CNC Portalfräs

Snabbfakta CNC Portalfräs

Användning: Introduktionskurs krävs inte. Intro till CNC rekommenderas.

Modell: Egenbyggd portalfräs CNC

Spindel: Vattenkyld

Arbetsyta: 835 x 885 mm (X x Y)

Arbetshöjd: ca 140 mm exkl arbetsmaterial och frässtål

Max hastighet X/Y: 4000 mm/min

Max hastighet belastad Spindel: 24000 RPM

Min hastighet belastad Spindel: 1000 RPM

Tolerans: ~0.1 mm

Styrsystem: LinuxCNC

Bokning: Nej

Kostnad: Gratis

Generell information

Det här är Stockholm Makerspace enda maskin som med CNC kan arbeta längs 3 axlar, X, Y och Z, i trä. Men den kan också användas för plast och aluminium.

För Trä och vissa plaster kan Redsail Laser vara ett alternativ om det räcker med två axlars arbete men lasern ger generellt även brända eller åtminstone mörka kanter i trä och klarar inte av aluminium. Laserskäraren har också en lägre kunskapströskel samt att det arrangerats introkurser till den oftare.

• Arbetsyta: 835x885mm
• Arbetshöjd: ca 140 mm (dra av arbetsmaterialets tjocklek och utstickande del av fräsverktyget för att få fram effektiv arbetshöjd, tänk också på ev fri höjd över arbetsmaterialet vid förflyttningar)
• Spindel: Vattenkyld + VFD HY03D023B
• Spännhylsor: ER20.
• Tillåtna material: Trä, plast och ickejärnmetaller
• Spånsug: industridammsugare

Designa för CNC-fräsning

Du måste (i de flesta fall) designa din sak i ett CAD-program, och sedan generera G-kod anpassad för LinuxCNC. Det finns tutorials för detta på YouTube, men det är mycket att lära sig.

Se även G-kod

Handhavande av maskinen

Innan du använder någon av CNC-maskinerna på makerspacet, läs artikeln CNC Intro som berättar vad som gäller för dessa.

Har du inte tidigare erfarenhet av CNC-maskiner så finns där också en startpunkt för dig att lära dig det.

1. Starta datorn och logga in som användaren CNC Router. Lösenordet står på skärmens kant
2. Fäst arbetsstycket
3. Montera hylsa och verktyg
4. Starta styrprogrammet LinuxCNC
5. Sätt på 400V på maskinens framsida
6. Starta fräsen i styrprogrammet (Power-knapp-ikon "Toggle Machine Power")
7. Home all
   1. Om knappen är avaktiverad, se till att du gjort steg 6. Annars, öppna högra luckan på portalfräsens front med nyckeln som finns vid gångjärnet på den vänstra luckan. OBS! Här inne finns högspänning. Om någon automatsäkring på DIN-skenan löst ut vid uppstart (brytaren pekar nedåt), återställ säkringen genom att flippa brytaren uppåt.
   2. Om maskinen startar, men nödstopp verkar aktiverat. Se till att vrida på alla nödstoppsknappar för att se till så att de inte är nedtryckta. Z-touch-proben kan också vara lite sticky i nedtryckt läge, vilket också aktiverar nödstopp. När den inte sitter fast ska den vara lite lätt fjädrande.
8. Importera din G-kod i LinuxCNC
   1. Klagar linuxCNC på en rad med kommandot G43 (tool length compensation), kan du troligen bara ta bort den raden från g-kodsfilen (går definitivt om du inte byter mellan olika verktyg i samma jobb).
9. Ställ in X, Y och Z för avsedd G-kod i LinuxCNC genom att förflytta dig till rätt punkt längs respektive axel och klicka på "Touch off" knappen för varje axel
10. Testkör ditt program med Z touch off gjord ovanför ditt arbetsstycke
11. Notera vart fysiska nödstopp sitter. Memorera LinuxCNC knappar på tangentbordet för Paus (P), Stopp (Esc) och Nödstopp (F1)
12. Starta programmet med "Play"-knappen i LinuxCNC.
13. Håll koll på maskinen tills arbetet är klart

Checklista innan du börjar fräsa

1. Sitter arbetsstycket fast ordentligt?
2. Är dammsugarpåsen full?
3. Är dammsugaren på eller satt att starta automatiskt i LinuxCNC?
4. Är draperiet stängt?

Material och hastigheter

Tabell över material och hastigheter som fungerat för medlemmar.

Material	Fräs diameter	Antal skär	Rotationshastighet	Axiellt angrepp (Depth of Cut/DOC)	Radiellt angrepp (Width of Cut/WOC)	Matning horisontellt mm/min	Matning vertikalt mm/min	Verktyg till försäljning som testats
Ek Limträ (Bauhaus)	16 mm	2	20 000 rpm	5mm		1700		Rakt 16mm skär som fanns vid portalfräsen
Bok Limträ (Bauhaus)	16 mm	2	20 000 rpm	5mm		1700		Rakt 16mm skär som fanns vid portalfräsen
Ek Limträ (Bauhaus)	6 mm	2	20 000 rpm	5mm		3000		Rakt 6mm skär
Ek Limträ	6 mm	2-3	10 000 rpm	4mm	6mm (slot)	1000	300
Ek Limträ	6 mm	2-3	10 000 rpm	5mm	2.4mm	2000	600
Bok Limträ (Bauhaus)	6 mm	2	20 000 rpm	5mm		3000		Rakt 6mm skär
MDF (22 mm)	6 mm	2	20 000 rpm	6 mm	6 mm (slot) + 3 mm (stepover)	3000	300	6mm down cut, dock dålig spån-evakuering!
Valchromat (16mm)	6mm	2	20 000 rpm	5 mm	6 mm (slot) + 3 mm (stepover)	3500 - 4000		6mm karbid, raka skär. Använde handblåsen för att få bort spån. Vid hastighet 1700 så började det ryka. 3000 är minimum tror jag och nästa gång kommer jag nog prova lite mer än 4000.
Polykarbonat (Biltema)	3 mm	1	18 000 rpm			1400	700	DSA1F-D3.1-L17

Förbrukningsmaterial

Som vanligt är medlemar själva ansvariga för införskaffande av förbrukningsmaterial för sina projekt. Det finns vissa material till försäljning på Stockholm Makerspace. Det finns även ett begränsat sortiment av fräsverktyg till försäljning.

Fästa material på bordet

Det är tillåtet att skruva fast skivor direkt i offerskivan på bordet med träskruv. Skruvarna får inte vara så långa att de går ner i den undre MDF-skivan.

Fräsning i arbetsmaterial fastskruvat endast i övre offerskiva

Lämpliga träskruvar för fästning.

Sätt aldrig skruvar där du ska fräsa! För att undvika detta kan du importera din g-kod, jogga fräsen till en plats där du inte kommer fräsa och sätta en skruv där.

Linjeringshörnet och Z-touch-off

Om du skall fräsa ut något där du inte behöver extrem precision mellan var fräsen är och ämnet, så kan man förenkla sitt liv väldigt mycket genom att använda linjeringshörnet och Z-touch-off.

Linjeringshörnet

Närmast och till vänster i bordet finns det skruvhål, och det finns en vinklad bit som (Lätt och bara med handkraft!) går att skruva fast i dessa hål. Den är anpassad så att innerhörnet i vinkeln ligger exakt 100x100mm från fräsens homing-position. Alltså kan man köra Home All och sedan göra en touch-off på X och Y med värdet -100 på varje så kommer 0-punkten att ligga precis i hörnet.

Portalfräsens linjeringshörn

Z-touch-off

När din frässtycke är monterat så kan du trycka på knappen Z Touch Off i LinuxCNC. Då kommer fräsen flytta sig bort till proben som sitter på bordets högra sida och sedan långsamt röra sig nedåt tills frässtycket träffar plattan. Sedan flyttar den sig tillbaka till där den startade. Systemet gör en automatisk touch-off som sätter 0-punkten på Z-axeln till wasteboardens ovansida.

Z-touch-off

Dammsugare

Dammsugaren är en DustControl DC2500. Den jobbar med en kombination av cykloneffekt och ett stort mikrofilter. Det är en industridammsugare som har rejäla genomskinliga plastpåsar man spänner fast med band längst ner på dammsugaren och enkelt byter. Manual

Byte av påse

Lossa spännbandet som håller fast påsen, byt till en ny påse som ligger under dammsugaren och spänn fast den.

På/avslagning av dammsugaren

Dammsugaren startas från LinuxCNC på datorn. Det går även att välja att den ska startas automatiskt när spindeln snurrar igång.

Dammsugare DustControl DC2500 till CNC Portalfräs

Dammsko

Skall användas vid arbete i trä och andra material som bildar damm i luften. Monteras av genom att först dra upp metallröret för dammsugningen och sen dra dammskon mot fronten på maskinen.

G-kod

Fusion 360 är ett bra program för att generera G-kod till Portalfräsen.

1. Se till att koordinatsystemet i din fil stämmer överens med axlarna i portalfräsen (se bilden nedan).

   

2. Generera g-kod för LinuxCNC från Fusion 360 genom att högerklicka på din setup eller passes och tryck Post Process.
3. I Post Process-inställningarna så måste du se till så att Radius Arcs är aktiverat, och att Allow helical moves är avaktiverat. Om detta inte är fallet så kan LinuxCNC ge ett felmeddelande när den försöker läsa din fil.
4. Överför g-kodsfilen till cnc-datorn (se separat stycke).

Föra över filer till datorn

För över filer genom att gå till http://10.20.0.61:8000/ när du är ansluten till makerspace nätverk. Där kan du ladda upp filer som hamnar direkt i mappen som linuxcnc visar när man ska öppna en fil.

Du kan även använda en USB-sticka. Datorn har usb-ingångar på höger sida. USB stickor hittas i /media/cnc/.

Styrsystem LinuxCNC

Styrsystemet kontrolleras av LinuxCNC 2.8 på en dator som sitter på väggen utanför draperiet.

Styrdator med skärm

När maskinen är korrekt inställd importerar du din G-kod i LinuxCNC, kontrollerar att det ser rimligt ut, flyttar fräshuvudet till startpunkten och sätter home för X, Y och Z axlarna. Slutligen startar du körningen härifrån. Det finns en mer detaljerad Getting started för LinuxCNC gränssnittet Axis som används.

Inloggning

Logga in som användaren CNC Router och ange lösenordet som står på skärmens ram.

Inloggningsruta.

Spindel

Hastigheter

Styrs av G-code "M01 sXXXXX" där XXXXXX 6000-24000rpm.

Byte av fräsverktyg

1. Stäng av CNC portalfräsen (400V) och i slå på "nödstoppet" i LinuxCNC
2. Lossa muttern genom att använda en 21mm och 30mm fast nyckel och vrid den åt vänster (medurs sett uppifrån)
3. Byt fräsverktyg
4. Skruva fast muttern

Städning

Dammsug alla åtkomliga ytor, innanför drapperiet samt vid datorn. Töm vid behov påsen till dammsugaren. Slå av 400V på manöverpanelen på fräsen och stäng ner datorn. Torka av skärmen och datorn med en ren och torr trasa.

Configuration

This section contains information about how the CNC router is set up and configured. You do not need to know this to use it, but it is useful for maintenance.

Spindle VFD

The Spindle VFD controller is a BD600 from Folinn. It supports up to 3200 Hz (despite the manual claiming only up to 600 Hz, due to export regulations) in its V/F mode. Sadly its vector control mode only seems to support up to 320 Hz (seemingly an undocumented limitation).

The spindle itself is a G-penny BST2.2MC-80-24K spindle specced at 380v, 2.2 kw, 5.5A, 800 Hz, 24000 rpm for ER20 collets.

The BD600 VFD controller requires some configuration. Here is the one that was used during its initial set up. Note that the order of the commands is sometimes important:

Caption text

VFD Command	Value	Description
F00.28	1	factory reset
F05.00	47	map input pin S1: Emergency stop
F05.01	1	map input pin S2: Run
F05.02	2	map input pin S3: Reverse
F00.11	1	frequency reference resolution: 0.1Hz. Required to allow more than 300Hz output frequency
F00.00	2	speed control mode: v/f control
F00.01	0	command source: keyboard
F00.03	800	Max output frequency: N Hz
F00.04	800	Max run frequency: N Hz
F00.06	2	set frequency source: AI1
F00.10	800	keypad setting frequency: N hz
F00.14	0	acceleration time unit: seconds
F00.12	5	acceleration time: N sec
F00.13	5	deceleration time: N sec
F07.03	0011	LED Display running parameters: frequency
F07.12	0	number of decimal places on speed display: 0 decimal places
F02.01	2.2	spindle rated power: N kW
F02.02	800	spindle rated frequency: N Hz
F02.03	24000	spindle rated speed: N rpm
F02.04	380	spindle rated voltage: N V
F02.05	5.5	spindle rated current: N A
F02.37	2	dynamic self learning
RUN		run self learning
F00.01	1	command source: terminal control
F01.09	800	stop DC braking at max frequency
F01.10	0.3	start braking after N seconds
F01.11	100	N% braking current
F01.12	7	apply DC break for N seconds when spindle stops
F06.02	1	enable output relay TA-TB-TC when speed is reached
F06.03	3	enable output relay RA-RB-RC when fault occurs
F06.08	0.2	delay time for relay TA-TB-TC, to avoid relay chatter
F08.24	2	range of frequency reached detection, in percent, to avoid relay chatter
F00.17	8.0	set carrier frequency to N kHz. Ostensibly reduces noise, but didn't seem to affect much

Att göra

Vill du hjälpa till att förbättra CNC Portalfräsen finns uppgifter på Trello. För att få tillgång till Trello-boarden skriv ett meddelande i Slack kanalen #CNC

Tänkta framtida förbättringar

Inga av dessa förändringar är garanterade att göras. Vill du påskynda någon av dom kan du hjälpa till. Se Att göra

Vakumbord

Detta skulle hålla fast arbetsmaterialet med vakum så man inte behöver han en särskil platta att skruva fast sitt arbetsstycke i. Vakumpump finns inköpt.

Fjärde axel

En fjärde axel, "A" är planerad för att kunna rotera runt X-axeln. Hårdvara finns inköpt.

Fjärrkontroll 2.0

En fjärrkontroll av typen MPG (Manual Pulse Generator), VistaCNC P1A-SE finns inköpt av en medlem och kan komma att installeras i framtiden. Manual.

Bildgalleri

• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 

CNC Portalfräsens Historia

Denna fräs tillhörde Erik C, och det är från början ett hembygge från en medlem på elektronikforumet.com, som efter att personen byggde sin andra fräs blev slaktad på lite delar, och efter att han sedan flyttade utomlands såldes. Den hade då det mekaniska hyfsat klart, men det saknades bra linjärgejdrar på Y och Z, samt att singelmontaget av kulskruv på X var lite väl vekt. Under våren 2014 har Erik köpt nya linjärgejdrar till Y-axeln på portalen, och Erik C & Johan K har bestämt 2014-09-12 för att byta ut den centermonterade kulskruven under portalen mot två stycken nya med dubbla förspända muttrar för att öka styvheten och minska backlash. Ny Z-axel är ritad och kommer tillverkas framöver, men den som finns är bra nog för att börja med.

När den är igång så kommer man att kunna bearbeta skivmaterial av plast, trä och ickejärnmetaller upp till en storlek av ca 80x100cm.

Under flera år pågick arbete med portalfräsen och arbetet intensifierades i CNC slutet av 2018 och början på 2019. Under våren 2019 är maskinen tillgänglig att använda för medlemmar med tillräcklig kunskap.

Under 2020 köpte föreningen portalfräsen (och många andra maskiner) från Erik C.

Under 2021 uppgraderades spindeln till en ny och mer kraftfull vattenkyld variant. Flera andra förbättringar gjordes också, så som att dammsugaren och spindelhastigheten kunde styras direkt från LinuxCNC.

Under januari 2025 uppgraderades spindeln igen till en ny och mer kraftfull variant. Denna med 8 poler istället för 4, vilket gör den kraftigare vid lägre varvtal. Detta då kullagrena i spindeln från 2021 hade börjat gå sönder, och detta ledde till glapp och vibrationer. I samma veva så behövde VFDn bytas ut.

Ägandeförhållande

Denna maskin ägs av Stockholm Makerspace.