der MFT-Schablone benötigt. Ohne dieses Kriterium wäre die 3018 CNC ungeeignet gewesen.

Planung der Erweiterung

Fertiger Aufbau des Umbaus

Faul wie ich bin wurden nur die nötigen Teile in der Baugruppe untergebracht. Auch die Endlagentaster wurden von Hand platziert.
Bei unserer großen Fräse haben wir komplett darauf verzichtet.

In der Vergangenheit haben sich die Verstrebungen (die einzelnen Laschen der Querverstrebungen im gegenüberliegenden Bauteil bewährt. Sind diese Laschen gut angeordnet und passgenau (±0,2mm) gefräst, brauch man sich bei der Montage nur wenig Gedanken machen.
Lediglich die Reigenfolge ist entscheidend.

Der erste Aufbau der 3018 CNC erfolgte lediglich zum Maß nehmen.

  • Abstände der Linearführungen
  • Position der Trapezgewindespindel
  • Aufbau der Z-Achse
  • Position der Spindel, um die 600mm Verfahrweg zu erreichen

Als alle Maße bekannt waren und das finale Design fest stand, wurde angefangen zu fräsen und zu montieren.
Die G-Codes wurden mit einem CAM Programm erstellt.

Erstes Probestecken der Querverstrebungen mit dem Seitenteil

Montage der Einzelteile

Verwendet wurde hier 18mm Siebdruck.
Das ist zwar völlig überdimensioniert, war aber noch vorhanden.
Die Bearbeitungszeit der einzelnen Teile lag bei ca. 6h.
Allein die Bearbeitungszeit ist ein Grund dünneres Material zu nehmen.

Fast fertiger Aufbau der Gravurfräse

Bei Fräsen der Grundplatte wurde der Nullpunkt falsch gesetzt.
Resultat: Es wurde Luft gefräst und die Stege sind zu kurz.

Es fehlt noch die Trapezgewindespindel und die Spannplatte.
Beim Vermessen der Spindel war ich leider zu ungenau.
Die erste hatte 4 statt 2 Gewindegänge und die zweite hat nur einen.

Und minder ist oft mehr

Christoph Martin Wieland (1733 – 1813) – Neujahrswunsch

Aus dem Physik Unterricht dürften einige kennen “Arbeit = Kraft • Weg”. Das ist auch bei Linearantrieben so. Wenn je Umdrehung ein zu großer Weg zurückgelegt werden muss, fehlt es dem Motor an Kraft. Wenn dann noch Widerstände mit einwirken ist die Chance groß, dass sich etwas verkantet. Das will man bei einer Fräse natürlich vermeiden. Deshalb entschieden wir uns für eine andere Spindel.

Wie bereits erwähnt wurden die Endlagentaster händisch montiert.

Zukünftige Position der Y Endlage

Grobes Maß genommen, kleinen Halter gesägt und montiert. Bilder davon folgen.

Materialliste

1x 3018 CNC Set inkl. 5500mW Laser155,59€
1x Offline Controller30,18€
2x Linearführung 1000mm SBR12-1000 + 4xSBR12UU29,21€
1x ReliaBot 700mm T8 Gewindespindel24,99€
4x Endlagentaster1,00€/Stk.
Siebdruck 18mmXX,XX€
Materialliste mit Afiiliate Links → Alle weiterführenden Links sind Affiliate Links

Update 09.02.2021

Einige Wochen sind seit dem Aufbau vergangen.
Getestet wurden einige Aufbauten mit einer Vakuumplatte… ohne Erfolg.
Die mitgelieferte Z-Achse war beim ersten Test viel zu instabil.

Erster Gravurtest an einer MFT-Schablone
Das Ergebnis mit einer instabilen Z-Achse in Kombination mit einem zu schwachen Schrittmotor.

Der kleine 3018 Umbau war dazu gedacht, die fertigen Teile direkt gravieren zu können. Bisher musste immer gewartet werden, bis alle Teile fertig waren, was je nach Programm bis zu 7,5h dauert. Erst danach konnten die einzelnen Teile graviert werden.
Auch die Programme zum gravieren laufen zwischen 2:30 bis 6 Minuten. Bei etwa 50 Teilen je Woche geht da einiges an Zeit nur für das gravieren verloren.
Diese Woche kam einiges an Zeitdruck dazu. Grund dafür war ein Defekt an der neuen Spindel der Hauptfräse. Knapp 2 Wochen stand diese still – keine Teile – keine Gravuren.
Dadurch kam der Entschluss die kleine einfach in Betrieb zu nehmen.
Das Ergebnis:

Testfräsung
Die Grundplatte ist etwas abfällig, deshalb wurde mit Papier unterlegt.

Das Ergebnis war besser als erwartet.
Und gut genug, dass die kleine bereits 40 Teile gravieren durfte.

Offline Controller

Der offline Controller steuert die Fräse auch ohne PC oder Laptop.
Da ich nicht immer meinen Laptop mit schleppen will und auch keinen zweiten PC in der Werkstatt stehen haben will, war ein offline Controller ein Muss.
Einmal eingerichtet läuft das gute Stück einwandfrei.

Fazit

Ob der kauf eines Bausatzes notwendig ist müsste nochmal berechnet werden. Letztendlich wurden so viele Komponenten ausgetauscht, dass diese wohl auch einzeln gekauft werden könnten.
Die neuen Schrittmotoren haben ein etwas höheres Drehmoment, wodurch sich der Austausch der Y-Spindel erübrigt hat.
Dazu gekauft wurde:

  • Rahmen
  • Offline Controller
  • 2 Schrittmotoren (X und Y-Achse)
  • 2 Linearführungen (X-Achse)
  • 1 Trapezgewindespindel (X-Achse)
  • 4 Endlagentaster