Spindel senkrecht mit OpenCNCPilot

Die bereits beschriebene Idee, die Spindel bzw. die komplette Z-Achse senkrecht zur Bearbeitungsfläche unter Zuhilfenahme elektronischer Hilfsmittel einzustellen und dafür SerialComCNC zu verwenden, hat sich bei näherer Betrachtung als Sackgasse herausgestellt. SerialComCNC bietet in der aktuellen Version 2.5.x nicht die Möglichkeit, über das Probe-Interface Messungen an verschiedenen Punkten durchzuführen. Man kann aber vermutlich über die Makro-Funktionen ähnlich vorgehen, wie unten für OpenCNCPilot beschrieben, was ich aber nicht selbst getestet habe.

Das Programm OpenCNCPilot von Martin Pittermann stellt dem Anwender über die Macro-Funktion die Erstellung eigener Befehlsfolgen zur Verfügung.

Damit ist es ein Leichtes, passende Befehlsfolgen zu definieren, die bei der Messung zur Einrichtung der Spindel helfen. Dazu später mehr.

Zunächst müssen jedoch die Voraussetzungen für die elektrische Erfassung des Moments der Kontaktgabe des Messfühlers mit der Bearbeitungsfläche geschaffen werden.

Mein erster Ansatz, den Messfühler (ein passend gebogener Kupferdraht) isoliert in der Bitaufnahme der Spindel zu befestigen...

Messfühler isoliert

 

... und mit der Messspitze direkt den Alu-Frästisch zu kontaktieren, hat leider nicht funktioniert. Ich vermute, die Eloxierung des Aluminiums hat den Kontakt verhindert, das Probing hat nicht gestoppt.

Probe-Kontakt per Messstrippe

 Das andere Ende der weißen Messstrippe ist mit dem Probe-Kontakt am GRBL-Controller verbunden.

 

gefederte Messspitze

Da sowohl der Kupferdraht ausweichen konnte, als auch eine gefederte Messspitze zum Einsatz kam, ist nichts weiter passiert, ich hatte genügen Zeit, den Prozess manuell zu stoppen.


Da das Probing zur Einstellung der Z-Achse auf Null problemlos funktioniert, habe ich den Messfühler umgebaut und doch direkt und somit elektrisch leitend in die Bitaufnahme eingespannt.

ohne Isolierung

 

Als Kontaktfläche dient derselbe Werkzeuglängen-Sensor, der auch für das Nullen der Z-Achse vor dem Fräsen verwendet wird.

Der Sensor besteht aus einem einseitig kupferbeschichteten Stück Platinenmaterial von ca. 0,6 mm Dicke, an das ein abgeschirmtes Kopfhörerkabel angelötet ist, dessen beide Signalleitungen an den Probe-Anschluss des GRBL-Controllers geführt sind. Die Abschirmung ist im Stecker mit Masse der Fräse verbunden um Störungen zu verhindern. Auf der Platine ist die Schirmung ebenfalls angelötet, dieser Teil der Platine ist durch einen Graben in der Kupferfläche elektrisch gegen die Tastfläche isoliert.

Z-Sensor

 

Um dieses Platinenstück als Werkzeuglängen-Sensor zu verwenden, wird dessen Dicke entweder mit der Bügelmessschraube oder mittels der von SerialComCNC zur Verfügung gestellten Messmethode bestimmt. Der erhaltene Wert wird in SerialComCNC eingegeben und gespeichert und in zukünftigen Z-Null-Fahrten über den Befehl “UP” (Use Probe) berücksichtigt.

Dieses Verfahren hilft hier allerdings, wie bereits erwähnt, nicht weiter, weshalb wir uns dem Programm OpenCNCPilot zuwenden.

Über die Schaltfläche “Macro” werden zwei Makros folgenden Inhalts definiert:

“Probe and set Zero” mit den Befehlen (ist bereits als Beispiel in OpenCNCPilot enthalten):

  • G38.2Z-10F20
  • G92Z0
  • $J=G91F100Z1

sowie “Probe and Stop” mit dem Befehl:

  • G38.2Z-10F20

Hilfreich ist ein drittes Makro des Inhalts

  • $J=G91F100Z1

mit dem nach Ablesen des Messwertes die Z-Achse wieder um 1 mm angehoben werden kann. Man spart sich auf diese Weise das Wechseln in den Manuell-Modus.

Zu Messung...
Makro 1 wird an der höchsten Stelle des Fräsbetts ausgeführt. Dabei wird der Nullpunktsensor auf das Bett gedrückt, so dass er komplett flach aufliegt.

Sensor vorbereitet

 

Die Stelle auf dem Sensor, die hier verwendet wurde, sollte man sich merken. Sie wird bei allen nachfolgenden Messungen ebenfalls verwendet, damit eventuelle Dickenabweichungen entlang der Oberfläche des Sensors keinen negativen Einfluss haben.

Das sollte übrigens beim Z-Nullpunkt setzen vor einem Fräsjob ebenfalls berücksichtigt werden. Man kann z.B. mit einem Permanentmarker einen kleinen Kreis auf den Sensor malen, um den Hotspot zu markieren.

Beim Start des Makro 1 fährt die Z-Achse langsam nach unten, bis die Messspitze den Sensor berührt. Die Z-Achse stoppt sofort und der Wert für Z wird im Programm gleich Null gesetzt. Enthält das Makro die dritte Zeile wie oben angegeben, fährt die Z-Achse sofort nach der Nullstellung wieder 1 mm nach oben und man kann sofort die Tastnadel zur gegenüberliegenden Messstelle schwenken.

Verwendet man Tastaturbefehle, ist zu beachten, dass normale Fahrbefehle während der Kontakt zum Sensor noch geschlossen ist, sofort mit ALARM gestoppt werden, denn in diesem Modus überwacht GRBL den Sensor.
Abhilfe bringen hier die Jog-Befehle von GRBL 1.x. Diese ignorieren den geschlossenen Kontakt. Die manuellen  Fahrbefehle in OpenCNCPilot verwenden Jog-Commands von GRBL 1.1, das funktioniert also.

Jetzt wird der Sensor auf die gegenüberliegende Seite des Fräsbetts gedreht und hier das Makro 2 ausgeführt. Makro 2 fährt ebenfalls langsam die Z-Achse nach unten bis zum Kontakt mit dem Sensor. Allerdings wird jetzt nicht Z=0 gesetzt, sondern man kann die Differenz zur ersten Messung auf den Z-Achsenanzeige ablesen.
Diesen Wert schreiben wir auf.

Je nach Differenz erkennt man, ob die Z-Achse nach links oder nach rechts geneigt, oder - im Bestfall, beide Messungen haben den Wert Null ergeben - dass die Z-Achse seitlich senkrecht eingestellt ist.

Achtung, Reihenfolge der Justagen bitte vertauschen! Zuerst Vorne/hinten einstellen, dann seitlich.

Bei meiner LCF-1 müssen zur seitlichen Justierung der Z-Achse die beiden Schrauben hinten unten am Z-Schlitten gelöst (nur gelockert) werden.

Befestigung der Spindelaufnahme

 

Dann kann die Spindelaufnahme vorsichtig seitlich verdreht werden. Ok, da die Schrauben nicht komplett gelockert sind, muss man am besten mit einem Schraubedrehergriff oder Ähnlichem, vorsichtig gegen den oberen Rand der Frässpindel klopfen um eine Änderung der Lage zu erreichen. Man muss bedenken, dass sich die Stellung der Spindel beim anschließenden Festziehen der Schrauben nicht mehr verändert darf, zu locker dürfen die Schrauben also während der Justageprozedur nicht sein.

Das Spiel wird fortgesetzt, bis beide Messwerte auf Null stehen (oder der Unterschied akzeptabel gering ist).
Anschließend werden die beiden Schrauben wieder festgezogen und die Messung wird zur Kontrolle erneut durchgeführt.

 

Jetzt verfährt man entsprechend mit den Messpunkten vorne und hinten.

Meist wird die Spindel vorne nach unten hängen, man wird also zur Korrektur am unteren Ende des Z-Schlittens Blechstreifen oder Ähnliches passender Dicke einlegen müssen. Dazu müssen bei der LCF-1 die beiden Schrauben unterhalb der Linearlagerführungen gelöst werden.

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Natürlich sind andere Modifikationen zum Erreichen desselben Effektes denkbar, aber diese Schrauben sind am Einfachsten zu erreichen und interferieren nicht mit der Einstellung der Seitenneigung der Spindel.

Idealer Weise sollte man die entsprechenden Messungen an mehreren Stellen des Fräsbetts wiederholen. Gegebenenfalls muss man Mittelwerte bilden, wenn sich z.B. unterschiedliche Werte am vorderen und hinteren Ende oder in der Mitte des Fräsbetts ergeben.

Nachtrag
In der Praxis hat sich herausgestellt, dass die Reihenfolge der beiden Einstellungen wichtig ist. Beim Verändern der Neigung vorne/hinten verstellt sich die Drehung links/rechts wieder, man startet also mit der Einstellung vorne/hinten und justiert erst anschließend die seitliche Neigung des Frässpindel.


Für beide Befestigungen ist es extrem hilfreich, wenn man einen guten T-Griff Inbusschlüssel sein Eigen nennt, denn zumindest um an die Befestigungsschrauben der Spindelaufnahme zu kommen, muss die Z-Achse fast komplett nach unten gefahren werden. In diesem Zustand hat man keinen Spielraum um einen normalen Inbusschlüssel zielführend bewegen zu können, man ist dauernd am Umstecken. Auch für die Schrauben unterhalb der Linearlagerführungen ist der kurze Schenkel eines normalen Inbusschlüssels zu kurz.


Bliebe zu erwähnen, dass die T-Nutenplatten der LCF-1 leider alles andere als plan sind.

Nutenplatte der LCF-1 mit Stahllineal

Die Lichtstreifen unterhalb des senkrecht aufgestellten Stahllineals lassen erahnen, wie krumm die Platten sind.

Hier ein paar Nahaufnahmen vom linken Rand der linken Platte...

linker Rand

... der Mitte der Platte...

Mitte

... und dem rechten Rand der linken Platte:

rechter Rand

 

Die Sinnhaftigkeit der oben beschriebenen Maßnahme ist also solange fragwürdig, bis man diese Platte irgendwie zu einer Ebene geformt hat.

Im gegebenen Zustand muss man sich immer die Frage stellen, zu welcher “Ebene” denn die Spindel nun eigentlich senkrecht eingestellt wird.


 

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