• CNC Fräsen

Generelle Anmerkung bzw. Bitte zu den folgenden Beiträgen:

Hier erzähle ich ein wenig (na ja, vielleicht nicht gerade 'ein wenig') über meine erworbenen Erkenntnisse, die das CNC-Fräsen betreffen.

Da ich eine 'Desktop CNC' Fräse, eine Makera Z1, demnächst mein eigen nennen werde, behandeln diese Beiträge besonders meine Erfahrungen auf eben dieser Fräse, sowie die dazu verwendete Software. Die Fräse habe ich mit einer optionalen vierten Achse bestellt, die natürlich auch zum Zuge kommen wird.
Ich werde einen Großteil meines Leidenswegs, den ich dem CNC-Fräsen betreffend gegangen bin und noch gehen werde, hier unterbringen. Da werden einige Beiträge meinerseits zusammenkommen, da das Thema doch recht umfangreich ist.

Damit der Faden nicht allzu sehr 'zersplittert' wird, bitte ich, Fragen, Kommentare und Bemerkungen in der Rubrik 'Sammelsurium der Nebenthemen' unter zu bringen. Dort werde ich diese behandeln, oder, falls die Fragen in dem Thema passen, kann ich diese in den kommenden Beiträgen einarbeiten.

Danke und viel Spaß beim Lesen,

mjh11

So, nun zum ersten Beitrag:

Das Fräsen ist, im Gegensatz zum FDM 3D-Drucken, wie es die RFx000 Drucker praktizieren, ein subtraktives Fertigungsverfahren. FDM- und Harz Drucker, hingegen, repräsentieren ein additives Verfahren, da Material hinzugefügt wird, wogegen beim Fräsen Material entfernt wird. Die Maschinen beider Verfahren benutzen dafür GCode, was schon einmal eine Gemeinsamkeit bietet.

Es wurde gesagt, das Fräsen wäre in einer anderen Liga als der 3D Druck. Das könnte gut stimmen. Bei den meisten 3D Druckprojekten wird der Auftrag gestartet und damit ist das Meiste erledigt, neben den abschließenden Reinigungsarbeiten kommt eventuell noch Support entfernen dazu. Dann ist das gute Stück aber für gewöhnlich fertig. Man denke da an das einfache Herz, das auf der SD Karte mitgeliefert wurde. Ganz gefinkelte Aufträge bedingen eine oder mehrere Pausen mitten im Druck, wo eine Mutter oder ähnliches eingelegt, das Filament gewechselt, oder sonst was getan werden muss. Trotzdem handelt es sich dabei immer noch um einen überschaubaren Arbeitsablauf.

Beim Fräsen gibt es auch Fälle, wo, nachdem die Spindel einmal angelaufen ist, der Auftrag ohne Zutun nach einigen Minuten fertig ist – eine simple Sache halt. Auch der Hersteller der Z1 liefert ein solches Beispiel mit: eine Spannpratze, die den mit der Maschine mitgelieferten Pratzen ähnelt und auch genauso benutzt werden kann. Hier das 3D Modell:

TopClamp_DWG.jpg

Und hier die sogenannte Simulation:

TopClamp_simulation.jpg

Bei der Simulation zeigt die CAM Software wie das Material abgetragen wird. Das ist eigentlich wie ein Video, oben ist nur ein Schnappschuss vom Ende des Arbeitsgangs.

Richtig orientiert, lässt sich das oben gezeigte Teil somit in einem Aufspannen fräsen (das Aufspannen wird später noch genauer behandelt).
Der Arbeitsablauf für so ein Teil ist kaum aufwändiger als das Slicen und Drucken beim 3D Druck. Man kommt in dem Fall beim Fräsen sogar ohne Werkzeugwechsel aus, es ist nur ein Fräser (=Schneidwerkzeug) nötig.

Ich habe nicht unbedingt vor, mit so einem einfachen Teil zu beginnen. Zumindest mache ich derzeit meine theoretischen Versuche mit etwas deutlich komplexerem, einem Teil des ‘Z-Spindel-Entkopplers‘ wie hier abgebildet (das blaue Teil unten bzw. oben):

Decoupler_Study_Assy_w_Cage.3.png

Das ist die Gesamteinheit. Das Fräsobjekt ist aber der blaue Teil oben und unten, hier alleine:

Decoupler_Study_Bottom.2_cropped.jpg

Das Aufspannen

Irgendwie muss man das Teil festhalten/festspannen, um Material abzutragen, denn da kommen schon einige Kräfte zusammen. Ist das Teil nicht gut festgespannt, kann es sich bewegen und dann ist meist die Arbeit umsonst gewesen. Genauso wie wenn beim 3D Druck sich das Objekt vom Bett löst.
Beim Fräsen kann es vorkommen, dass das Teil mehrmals 'umgespannt' werden muss, da man sonst nicht an die Stellen herankommt, die bearbeitet werden müssen. Man versucht das mehrmalige Aufspannen zu vermeiden, denn er schleichen sich unweigerlich Ungenauigkeiten ein. Außerdem muss man das Stück entweder exakt positionieren, oder die neue Position exakt ermitteln, damit alles maßlich passt.

Das oben gezeigte Teil kann man ohne einer vierten Achse gar nicht in einem Aufspannen fräsen, denn die Bohrungen, in dem die Nadellagernadeln stecken, laufen quer zur sonst nötigen Bearbeitungsrichtung. Im dem Bild oben sieht man das recht deutlich.

Außerdem befinden sich zwei Gewindelöcher auf der Unterseite, die man im Bild natürlich nicht sieht.

Man kann die Außen- und Innenkontur (und die länglichen Kugeltaschen) in einem Aufspannen machen. Die kleinen Bohrungen müssen in einem eigenen Aufspannen eingebracht werden, wobei ohne vierte Achse zweimal Aufspannen nötig wäre mit dem zusätzlichen Problem, dass die Flucht der Bohrungen (für die Nadellager-Nadeln) nicht leicht gewährleistet werden kann. Somit wäre die Vierte Achse beinahe nötig. Umgehen könnte man die 4. Achse mit stark erhöhtem Aufspannaufwand. Die zwei Gewindelöcher auf der Unterseite, die in einem weiteren Aufspannen eingebracht werden müssen, könnten mit der 4. Achse aber ‘gratis‘ mitgemacht werden könnten. Ohne der vierten Achse müsste das Teil drei-, bzw. eigentlich viermal umgespannt werden, was der Genauigkeit nicht sehr förderlich ist.
Da aber die vierte Achse beinahe schon zwingend nötig ist, könnte man es mit Hilfe dieser in nur einem Aufspannen fräsen. Dazu kommen wir später, wenn ich das Projekt näher beschreibe.

Somit wird klar, was schon eine der ersten Hürden darstellt: Wie spanne ich das Teil am besten, bzw. in welcher Reihenfolge sollte ich die Arbeitsgänge durchführen? Und falls ich umspannen muss, wie kann ich die Maßhaltigkeit garantieren?
Auch wenn man sich das alles (hoffentlich!) genau überlegt, kommt man meist nicht umhin, es im Zuge der Entwicklung des Arbeitsablaufs mehrfach umzustellen. (Auch im Zuge des Niederschreibens hier habe ich den Ablauf allein schon drei- oder viermal geändert!)

Beim grünen Stück im Entkoppler, oben, bzw. im folgenden Bild, wird es deutlich, dass man, ohne vierter Achse, das Teil vier- bis sechsmal umspannen muss (mit einer 4. Achse geht es mit nur zweimal Aufspannen, auf einer 5-Achs Maschine ginge es vielleicht in einem Aufspannen):

Decoupler_Study_Middle_pins,Balls_Cropped.jpg

Beim 3D-Druck kann man meist ein Objekt auf mehrere Arten ausrichten und drucken: stehend, liegend, usw., wobei keines der Ausrichtungen unbedingt richtig oder falsch sein muss. Manche Ausrichtungen vermeiden Support, andere können den Support minimieren. Manche Ausrichtungen können, durch die Orientierung der einzelnen Schichten, das Bauteil stärken oder schwächen. Das alles kann man beim 3D Druck berücksichtigen (ich, zumindest, versuche es jedes Mal). Zwingend ist es nicht.

Ebenso kann man beim Fräsen unterschiedliche Ansätze beim Bearbeiten verfolgen. Und auch hier muss es nicht unbedingt ein ‘Richtig‘ oder ‘Falsch‘ geben. Manche Ansätze können zu maßlich genaueren Ergebnissen führen. Manche Ansätze erfordern zusätzliches Aufspannen (mehrfaches Aufspannen versucht man zu vermeiden, da die Genauigkeit leiden kann, gelegentlich geht es jedoch einfach nicht anders). Wieder andere Ansätze sind so gefinkelt, dass man selbst gar nicht darauf kommt.

Jedenfalls hilft es ungemein, wenn man die Funktion des Teils versteht. Da kann es sein, dass die unvermeidlichen Ungenauigkeiten durch das erneute Aufspannen noch tolerierbar sind, oder wenig bis gar nichts ausmachen und man sich dadurch Arbeit sparen kann.
Damit machen wir im nächsten Beitrag einen detaillierten Ausflug in die Funktion des Teils, dass ich fräsen möchte.

mjh11

Guten Morgen

Konstruierst Du mit FreeCAD?
Wenn ja, Windows oder Linux oder Mac?

Gruß, zero K

Im vorhergehenden Beitrag erklärte ich, dass es oft einen Vorteil bringt, wenn man die Funktion des zu fräsenden Bauteils versteht. Darum behandeln wir hier die Funktion des Z-Spindel Entkopplers (siehe dazu das dritte Bild in meinem vorherigen Beitrag).

Der Z-Spindel Entkoppler stellt im Prinzip eine Art Oldham Kupplung dar.
Hier in diesem Video ist die Funktion in einem ein Beispiel zu sehen. Und in diesem Video sieht man eine Variante einer Oldham Kupplung, wo die Ähnlichkeit mit dem hier besprochenen Entkoppler eindeutig erkennbar ist.

Eine Oldham Kupplung überträgt den Drehwinkel exakt von einer Seite/Achse auf die zweite, auch wenn die Achsen parallel versetzt sind. Zusätzlich, beim Typ im zweiten Video, bzw. mit meiner Konstruktion, ist ein geringer Winkelversatz auch erlaubt, ohne dass dadurch der Drehwinkel merklich beeinflusst wird.

Nehmen wir eine Momentaufnahme aus dem ersten Video her:

OldhamCoupling_1b.jpg

Dabei entsprechen die zwei Gabel- bzw. U-förmigen Teile den blauen Teilen im Entkoppler. Das orange Kreuz (mit der dunkelblauen Kugel in der Mitte) entspricht dem grünen Teil des Entkopplers.

Wichtig ist dabei, dass erstens, die gegenüberliegenden Bohrungen fluchten, und zweitens, dass der zweite Satz Bohrungen möglichst um 90° zur den ersten Bohrungen versetzt ist.

Jetzt spalten wir Haare

Im Fall des Entkopplers kommt hinzu, dass es sich dabei nicht um nur eine Bohrung handelt, wie im obigem Bild, sondern insgesamt pro orange-farbener Achse (jene im Bild oben) eigentlich 4 Bohrungen die Funktion übernehmen (samt einer Kugellagerkugel) – siehe dazu das erste Bild des Entkopplers. Somit sollten die 4 Bohrungen auf einer Seite zueinander möglichst parallel sein und mit den Bohrungen auf der gegenüberliegenden Gabelseite fluchten. Dann sollten die anderen Bohrungen, wie gesagt, möglichst 90° dazu versetzt sein.

Mit der 4. Achse sollte die Flucht und Parallelität der Bohrungen gewährleistet sein. Die zwei Bohrungen pro Seite werden parallel werden, denn sie werden in einem Aufspannen, in einem Arbeitsgang gemacht. Die Flucht der gegenüberliegenden Bohrungen wird so genau werden wie die 4. Achse die 180° anpeilen kann. (Die 4. Achse des Z1 wird per Riemenantrieb untersetzt angetrieben, was nicht unbedingt besonders exakt sein wird, aber vermutlich ausreichen wird.)
Okay, somit habe ich mich mit diesen Überlegungen davon überzeugt, dass ich die Funktion des Teils garantieren kann. (Einige der vorhergehenden Überlegungen kamen erst in der zweiten oder gar späteren Iterationen zu Tage, gingen also lange nicht so flott wie hier beschrieben.)

Jetzt grübeln wir über die Reihenfolge der Operationen.

Als erstes machte ich mir Sorgen über die Bohrungen. Diese sind für Nadellagernadeln mit 2.5mm Durchmesser. Das ist nicht besonders groß. Solche dünnen Bohrer können leicht verlaufen. Besonders, wenn das Loch zeitweise die Wand durchbricht (was hier gewollt ist). Siehe dazu wieder das Bild des blauen Teils. Da ist das Problem leider schwer zu sehen, daher hier eine Nahaufnahme:

Bottom_Part_1a_closeup_CAD_1a.jpg

Die Bohrungen für die Nadellagernadeln ragen teilweise in die längliche Kugeltasche hinein. Ist die Kugeltasche schon vorhanden, besteht eine gute Chance, dass der Bohrer verläuft. Verläuft der Bohrer, muss man die Flucht, Parallelität und mehr, in Frage stellen. Somit sollte man die Bohrungen vor der Kugeltasche einbringen. Das ist zumindest eine Reihenfolge, die berücksichtigt werden sollte. Ein weiterer Arbeitsgang sollte als letztes gemacht werden: das völlige Freischneiden des Werkstücks vom Rohmaterial. Macht man das zu früh, wird das Teil nicht mehr festgehalten und muss neu aufgespannt werden. Gelegentlich, vor Allem bei Teilen die größer sind als die vierte Achse spannen kann und die beidseitig bearbeitet werden müssen, kommt man nicht umhin, es frei zu schneiden. In so einem Fall muss man aber meist eine weitere Spann- und Positioniermöglichkeit entwickeln, oftmals natürlich gefräst, gelegentlich am 3D Drucker gedruckt.

Jetzt kommen wir zum Punkt des Aufspannens. Wie geplant, kommt hier die vierte Achse zum Zug. Geplant ist (einstweilen – das kann sich noch ändern…) das Teil so aufzuspannen:

Bottom_Part_1a_clamping_1a.jpg

Mit 'Drehachse' ist die Drehachse der vierten Achse gemeint. Das Rechteck um das Teil (violett) entspricht dem Umriss des Rohmaterials. Gespannt wird es auf der linken Seite in einem 4-Backen Futter ähnlich wie auf einer Drehbank. Rechts befindet sich eine Zentrierspitze die eventuell zum Einsatz kommen wird.
Man stelle sich vor, im Bild wäre die Blickrichtung durch die Achse des Fräsers. Na gut, aus dieser Blickrichtung könnte man die Kugeltaschen, die Konturen/Umrisse und die Absätze fräsen (die Absätze sind projizierend, also nicht deutlich sichtbar).
Dreht sich das eingespannte Rohmaterial um 90° um die gezeigte Drehachse, kann man die zwei Bohrungen auf einer Seite machen:

Bottom_Part_1a_clamp_90deg_1a.jpg

Nochmals um 90° gedreht, hat man Zugriff auf die Unterseite, und man kann die zwei Gewindebohrungen erledigen.
Weitere 90° erlauben das Bohren der zwei gegenüberliegenden Bohrungen.

Wieso nicht ganz durchbohren

Ich hoffe, damit ist klar, dass sich das Teil mit der vierten Achse in einem Aufspannen fräsen lässt.

Ohne der vierten Achse geht es schon, aber deutlich aufwändiger. Man muss sich genau überlegen, wie man es aufspannt und wie man bei jedem Umspannen garantiert, dass es am richtigen Platz ist (alternativ: man misst die neue Lage exakt und berücksichtigt diese). Um den richtigen Platz zu garantieren, werden oft Anschläge oder Passstifte eingesetzt. Beim Messen wird ein 3D-Taster eingesetzt, mit dem man in X, Y oder Z recht genau Flächen abtasten kann.

3-D_Probe.jpg

Einen 3D Taster habe ich gleich mit bestellt, also könnte ich auch diesen Weg wählen.

Eine meiner ersten Iterationen hatte vor, das meiste ohne vierter Achse zu fräsen, und zum Schluss nur die Nadellagernadelbohrungen mit der vierten Achse zu bohren. Dann kamen die Bedenken wegen dem Verlaufen des Bohrers. Kurz darauf die Erkenntnis, dass sich alles mit der vierten Achse erledigen lässt. Das ist der derzeitige Stand. Aber - Möglich wäre es auch, die Kugeltaschen als allerletztes zu fräsen. Die Position der Tasche muss nicht exakt sein, sie darf nur nicht mit der Kugellagerkugel kollidieren. Somit wäre auch das ein machbarer Weg (Möglichkeiten über Möglichkeiten!).

Damit machen wir im nächsten Beitrag einen Ausflug in die von mir bisher eingesetzten CAM Programme. (Das wird noch ein wenig dauern...)

mjh11

Der Ausflug in die CAM Software wird mehrere Beiträge benötigen. Das entspricht auch den bisherigen Aufwand meinerseits (no, na, net, wenn ich noch auf die CNC Maschine warte...)

Damit kommen wir zum Ausflug in die eingesetzten CAM-Programme.

Bisher habe ich 5 CAM Programme zumindest getestet (alle gratis oder in einer Gratisversion):

Kiri:Moto	Open Source, läuft unter Windows, Mac, Linux (auch Web Browser-basiert), in der Cloud
FreeCAD CAM	Open Source, mit CAD integriert, läuft unter Windows, Mac, Linux
Makera CAM	vom Fräserhersteller, für Kunden gratis, noch in Beta, v0.2.1.8 (wird nicht mehr weiterentwickelt)
Makera Studio	vom Fräserhersteller, für Kunden gratis, noch in Beta, v0.1.1.0, Nachfolger von Makera CAM
Fusion	ehemals Fusion 360, mit CAD, gratis für persönliche Nutzung – Einschränkung: nur nicht-kommerzielle Nutzung!! Sonst sehr teuer. Gratisversion mit beschränktem Funktionsumfang.

Es gibt andere Gratisversionen von CAM Software, diese sind oft nur auf 2.5 oder 3 Achsen beschränkt, oder unterstützen keine 'echten' 3D CAD Formate, z.B. nur *.stl. Darunter fallen, unter Anderem:

OpenBuilds CAM	Open Source, läuft unter Windows, Mac, Linux, kann max. 2.5D
FreeMill CAM	Open Source, Windows, Mac, mit CAD integriert, kann 3D
EstlCAM	nur Windows, recht eingeschränkt
DeskProto	läuft unter Windows, Mac, Linux, kann 3D, auf mesh-basierte Formate beschränkt
Carbide Create	in der Gratisversion eher fürs Gravieren, ebenso 2.5D
HeeksCAD	Open Source, Windows & Linux, derzeit sehr eingeschränkt

Jedenfalls gibt es derzeit keine Gratis-software, die echtes 4-Achs Fräsen erlaubt. Gemeint ist damit, dass alle 4 Achsen während der Bearbeitung gleichzeitig bewegt werden (X, Y, Z, und die Drehachse der 4. Achse, meist mit 'A' bezeichnet). Falls ein CAM-Programm das Arbeiten mit der 4. Achse unterstützt, dann meist so, dass eine oder zwei Achsen stehen, während die anderen Achsen gleichzeitig fahren (arbeiten). Wenn dabei die stationäre Achse hier die 4. Achse ist, nennt man das "indexierbare vierte Achse" ('indexed fourth axis'). Die vierte Achse dreht sich dabei in eine Position und bleibt dort stehen. Dann wird in dieser Orientierung gefräst. Ist dann in der Ausrichtung alles fertig, wird wieder gedreht, stehen geblieben und gefräst, und so weiter. Die Gratisprogramme (zumindest einige) stellen eine zweite Möglichkeit für die Nutzung der 4. Achse bereit. Dabei wird die Achse praktisch permanent gedreht und die Z-Achse fährt quasi eine 'Höhenkontur' nach. Nach jeder vollen 'Umrundung' wird um einen gewissen Betrag in X nachgestellt und die nächste Höhenkontur nachgefahren. Damit ist es ein wenig wie das Drehen auf einer Drehbank, wobei nicht zwangsläufig eine kreisförmige Kontur nachgefahren werden muss. Man könnte damit auch ein eckiges Werkstück erzeugen. Dieser Modus kann für Schachfiguren oder Büsten eingesetzt werden, so wie die Büste der Nofretete hier:

Nofretete_bust.jpg

Diese Büste ist übrigens auch ein mitgeliefertes Beispiel des Herstellers. In diesem spezifischen Modus der 4. Achse gibt es Einschränkungen. Gewisse Modelle lassen sich kaum damit fertigen. Würde man diesen Modus beispielsweise bei der Freiheitsstatue einsetzen, blockiert in einem gewissen Bereich der erhobene rechte Arm den Zugang zur rechten Gesichtshälfte. Möglicherweise gibt es bessere Software, die dann auch ein wenig in Y ausweicht, um den Zugang wieder zu ermöglichen. Aber üblicherweise wird nur eine der zwei Achsen (X oder Y) eingesetzt, je nachdem wie die vierte Achse ausgerichtet ist.

Kommen wir zu den von mir getesteten Software Varianten.

Vor Jahren schon, 2019, (Mann, wie die Zeit vergeht!), habe ich einmal mein RF1000 vorübergehend auf CNC umgebaut. Siehe entsprechenden Thread. Damals, glaube ich, hatte ich Fusion 360 eingesetzt. Das eingesetzte Programm war damals für mich relativ unwichtig, ich benötigte nur die nackten GCode-Zeilen der Bearbeitung. Ich musste am GCode ohnehin einiges 'um-pfriemeln' damit es am Drucker funktionierte, denn ich hatte den Drucker in der Firmware nicht auf Fräsen umgestellt und musste entsprechend darauf Rücksicht nehmen.

Ich konnte mich somit kaum mehr an das Programm erinnern und musste bei Fusion, mehr oder weniger, von Vorne anfangen.
Welches Programm von mir heuer als erstes getestet wurde, weiß ich nicht mehr. Makera Studio kann es nicht gewesen sein, das stand damals noch nicht zur Verfügung. FreeCAD auch nicht, denn ich hätte es installieren müssen (und dafür vorher auf Win10 upgraden). Kiri:Moto auch nicht, denn ich erfuhr erst später über das Programm. Es wird vermutlich Makera CAM gewesen sein. Also fange ich damit an.

Ich konnte Makera Cam noch unter Win8 installieren und laufen lassen. Da machte ich die ersten Versuche.

Makera CAM, wie auch Makera Studio, sind derzeit nur für Makera Kunden gratis. Somit wird eine detaillierte Beschreibung nur wenigen helfen. Aber praktisch alle CAM Programme gehen ähnlich vor, somit sind sehr viele Punkte und Arbeitsabläufe ähnlich und unterscheiden sich nur in den benutzten Bezeichnungen.

In den Anfangsphasen gab es oft unerwartete Ergebnisse und es war einiges an Frust vorhanden. Es lag nahe, die Schuld an das jeweilige Programm zu schieben

. Ganz zu Beginn habe ich einige Programme (oft nur sehr kurz) angetestet und hatte selten einen gefühlten Erfolg – am ehesten mit Fusion. Inzwischen verstehe ich deutlich mehr, und wenn ich wieder ein altes Programm hernehme, sind die Erfolge etwas besser.

Der allgemeine Arbeitsablauf (gilt vermutlich für alle CAM Anwendungen):

Rohmaterial (Material & Abmaße), sowie Position auf dem Frästisch festlegen – für Perfektionisten käme hier noch die Hardware (Art und Position der Spanner) festlegen
CAD Modell (oder Vector-Bild) laden und positionieren
Ersten Arbeitsgang definieren (dazu gehört Pfad-Art wählen: Tasche, Kontur oder Relief; dann Werkzeug wählen, Zerspanungsparameter vorgeben) und Werkzeugpfade errechnen lassen.
Weitere Arbeitsgänge definieren.

Ich kümmerte mich nicht um eine genaue Definition des Rohmaterials (dieses existierte so wenig wie die Fräsmaschine, auf die noch gewartet wird). Mir ging es primär um die Werkzeugpfade. Auch einige der Schnittparameter sind mir egal: einerseits habe ich noch keine Fräswerkzeuge (kommen mit der Maschine) und zweitens liefert Makera eine recht gut vorgefüllte Datenbank mit den Fräsern, die sie verkaufen/liefern, wo die Schnittgeschwindigkeit, der Vorschub, usw., mit brauchbaren, konservativen Werten bereits belegt sind.

Makera CAM

Das Programm gestartet, das Rohmaterial so-so beiläufig definiert, das Unterteil des Entkopplers geladen und einfach einmal die große, runde Öffnung in der Mitte als Pfad der Art 'Kontur' gewählt. Das Ergebnis war OK (im Bild, in Weiß, die Werkzeugpfade; der in Weiß angedeutete Quader drum herum stellt den Umriss vom Rohmaterial dar):

MakeraCAM_earlyTests_0.jpg

So weit, so gut.

Als nächstes ein Versuch mit der Kugeltasche. Ein Pfad der Art 'Tasche' gewählt, ein Werkzeug ausgewählt, usw.
Als Ergebnis erwartete ich in etwa so etwas (Werkzeugpfad in blau):

MakeraCAM_earlyTests_1a.jpg

Ein Werkzeugpfad, der die gesamte Kugeltasche freiräumt.

Werkzeugpfad hier in blau

Aber was ich letztlich geboten bekam war dann (Werkzeugpfad in Weiß):

MakeraCAM_earlyTests_1.jpg

Da ist offensichtlich was schiefgelaufen. Die Kugeltasche wird nicht vollständig geräumt. Der Pfad täuscht ein wenig. Dargestellt wird nur der Weg der Werkzeugachse. Da das Werkzeug einen gewissen Durchmesser besitzt, wird mehr Material abgetragen als der Pfad vermuten lässt. Hier in der Simulation wird es deutlich (Das beige am oberen Bildschirmrand ist das Werkzeug, das beige in der Bildmitte ist das Werkstück, das teilweise zum Vorschein kommt.):

MakeraCAM_earlyTests_1_simulation.jpg

Von der Kugeltasche wird also schon ein Stück gefräst, aber lange nicht genug.

Ich suchte folglich nach dem Grund des unerwarteten Ergebnisses. Ich dachte, vielleicht liegt es an den Durchbrüchen, wo die Nadellagernadelbohrungen in die Tasche ragen. Da begann ich über die Bohrungen nachzudenken und kam zum Schluss, dass diese jedenfalls vor der Kugeltaschen zu machen wären (sonst könnte der Bohrer verlaufen).
Irgendwann bekam ich die Kugeltasche hin. Das Problem lag nicht an den Bohrungsdurchbrüchen, sondern an eine Pfadbedingung. Man kann vorschreiben, ob sich der Fräser immer nur innerhalb der vorgegebenen Fläche bewegen darf oder auch außerhalb. Hier verstand ich die Interpretation dieser Bedingung falsch. Danach klappte es.

Ich könnte das obige, unerwartete Ergebnis erklären, das würde aber wieder dauern. Jedenfalls, wenn man das Überfahren der ‘Grenzen‘ erlaubt, funzt es, mehr oder weniger, wie erwartet. Die Bohrungsdurchbrüche machten nur dann Probleme, wenn der Durchmesser des Fräsers so klein gewählt wurde, dass es in den Durchbruch hindurch konnte.
Da haben wir es also: die falsche Pfadbedingung kann zu unerwarteten Ergebnissen führen! Dann machen wir einen Abstecher zu den Pfadbedingungen.

Pfadbedingungen

Derer gibt es einige. Je nach Software ein Paar mehr oder weniger. Die wichtigsten, die die Generierung des Pfads betreffen, sind:

Pfadstrategie: konzentrisch oder parallel – wie der Pfad generell verlaufen soll. Bei konzentrisch dann die Wahl, von innen nach außen oder umgekehrt? Bei parallel, ob von hinten nach vorne oder umgekehrt?
Fräsrichtung: Gleichlauf- oder Gegenlauffräsen – hier wird üblicherweise Gleichlauf gewählt, wenn die Begriffe unklar sind, bitte googeln.
Werkzeuggrenzen: nur innen erlaubt, außen erlaubt, exakt bis zur Grenze – damit wird die Länge des WZ-Pfads begrenzt. D.h., bei 'nur innen' darf das Fräswerkzeug nur so knapp an die Flächenbegrenzung heran, dass garantiert kein Teil des Werkzeugs über die Grenze ragt. Damit bleibt der Pfad um den halben Durchmessers des Fräswerkzeugs vor der Flächenbegrenzung stehen. Bei 'außen erlaubt' darf der Fräser vollständig über die Begrenzung hinausfahren (um den halben Durchmesser). Bei 'exakt bis …' darf das Fräswerkzeug so weit fahren, dass die Werkzeugachse exakt bis zur Flächenbegrenzung kommt (somit ragt dann der halbe Fräserdurchmesser über die Begrenzung hinaus). (Makera CAM lässt nur die ersten zwei Wahlmöglichkeiten zu, Makera Studio und andere erlauben zusätzlich: 'exakt bis zur Grenze'.)

Es gibt noch eine Menge weiterer Bedingungen, diese beeinflussen den Pfad auf andere Weise (Sicherheitsabstände, langsames Eintauchen in das Material, usw.)
Den Fehler, den ich bei der Kugeltasche machte, war, 'nur innen erlaubt' zu wählen. Damit wurde der Pfad so weit eingeschränkt, das eben das obige Bild entstanden ist.

... das reicht erstmals für heute ...

mjh11

Zwischenmeldung:
Ich bin eben darauf gekommen, dass Makera CAM die indexierte vierte Achse nicht beherrscht. Damit könnte ich, wenn mir nur dieses Programm zur Verfügung stünde, mein Probestück bloß auf umständliche Art, mit viermal umspannen, fertigen. Makera CAM unterstützt den Relief-Modus mit der 4. Achse. Ich könnte also die Büste Nofretetes fräsen und ähnliches.
Da Makera CAM nicht weiter entwickelt wird, wird es die benötigte Funktionalität vermutlich nie haben.

Dass hie und da die Werkzeugpfade völligen Unsinn lieferten, könnte gut von falschen Eingaben her rühren. Ich war ja blutiger Anfänger. Dummerweise habe ich davon keine Bildschirmabdrucke gemacht. Die hätten hier gut in den Thread gepasst. Offensichtlich bin ich nicht der einzige, der solche Sachen erlebt. Im Discord Forum von Makera kommen ähnliche Beispiele immer wieder vor. Ich meine damit Fälle, wo die Maschine schön sauber das meiste erwartungsgemäß durchführt und plötzlich, knapp vor Schluss dann unmotiviert quer durch das fast fertige Werkstück braust (zumindest bei mir in der Simulation). Im Forum, wo schon einige im Besitz ihrer Maschine sind, heißt das meist: Fräserbruch, gelegentlich begleitet mit einem unrettbar zerstörtem Werkstück. Das ist ein wenig so wie beim 3D Druck, wo einem die Vorschau schon zeigt, dass ein unzulässiger Überhang vorhanden ist oder dass in mitten in der Luft gedruckt wird. Ignoriert man das, ist das Druckergebnis meist entsprechend. Und im Eifer des Kreierens wird gelegentlich was übersehen oder ignoriert.
Ich kann auch nicht garantieren, dass mir solche unerwarteten Vorkommnisse mit Makera CAM passiert sind, es könnte gut ein anderes Programm gewesen sein.
Stören tut mich bei Makera CAM die Simulation. Wobei 'stören' ein noch höflicher Ausdruck ist. 'Entsetzt' entspricht eher meine erste Begegnung mit der Simulation. Beim Fräsen der Kugeltaschen bot sich so ein Bild:

MakeraCAM_preview_1.jpg

Da sah es glatt so aus, als ob der Fräser mitten ins spätere Werkstück schneidet. Nach einigen versuchen erkannte ich, dass die Simulation für das Fräswerkzeug einfach einen Zylinder zeichnet, der immer Überlänge hat, immer durch das Werkstück hindurch ragt, und wo die Spitzengeometrie des Fräsers weder die Form abzeichnet (im Bild sollte es ein Kugelkopffräser sein), noch den Durchmesser. Da ist die Simulation von Makera Studio deutlich besser (darauf wird in diesem Beitrag mehrfach zurückgegriffen, mehrere Bilder stammen von dort).

Nach den nicht besonders begeisternden Ergebnissen von Makera CAM wollte ich was anderes testen. Zu diesem Zeitpunkt war mein System auf Win8 eingestellt (ich hatte noch keinen Zugriff auf Makera Studio, deswegen war der Umstieg auf Win10 noch nicht nötig). Mit Win8 fielen FreeCAD und Fusion vorerst einmal aus (verlangen min. Win10). Es blieb aber noch eine Web-basierte Lösung.

Kiri:Moto, Web-basiert:

Da bei dem Programm alles im Browser abläuft, ist das Betriebssystem egal. Ich konnte somit mit meinem Win8 System ohne Probleme das Programm testen. Es gibt auch eine Desktop Version von Kiri:Moto, diese benötigt dann keinen Internet-Anschluss.

Gleich zu Anfang wurde es offensichtlich, dass das Programm nur mit mesh-basierten Objekten arbeitet. Das war für mich die erste Enttäuschung. Schließlich bemüht man sich im CAD, ein maßlich exaktes Teil zu entwickeln, nur dass dieses dann angenähert in kleine dreieckige Flächen umgewandelt wird. Na gut, beim 3D Druck läuft auch alles über mesh-basierte Objekte ab. Aber falls jemand die Diskussionen hier im Forum über zu kleine Löcher und deren Hintergrund verfolgt hat, wird mich hier verstehen können. Ich kann über mein CAD Programm, beim Exportieren nach *.STL, einen Genauigkeitsgrad vorgeben, der die Auflösung der CNC-Fräse übersteigt (siehe auch diesen Beitrag von mir, der die STL-Auflösung anschneidet). Mit so einer hohen Auflösung sollte es egal sein, dass es sich 'nur' um ein *.stl handelt. Aber da wird die Datei dann riesengroß (was vermutlich bei der Software=CAM dann Probleme verursachen wird). Deswegen möchte ich so eine Konvertierung vermeiden.
Gestört hat mich ebenfalls die Bearbeitungsgeschwindigkeit. Die, die sich noch an Skeinforge erinnern können (einer der ersten Slicer) werden mich hier verstehen. Mich hat Kiri:Moto stark an Skeinforge erinnert. Nach jeder Operation kommt eine lange Wartezeit, wo die Pfade neu berechnet werden. Etwas doof, denn es werden immer alle Pfade neu berechnet, auch jene, wo sich nichts geändert hat. Und sehr intuitiv, um ein Modewort zu verwenden, war das Programm für mich auch nicht. Da es mesh-basiert arbeitet, ist das Auswählen gewisser Elemente anfangs auch mit Überraschungen verbunden – zumindest, wenn man gewohnt ist, mit CAD-Modellen zu arbeiten. Die Simulation selbst war um vieles besser als von Makera CAM. Die Optionen für Werkzeugpfade waren recht beschränkt und die Ergebnisse (laut Simulation) nicht überragend – anfangs blieben Artefakte an mehreren Stellen übrig:

Kiri_Moto_Artifacts.jpg

Diese Artefakte stammen wieder von den Pfadbedingungen. Es stellt ein Beispiel dar, wo die Werkzeugpfade scheinbar Unsinn ergeben, aber von Fehleinstellungen der 'blutigen Anfängern' herrühren. Damals (als ich das Programm erstmals testete, fand ich die entsprechende 'Schraube' nicht, an die gedreht werden musste. Kürzlich, als ich es wieder einmal versuchte, fand ich die Stellschraube, sie nennt sich 'Expand' (Erweitern). Wird dort ein positiver Wert (in mm) eingegeben, fährt der Fräser um den eingegebenen Wert über die Begrenzung hinaus, bei negativen Werten entsprechend weniger weit an die Begrenzung heran. Und dann sieht alles besser aus:

Kiri_Moto_Better_#1.jpg

Weiters muss man bedenken, dass das, was bei Kiri:Moto als 'Begrenzung' gilt, oft was anderes ist als bei 'echten' 3D CAD Modellen (z.B. *.step), da Kiri:Moto mesh-basiert arbeitet.
Und letztlich bekam ich trotz aller Versuche die Kugeltasche nicht ordentlich freigeräumt. Somit wurde Kiri:Moto in meiner persönlichen Reihung nach Hinten gestellt.

Jedenfalls war meine Zusammenarbeit mit Kiri:Moto von recht kurzer Dauer. Und eben habe ich es wieder getestet, da ich inzwischen doch einiges dazu gelernt habe – ich kam jetzt zwar weiter als am Anfang, trotzdem ist es derzeit nichts für mich (die Kugeltasche bekomme ich immer noch nicht hin).

Damit werde ich zu Fusion kommen, dass ich als nächstes probiert habe. Anfangs wurde es mit einer Dual-boot Variante von Windows 10 eingerichtet. Zum Starten von Fusion benötigt man einen Internet-Anschluss und ein Benutzerkonto. Beim einloggen kann man wählen, für die nächsten 30 Tage quasi eingeloggt zu bleiben. Dann benötigt man in dieser Zeit keinen Internet-Anschluss.

Man merkt Fusion schon an, dass es sich um ein recht ausgereiftes Programm handelt. Einmal richtig eingerichtet, sieht der Arbeitsbereich wie in der Wirklichkeit aus:

Fusion'sAppearance.jpg

Hier ein Bild in der Version mit der aufgebauten vierten Achse. Das Rohmaterial ist dargestellt wie eingespannt und ist zusammen mit dem Werkstück in der richtigen Orientierung und Position (Rohmaterial durchscheinend gelb dargestellt).
Dass die Maschine und sonstige Bauteile hier gezeigt werden, hat den Vorteil, dass man dadurch nicht so leicht auf diese, oder die Spannpratzen, den Schraubstock oder ähnliches vergisst (und ungewollt mit dem Fräserbit dagegen kracht).
Hier ist dann auch Fusion imstande, während der Simulation eine Kollision zu erkennen. Wie hier:

Fusion_CollisionWithChuck.jpg

Da kracht gerade die Spindel in das Spannfutter. Makera Cam, Makera Studio und Kiri:Moto erkennen so eine Kollision derzeit nicht. Bei FreeCAD CAM bin ich mir nicht sicher.

Einarbeitungszeit
Besonders intuitiv ist Fusion auch nicht, aber ein wenig mehr als Kiri:Moto (außerdem gibt es massenhaft Videos auf YouTube). Bei allen Programmen muss man einiges an Einarbeitungszeit einplanen. Das ist einer der Gründe, wieso ich mich schon 5 Monate vor Erhalt meiner CNC-Fräse mit den CAM-Programmen beschäftige. Am wenigsten muss man sich bei Makera Studio einarbeiten – das ist ein wenig so wie wenn man beim Slicer den 'Idioten-Modus' einstellt. Damit bekommt man immer ein Ergebnis, es wird bloß meist nicht optimal sein. So ist es bei Makera Studio. Aber dazu später mehr. Auch bei Makera Cam ist die Einlernzeit recht kurz, da das Programm einen beschränkten Funktionsumfang hat.

Jetzt komme ich zu einem der Einschränkungen von Fusion. Das Programm speichert maximal eine Aufspannung, bzw. Werkzeugwechsel. Damit werden bei komplexen Arbeiten, wo mehrfach Werkzeugwechsel vorkommen, oder wo mit der vierten Achse mehrere Positionen angefahren werden, immer mehrere Einzeldateien erzeugt. Diese muss man entweder einzeln abarbeiten oder mühsam zusammenführen. Hier hat die Makera Community einiges geleistet und ein Plug-In für Fusion entwickelt, welches die Einzeldateien automatisch zusammenführt. Ich habe das noch nicht getestet und das Plug-In nicht installiert.

So, das reicht für heute. Im nächsten Beitrag geht es wieder um den Arbeitsablauf. (FreeCAD CAM kommt später.)

mjh11

Guten Abend
Auf solch ein Projekt wie dem Entkoppler wäre ich wohl auch heiß.
Hast Du im Hinterkopf, zunächst mit einfachen Werkstücken zu beginnen.
Konturen, Bohrungen, Fasen und Rundungen die mit üblichen Messmitteln kontrolliert werden können.
Ganz einfach, um zu erfahren wie genau die Maschine dem Programm folgt.

Wenn schon die Simulation nach CAM-Daten den Fräser durch das Werkstück ziehen kann,
kommt in der Realität noch die Schnittkraft bzw. Werkzeug- und Maschinensteifigkeit hinzu.
Dazu würde ich dann auch gern zu Geräuschen bei langen Bahnen oder Bögen lauschen.

Klingt vielleicht seltsam, aber ich bin schon etwas älter und bei mir muss sich eine Maschine auch wohlfühlen - akustisch und taktil, sonst leide ich mit.

Na ja, zu Weihnachten baust Du den Entkoppler ein.

Gruß, zero K

Wir sind wieder bei meinem Werkstück:

Mit der vierten Achse, eine korrekte Werkstückausrichtung vorausgesetzt, lässt sich das Werkstück in einem Aufspannen fräsen. Wie immer, entwickelte sich dieser Ansatz nach vielen Iterationen (und ist wahrscheinlich immer noch nicht zur Gänze durchdacht).

Derzeit sieht mein Arbeitsablauf vor:

Als erstes die gerade Fläche, wo die Bohrungen beginnen, zu fräsen, danach gleich die zwei Bohrungen bohren. Ich muss die Flächen vor dem Bohren machen, da beim Bohrer die Schaftlänge nur 12mm lang ist und der Bohrer sonst nicht tief genug langen würde.
Den Rohteil um 180° drehen und gegenüber dieselben zwei Schritte durchführen.
Den Rohteil so drehen (+90° oder -90°), dass die Unterseite zugänglich ist und die zwei Gewindelöcher bohren und mit Gewinde versehen. Das Gewinde ist etwas ungewöhnlich: M2.5. Solche Schrauben wurden beim RF1000 eingesetzt (der Bauteillüfter wird damit am Lüfterblech befestigt).
Rohteil um 180° drehen und auf der Oberseite und die Flächen um die Kugeltaschen und die Kugeltaschen fräsen. Man könnte auch den großen inneren Kreis freischneiden (dieser wird mit 3-4 kleinen Laschen in Position gehalten damit der Kern nicht unkontrolliert herumfliegt).
Noch in dieser Stellung werden die zwei dünnen Querschnitte rechts und links der Kugeltaschen erzeugt. Das geschieht in 2 Stufen – grob, mit konventionellem Fräserbit, danach fein mit Kugelkopffräse, damit die Radiusbereiche ordentlich werden.
Als letzte zwei Fräs-Schritte werden einmal die Innenkontur bis auf die Haltelaschen gefräst, falls noch nicht geschehen, und dann noch die Außenkontur (ebenfalls mit Haltelaschen). Damit müsste das Teil fertig sein. Es kann ausgespannt werden.
Die Haltelaschen werden durchgetrennt. Die verbleibenden Laschen-Rückstände werden abgefeilt und bei Bedarf verschliffen.

In Fusion also:
Schritt 1, gerade Flächen und Bohrungen (vorerst nur die Pfade):

Fusion_Step1_a.jpg

Die 'Schichten' der Pfade scheinen sehr eng zu sein. Das kommt von den in der Makera Fräserbit-Datenbank vorgegebenen Werten. Dort wird sehr konservativ vorgegangen – schließlich handelt es sich um eine Spindel mit nur 150W. Die kann nicht sehr viel leisten. Für den nächsten Schritt, wo dasselbe von der anderen Seite gemacht wird, brauchen wir kein Bild.

Nächster Schritt, Gewindebohrungen auf der Unterseite:
Da habe ich keine Bilder. Diesen Schritt habe ich noch nicht durchexerziert. Ich habe vorgesehen, dass die Unterseite des Werkstücks mit dem des Rohmaterials übereinstimmt. Damit wären nur die Gewindebohrungen nötig. Falls das Rohmaterial nicht sehr eben ist, müsste ich auch diese Seite Planfräsen. Dieser Schritt müsste dann vor den Gewindebohrungen kommen.

Nächster Schritt, Kugeltaschen samt Planflächen:
Die Werkzeugpfade der Planfläche, mit Rohmaterial:

Fusion_BallPocket_Stock.jpg

Danach die Kugeltaschen:

Fusion_BallPocket_Pocket_stock.jpg

Bisher ging alles recht flott und einfach in Fusion.

Nächster Schritt, die dünnen Stellen beidseitig der Kugeltaschen. Hier muss einiges an Material abgetragen werden. Damit man es deutlich sieht, hier die Werkzeugpfade ohne Rohmaterial:

Fusion_thinSectionAdaptive.jpg

Da musste Fusion einige Zeit arbeiten, bis der Pfad fertig war. Mehr als 10 Minuten, falls ich mich richtig erinnere. Einmal, als ich beide Seiten auf einmal machen wollte (da dauerte es an die 15-20 Miunten), stürzte Fusion gänzlich ab. Beim neuerlichen Starten war alles bis auf die Berechnung des Pfades wieder da.

Danach kommt ein Schlichtgang mit Kugelkopffräse.
Sieht so aus:

Fusion_ThisSectionFinishPass_perp.jpg

Da wird nur einmal darüber gefahren.

Im Großen und Ganzen entspricht damit das Ergebnis meinen Erwartungen. Eine Kleinigkeit wollte ich ändern. Wie im obigem Bild unschwer zu erkennen, ist die Hauptbewegungsrichtung quer zur Bohrungsachse der kleinen Bohrungen (für die Nadellagernadeln). Schlauer, meiner Meinung nach, wäre es, wenn diese parallel zur Bohrungsachse verlaufen würde. Also habe ich das geändert.
Ach je!!!:

StrangePath_Fusion_lowRes.jpg

Da rauscht der Fräser völlig unmotiviert schräg durch das zylindrische Reststück in der Mitte. Das ist ein vorprogrammierter Fräserbruch. Wenn der Fräser mit den Vorschubeinstellungen so ins volle Material fährt, bricht der Fräser ab.
Somit kann auch ein Top Programm, dass professionelle Verwendung findet, auch gelegentlich Mist bauen.

Jedenfalls wieder an ein paar Schräubchen gedreht und jetzt sieht es so aus:

Fusion_ThisSectionFinishPass_parall.jpg

Jetzt dasselbe an der anderen Seite durchführen:

Fusion_ThinSectionFinished.jpg

Und als Abschluss die Konturen freifräsen.
Eine klitzekleine Sache gilt es dabei noch zu beachten: Bei der Außenkontur sollte man zuerst die Kanten auf der spannfutterabgewandten Seite fräsen, sonst hängt das ganze Teil nur mehr an den dünnen Haltelaschen. Käme da dann der Fräsdruck vom Konturenfräsen der zweiten Seite dazu, könnte das Teil abknicken. Die Spannfutterseite ist jene mit 'mehr Fleisch'.

Fertig ist das gute Stück (zumindest nach etwas Nacharbeit):

Fusion_finished.jpg

Da scheint Fusion einen kleinen Bug aufzuweisen. Im Bereich des Pfeils sollte ein ebenso großer Ausschnitt sein, wie bei der gegenüberliegenden Kugeltasche. Dieser Ausschnitt ist per Werkzeugpfad (samt Bohrungen) vorhanden. Klickt man auf den dezidierten Arbeitsgang scheint der Ausschnitt ordnungsgemäß auf, dafür verschwindet dann der andere Ausschnitt. Sowie man auf einen späteren Arbeitsgang klickt, bleibt immer nur ein Ausschnitt sichtbar.

Zum Abschluss des Fusion Abschnitts ein Bild des fertiggefrästen Teils in der Maschine:

Fusion_finished_with_machine.jpg

Das ist doch eine saubere Sache, wa? Ich lasse dann noch die Simulation laufen und gucke es mir an.

mjh11

Bei der Software heißt es immer: Mitdenken!

Fusion, als die beste derzeit von mir gewertete Gratissoftware, nimmt einem wirklich viel Arbeit ab, vor Allem was das Mitdenken betrifft. Man siehe nur das vorher gezeigte Bild mit der Kollision mit dem Spannfutter, dass Fusion rechtzeitig erkannte.
Aber das Übersehen des Spannfutters, oder sonstiger Bauteile mit der das Werkstück befestigt wurde (Spannpratzen, Schraubstock, usw.), sind nicht die einzige Möglichkeit in die Falle zu tappen. Oft wird auf die Geometrie der Fräser vergessen, oder dass die Fräser alle nur eine begrenzte Länge der Schneiden haben. Je kleiner der Durchmesser des Fräsers, desto kürzer ist er meist. Verlange ich einen tieferen Schnitt, als es die Schneidlänge erlaubt, kann es im günstigsten Fall bloß zu Reibstellen (bei Holz: auch zu verbrannten Stellen) kommen, im Normalfall ist jedoch der Fräser ab. Ein ad hoc Beispiel: Man hat ein Rohling mit 14mm Dicke, das ist in etwa die Dicke vom Rohling in den vorhergehenden Beispielen. Man möchte in dem Teil einen dünnen Schlitz fräsen, da es sich um eine Klemme handelt:

RodClamp.jpg

Hier sieht man den senkrechten Schlitz. (Gefräst wird natürlich ohne montierter Schrauben.)
Das Fräsen des Schlitzes stellt sich als ein Problem heraus. Die Dicke (Höhe) des Teils ist 14mm. Der Schlitz könnte zwischen 1mm und, wie hier, 1.5mm sein, das genaue Maß ist funktionell nicht wichtig. Wählen wir die 1.5mm, benötigen wir einen entsprechenden Fräser. Üblicherweise sieht ein 1.5mm Fräser ungefähr so aus:

1,5x6mmFraeser.jpg

Der Durchmesser des Schafts ist im Bild abgeschnitten. Hier handelt es sich um eines mit 1/8“ Fräserschaft (1/8 Zoll = 3.175mm). Wichtig ist aber das Maß der Schneidenlänge, hier 6mm. Damit ist das Maximum an Schlitztiefe, die erreicht werden kann, 6mm (na ja, vielleicht 0.1 oder 0.2mm mehr). Der Schlitz müsste aber 14mm tief sein. Auch wenn ich das Teil von der Ober- und der Unterseite bearbeite, komme ich nur auf 12mm. Damit bliebe ein Steg von 2mm übrig.
Aber auf was ich hinaus will: die weniger mächtigen CAM Programme nehmen oft diese Einschränkung (hier von 6mm) gar nicht in Betracht und erzeugen pflichtgetreu Werkzeugpfade von oben bis ganz nach unten. Übersieht man das, ist der Fräser wieder einmal ab. Macht einem inzwischen nicht mehr so viel aus – schließlich ist es nicht der erste. Es geht halt ein wenig ins Geld – ein wenig mehr als ein versauter Druck. Der hier gezeigte Fräser kostet €3.43 das Stück (bzw. 10 Stück für €34.27). Die €3 entsprechen schon recht viel Filament, falls es sich um PLA oder PETG handelt.
.

Neues Zwischenspiel

Ich hatte eine Zeitlang genug mit den dutzenden Iterationen des Z-Spindel-Entkopplers und habe, spaß- und interessenshalber, das folgende Bauteil als Fräsvorlage verwendet:

SpindleFan.jpg

Das Ding sollte, in Wirklichkeit, gar nicht gefräst werden. Eigentlich habe ich vor, es aus TPU zu drucken. Es handelt sich um ein Gebläserad, welches auf die Spindel aufgesteckt wird. Es sollte einen Luftstrom nach unten, Richtung Fräserspitze, richten, der den Fräser kühlt und Späne wegbläst. Einige Besitzer der Carvera Air und der Carvera benutzen sowas seit Jahren.

SpindleFanCA.jpg

Ich werde so was vermutlich bei meinem Z1 auch einsetzen. (Es überraschte mich nicht, dass so viele in der Gemeinschaft auch 3d drucken.)

Jedenfalls war es ein Teil, der versprach, bei der Erzeugung von Werkzeugpfaden interessante Einblicke zu bieten. Und die Erwartungen wurden erfüllt.
In Makera Studio war das Ergebnis, nach langer Rechenzeit, so:

SpindelFan_Example.jpg

Es sieht doch recht gut aus, oder? Man könnte glatt versucht sein, los zu legen. Um Material zu sparen, habe ich die Konturen mit einem relativ kleinen Fräser machen lassen, hier 1.5mm.

Würde man tatsächlich so loslegen, wären alle möglichen Probleme zu erwarten, einige Schneidwerkzeuge wären wieder nur mehr für die Tonne geeignet, was die Brieftasche wieder schmälern würde, dafür wäre man aber einiges an Erfahrungen reicher (hoffentlich).

Sieht man sich die innere Bohrung an, scheint es, als ob der Fräser die Kontur, bis auf die feinen Nuten, sauber folgt.
Was jedoch tatsächlich passieren würde, kann ich nicht genau vorhersagen. Fakt ist, dass der Fräser unmöglich der Kontur folgen könnte. Zur Verdeutlichung hier ein Schnittbild, mit einem maßlich nachempfundenem Fräser:

MillingLimitations_SpindleFan_1a.5.jpg

Weil es nicht so deutlich ist, hier der wichtige Bereich:

Cutter&Fan__closeup.jpg

Oben, eingekreist, steht der Fräserschaft bereits am Bauteil an. Da der Fräserschaft in dem Bereich keine Schneide hat, kann kein Materialabtrag stattfinden. Da das Werkzeug dort schon ansteht, könnte der Bereich unten, zwischen den zwei Pfeilen, gar nicht entfernt werden. Der Werkzeugpfad möchte aber den Fräser dorthin führen. Ob das Werkstück deswegen Schaden nimmt, oder der Fräser, wird man nicht sagen können.
Jedenfalls erkennt Makera Studio dieses Problem gar nicht und zeigt ein säuberliches Fräsbild bis an das untere Ende der Bohrung.

Da muss man halt selbst mitdenken. Hätte ich einen noch feineren Fräser gewählt, sagen wir 0.9mm, hätte die Software gezeigt, dass die engen Schlitze alle bis auf den letzten perfekt freigefräst wurden. So schöönn!

Ach was! gesagt, getan. Hier mit einer 0.9mm Fräse (deren Scneidlänge nur 3mm ist):

SpindelFan_Example,0,9mmMill.jpg

Wie man sieht, die vielen kleinen Schlitze wurden anstandslos in der vollen Tiefe gefräst (Tiefe ca. 12mm), obwohl der Fräser nur eine Schneidenlänge von 3mm aufweist.

Also: Mitdenken ist immer angesagt.

Ich könnte jetzt, anhand dieses Werkstücks, noch einen kurzen Beitrag (hää... kurz? – eher nicht!!) schreiben, wo man die Bearbeitungsgrenzen der 3-Achs-Maschinen erkennen kann. Das Werkstück lässt sich nämlich nur auf einer (echten) 4-Achs-Maschine plus echter 4-Achs Software fräsen. Der Beitrag kommt vielleicht noch.

mjh11

Hier wird anhand des Spildelgeböäserads gezeigt, wo die Einschränkungen der 3-Achs-Maschinen liegen.

Hier sind gewisse Ähnlichkeiten mit den 3D Druck erkennbar. Eines der bekannten Begriffe beim 3D Druck ist 'Überhang'.
Aänliches gilt beim Fräsen - wenn ein Teil des Werkstücks vorragt, kann man von den Bereichen, die darunter liegen, kaum Material entfernen (außer mit teuren, speziellen Schneidwerkzeugen). Beim 3D Druck muss man oft dort Support unterbringen. Beim Lüfter/Gebläserad, wieder als Beispiel, zeigt das nächste Bild jene Bereiche, wo das Material nicht entfernt werden kann:

Unreachable#1.jpg

Der große, rote Bereich, rechts, wird von der Gebläseschaufel abgedeckt. Das ist einfach zu erkennen. Nicht so gut erkennbar ist der Bereich, der hinten, links vom Fräser, hervorschaut. Der Bereich wird von einem leicht vorstehenden Radiusauslauf abgedeckt.

AbschattungDurchVorsprung.jpg

Im Schnittbild, beim Pfeil sieht man den Vorsprung. Dieser entsteht durch einen großzügigen Radius wo die Schaufel am Zylindrischen Teil einmündet. Dieser Radius läuft praktisch von einer Schaufel bis zum nächsten (hier in blau hervorgehoben):

BereichderAbschattung.jpg

Damit ist der Bereich unter dem Doppelpfeil abgeschattet und nicht erreichbar.

Durch die Form des Werkstücks selbst, zusammen mit der Geometrie des Fräsers entsteht ein weiteres Volumen, das nicht zerspant werden kann. Zwei benachbarte Schaufeln überlappen sich geringfügig, siehe hier:

UnerreichbarVonUnten.jpg

Der Pfeil zeigt, wo die Hinterkante der einen Schaufel sich mit der Vorderkante der nachfolgenden Schaufel etwas überdeckt. Zum einen ist der Bereich darunter komplett unerreichbar. Was dazukommt, ist, dass der Fräser gar nicht die volle Tiefe erreichen kann, da er sonst beginnt, die eine oder andere Schaufel 'anzuschneiden'. Das kann man mit einem statischen Bild schwer darstellen. Obwohl ich eine Zeitlang es in CAD zu simulieren versuchte, ist es schwierig, für einen Außenstehenden zu sehen.

FraeserMussNachAussen.jpg

Der Blick ist von schräg unten. Man sieht, wie der Fräser praktisch schon an der linken Schaufel ‘knabbert‘ und oben schon an der Vorderkante der rechten Schaufel ansteht (Achtung: durch den Freiwinkel des Fräsers sieht es so aus, als ob noch etwas Luft wäre). Durch die Geometrie des Werkstücks und dem Durchmesser des Fräsers muss der Fräser immer weiter nach Außen ausweichen, je tiefer gefräst wird. Unten angelangt, taucht der Fräser nur mehr etwa zur Hälfte des Fräserdurchmessers in den Zwischenraum der Schaufeln ein.
Einiges vom rot gekennzeichneten Bereich kann man, durch Umspannen und durch neuerliches Fräsen von unten, noch entfernen. Unweigerlich bleibt ein Teil trotzdem unbearbeitet, als Folge der Überlappung der Schaufeln (im vorvorhergehendem Bild), zusammen mit den sonstigen Geometriebeschränkungen. Der beim Bearbeiten unerreichbare Teil sieht man in etwa hier im Bild, rot eingefärbt (wurde per CAD nachempfunden):

UnerreichbarMit3Achsen.jpg

Man kann ein wenig mit einem Kugelkopffräser dazu gewinnen, jedoch ist es meist so, dass das was man an der einen Seite gewinnt, man an der gegenüberliegenden Seite verliert. (Hinweis: mit Kugelkopffräser ist ein zylindrischer Fräser mit einer Halbkugel am Ende gemeint.)

Völlig bearbeiten ließe sich das Werkstück mit echter 4-Achs Unterstützung, und mit einer 5-Achs Maschine sowieso. Die derzeitige Software (Makera Studio) kann es zur Zeit nicht, auch Fusion, in der Gratisversion nicht. Mit der indexierten vierten Achse lässt sich eventuell mit viel Aufwand ein brauchbares Ergebnis erzielen (in Fusion). Makera Studio, in der derzeitigen Beta Vesion, schafft bei der Indexierung leider gar nur 90° Schritte. Da die Schaufeln (8 Stück) um 45° versetzt sind, wird es damit nicht gehen (ohne Schummeln).

mjh11

(das reicht einmal für eine Zeitlang...)

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