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Spindel senkrecht mit OpenCNCPilot

Die bereits beschriebene Idee, die Spindel bzw. die komplette Z-Achse senkrecht zur BearbeitungsflĂ€che unter Zuhilfenahme elektronischer Hilfsmittel einzustellen und dafĂŒr SerialComCNC zu verwenden, hat sich bei nĂ€herer Betrachtung als Sackgasse herausgestellt. SerialComCNC bietet in der aktuellen Version 2.5.x nicht die Möglichkeit, ĂŒber das Probe-Interface Messungen an verschiedenen Punkten durchzufĂŒhren. Man kann vermutlich ĂŒber die Makro-Funktionen Ă€hnlich vorgehen, wie unten fĂŒr OpenCNCPilot beschrieben, das habe ich aber nicht selbst getestet.

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

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

ZunĂ€chst mĂŒssen jedoch die Voraussetzungen fĂŒr die elektrische Erfassung des Moments der Kontaktgabe des MessfĂŒhlers mit der BearbeitungsflĂ€che geschaffen werden.

Mein erster Ansatz, den MessfĂŒhler (einen passend gebogenen Kupferdraht) isoliert in der Bitaufnahme der Spindel zu befestigen...

MessfĂŒhler isoliert

 

... und mit der Messspitze direkt den Alu-FrÀstisch 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 genĂŒgen Zeit, den Prozess manuell zu stoppen.


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

ohne Isolierung

 

Als KontaktflĂ€che dient derselbe WerkzeuglĂ€ngen-Sensor, der auch fĂŒr das Nullen der Z-Achse vor dem FrĂ€sen verwendet wird.

Der Sensor besteht aus einem einseitig kupferbeschichteten StĂŒck Platinenmaterial von ca. 0,6 mm Dicke, an das ein abgeschirmtes Kopfhörerkabel angelötet ist, dessen beide Signalleitungen an den Probe-Anschluss des GRBL-Controllers gefĂŒhrt sind. Die Abschirmung ist im Stecker mit Masse der FrĂ€se verbunden um Störungen zu verhindern. Auf der Platine ist die Schirmung ebenfalls angelötet, dient hier aber nur der Zugentlastung. Dieser Teil der Platine ist durch einen Graben in der KupferflĂ€che elektrisch gegen die TastflĂ€che isoliert.

Z-Sensor

 

Um dieses PlatinenstĂŒck als WerkzeuglĂ€ngen-Sensor zu verwenden, wird dessen Dicke entweder mit der BĂŒgelmessschraube oder mittels der von SerialComCNC zur VerfĂŒgung gestellten Messmethode bestimmt. Der erhaltene Wert wird in SerialComCNC eingegeben und gespeichert und in zukĂŒnftigen Z-Null-Fahrten ĂŒber den Befehl “UP” (Use Probe) berĂŒcksichtigt.

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

Über die SchaltflĂ€che “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.

Zur Messung...
Makro 1 wird an der höchsten Stelle des FrĂ€sbetts ausgefĂŒhrt. Dabei wird der Nullpunktsensor auf das Bett gedrĂŒckt, 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 OberflÀche des Sensors keinen negativen Einfluss haben.

Das sollte ĂŒbrigens beim Z-Nullpunkt setzen vor einem FrĂ€sjob ebenfalls berĂŒcksichtigt 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 fĂ€hrt die Z-Achse langsam nach unten, bis die Messspitze den Sensor berĂŒhrt. Die Z-Achse stoppt sofort und der Wert fĂŒr Z wird im Programm gleich Null gesetzt. EnthĂ€lt das Makro die dritte Zeile wie oben angegeben, fĂ€hrt die Z-Achse sofort nach der Nullstellung wieder 1 mm nach oben und man kann sofort die Tastnadel zur gegenĂŒberliegenden Messstelle schwenken.

Verwendet man Tastaturbefehle, ist zu beachten, dass normale Fahrbefehle wĂ€hrend der Kontakt zum Sensor noch geschlossen ist, sofort mit ALARM gestoppt werden, denn in diesem Modus ĂŒberwacht 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 gegenĂŒberliegende Seite des FrĂ€sbetts gedreht und hier das Makro 2 ausgefĂŒhrt. Makro 2 fĂ€hrt 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 der 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 mĂŒssen 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 FrĂ€sspindel klopfen um eine Änderung der Lage zu erreichen. Man muss bedenken, dass sich die Stellung der Spindel beim anschließenden Festziehen der Schrauben nicht mehr verĂ€ndert darf, zu locker dĂŒrfen die Schrauben also wĂ€hrend 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 durchgefĂŒhrt.

 

Jetzt verfÀhrt man entsprechend mit den Messpunkten vorne und hinten.

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

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NatĂŒrlich 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 FrÀsbetts wiederholen. Gegebenenfalls muss man Mittelwerte bilden, wenn sich z.B. unterschiedliche Werte am vorderen und hinteren Ende oder in der Mitte des FrÀsbetts ergeben.

Nachtrag
In der Praxis hat sich herausgestellt, dass die Reihenfolge der beiden Einstellungen wichtig ist. Beim VerĂ€ndern 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 FrĂ€sspindel.


FĂŒr beide Befestigungen ist es extrem hilfreich, wenn man einen guten T-Griff InbusschlĂŒssel 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 InbusschlĂŒssel zielfĂŒhrend bewegen zu können, man ist dauernd am Umstecken. Auch fĂŒr die Schrauben unterhalb der LinearlagerfĂŒhrungen ist der kurze Schenkel eines normalen InbusschlĂŒssels zu kurz.


Bliebe zu erwÀhnen, 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 fragwĂŒrdig, 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.


Nachtrag
Genervt durch das immer wieder auftauchende Problem der gewellten Platte, habe ich mich an Fa. Köhler gewandt und mir gegen Einwurf nicht unerheblicher Mengen kleiner MĂŒnzen eine passende, plan gefrĂ€ste T-Nut-Platte auf Maß anfertigen lassen.

plangefrÀste T-Nutplatte

 

plangefrÀste T-Nutplatte

 

Bei der Montage der neuen Platte habe ich dann festgestellt, dass der Rahmen des Untergestells nicht plan eingestellt ist, der Tisch wackelte ĂŒber die Ecken. Das habe ich also gleich mit behoben.

Viel wichtiger ist aber, dass offenbar die FĂŒhrungen der X-Achse in der Mitte durchhĂ€ngen. Ich vermute, das liegt an der sehr schweren HF-Spindel und den vergleichsweise dĂŒnnen Achsen auf denen der Y-Schlitten lĂ€uft. Die beiden Stahlwellen haben einen Durchmesser von 20 mm, nicht eben zierlich, aber offensichtlich immer noch zu schwach in der Kombination.

 


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