Die Verwendung von CNC-Werkzeugmaschinen für den Modellbauer

ComputerNumericalControl - das Zauberwort für reproduzierbare Genauigkeit bei der Anfertigung von Dreh-, und Frästeilen.

 

In der Industrie längst zum Alltag gehörend, haben sich einige Hersteller auf "kleinere" CNC-gesteuerte Maschinen spezialisiert und kommen jetzt auch Modellbauer immer mehr in den Genuß dieser modernen Technik.

Gerade Modellbauer - egal welche "Disziplin" (Modellbahn, Schiffsmodellbau, Modellfliegen, Dampfmodellbau) sie bevorzugen - sind es gewöhnt, "Alles selbst zu machen". Hier haben sie Gelegenheit dazu - von der Konstruktionszeichnung (CAD-Programm) am Computer bis zum fertigen Bauteil haben sie die volle Kontrolle !

 

doch Halt - nicht so schnell ! - ich möchte den "Unerfahrenen" hier den Ablauf einer Fertigung von Teilen mittels CNC auf einfache und verständliche Art erklären.

 

Die Reihenfolge ist stets = CAD-Zeichnung > *.DXF Datei > Dreh-, oder Fräsprogramm > Teilefertigung auf der Maschine

 

1.Schritt = erstellen der CAD-Zeichnung:=ComputerAidedDesign

 

Es beginnt (normalerweise *) immer mit einer Zeichnung im CAD-Programm am Bildschirm. CAD-Programme gibt es mittlerweile "wie Sand am Meer" - vom (für den Modellbauer wahrscheinlich zu teuren) AutoCad-14,  zum (schon eher bezahlbaren) Autocad LT bis zum (preisgünstigen) AutoSketch aus gleichem Haus. Neben AutoCad gibt es eine ganze Reihe von guten bis sehr guten Zeichenprogrammen die man verwenden kann. Wichtig ist nur, daß man die Bauteile im Maßstab 1:1 zeichnen und speichern kann.

Mehrere Exportmöglichkeiten (Umwandlung zumindest in DXF-Format sollte möglich sein !) sollten vorhanden sein. Alle CNC-Programme können dieses Grafik-Format "lesen" und in eine "systemeigene" (eigene Dateiendung) Fräs-, oder Drehdatei umwandeln und damit den gewünschten Bauteil fertigen.

Eine Reihe von Hilfsprogrammen steht zur Verfügung um auch andere Datenformate aus einer *.DXF - Datei zu generieren. Wichtige Voraussetzung ist aber immer, daß die CAD-Zeichnung MIT PRÄZISION erstellt wird ! Linien (Konturen) + Kreise (Bohrungen) dürfen nicht "freihändig" gezeichnet werden oder unterbrochen sein.

 

Welche Informationen sind in der Zeichnung enthalten bzw. was wird gespeichert ? 

 

wenn wir einen Bauteil zeichnen, gehen wir von einem ersten Bezugspunkt aus (z.B. 0,0) d.h. wir starten "in der linken, unteren Ecke" des "Zeichenblattes". Ziehen wir einen Strich (eine Linie) von links nach rechts (mit Längenangabe) so bewegen wir uns in der "X"-Achse. (wird einmal die Längsseite des Frästisches)

Ziehen wir einen Strich (eine Linie) von unten nach oben (mit Längenangabe) so bewegen wir uns in der "Y"-Achse. (wird einmal die Breitseite des Frästisches)

Das CAD-Programm speichert (in Zahlen) Start-. und Endpunkt (damit Länge und Richtung der Linie). Daher ist es so wichtig, daß MIT PRÄZISION gezeichnet werden muß ! die nächste Linie MUSS EXAKT am Ende der vorherigen Linie starten - nur so vermeidet man Unterbrechungen !

stellen Sie sich immer vor - in der Maschine wird der Fräser GENAU den von Ihnen gezeichneten Weg abfahren ! ist die Linie unterbrochen, "weiß er nicht mehr weiter" !

Bohrungen werden als (exakte) Kreise gezeichnet und gespeichert. Je nach Maschine und Werkzeug werden sie später gefräst oder gebohrt. Grundlage ist aber auch hier DER MITTELPUNKT des Kreises bzw. seine Koordinaten auf der X und Y - Achse.

 

Es ist also ein Koordinaten-System nach dem die Schrittmotoren in der X-Achse und in der Y-Achse bewegt werden.

Die 3.Achse ist die "Z"-Achse - damit wird die Frässpindel bezeichnet. Durch die Ansteuerung der Z-Achse wird die Bearbeitungstiefe des Werkzeugs bestimmt.

Diese 3. Ebene können wir im CAD-Programm nicht zeichnen - sie wird im jeweiligen Fräsprogramm eingestellt und festgelegt ! 

 

* es gibt auch Fräs-, und Drehprogramme in denen DIREKT (ohne CAD-Programm) gezeichnet werden kann.

 

2. Schritt = *.DXF - Datei wird weiterverarbeitet

 

Grafik-Dateien mit der Endung *.DXF dienen dem Datenaustausch zwischen CAD-Programmen und CNC-Steuerungsprogrammen. Mit jedem Texteditor lassen sich die Zahlenreihen bzw. "Anweisungen" sichtbar machen.

 

Ein weiteres Datenformat stellt der "G-Code" nach DIN-ISO 66025 dar. Hier kann man die Steuerdaten direkt in einen Texteditor eingeben. Diese direkten Maschinen-Anweisungen (nach genau festgelegtem Schema) steuern die Schrittmotoren der verfügbaren Achsen usw. Die Firma HSE (M.POTTHOFF) in D-51766 Engelskirchen bietet für Interessenten eine DEMO-Version ihres DIN-PLUS Unterprogramms zu PCDreh 3.0 an.

Auf meiner HP haben Sie die Möglichkeit das Hilfsprogramm ACE downzuladen. Dieses kleine (kostenlose) Programm wandelt die *.DXF-Datei in den G-Code um.

 

In unserer CAD-Zeichnung bzw. der daraus erstellten DXF-Datei haben wir die Form unserer Bauteile, die Bohrungen usw. gezeichnet. Das genügt aber noch nicht um die Werkzeugmaschine zu steuern !

Diese Anweisungen müssen jetzt im eigentlichen Dreh-, oder Fräsprogramm - mit welchem die Maschine gesteuert wird  - mit zusätzlichen Informationen ergänzt werden um das gewünschte Bauteil fertigen zu können.

Welche (grundlegenden) Informationen fehlen noch ?

 

1. - Material (Art, Größe und Materialstärke)

2. - Fräser-Durchmesser

3. - Werkzeugdrehzahl

4. - Vorschubgeschwindigkeiten (X und Y Achse)

5. - Eintauchtiefe der Z-Achse

6. - Bearbeitungs-Konturen (innen, außen oder direkt auf der Linie) -

7. - Reihenfolge der "Abarbeitung" der Fräsvorgänge - logischerweise ist die Außenkontur d.h. der "Ausschnitt" des Bauteils aus der Materialplatte der letzte Arbeitsgang !

 

3. Schritt = die Maschine fertigt unsere Bauteile

 

Für den Modellbauer gibt es eine Reihe von Möglichkeiten zu einer NC-gesteuerten Maschine zu kommen. Die (wahrscheinlich) billigste Methode ist, eine vorhandene Drehbank oder Fräsmaschine auf CNC-Steuerung umzurüsten. Die bisher verwendeten "Handräder" werden nicht mehr manuell, sondern durch geeignete STEPPER-Motoren bewegt. Passende Umbausätze werden dafür angeboten.

Ist dieser Weg nicht gangbar, weil keine der angeführten Maschinen vorhanden ist, bleibt Ihnen die Neuanschaffung nicht erspart.

Der Maschinenhandel bietet sowohl Drehbänke als auch Fräsmaschinen (in allen Größen !) an, welche bereits mit CNC-Steuerungen ausgerüstet sind, oder Sie entscheiden sich für eine Maschine für die es bereits angepasste Umbau-, bzw. erprobte Nachrüstsätze  am Markt gibt.

 

Ein wichtiges Kriterium bei der Maschinenwahl ist der künftige Verwendungszweck !

 

wollen Sie hauptsächlich Plattenmaterial verwenden (in der Härte von Balsa-Holz bis Messingblech) so sind Sie mit einer STEP-FOUR bestens bedient. Hier sind Maschine und Software bestens aufeinander abgestimmt - kommen sie doch aus gleichem Haus ! bei Verwendung einer massiven Aufspannplatte bzw. Nutenplatte kann man auch "Messingklötze" bearbeiten !

 

für die Bearbeitung von größeren Teilen aus Eisen und Stahl bleibt nur die Verwendung einer massiven Vertikalfräse. Das war auch der Grund für mich, eine GOLmatic - zusätzlich - anzuschaffen.

 

Wer Interesse hat sich mit der Materie näher zu befassen - hier einige, spezielle, LINKS für weiterführende Informationen:

 

STEP-FOUR - Flachbett-Fräsen

GOLmatic - Werkzeugmaschinen

HSE - CNC-Umbausätze und PCDreh - Software

CNC-Workstation - baut für Sie (und für mich) Maschinen auf CNC-Steuerung um

CNC-TECHNIK - einfach und umfassend erklärt

 

interessante CNC-Foren:

Peters CNC-Forum - hier werden Erfahrungen ausgetauscht und Hilfen geboten !

CNC-Arena - ein weiteres Forum 

 

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