CNC-Portalfräsmaschine

Hier möchte ich den Bau meiner CNC-Portalfräsmaschine vorstellen.

Schon zu Beginn meiner Arbeiten mit Metall und dem Wissen der Existenz von computergesteuerten Werkzeugmaschinen war mir klar: sowas brauch‘ ich auch! 🙂 Mit dem erlangten Wissen aus dem Berufs- sowie der Hobbywelt stand mein Entschluss dann nach langem Grübeln fest: Es sollte eine 3-Achsige CNC-Portalfräsmaschine, ausgelegt für leichte Stahlbearbeitung, werden.

CAD-Modell meiner Portalfräsmaschine

CAD-Modell meiner Portalfräsmaschine

Warum eine Portalfräsmaschine?

– Geringerer Platzbedarf bei großer Bearbeitungsfläche

– Konstengünstiger (für mich) im Selbstbau als CNC-Maschinen in Konsol- oder Bettbauweise

Nun ist es so, dass die Portalbauweise einer Fräsmaschine aufgrund der hohen Kräfte beim Zerspanen von Metallen eine hohe Steifigkeit aufweisen muss. Vergleicht man übliche Tischfräsmaschinen mit einem Gewicht von ca. 100Kg mit den verhältnismäßig leichten Bauweisen üblicher Hobby-Portalfräsmaschinen und deren großen Hebelarmen zwischen Fräser und (meist einfachen) Linearführungen, werden einem die Nachteile bei Metallbearbeitung schnell klar. Ein großes Problem stellt zudem die Spindel dar. Sehr hohe Drehzahlen und geringe Drehmomente bei kleinen Drehzahlen eignen sich nur bedingt für Metallbearbeitung.

Allerdings vertrete ich die Meinung, dass man mit vielen (Hobby-)Portalfräsmaschinen auch Stahl fräsen kann. Entscheidend dabei sind die eingestellten Parameter sowie der eigene Anspruch u.A. an die Fräszeit und das Ergebnis! Möglich ist nahezu alles – aber die Definition der Möglichkeit wird oft sehr unterschiedlich ausgeführt. So freut sich der eine, der nach 1 Stunde ein kleines Stahlteil in den Händen halten kann und ein anderer ärgert sich, warum er keine 10mm Material mit einem Vorschub von 1m/min. zerspanen kann.

 

Konstruktion

Zunächst habe ich mich längere Zeit in die Thematik einer Portalfräsmaschine eingelesen. Dazu gibt es einiges im Internt zu finden – ein paar wissenswerte Seiten habe ich im Bereich „Links“ im Unterpunkt „CNC“ verlinkt.

Meine Entscheidung fiel auf eine recht massive Stahlkonstruktion aus 10-15mm dickem Flachstahl. Alle Teile sind miteinander verschweißt und wurden anschließend geglüht bzw. angelassen um Spannungen im Material zu reduzieren. Danach wurden alle Passstellen in einer Aufspannung auf Maß gefräst.

Konstruktion meiner Portalfräsmaschine

Konstruktion meiner Portalfräsmaschine

Die Linearführungen sind groß dimensionierte Führungsschienen+Wägen in der Größe 25mm in der X- und Y-Achse und 20mm in der Z-Achse. Jede Achse verfügt über jeweils eine 16x5mm Kugelumlaufspindel zum positionsgetreuen und spielfreien Verfahren der Achse. Bei der Auswahl der Spindelsteigung habe ich an das relativ hohe Trägheitsgewicht der Stahlkonstruktion gedacht – Schnelligkeit beim späteren Fräsen ist mir nicht so wichtig.

Die Steuerung sollte ebenfalls ein Selbstbau (aus fertigen Komponenten) werden. Ich entschied mich für die Option eine 4. Achse (Drehachse) nachrüsten zu können. außerdem habe ich die Steuerungsbox mit Buchsen- und Steckern versehen, sodass ich die ganze Box im Falle von Reparaturarbeiten oder Aufrüstungen von der Maschine trennen kann.

CNC-Steuerung meiner Portalfräsmaschine

CNC-Steuerung meiner Portalfräsmaschine

Fazit

Nach nunmehr einigen hergstellten Frästeilen kann ich sagen, dass sich die Anschaffung/bzw. der Bau einer solchen Maschine absolut gelohnt hat. Die Präzision und Schnelligkeit der Herstellung von Teilen ist manuell einfach nicht machbar. Auch die Bearbeitung von Stahl klappt besser als erwartet. So kann die Maschine ohne Probleme mit einem 4mm VHM-Fräser 1mm Stahl abnehmen bei einer Vorschubgschwindigkeit von ca. 200mm/min. Kühlung vorrausgesetzt. Auch habe ich ungewollt schon die Erfahrung gemacht, dass noch viel mehr möglich ist – der 10mm Fräser, der im Eilgang rund 10mm tief ins Vollmaterial (Stahl) gefahren ist und dabei eine saubere Nut hinterlassen hat, ist heute noch im Einsatz.

Fertiggestellte CNC-Portalfräsmaschine

Fertiggestellte CNC-Portalfräsmaschine

Im Nachhinein würde ich so eine Maschine jedoch vermutlich nicht noch einmal selbst bauen. Denn in den gut 2 Jahren Bauzeit ist die Maschine mein Hobby gewesen und nicht die Teile die sie einmal fräsen soll…