Update 15.05.2021

Mittlerweile haben wir das Handrad an der Maschine ausprobieren können. Fazit: Super! Die Einrichtung der Mach3 Brains (werden als ZIP Download auf dem Handrad mitgeliefert) ist in weniger als 10 Minuten erledigt und schon konnte es los gehen.

An den Komfort der kabellosen Bedienung hat man sich schnell gewöhnt. Auch das Display mit Anzeige der aktuellen Koordinaten sowie Klartextnavigation macht an der großen Maschine Spaß. Bisher mussten wir beim Einrichten immer wieder zur Steuerung laufen um die Achse zu Nullen oder mal ein Werkzeug zu wechseln.

Durch einen Zufall bin ich in einer Facebook Gruppe zum Thema CNC auf das tolle Handrad Projekt von Heiko aufmerksam geworden. Besonders daran: das Handrad kommuniziert via 2,4 GHz und MTU ModBus mit Mach3 (und theoretisch auch anderen Steuerungen wie Mach4 und Linux CNC) und lässt sich an vielen Stellen einfach an die eigenen Bedürfnisse anpassen.

Hier mal ein paar Infos zum Handrad… in Kürze gibt es dann auch noch ein paar mehr Details mit Video von der Benutzung. Wir werden außerdem noch ein eigenes Inlay mit Beschriftung für den unteren Teil des Handrads anfertigen.

Hinweis: Ich bin weder gesponsort noch erhalte ich irgend eine Gegenleistung – in diesem Artikel möchte ich einfach dieses interessante Projekt eines Elektronik Enthusiasten vorstellen.

Highlights

• Kabbellose über sichere 2,4 GHz Funkverbindung
• Steuert Mach3 über eine ModBus Verbindung an
• 13 Tasten (Davon 8 als Pfeil/Jogtasten für X/Y/Z angeordnet und 6 beleuchtet)
• Funktionsdisplay mit der Möglichkeit eigene Menüeinträge einzustellen und damit Macros zu starten
• Eingebautes simples Planfräsprogramm
• Werkzeugtabelle mit Klartextanzeige und Start eines bestehenden WZW Macros
• Konfiguration über WLAN / Ein Webinterface
• Akkubetrieb > 10 Stunden
• Kabellosem Aufladen (QI Ladestandard!)

Sicherheit

Bei Funkbetriebenen Steuerungen bin ich sehr skeptisch. Ich habe selbst schon erlebt, wie Funktastaturen beim Jog-Betrieb auf einmal nicht mehr gestoppt haben und Aktionen von billigen Handrädern zeitverzögert ausgegeben wurden (buffering). Grund dafür waren mangelnde Überwachung und Sicherheitseinrichtungen.

Das hier vorgestellte Handrad besitzt folgende Sicherheitseinrichtungen:

• Bi-Direktionale Funkverbindung. Stoppt bei einem Verbindungsabbruch automatisch die Bewegung
• Not-Aus Schalter
• Zustimmschalter für sämtliche Bewegungsfunktionen

Hardware

• Gehäuse aus ABS, 3D gedruckt
• 2 Drehencoder (Display & Achsen)
• 8 Edelstahltasten
• 1 Seitlicher Zustimmtaster
• 6 beleuchtete Tasten mit einstellbarer Farbe, 4 frei belegbar
• 3-Stufen Kippschalter für 1, 1/10, 1/100mm Verfahrweg je Click
• OLED Display
• Not-Aus Schalter
• Li-Ion Akku mit 2.000 mA

Konfiguration

Über den Computer (oder ein Mobiltelefon) lässt sich der eingebaute WLAN Hotspot im Handraf dazu verwenden, seine eigene Konfiguration auf das Handrad zu laden. Auch neue Softwareversionen können so sehr einfach eingespielt werden.

Entwicklung

Auf Basis meiner Wunschliste hat Heiko am Handrad noch ein paar Anpassungen/Verbesserungen vorgenommen.

Da ist zunächst, und kaum zu übersehen, ein Not-Aus Schalter. An der linken Gehäuseseite befindet sich außerdem noch ein Zustimmschalter, welcher bei jegilicher Bewegung (Encoder, Jog-Tasten und Bewegungsfunktionen) gedrückt sein muss. Somit werden ungewollte Bewegungen der Maschine verhindert.

Eine neue Funktion ist die Möglichkeit den Werkzeugwechsel vom Handrad aus zu initiieren (also M6 Tx aufzurufen). Dazu kann man auf dem Handrad auch die Klartextnamen der Werkzeuge hinterlegen – sehr praktisch! Aktuell sind bis zu 30 Werkzeuge möglich.

In Zukunft werden sicher noch weitere tolle Funktionen hinzugefügt.

Interesse?

Gute Nachrichten – das Handrad könnt ihr ab sofort als Bausatz (mit oder ohne 3D-Druckteile, für die Maker unter euch) käuflich erwerben. Der Preis bewegt sich im Rahmen von anderen Handrädern, jedoch bietet das Handrad von Heiko viele Zusatzfunktionen und ein top OLED Display.

https://www.cnc-handrad.de

Um die Benutz- und Bedienbarkeit zu verbessern spendieren wir dem Laser einige Upgrades – Diesmal ein erweitertes Bedienpanel.

Aktuell sieht das Bedienpanel noch folgendermaßen aus:

Oberfläche

Und so soll die Bedienoberfläche nach dem Umbau aussehen.

Von oben nach unten und links nach rechts:

• CO2 Feuerlöschfunktion. Noch in Arbeit.
• USB-A Buchse für USB-Stick
• Not-Aus Schlagschalter
• Schlüsselschalter mit Stellung Wartung/Aus/Betrieb. Es gibt drei verschiedene Schlüssel, welche jeweils eine der beiden Positionen oder beide Positionen schalten können. Das spart einen weiteren Schlüsselschalter für den Wartungsmodus
• Steuerung An/Aus
• Laser An/Aus
• Air-Assist An/Aus
• Lüftersteuerung
• Testschuss Laser

Meldeleuchten:

• Warnung Temperaturschwelle oder Minimaldruck externe Druckluftversorgung
• Lock-Out aktiv (z.B. Türe offen), Laser gesperrt
• Wartungsmodus aktiv, Türsicherung gebrückt. Nur über Stellung „Wartung“ am Schlüsselschalter und nur mit speziellem Schlüssel.

Befehls/Meldegeräte

Zum Einsatz kommen OKTRON Juwel von Schlegel. Die Elemente sind nur 25x25mm groß und es gibt unzählige Kombinationsmöglichkeiten von Schaltelementen, Tastelementen, Kalotten und Abdeckkappen. Genau das richtige um ein gutes Bedienfeld zu bauen.

Zufällig habe ich auf der Suche nach ähnlichen Projekten eine Bedienungsanleitung der Firma Trotec im Netz gefunden – hier kommt ebenfalls OKTRON Juwel zum einsatz…

Teileliste

Jeweils aus der Baureihe OKTRON Juwel von Schlegel

Basiselemente

• Not-Aus/Halt-Taste quadratisch (OKJUV)
• Schutzkappe (KDOKJ)
• USB-Buchse twin quadratisch (OKJ_USB)
• Meldeleuchte beleuchtbar quadratisch (OKJL4)
• Drucktaste beleuchtbar quadratisch (OKJT)
• Schlüsseltaste rastendverschiedenschließend quadratisch (OKJSSA31)

Kalotten / Abdeckungen

• Kalotte rot gewölbt transparentAusführung beschreib- und beleuchtbar (KOKFRT)
• Kalotte blau gewölbt transparentAusführung beschreib- und beleuchtbar (KOKJFBL)
• Tasterkappe weiß flach transparentAusführung beschreib- und beleuchtbar (T25FGWS)
• Tasterkappe rot flach transparentAusführung beschreib- und beleuchtbar (T25FGRT)
• Tasterkappe blau flach transparentAusführung beschreib- und beleuchtbar (T25FBL)
• Div. Bezeichnungsschilder mit Grafik-Symbol

Beleuchtung / Kontaktgeber

• Leuchtdiode für W2x4,6d Fassungultrahell 24V weiß mit Einweggleichrichter (L2X4,6-24UW)
• Tastkontaktgeber Not-Haltselbstüberwachend 2Ö + 1S Kontaktgeber AZ (AZOSOI)
• Leucht-Schaltkontaktgeber 2Ö + 2S Kontaktgeber B_439, beleuchtbar (BFL_439)
• Schaltkontaktgeber 1Ö + 1SKontaktgeber (BF)

Bearbeitung

Das Raster der Befehls- und Meldegeräte ist ziemlich dicht, die Stege zwischen den Ausschnitten entsprechend klein.

Für die Bearbeitung kommt Lasern sowieo Wasserschneiden aber auch Fräsen in betracht (Radius 2,5 mm = 5 mm Fräser).

Wir haben uns für den 3D Druck entschieden – gerade für Prototypen ist das die einfachste und günstigste Variante. Sollte man noch etwas verändern müssen ist ein neues Teil schnell gedruckt.

Den Druck übernimmt Fabian mit seinem Ender. Nach diversen Umbauten produziert der im Moment von allen unseren Druckern mit Abstand die besten Ergebnisse.

Wer Spaß am Nachbau hat: das STL ist hier verfügbar.

Zusammenbau

Mittlerweile sind die Befehls- und Meldegeräte angekommen. Zumindest Größtenteils. Ein paar Posten aus der Lieferung fehlen noch, leider ohne Ankündigung durch den Händler, welcher laut seinem Onlineshop eigentlich alles auf Lager haben sollte.

Wunderbar Schlank! Kompakter bekommt man so viele Funktionen wirklich nicht unter.

Auf dem Weg räumen wir gleich noch ein paar Dinge im Schaltschrank des Lasers auf und erweitern den Not-Aus Kreis um einen redundanten Sicherheitsbaustein.

Mehr dazu in Kürze an dieser Stelle.

Mittlerweile haben wir den Einbau des Bedienpanels begonnen. Nebenbei ist noch ein Amperemeter dazu gekommen, damit wir den maximalen Strom auf der Röhre überwachen können.

Die Anleitung steht hier im Wiederspruch zum Aufkleber sowie den Herstellerangaben – 23 mA vs. 20 mA vs. 27 mA. 27 mA stellt das Maximum der Stromversorgung (=100%) dar, wir arbeiten erst einmal mit maximal 23 mA.

Royal-CNC

Siegfried König mit seiner Software Royal-CNC war kürzlich zu Besuch. Über die Software hatten wir bereits ausführlich in einem eigenen Artikel im Detail berichtet.

Neben der sehr schnellen Installation und dem Setup gab es eine ausführliche Einweisung sowie etliche Praxistipps. Wir sind jetzt schon total begeistert von der Software und freuen uns vor allem auf die Features zur Werkstückantastung und zum automatischen Werkzeugwechsel.

Interesse an dieser tollen Software bekommen? Weitere Informationen zu Royal-CNC sowie den Kontaktdaten von Siggi findet ihr online unter www.royal-cnc.de.

Bedienpult

Die kürzlich vorgenommene Verlängerung der Versorgungsleitung mussten wir nochmal überdenken. Ursprünglich sah die Konstruktion eine USB Strecke von 2+5+2 = 9 m vor. Um das ohne größere Leistungsverluste oder Verrenkungen (Aktive USB Verlängerung oder USB auf RJ45 Extender) zu schaffen ist das Lenovo ThinkCentre M73 Tiny von der Schaltschranktüre „raus“ auf den Wagen gewandert.

(Älteres Foto mit fehlenden Kabeldurchführungen!)

An die neue Position passt der Rechner sich ebenfalls perfekt ein. Zum Schutz vor mechanischer Beschädigung sowie Spänen und Staub werden wir den gesamten Bereich noch mit Blech verkleiden.

Auch ein neuer Kabelschutzschlauch muss her. Das bisher verwendete Staubsaugerrohr war einfach zu kurz.

Etwas Zeit für die Kosmetik war auch noch übrig. Der Monitor befindet sich nun endlich in der Waage.

Cazeneuve HBX360: Zwischenstand

Auch bei unserem Drehbank Restaurationsprojekt hat sich wieder etwas getan. Der Schlosskasten und der Querschlitten sind wieder an Ort und Stelle und zusammen mit den lackierten Abdeckungen/Blechteilen kann man so langsam wieder von einer Drehbank sprechen.

Leider hatten wir keinen 2K Kleber mehr über, sonst wäre die Zug- und Leitspindel sicher schon wieder eingebaut.

Derweil geht es mit dem Schaltschrank nochmal in die 2. Runde. Dieser wurde in den über 40 Jahren Betriebszeit von der Firma Telemecanique, heute Schneider Electric, modernisiert. Leider liegt uns der Schaltplan nicht vor und so müssen wir bei Veränderungen sehr vorsichtig vorgehen. Die verschiedenen Netze mit 24, 240 und 400 Volt sind alle mit schwarzen Adern ausgeführt…

Für den ewig festsitzenden Spindelflansch gibt es nun einen zugegebenermaßen etwas grobschlächtigen Abdrücker

Eisenhamster

In einigen vorherigen Artikeln hatten wir bereits über dieses unliebsame Tier berichtet, heute haben wir seine Existenz auch beweisen können! Der Eisenhamster lebt in Werkzeugmaschinen und frisst oft jahrzehntelang und unbehelligt an Metallteilen rum.

Erst hatte ich Nagerbefall in der Werkstatt vermutet… Doch komischerweise waren die Überlassenschaften hochgradig magnetisch. Somit muss es sich eindeutig um den Eisenhamster handeln.

Auflösung: Es handelt sich bei den Kötteln um bis zur Unkenntlichkeit korrodierte Rollen eines Nadellagers. Schade! Die Geschichte mit dem Eisenhamster fand ich eigentlich besser.

Neue Hauptspindel

Das kleine Highlight kommt zum Schluss und beginnt erst Mal mit einer schlechten Nachricht.

Vor kurzem ist unsere 2,2 KW Chinaspindel ausgefallen. Zwar lief die Spindel noch, aber zum Start musste mit der Hand nachgeholfen werden… Anwerfen wie bei einem alten Doppeldecker, der rote Baron lässt grüßen. Vermutlich besteht das Problem bei einer der zwei Motorwicklungen.

Glück im Unglück! Über einen Freund konnten wir eine gebrauchte 3,8KW HSD Spindel mit automatischer Werkzeugwechselfunktion nebst passendem Frequenzumrichter kaufen. Die Spindel sieht noch ziemlich frisch aus und die Lager sowie Lüfter wurden getauscht. Für unsere Zwecke sollte das mehr als ausreichend sein und für viel Spaß sorgen.

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Auf beiden Seiten ziert nun ein Anschlussfeld mit Neutrik Einbaubuchen bzw. Steckern den roten Rahmen.

Was fehlt ist noch eine Abdeckung auf der Rückseite sowie ein Kabelschutzrohr. Früher hatten wir hierfür ein altes Staubsaugerrohr, welches leider zu kurz war.

Für die Abdeckung werde ich wohl die Unterseite eines o/8/15 Kunstoffgehäuses nehmen.

Herstellung

Erst wollte ich die Montageplatten ja lasern lassen… doch dann sind sie doch „Freestyle“ und ganz ohne CAD/CAM auf unserer konventionellen Korradi UW1 entstanden. Für diesen Anwendungszweck mehr als ausreichend.

Von der Verkabelung her ist die Konstruktion ebenfalls nur wenig spektakulär. Drehbare Durchgangsbuchen von Neutrik machen die Arbeit sehr einfach. Vorausgesetzt man hat für genügend M3 Senkkopfschrauben gesorgt…

PS: Der Ausschnitt für den Harting Stecker ist etwas grobschlechtig ausgefallen, da ich ein paar mal die Vorschübe bzw. deren Richtung verwechselt habe. Der Funktion tut das aber keinen Abbruch.

Ordnung!

Nebenbei war auch noch etwas Zeit für Ordnung. Projekte (und solche, die es mal werden möchten) kommen jetzt bei längeren Pausen in eine beschriftete Box. Alles was hier auf dem Bild zu sehen ist stand vorher im Arbeitsraum der CNC Fräse.

So geht es weiter

• Der Steuerungsrechner wird aufgrund der nun 9 Meter langen Strecke vom Schaltschrank direkt ans Bedienpult wandern. LAN lässt sich deutlich leichter über längere Strecken führen als USB.
• Siegfried König kommt vorbei und bringt seine neue Software Royal CNC mit.
• Wir arbeiten an einem Upgrade der Spindel. Zwischen 3 und 4Kw sowie mit automatischem Werkzeugwechsel
• Vier Kisten gebrauchte Werkzeugaufnahmen und Fräser, welche wir in Berlin erstanden haben, sind auf dem Weg in die Werkstatt
• Der Schaltschrank der Cazeneuve Hbx360 Drehbank wird wieder eingebaut
• Und vieles mehr. Vorbeischauen lohnt sich.

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Die Idee

Der schnöde Werkzeugwagen mit Spanplatte und billigen Inlineskater Rollen soll in einen höhenverstellbaren Programmier- und Bedienplatz umgebaut werden. So sah das bisher aus:

Der neue Arbeitsplatz bietet:

• Höhenverstellung, zur Verwendung als Steh- und Sitzarbeitsplatz
• Versenkter Einbau von Tastatur und Handrad, damit nichts mehr herumfliegt
• 10mm Rollen mit kugelgelagerten Drehkränzen für flüssigere Bewegungen
• Integration des bestehenden Werkzeugschranks als Ablage für Werkzeug und Ersatz/Wartungsteile

So in etwa soll das ganze aussehen:

Metallarbeiten

Die Konstruktion besteht aus 50x50x2mm und 30x30x1,5mm Stahlprofil und ein paar Abschnitten Flachmaterial.

Gleich zu Beginn der Aktion hatten wir mit der Metallsäge zu kämpfen, was uns gut eine Stunde gekostet hat. Irgendwie hatte der Vorbesitzer die Spindel des Schraubstocks ausgelutscht und bisher haben wir noch nicht geschafft für Ersatz zu sorgen. Mit Flachmaterial als Adapter hat ein einfacher Maschinenschraubstock Platz auf der Säge gefunden.

Schweißen (hier mit MIG) ist klar Fabians Gebiet. Hier entsteht gerade der untere Rahmen für den neuen Wagen.

Monitor sowie Tastaturtisch werden ergonomisch im 10 Grad Winkel angebracht.

Zugegeben, die Konstruktion ist mal wieder etwas massiv geworden und trägt locker einen 40 Zoll Röhrenfernseher

Auch beim anzeichnen von Befestigungslöchern wird natürlich auf Sicherheit gesetzt. Dabei sind nach neuster Erkenntnis zwingend Gehörschutz und feuerfeste Handschuhe zu tragen.

Elektro(nik)

Die alte Steuerkonsole wird erst mal demontiert und findet später ihren Weg auf die neue Montageplatte. Künftig sollen noch ein paar Funktionen nachgerüstet werden (z.B. Intervallauswahl für die Mindermengenschmierung).

Lackierung

Lackiert wird wieder in RAL 3002 Verkehrsrot mit 2K PU MIPA 250 50 Lack. Diesen hatten wir auch schon für die Unterkonstruktion der Maschine verwendet und sind damit sehr zufrieden. Für eine gerollte Lackierung ist die Oberfläche wirklich sehr gut und widerstandsfähig. Für kleinere Ausbesserungsarbeiten gibt es den Lack mittlerweile sogar in der Sprühdose.

Die Gleitflächen erhalten eine dreifache Nass in Nass Lackierung, da hier die größten Belastungen auftreten.

Holzarbeiten

Deckplatten und Tisch werden handfreundlich aus 15 bzw. 20mm MPX gefertigt. Für die Tastatur haben wir eine Vertiefung in die Platte gefräst, so dass diese flächenbündig eingebaut werden kann. So bleibt alles immer schön an seinem Platz.

Montage

Damit die Konstruktion nicht wackelt und sich trotzdem gut in der Höhe verschieben lässt, bringen wir im Rohr selbstklebende Teflonzuschnitte an. Diese hier waren eigentlich als Möbelgleiter gedacht. Zusammen mit der Lackierung und dem Teflon gibt es nur minimales Spiel, so dass keine weiteren Klemmungen nötig sind.

Als Rollen kommen 100mm Blue Wheels mit Drehkranz zum Einsatz.

Das Leitungspaket (übrigens von einem alten Staubsaugerschlauch umgeben) wird erst mal provisorisch befestigt, bis die Kabel everlängert wurden.

Endergebnis

Wir sind zufrieden mit unserem neuen Arbeitsplatz!

Am Ende hat die Platte noch drei Schichten Klarlack auf Acrylbasis bekommen, um Feuchtigkeit und Öl abzuweisen. Am liebsten wäre mir ein lösungsmittelhaltiger Lack gewesen, die scheinen jedoch im Baumarkt komplett ausgestorben zu sein.

ToDo

Bei Gelegenheit werden wir noch folgende Punkte erledigen…

• Einbau einer Gasdruckfeder, um das Heben/Senken zu unterstützen
• Schubladen Innenausstattung für Spannzangen und Fräser
• Ein paar neue Haken für die Lochwand des Stahlschranks
• Verlängerung der Leitungen um ca. 2 Meter für mehr Bewegungsfreiheit

Aktuelle Konstruktion

Holzreste und ein Werkstattwagen auf mini Rollen.

Neues Design

Abhilfe soll der Bedienplatz 2.0 schaffen! Hier eine schematische Darstellung im Ghetto CAD (PowerPoint).

Funktionen

Quasi das Pflichtenheft für das finale Design.

• Höhenverstellbarer Arbeitsplatz (Unterstützt durch Gasdruckfeder)
• Halterungen für Spannmittel, Werkzeuge, Fräser an der Seite
• Ablage für das Handrad
• Größere Auflageflächen aus lackiertem Massivholz
• Zwei Schuko Steckdosen mit Deckel gegen Schmutz & Späne
• Größere Lenkrollen (80mm)
• Griffe an mind. 2 Seiten um das Pult besser verfahren zu könne
• Getränkehalter (Muss wieder dran!)

Konstruktion

Die Unterkonstruktion wird aus 50mm Quadratrohr erstellt. Das habe ich gerade sowieso für den Bau einer Werkbank da.

Update vom Bau gibt es hier.

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Endschalter

Da wir letztes Wochenende im Testbetrieb schon Bekanntschaft mit dem Ende der Führungen gemacht hatten war für uns klar, dass vor weiteren Einstellarbeiten und Testen der Antriebe zunächst die Endschalter montiert werden müssen.

Auf der X-Achse (Portal) kommen insgesamt drei induktive Sensoren zum Einsatz, wovon zwei als Endschalter und einer als Referenzschalter dient. Den Referenzschalter haben wir eingeplant, damit wir nach einer Referenzfahrt über die Wegbeschränkung via Softlimits erst gar nicht die Endschalter aktivieren, da diese immer manuell einzeln freigefahren werden müssen. Das funktioniert an der Achse auch wunderbar. Beeindruckend ist beim absichtlichen hineinfahren in einen Endschalter der Bremsweg. Gefühlt bleibt die Achse sofort stehen.

Auf Y gestaltete sich die Befestigung der Sensoren etwas komplizierter. Hierfür haben wir uns Halter gedruckt, welche an einer Seite an das Portal angeschraubt werden und als Auslösefläche für die Induktiven Sensoren die Mechanischen Endanschläge der Achse nutzen.

Für die Endschalter in Z haben wir noch ein Feingewinde eingeschnitten und nutzen den Hiwin-Führungswagen als Auslösefläche. Hier haben wir noch ein paar Probleme mit Mach3, da wir gerne den unteren Sensor als Endschalter sowie als Referenzschalter nutzen würden. Hier wird sich aber bestimmt noch eine Lösung finden.

Signalsäule

Auch unsere Signalsäule hat nun ihren Platz am Portal bekommen. Der Halter hierfür wurde auch einfach gedruckt, da die kaufbaren Halter zu teuer und nicht chic sind.

Hier noch ein kurzer Zeitraffer des Druckes:

Bedienpult

Da wir provisorisch zum Testbetrieb ein Bedienpult benötigten habe wir und schnell eins zusammengeschraubt. Ein leerstehender Werkzeugwagen dient als Unterkonstruktion, darauf wurden Bildschirm und Bedienelemente verschraubt. Der Schlauch eines ausrangierten Staubsaugers dient als Kabelschutz.  Zu beachten ist auch die von André liebevoll gefertigte Colaflaschenhalterung, damit er seiner Arbeit an der Steuerung stets voll konzentriert und wach nachgehen kann.

Abdeckungen:

Des weiteren haben wir uns allen Abdeckungen angenommen, die es zu montieren galt. Die Führungen der Y-Achse sind nun endlich vor Staub und dreck einigermaßen geschützt, die Seitlichen Spänewannen sind fixiert und die Z-Achse wirkt mit der Edelstahlverkleidung direkt ganz anders. Diese wird jedoch noch von innen gedämmt werden, da sie zu viel mitschwingt.