Hackerspace Bremen e.V.

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====== CNC-Fräse Experimentierplattform ======

|**Inventarnummer** |noch nicht vergeben|
|Benutzbar für|Mitglieder(/Jeder?)|
|Einweisung benötigt|Ja|
|Ort|Werkstatt|
|Eigentümer|Verein|

===== Sicherheitshinweise! =====

<note important>Vor Bewegung der Fräse prüfen, ob der gesamte Bearbeitungsraum und alle Achsen frei sind (insb. Materiallager rechts von der Fräse)!</note>

<note important>Vor elektrischen Arbeiten die Steuerung von der Netzspannung trennen!</note>

<note important>Fräse nur dann von Hand verfahren, wenn die Schrittmotoren ("MOTOR X LI" etc.) nicht angeschlossen sind!</note>

<note important>Die Endschalter sind harte Anschläge, bei Betätigung geht die Steuerung in Nothalt und die Fräse kann nicht mehr softwareseitig verfahren werden!</note>

Im Fall einer Betätigung der Endschalter den Arduino vom PC trennen, Motoren von der Steuerung trennen und Fräse von Hand verfahren.


===== Checkliste zum Fräsen (Kurzanleitung) ======

  - Labornetzteil anschließen, 24V 2A sind ausreichend. Polarität beachten.
  - Arduino mit PC verbinden
  - Universal-G-Code-Sender o. ä. Programm starten (Verbinden mit 115200 Baudrate)
  - Mit ''G91'' in den relativen Koordinatenmodus wechseln
  - Mit ''G0 X//dx// Y//dy// Z//dz//'' den Fräser zum Nullpunkt bewegen
  - Mit ''G92 X0 Y0 Z0'' den Nullpunkt festlegen
  - G-Code-Datei laden (nicht senden!)
  - Taster "Spindel" betätigen
  - Spindel mit Schiebeschalter einschalten
  - G-Code-Datei senden

Ggf. vor Einschalten der Spindel den Fräser höher stellen und die Datei probehalber senden.

===== Ansprechpartner =====


===== Verbrauchsmaterial =====

Gegenwärtig ist vorgesehen, dass mit der Fräse Holz und Holzprodukte (z. B. MDF), Kunststoffe (inkl. Schaumstoffe) und GfK gefräst werden.

^ Material   ^ Fräserart                   ^ Fräsdurchmesser (mm)  ^ Zustellung Z-Richtung (mm) ^ Zustellung (µm)  ^ Drehzahl (U/min (Stufe))  ^ Vorschub (mm/min)  ^
| Sperrholz  | Zweischneiden-Schaftfräser  |                  2, 6 |                          2 |             10 |                21.000 (5) |                400 |

Der Vorschub ergibt sich aus Zustellung //z// je Schnitt, Drehzahl //n// und Schneidenzahl //i//:
//f = z · n · i//

Spannzangen für 8mm, 6mm und 1/8" sind vorhanden.

===== Dokumentation =====

==== Einschalten ====

  - Zunächst folgende Verbindungen prüfen und ggf. herstellen
      * Kaltgerätekabel zwischen Steckdose und ''230 V''
      * Kaltgerätekabel zwischen ''STEUERUNG''  und 24-V-Netzteil
      * Leitung mit weißem Stecker zwischen 24-V-Netzteil und ''24 V''
      * Kaltgerätestecker der Spindel und ''SPINDEL''
      * Alle Schrittmotoren (4-polige Aviation-Steckverbindungen)
      * Alle Endschalter (9-polige Sub-D-Verbindungen)
  - Der Notausschalter ist dauerhaft verbunden und muss ggf. gelöst werden
  - Wippschalter ''EIN AUS''  in Richtung ''EIN''  kippen
  - Taster ''STEUERUNG EIN''  betätigen
      * Die LED am mittleren Relais sollte aufleuchten
  - Taster ''SPINDEL EIN''  betätigen
      * Die LED am rechten Relais sollte aufleuchten
  - PC mittels USB-Kabel mit ''ARDUINO GRBL USB''  verbinden


==== Ausschalten ====

  - USB-Verbindung trennen
  - Wippschalter ''EIN   AUS'' in Richtung ''AUS'' kippen

==== Anschlüsse ====

==== Koordinatensystem ====

  *  Die **X-Achse** zeigt von links nach rechts.
  *  Die **Y-Achse** zeigt von vorne nach hinten.
  *  Die **Z-Achse** zeigt von unten nach oben.

Zusammen bilden die drei Achsen ein Rechte-Hand-Koordinatensystem (Daumen X, Zeigefinger Y, Mittelfinger Z).

==== Fräsen ====

Die Spindel wird manuell an der Vorderseite ein- und ausgeschaltet. Die Drehzahl wird mit dem Drehrad auf der Oberseite eingestellt.

<note tip>Die Spindel dreht sich von oben gesehen im Uhrzeigersinn. Die Drehbewegung sollte gegenläufig zum Pfad der Spindel sein, um beste Ergebnisse zu erzielen. Das heißt, eine Kreis-Außenkontur sollte gegen den Uhrzeigersinn gefräst werden.</note>

Die Fräse wird über die USB-Schnittstelle mit G-Codes gefüttert, die z. B. mit 

  * dem [[https://github.com/winder/Universal-G-Code-Sender|Universal-G-Code-Sender]] (Version 1.09 reicht)
  * dem Arduino-IDE-Terminal oder 
  * einem anderen Tool Deiner Wahl
 
an die Steuerung übertragen werden.

<note important>Je nach Anzahl der Nachkommastellen können G-Code-Befehle relativ lang sein. GRBL unterstützt Befehlslängen von bis zu 80 Zeichen. Im G-Code-Sender sollte diese maximale Befehlslänge eingestellt werden. Sollte diese Länge überschritten werden, diese z. B. durch weniger Nachkommastellen korrigieren.</note>

Hier sind die wichtigsten G-Codes kurz erklärt:

^Befehl ^Beschreibung ^
|''G92 X0 Y0 Z0'' |Die aktuelle Position als temporären Ursprung festlegen|
|''G90'' |Wechsel in den Absolut-Koordinaten-Modus |
|''G91'' |Wechsel in den Relativ-Koordinaten-Modus |
|''G1 X//x// Y//y// Z//z// F//f//'' |Bewegung in gerader Linie zum Punkt //(x, y, z)// (Modus ''G90'') bzw. entlang des Vektors //(x, y, z)// (Modus ''G91'') mit der (Höchst-) Geschwindigkeit //f// in mm/min |
|''G0'' |Eilgang, Bewegung nicht notwendigerweise in gerader Linie|
|''G2 X//x// Y//y// Z//z// I//dx// J//dy// F//f//'' |Bewegung zu Punkt //(x, y, z)// auf einem Kreisbogen, dessen Mittelpunkt //(dx, dy)// vom Startpunkt des Bogens entfernt ist, von oben gesehen im Uhrzeigersinn (mathematisch negativ um die [[start#koordinatensystem|Z-Achse]]) |
|''G3 X//x// Y//y// Z//z// I//dx// J//dy// F//f//'' |Bewegung zu Punkt //(x, y, z)// auf einem Kreisbogen, dessen Mittelpunkt //(dx, dy)// vom Startpunkt des Bogens entfernt ist, von oben gesehen gegen den Uhrzeigersinn (mathematisch positiv um die [[start#koordinatensystem|Z-Achse]]) |
|''G2'' und ''G3'' erzeugen ohne weitere Befehle nur Bögen in der XY-Ebene. Laut [[https://www.shapeoko.com/wiki/index.php/G-Code|Shapeoko-Wiki]] kann mit ''G17'', ''G18'' und ''G19'' zum Bogen-Fräsen in die XY-, XZ- oder YZ-Ebene geschaltet werden. Dies muss noch getestet werden und wird hier dann ausführlicher dokumentiert. ||

G-Code kann automatisiert von [[start#CAM-Programme zur G-Code-Erzeugung|entsprechender Software]] erzeugt werden, ausgehend von verschiedenen CAD-Dateiformaten.

Eine vollständige Übersicht über die von GRBL unterstützen G-Codes gibt es im [[https://www.shapeoko.com/wiki/index.php/G-Code|Shapeoko-Wiki]].

===== Changelog Maschine =====
^ Datum     ^ Änderung                                                                                                                               ^ Bearbeiter  ^ Kommentar                                                        ^
| 24.02.18  | Änderung des Koordinatensystems: Tauschen der Verkabelung X und Y am Arduino. Umkehren der Richtung der Z-Achse in GRBL ($3=00000100)  | Tobi        | Die Label am Gehäuse und den Kabeln müssen noch geändert werden  |
| 12.03.18  | Änderung der entsprechenden Einträge auf dieser Seite, um das geänderte Koordinatensystem abzubilden.                                  | Oliver      |                                                                  |
|6.2.20| Defekte 230V Bauteile aus Elektronik-Kiste entfernt, Betrieb nun mit 24V Netzteil an Bannanensteckern. Defekter Not-Aus (Kontakte defekt) ersetzt. Dazu ein neues Gehäuse konstruiert und gedruckt. Wiedereinschaltschutz temporär auf Lochraster aufgebaut. Siehe: [[https://gitlab.com/hshb-cnc/cnc-router]] |Calle| |

===== Todo Maschine =====
^ Priorität  ^ Todo                                                                                      ^
| hoch       | Schutzumhausung der Fräse bauen, wegen Quetschgefahr, herumfliegenden Teilen, Staub etc.  |
| hoch       | Checkliste Inbetriebnahme und Überprüfung d. Sicherheits Features erstellen               |
|            | Jog-Controller mit USB Port                                                               |
| hoch       | 230V Relais-Box, um Spindel mit Not-Aus abzuschalten. Vorher: Umhausung bauen.            |

===== Weiterführende Links =====

==== CAD-Programme ====

=== Windows ===

  * [[https://www.autodesk.de/products/fusion-360/overview|Fusion 360]] (3D, "kostenlos für Start-ups, Hobbyanwender und Bastler")
  * [[http://www.openscad.org/downloads.html|OpenSCAD]] (3D)
  * [[https://inkscape.org/de/release/0.92.2/platforms/|Inkscape]] (nur 2D)
  * [[https://github.com/FreeCAD/FreeCAD/releases/tag/0.17_pre|FreeCAD v0.17_pre]] (3D). Die stabile Version [[https://www.freecadweb.org/wiki/Download|FreeCAD v0.16]] wird ausdrücklich nicht empfohlen!

=== Linux ===

  * [[https://freecadweb.org/wiki/Download#Ubuntu_Daily_PPA_Packages|FreeCAD v0.17 (daily)]] (3D, kostenlos) ist für Ubuntu als daily build in v0.17 verfügbar und in dieser Version recht leistungsfähig
  * [[http://www.openscad.org/downloads.html|OpenSCAD]] (3D)
  * [[https://inkscape.org/de/release/0.92.2/platforms/|Inkscape]] (nur 2D)

=== Mac ===

  * [[https://www.freecadweb.org/wiki/Download|FreeCAD]] (3D)
  * [[http://www.openscad.org/downloads.html|OpenSCAD]] (3D)
  * [[https://inkscape.org/de/release/0.92.2/platforms/|Inkscape]] (nur 2D)

==== CAM-Programme zur G-Code-Erzeugung ====

  * [[https://www.shapeoko.com/wiki/index.php/G-Code|Übersicht über die von GRBL unterstützen G-Codes]]

=== Windows ===

  * [[https://www.autodesk.de/products/fusion-360/overview|Fusion 360]] ("kostenlos für Start-ups, Hobbyanwender und Bastler")
  * [[https://www.estlcam.de/|Estlcam]] (kostenpflichtig; kostenfreie Probeversion), [[geraetschaften:cnc-fraese:postprozessoren#estlcam|Postprozessor]]
  * [[http://www.cambam.info/|Cambam]] (kostenpflichtig; 40 kostenlose Probesessions)
  * [[https://github.com/FreeCAD/FreeCAD/releases/tag/0.17_pre|FreeCAD v0.17_pre]] (kostenlos). [[geraetschaften:cnc-fraese:postprozessoren#freecad|Postprozessor]] zur G-Code-Erzeugung. v0.16 ist hierfür nicht geeignet! 

=== Linux ===
  * [[https://freecadweb.org/wiki/Download#Ubuntu_Daily_PPA_Packages|FreeCAD v0.17 (daily)]] (kostenlos) ist für Ubuntu als daily build in v0.17 verfügbar und hat nur in dieser Version ein brauchbares CAM-Modul. [[geraetschaften:cnc-fraese:postprozessoren#freecad|Postprozessor]] zur G-Code-Erzeugung
  * [[http://www.cambam.info/ref/ref.linux/|Cambam für Linux]] (kostenpflichtig; kostenlose Probesessions)

=== Mac ===

  * …

==== Programme zur Übermittlung von G-Code ====

=== plattformunabhängig ===
  * [[https://github.com/winder/Universal-G-Code-Sender|Universal-G-Code-Sender]] Version 1.09. Maximale Befehlslänge auf 80 Zeichen einstellen.