Wir konstruieren mit Hilfe des frei verfügbaren CAD-Programms FreeCad dieses einfache Teil:
Mit ihm wollen wir zwei kleine Linienlaser an der CNC-Fräse befestigen, sodaß man mit dem Kreuzungspunkt der Linien einfach einen bestimmten Punkt auf dem Fräswerkstück anfahren kann.
Mit FreeCad können viele unterschiedliche Aufgaben erledigt
werden. Dafür verfügbare Werkzeuge sind in Arbeitsbereichen
gruppiert.
Wir verwenden den Arbeitsbereich
Part Design , der seinerseits auf 2D-Skizzen des Bereichs
Sketcher basiert. Später werden wir den Arbeitsbereich
Path benutzen, um den Steuercode (g-code) für die
CNC-Maschine zu erzeugen.
In der FreeCad Grafikoberfläche kann man den gewünschten Arbeitsbereich in einer Scrollbar auswählen:
Darunter
sind in mehreren Abschnitten Darstellungs- bzw. Bearbeitungsoptionen
per Icon aufzurufen. Die Optionen werden wählbar, sobald sie
farbig hinterlegt sind.
Unten rechts gibt es eine
Auswahlmöglichkeit für verschiedene Operationsmodi der
Maus. Wir benutzen die Handhabung, die in Blender üblich ist.
Mit den Part Design Werkzeugen ist es möglich, aus 2D
Sketches 3D-Körper zu erzeugen.
Sobald man das Symbol „Neues
Dokument erstellen“ oben links anklickt, erscheint in der
sogenannten Combo-Ansicht die Aufgabe „Körper erstellen“.
Durch Klicken auf „Körper erstellen“ wird ein Datenblock für einen Körper erzeugt und die nächste Aufgabe „Skizze erstellen“ angezeigt.
Nach dem Klick auf „Skizze erstellen“ müssen wir
entscheiden, auf welcher Ebene der zu konstruierende Körper
ruhen soll.
Wir wählen die xy-Ebene:
Die Optionen können wir ignorieren.
Durch Klicken auf OK
gelangen wir nun in den Sketcher-Arbeitsbereich:
Unter den Symbolen für die Ansichtsoptionen in der zweiten
Symbolzeile erscheinen jetzt in Zeile drei die wichtigsten
Sketcher-Funktionen.
In der linken Hälfte die
Skizzengeometrien, rechts die Skizzenbeschränkungen, darunter
weitere Skizzierwerkzeuge. Eine vollständige Liste der Optionen
erhält man durch Aufklappen von „Sketch“ in der
obersten Zeile. Die Symbolzeilen können angepasst werden.
Die
Combo-Ansicht zeigt unter dem Reiter „Aufgaben“ den
Status der Zeichnung und die Möglichkeiten Werte zu
verändern.
Alle Details der Bedienung sind ausführlich
in der Sketcher-FreeCad-Dokumentation
beschrieben. Die Links dahin findet man unter „Hilfe“.
Wir beginnen jetzt mit der Konstruktion unseres Werkstücks. Die Zeichnung wird so gestaltet, dass später in einem Zug mit der Part-Design-Funktion „Aufpolstern“ ein Körper erzeugt werden kann. Die Bemassungen der Geometrie sind überschlägig, sie können später verändert werden.
Das schrittweise Vorgehen zeigen wir in unserer Veranstaltung: Ein Aussenkreis beschreibt den Umfang des Werkstücks. Zwei kleine Kreise erzeugen die Aussparungen für die beiden Strichlaser. Einige weitere Aussparungen ermöglichen den Einbau einer waagerechten Spannschraube zur Befestigung des Laserträgers an der Frässpindel:
Sobald die Skizze vollständig eingeschränkt ist, wird
sie hellgrün dargestellt. Das Sketcher-Fenster kann geschlossen
werden. Das würde ggf. auch mit unvollständiger
Einschränkung gehen.
Durch das Schließen gelangen wir
zurück zur Part-Design-Funktion.
Aus den angebotenen Aktionen wählen wir die Aufpolsterung durch Anklicken aus.
Die vorgeschlagenen 10mm können wir übernehmen, unser
Fräsmaterial ist ähnlich dick.
Durch Klicken auf OK wird
der Körper erzeugt.
Wenn wir die Ansicht im rechten Grafikfenster mit dem Navigationswürfel 45° um die y-Achse kippen, erkennen wir die erfolgreiche Aufpolsterung.
Für die folgende Ansicht schalten wir ausserdem die
Combo-Ansicht auf den „Modell“-Reiter um.
In dem
Bereich „BezeichnungenEigenschaften“ klicken wir das
Element „Pad“(Aufpolsterung) an. Jetzt sehen wir in dem
Elementenbaum die unterliegende Skizze.
Durch Markieren
(Anklicken) eines Elements und anschließendes Betätigen
der Leertaste kann man das Element im Grafikenster sichtbar oder
unsichtbar machen.
Jetzt wäre Gelegenheit den Elementen sprechende Namen zu
geben. Dazu kann für jedes Element mit der rechten Maustaste
ein Kontextmenü aufgerufen werden.
In der untere
Hälfte der Combo-Ansicht werden für das aktive Element
Daten zur Ansicht (z.B. Farbe, Transparenz) und zu den
Element-Eigenschaften angezeigt. Die Werte können hier geändert
und in das Grafikfenster übernommen werden.
Eine Sicherungskopie der FreeCad-Datei sichern wir unter dem Namen „LaserträgerV0“. Die Arbeitsdatei sichern wir als „LaserträgerV1“.
Nun können wir auf den Arbeitsbereich „Path“ umschalten.
Durch Klicken auf den Körper(Body) im Modell-Bereich der
Combo-Ansicht oder Doppelklicken auf die Darstellung im Grafikfenster
wählen wir unser Werkstück zur Bearbeitung mit den
Path-Werkzeugen aus.
Nun Erstellen wir eine Path-Operation (Job),
indem wir von den Path-Werkzeugsymbolen das erste links anklicken. In
der Benutzerdokumentation finden wir die detaillierte Beschreibung
der Funktion (noch in Englisch).
Im Popup Window bestätigen wir die Auswahl unseres Körpers „Body“ mit OK:
Als
Nächstes müssen wir weitere Job-Parameter
spezifizieren.
Unter dem Reiter Setup beschreiben wir, wie das
Fräsmaterial aussieht. Wir tun so, als hätten wir einen
Klotz, der an den Seiten 1mm größer ist als das Werstück.
Oben und unten setzen wir den Zuschlag auf null.
Der Reiter „General“ beinhaltet noch einmal den Job-Namen und das Basis-Modell und eine Schaltfläche zum Abspeichern der Job-Parameter als Vorlage.
Unter
dem Reiter „Output“ wird festgelegt, mit welchem
g-code-Postprocessor der FreeCad-interne g-code nachbearbeitet werden
soll.
Centroid ist eine funktionierende Wahl.
Die Angaben zur Output File bewirken, dass der g-code im gleichen Verzeichnis und mit dem gleichen Namen wie die FreeCad-Datei abgelegt wird.
Unter dem Reiter „Tools“ werden dem Job die benötigten
Fräswerkzeuge (Fräser, Toolbits) zugeordnet.
Die
vorhandenen Werkzeuge können aus einer Tool-Tabelle manuell
gewählt werden, die für die Installation einmal erstellt
worden ist (in FreeCad 018 mit dem Icon „Tool
Manager“, dem fünften in der Path-Werkzeug-Leiste.
Verbesserungen des Tool-Managers sind in neueren FreeCad-Versionen
enthalten) .
Der erste Fräser der Tool-Tabelle wird als
Default vorgeschlagen.
Wir klicken auf Add, um für unser Projekt den Fräser T5 aus der Tool Library auszuwählen.
Wir kreuzen Tool 5 an, drücken „Create Tool Controller(s)“ und verlassen die Tool-Library mit OK.
Jetzt können wir das Default Tool markieren und mit „Remove“
entfernen.
Wie man sieht, müssen wir für den Fräser
T5 noch Vorschubgeschwindigkeiten und Spindeldrehzahl angeben.
Mit
Hilfe der StepCraft
Fräsparameter errechnen wir für einen 3mm Fräser
in weichem Holz eine theoretische Drehzahl von 53000 U/min.
Wir
setzen statt dessen die maximale Drehzahl unserer Spindel von 20000
U/min ein und erhalten eine Vorschubgeschwindigkeit von 1400 mm/min
=23 mm/sec. Die maximale Verfahrgeschwindigkeit der Stepcraft beträgt
3000 mm/min = 50 mm/sec.
Wir selektieren Fräser T5 und
klicken auf Edit. Ins Fenster Tool Controller Editor tragen wir die
Werte ein und quittieren mit OK.
Leider werden Drehzahl und Schnellverfahrgeschwindigkeiten fälschlich nicht übernommen. Wir müssen die Werte über die Combo-Ansicht für den Job/T5 nachtragen.
Endlich
kommen wir zum Erzeugen der eigentlichen Fräs-Pfade.
Wir
beginnen mit der äußeren Kontur. Wegen des Schlitzes
gehört auch der innere große Ausschnitt dazu.
Dafür
benutzen wir dieses
Icon (gelb):
Nun werden uns weitere Optionen der Pfadgestaltung
angezeigt.
Deren Details besprechen wir in unserem Arbeitskreis.
Wenn wir die Vorgabewerte mit OK akzeptieren, wird uns sofort der
Verlauf der Fräs-Pfade angezeigt. Der Spannschlitz wird dabei
übergangen, weil er mit 2mm Weite konstruiert wurde und unser
Fräser 3mm Durchmesser hat.
Zur
besseren Sichtbarkeit habe ich hier den Körper (Body)
ausgeblendet. Durch Ein- und Ausblenden des Körpers erkennt man
deutlich den Versatz des Fräs-Pfades um den Radius des Fräsers
(wegen „Use Compensation“).
Die Fräsrichtung
verläuft im Uhrzeigersinn (Direction CW). Das Fräswerkzeug
T5 wird benutzt.
Die Werte für Höhen und Tiefen hat FreeCad aus der Werstück-Geometrie sowie Standardannahmen entnommen.
Zu den Höhen und Tiefen gibt es eine Darstellung in der FreeCad-Dokumentation.
Nun müssen noch die beiden Löcher für
die Linienlaser gefräst werden.
Dazu blenden wir den Körper
wieder ein und selektieren mit linkem Mausklick im Grafikenster die
kreisförmige Kante des einen Lochs.
Die Kante wird grün
markiert (ist selektiert).
In der Werkzeugleiste klicken wir auf das Icon „profile based on edges“ und erhalten die Parameterlisten für diese Operation.
Diesmal fräsen wir innen. Bei den Tiefen müssen wir
etwas nachhelfen. Die final depth setzen wir auf 0mm.
Da beide
Löcher mit den gleichen Parametern gfräst werden können,
markieren wir nun die Kante der zweiten Öffnung und klicken im
Fenster „Basisgeometrie“ auf „Hinzufügen“.
Wenn wir jetzt die Aufgabe mit OK abschließen, werden die Pfade für beide Löcher unter dem Ordner „Profile_Edges“ abgespeicher.
Wenn wir nun die Erstellung des CNC-Steuercodes (g-code) veranlassen würden, würden die Konturen ohne Halt in der Reihenfolge abgefahren werden, in der wir sie erstellt haben. Das heißt, zunächst würde der äußere Umfang ausgefräst. Damit würde natürlich das Werkstück seine Einspannung verlieren und die inneren Pfade könnten nicht gefräst werden.
Das Problem können wir umgehen, indem wir zunächst die
Laserträger-Löcher fräsen, einen Stop einbauen, das
Werkstück z.B. durch diese Löcher mit Schrauben befestigen
und dann die restlichen Konturen fräsen.
In der
Job-Baumstruktur aktivieren wir die „Operations“. Jetzt
können wir in der obersten Zeile des FreeCad-Fensters die Path
Werkzeuge und darin die „Supplemental Commands“
ausklappen. Hier klicken wir auf das „Beenden“ Ikon.
Durch einen Doppelklick auf „Operations“ öffnen wir die Liste der Operationen, die jetzt den Stop enthält. Hier ziehen wir den Eintrag „Contour“ nach unten.
Nun ist der Fräsvorgang definiert und die Daten können vom Postprocessor in ein g-code-Format entladen werden (1), das wir im WinPC-NC laden.
Bevor man das macht, könnte man noch einen Blick auf den g-code werfen (2) und/oder eine Simulation des Fräsvorgangs starten (3).
_____1____2__3
Wir erzeugen jetzt den g-code mit Icon 1. Den Speicherort können wir bestimmen und uns merken:
Zum Schluß zeigt uns FreeCad noch das g-code Ergebnis.
Mit der Bestätigung durch OK ist die Arbeit im FreeCad vollendet.