Ext. Start-Stop-Button für Mach3

Schon seit längerem wünschte ich mir einen externen START - STOP - Button direkt an der Fräse.

Der ist sehr nützlich, vor allen Dingen bei Serienfertigung von Teilen. Außerdem fungiert der STOP - Button bei mir in Verbindung mit Safe-Z auch quasi als Not- AUS.

Da ich mit Smoothstepper arbeite, hatte ich Port 3 noch komplett frei. So gestaltete sich die Verdrahtung sehr einfach.

Im Netz gibt es Folientastaturen mit 2 bis 4 Buttons für sehr wenig Geld. Die kann man mittels Doppelklebeband befestigen und bei Bedarf sogar parallel schalten. ( An größeren Portalfräsen kann es sinnvoll sein, mehrere Schaltstellen zu haben oder z.B. eine flexible am Ende eines Spiralkabels. )  Es sind auch weitere Buttons möglich. ( z.B. Programm-Rücklauf )

Die Konfiguration erfolgt dann sehr einfach über config ports&pins:

Input Signals:

Bei mir waren OEM Trig # 8 bis 15 noch frei. 

Ich habe 8 und 9 gewählt und als Pin 10 und 11.

( Entsprende grüne Häkchen nicht vergessen, um das Ganze zu aktivieren. )

System Hotkeys:

Dort wird jetzt eingetragen, welchen Befehl in Mach3 bei Drücken des Buttons ausgeführt werden soll.

Bei OEM 8 habe ich 1000 für START und bei OEM 9  1003 für STOP eingetragen.

Damit ist die Konfiguration auch schon abgeschlossen.

Umbau auf 80 mm-Spannhals für Chinaspindel

Um eine 80 mm - Frässpindel an der Fräse montieren zu können, habe ich mir einige Teile aus Stahl und Aluminium angefertigt. Man sieht diagonal von links oben nach rechts unten die Tragplatte und 2 Distanzplatten. Hintergrund ist, dass durch Weglassen oder Hinzufügen von Distanzplatten der begrenzte Verfahrweg der Fräse in Y für Spezialfälle angepasst werden kann. Alle Platten haben eine Stärke von 30 mm. Der Spindelhals ist ein Zukaufteil von Sorotec.

Zunächst musste aber die Grundplatte für den Drehzapfen des Z-Schlittens hergestellt werden.
( Hier schon am Schlitten verschraubt. )
Am oberen Ende des Z-Schlittens sieht man übrigens die Distanzplatte und das Abdeckblech für die Z-Kugelumlaufspindel.

Die X- und Y-Spindeln sind zumindest von oben her staubgeschützt, nicht jedoch die Z-Spindel.
Hier noch Detailfotos der angefertigten. Bauteile.

Auf der Grundplatte wird zuerst die Tragplatte verschraubt.

Es folgen die Distanzscheiben und die Spindelhalterung.

Konfiguration des Frequenzumrichter HY02D223B für 2,2 kW Frässpindel

Parameter   Wert      Bezeichnung           Bemerkungen

PD 001	1	Steuerung Spindel ein/aus	Ext. Steuerung durch Schließkontakt ( von Mach3 )
PD 002	1	Steuerung Frequenz	Ext. Steuerung durch 0-10 V Signal ( von Mach3 )
PD 003	400	variable Frequenz über Tipptasten am FU	Nur wirksam, wenn Frequenz am FU geregelt wird. Bei PD 002 = 1 kommt Steuersignal von Mach3
PD 004	400		Maximalfrequenz des Motors ( analog PD 072 )
PD 005	400		Max. Frequenz des Frequenzumrichters
PD 007	0,5	Min. Frequenz	Beeinflusst V/F- Steuercharakteristik
PD 008	220	Max. Spannung	Beeinflusst V/F- Steuercharakteristik
PD 009	15	Mittelspannung	Beeinflusst V/F- Steuercharakteristik
PD 010	8	Min. Spannung	Beeinflusst V/F- Steuercharakteristik
PD 011	1	Min. Drehzahl der Spindel ( analog PD 073 )	Kann frei gewählt werden ( in Hertz )
PD 013	0		Wenn hier 8 eingetragen wird = Reset auf Werkseinstellung
PD 014	12	Beschleunigungszeit	Zeit bis zum Erreichen der eingestellten Drehzahl
PD 015	12	Verzögerungszeit	Zeit bis zum Stillstand
PD 044	1	Für Fernsteuerung ein/aus Befehl	Signal für M3 ( Rechtslauf ) kommt von Mach3 ( analog PD 001 )
PD 072	400		Maximalfrequenz des Motors
PD 073	1		Niedrigste Drehzahl ( frei wählbar )
PD 141	220		Nennspannung des Motors
PD 142	8,5		Nennstrom des Motors
PD 143	2	Polzahl des Motors	( nicht der Anschlusskabel !!! )
PD 144	3000		Drehzahl des Motors bei 50 Hz

Anmerkungen:

PD 001 und 002, Wert 1 bewirkt die Fernsteuerbarkeit von:

Maschine Rechtslauf ein ( Befehl: M3 ), und Drehzahl ( Befehl:S ) aus Mach3. 

PD 007 bis PD 010 sind Werte zur Festlegung der Spannungs-/Frequenz- Steuercharakteristik. ( laut Bedienungsanleitung zum FU ).

Die Werte hier sind zuständig für möglichst konstandes Drehmoment.

( alternativ kann man das Drehmoment im unteren Bereich absenken oder weiter anheben.

PD 011 ist die min. Frequenz für den Motor. Diese ist hier zwar nicht zum Fräsen nutzbar, zeigt aber die Drehrichtung an. Der Steuerspannung 0-10 V ( die von Mach3 generiert wird )

entspricht dann der Frequenzbereich 1-400 Hz.

PD 014 und 015 sind Hochlauf- und Verzögerungszeit , um die Spindel zu schonen. Kann frei gewählt werden.

PD 072 - 144 sind die Daten des Motors laut Datenblatt.

2,2 kW Frequenzumrichter von Huanyang

Der Frequenzumrichter ( kurz FU ) aus dem Bundle macht einen sehr guten Eindruck und darf als echtes Schnäppchen bezeichnet werden. Geradezu top ist die mitgelieferte Dokumentation, die es zwar nur in englisch gibt, dafür aber ansonsten vorbildlich ist.

Die meisten der 250 möglichen Parameter müssen nicht verändert werden. Ich möchte Spindel und FU an Mach3 betreiben. Dazu müssen einige wenige Parameter angepasst werden. Eine sinnvolle Werkseinstellung für die mitgelieferte Spindel ist bereits im Gerät hinterlegt.

Zur Elektrik:

Im Netz las ich, dass man den Anschlussstecker der Spindel aus Sicherheitsgründen tauschen sollte. Ich halte das für übertrieben. Wenn ich ihn tausche dann gegen einen Industrie-Steckverbinder ( z.B. Schaltbau M1 ).

Wirklich kritisch ist allerdings die fehlende Erdung der Spindel. Da muss man unbedingt  nachrüsten. 

Ein entscheidendes Thema ist die Störstrahlung, die naturgemäß von jedem Frequenzumrichter ausgeht und alle möglichen Geräte im eigenen Haushalt und im weiteren Umkreis stören kann.
Unabdingbar ist daher zumindest ein Netzfilter direkt am Eingang des FU. Auch sollte die Zuleitung zur Spindel geschirmt sein. 
Üblicherweise werden Energiekabel nicht paralell mit Steuerleitungen verlegt. Bei einer Portalfräse mit Schleppkette bleibt aber zumindest ein Stück weit nichts anders übrig.
Ich verwende daher das Lapp Ölflex FD Classic 810 CY 4 x 1,5 mm² , das zudem ölfest und schleppkettentauglich ist. 
FU, Netzfilter ,Sicherung und Schalter werde ich später in einen kleinen Schaltschrank aus Stahlblech montieren.

Chinesische 2,2 kW-Frässpindel

Seit gestern bin ich stolzer Besitzer einer sog. Chinaspindel, die ich im Bundle zusammen mit dem passenden Frequenzumrichter in Ebay erwarb. Genau gesagt das Modell HY 2,2 kW des chin. Herstellers Huanyang.

Diese Kombination wird von mehreren Anbietern zu Preisen zwischen 240 und 300 Euro vertrieben. Am gebräuchlichsten ist  die Version mit ER 20 Spannzangen nach DIN 6499B.
( nahezu baugleiche Motore gibt es auch mit 1,5 kW und ER16 bzw. ER11 )
Ich habe mich für die 2,2 kW-Version mit ER20 entschieden, um eventuell auch mal größere Fräser spannen zu können. 
Leider gibt es im Netz auch technisch deutlich einfachere chinesische Plagiate des Originals. (  zum ähnlichen Preis!!! )  Allerdings sieht das Gehäuse des Frequenzumrichters dann etwas anders aus. ( Das Foto oben zeigt das Original )
Die Frässpindel gibt es in einer wassergekühlten und in einer luftgekühlten Variante. Das untere Lager besitzt nur eine einfache Labyrinthdichtung. Wer Holz oder Kunststoff fräst sollte eher die luftgekühlte Variante wählen, da die Kühlluft das Gehäuse durch die Labyrinthdichtung wieder verlässt. Wer auf effiziente Kühlung wertlegt, sollte eher zur wassergekühlten Variante greifen.
Die Spindel macht einen soliden Eindruck. Der Konus für die Spannzange ist ordentlich geschliffen, die Spannmutter gewuchtet. ( Die mitgelieferte 6 mm Spannzange ist allerdings sehr grob gefertigt, läuft aber gut rund. ) Ich werde demnächst den Rundlauf im Konus und außen am gespannten Werkzeug vermessen. Der Hersteller gibt als Toleranz 0,01 mm an. Man wird sehen. ..... Die Toleranz liegt tatsächlich bei 0,01 mm. Wirklich erstaunlich bei dem Preis. 

Die BF20 von Optimum ist eine preiswerte, solide mittelgroße Fräsmaschine, die sich sehr gut zum Umbau auf CNC eignet. Ein Wunder an Präzision darf man angesichts der Preises aber nicht erwarten.
( Wer auf ein mehr wert auf Präzision legt, sollte besser zur Ceriani David 400 greifen. Die kostet dann allerdings auch das 3-fache und der Aufwand zum Umbau auf CNC ist deutlich größer als bei der BF20. )

Ich habe den CNC-Umbausatz von Christoph Selig verwendet. ( mechanischer und elektrischer Teil haben etwa 3000 € gekostet. Anm.: Herr Selig hat seine Firma aus Altersgründen verkauft. Die mechanischen und elektronischen Komponenten sind nicht mehr erhältlich. Die komplette Dokumentation ist aber nach wie vor auf der Seite "www.einfach-cnc.de" einsehbar.)

Die BF20 hat den Vorteil, dass sie mit einem Minimum an zusätzlich anzufertigenden mechanischen Komponenten auskommt. ( Wer eine größere Fräse und Drehbank besitzt kann das selbst erledigen. )
Vom Motor und Getriebe her ist die Fräse mit 850 Watt Eingangsleistung etwas schwach auf der Brust. Wer größere Teile aus Stahl bearbeiten will, sollte über die Anschaffung eines Drehstrom-antriebs nachdenken.

Angenehm ist, dass man die Maschine in handliche Stücke zerlegen kann. ( Kein Teil wiegt mehr als 30 kg. Das ist für die Leute wichtig, die ihre Werkstatt im Keller haben. )

Der erste Schritt war, die Maschine komplett zu zerlegen und Führungen und Gewinde zu reinigen.
Der Fräskopf kann sehr leicht gegen einen Adapter für eine Frässpindel ausgetauscht werden. ( Das von Optimum erhältliche Teil kann allerdings nur Eurohals, also 43 mm spannen. Um eine 80mm Spindel zu verwenden war hier also ein Adapter in  Eigenkonstruktion fällig. Der Aufbau sollte modular erfolgen, um
die Ausladung an verschiedene Erfordernisse anpassen zu können.