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X3 Version 2

Projekte > Fräsmaschinen Umbau


Der folgende Umbaubericht ist nur noch aus historischen Gründen auf meiner Seite. Aus heutiger Sicht (Oktober 2009) rate ich vom Umbau mit Handrädern ab. Der Umbau nach Version 3 mit direkt angetriebenen Spindeln ist wesentlich einfacher und zuverlässiger. Ausserdem bin ich zu der Erkenntnis gekommen, dass man keine Handräder an einer CNC-Maschine braucht. Die von mir kürzlich überarbeitete deutsche Oberfläche für Mach3 hat einen Bildschirm für die manuelle Bedienung der Maschine, mit dessen Hilfe alles, was mit Handrädern gemacht wird, wesentlich bequemer und genauer mit wenigen Mausklicks und Eingaben erledigt wird.

Un nun der Umbaubericht:

Hallo allerseits. Wird Zeit, dass ich mich mit einem neuen Umbauprojekt melde. Diesmal wird es der Umbau einer Sieg X3 für mich selbst. Sicherlich haben Sie sich schon einmal den abgeschlossenen Umbau der X3 für Egbert Theisen angesehen. Meine neue Maschine soll nach dem gleichen Prinzip umgebaut werden, allerdings mit einigen Vereinfachungen und Verbesserungen.

Für alle, die den Umbau ebenfalls durchführen wollen: hier können Sie sich die Explosionszeichnungen (2,9 MB!) der X3 als PDF herunterladen.

Die Daten der Maschine (von mir vermessen):

  • Tischgröße: 550 x 160 mm
  • T-Nuten: 12 mm
  • Fahrweg X: 400 mm
  • Fahrweg Y: 160 mm
  • Maximaler Abstand Tisch - Spindel: 400 mm
  • Minimaler Abstand Tisch - Spindel: 20 mm
  • Weg der Pinole: 85 mm
  • Motorleistung (Herstellerangabe): 600 W
  • Spindeldrehzahlen (Herstellerangabe): 100 - 1.000 U/min, 100 - 2.000 U/min
  • Werkzeugaufnahme: MK3 (oder R8)
  • Gewicht (Herstellerangabe): 160 kg


Überlegungen vor dem Umbau

Vor dem Beginn des Umbaus habe ich festgelegt, welche Eigenschaften die fertige Maschine haben soll:

  • Voll ausgestattet für den CNC-Betrieb mit Endschaltern und Referenzschaltern an allen Achsen.
  • Kugelumlaufspindeln an allen Achsen.
  • Handbetrieb ohne Einschränkungen muss möglich sein. Das setzt voraus, dass die Handräder und Skalen an allen Achsen erhalten bleiben.
  • Der Umbau muss möglich sein, ohne Fräsarbeiten an der Maschine durchzuführen. Damit können die benötigten Teile vor dem Zerlegen auf der Maschine selbst hergestellt werden.
  • Der vorhandene Antrieb mit Universalmotor über Riemen- und Zahnradgetriebe wird ersetzt durch einen Drehstrommotor mit Zahnriemenantrieb auf die Frässpindel. Drehzahlregelung von 300 - 3.000 U/min über Frequenzumrichter. Gründe: Der vorhandene Antrieb ist zu laut und der Universalmotor lässt sich nur von Hand regeln. Die Drehzahl soll aber über die Software geregelt werden.
  • Der vorhandene Motor besitzt Kohlebürsten. Es ist zu befürchten, dass bei deren Verschleiß verstärktes Bürstenfeuer auftritt, das wiederum die CNC-Elektronik stören könnte.
  • Saubere Ausführung des Umbaus ohne „Kabelsalat“.
  • Keine Einschränkung der Verfahrwege.


Damit bin ich zu den folgenden Konstruktionsprinzipien gekommen:

Die originalen Handräder werden gegen solche aus Kunststoff mit 100 mm Durchmesser ausgewechselt. Das hat mehrere Gründe: Weil sich die Handräder bei CNC-Betrieb mitdrehen, stellen die feststehenden Kurbeln ein Sicherheitsrisiko dar. Daneben sind die Original-Handräder recht schwer, diese Masse muss bei allen Bewegungen der jeweiligen Achse beschleunigt und abgebremst werden. Die neuen Kunststoff-Handräder sind dagegen wesentlich leichter. Last, but not least, sehen die neuen Handräder einfach besser aus.

Der Antrieb aller Achsen erfolgt über Kugelgewindespindeln und Zahnriemengetriebe. Das Übersetzungsverhältnis an der X- und Y-Achse ist 2:1, an der Z-Achse ist es aufgrund des schweren Kopfes (der allerdings über eine Gasfeder ausbalanciert ist) 2,6:1. Die Kugelgewindespindeln haben eine Steigung von 4,0 mm und einen Durchmesser von 15,8 mm. Das ist die doppelte Steigung der Originalspindeln (2 mm). Aufgrund des Steigungsverhältnisses von 2:1 können die vorhandenen Skalenringe weiterverwendet werden, was bei Spindeln mit einer Steigung von 2,5 mm nicht möglich wäre.

Die Schrittmotoren sind von SanyoDenki und haben ein Drehmoment von rund 1,0 Nm und einen Schrittwinkel von 0,9° im Halbschrittbetrieb. Die verfügbaren 400 Schritte pro Umdrehung ergeben bei einer Übersetzung von 2:1 und 4 mm Spindelsteigung eine Auflösung von rund 0,005 mm (4 / 2 / 400). Die Geschwindigkeit im Eilgang soll 2 Meter / min betragen.

Die Berechnung des erforderlichen Drehmoments ergibt, dass für die Y-Achse ein Drehmoment von 0,34 Nm erforderlich ist. Dabei habe ich folgende Annahmen getroffen:

  • Gewicht Sattel plus Tisch: 50 kg
  • Schnittkraft: 300 N (entspricht 30 kg)
  • Eilgang: 2 m/min.
  • zweifache Sicherheit


Der Motor muß im Eilgang mit 1.000 U/min. drehen (Geschwindigkeit in mm/min. / Steigung / * Getriebeübersetzung). Laut Drehmoment/Drehzahlkennlinie hat der Motor bei 1.000 U/min. rund 0,8 Nm Drehmoment, das reicht also völlig aus.

Für viele mag das geringe Drehmoment überraschend sein, ich betreibe aber ähnliche Motoren von Nanotec in meiner Portalfräse, dabei hat die X-Achse Direktantrieb und eine Spindelsteigung von 4 mm. Außerdem ist es eine Trapezspindel, die nur rund 30% des Wirkungsgrades einer Kugelumlaufspindel hat. Dennoch erreiche ich problemlos Eilganggeschwindigkeiten von 3 Meter/min. Meiner Meinung nach werden sowieso meist zu große Motoren verbaut, die dann wieder zu starke Endstufen brauchen.

An der X-Achse bleibt die Spindellagerung an der Handrad-Seite erhalten, die mit zwei gegeneinander verspannten Axiallagern realisiert ist. Wer das kann kann, dreht den Lagerschild auf beiden Seiten auf 32 x 10 mm aus und ersetzt die Axiallager durch Schrägkugellager, damit läuft die Spindel noch besser. Am anderen Tischende wird die vorhandene Bronzebuchse durch ein Nadellager ersetzt, das einen Längenausgleich der Spindel erlaubt (Prinzip Festlager/Loslager). Auf der Verlängerung der Spindel sitzt ein Zahnriemenrad, das über einen HTD-Zahnriemen vom Ritzel auf der Motorwelle angetrieben wird. Die richtige Riemenspannung wird durch Langlöcher für die Motorbefestigung sichergestellt. Der Schrittmotor ist so angebracht, dass er nicht über das Ende des Tisches hinausragt. Dadurch wird der Platzbedarf für die Maschine nicht größer als im originalen Handbetrieb.

Noch ein Wort zu den Spindellagern. An allen Achsen sind Axiallager verbaut. Diese bestehen aus zwei Scheiben mit Rillen und einem dazwischen liegenden Kugelring. Diese Lager können nur Druck in Richtung der Längsachse der Spindel aufnehmen. Um den seitlichen Druck aufzunehmen, der z.B. beim Kurbeln am Handrad auftritt, hat das Lagergehäuse aus Grauguss eine Bohrung, in der die Spindel gelagert ist. Das Ganze ist eine Kombination aus Gleitlager (radial) und Kugellagern (Axial). Obwohl prinzipiell nichts dagegen einzuwenden ist, finde ich eine Spindellagerung mit zwei gegeneinander verspannten Schrägkugellagern besser. Dazu drehe ich die Lagergehäuse auf beiden Seiten auf 32 mm Durchmesser und 10 mm Tiefe auf. Da passen dann Schrägkugellager mit 12 mm Innendurchmesser rein. Die ehemalige Gleitlagerbohrung erweitere ich auf 13 mm. Das Ganze liest sich einfacher, als es ist. Wer nicht wirklich gut drehen kann, sollte die Originallager belassen.

Der Antrieb der Y-Achse erfordert einige „Klimmzüge“, damit der Verfahrweg nicht eingeschränkt wird. Zuerst habe ich überlegt, den Antrieb hinten, also zwischen Tisch und Säule anzubringen. Leider reicht der Platz dafür nicht aus. So bleibt nur der komplette Neubau der Spindellagerung mit zwei Schrägkugellagern und dem dazwischen liegenden Zahnriemenrad. Auch bei der Y-Achse erfolgt der Antrieb über einen HTD-Zahnriemen vom Ritzel auf der Motorwelle auf das Zahnriemenrad der Spindel. Auch hier wird die richtige Riemenspannung durch Langlöcher für die Motorbefestigung sichergestellt. Eine Umlenkrolle aus zwei Kugellagern dient dazu, das untere Trumm des Riemens über die linke Schwalbenschwanzführung zu „heben“. Sie sehen das sehr gut in der Übersichtszeichnung. Der Schrittmotor zeigt nach innen, dadurch wird auch hier Platz gespart und er ist beim „Handkurbeln“ nicht im Weg.

Für die Z-Achse muss ein neuer oberer Lagerbock angefertigt werden, dafür sind aber keinerlei zusätzlichen Bohrungen oder Fräsungen an der Säule erforderlich. Am Lagerbock, der das obere Spindelende in einem Nadellager führt, ist der Motorträger festgeschraubt. Die Kraftübertragung erfolgt wieder über einen HTD-Zahnriemen, wobei die Spannung über den in Langlöchern verschiebbaren Motor erreicht wird. Die untere Spindellagerung, das Kegelradgetriebe und die Wellenübertragung zum vorderen Handrad bleiben im Original erhalten. Leider muß eine neue Welle für die Kraftübertragung vom Handrad zum Kegelrad hergestellt werden, weil die Originalwelle für das neue Handrad zu kurz ist.

Für den neuen Spindelantrieb wird das Zahnradgetriebe im Kopf komplett „ausgeweidet“. Das Zahnrad auf der Frässpindel wird abgedreht und stattdessen eine AT-Zahnriemenscheibe mit 48 Zähnen auf der Zahnradnabe befestigt. Der Motor erhält ein Ritzel mit 24 Zähnen. Die Kraftübertragung erfolgt über einen AT-Zahnriemen mit 25 mm Breite. Um den Antrieb unterzubringen, muss innen im Deckel des Fräskopfes ein Guss-Steg weggefräst werden. Außerdem braucht der Deckel ein Öffnung für die Motorwelle und das Ritzel. Das sind die einzigen Punkte, an dem die Konstruktion gegen die Vorgabe verstößt. Weil die Maschine im Originalzustand aber ohne den Deckel funktioniert, ist das kein Problem, der Deckel kann mit dem Originalantrieb gefräst werden.

Um den Zahnriemen spannen zu können, sitzt der Motor auf einer Zwischenplatte mit Langlöchern und ist damit in Grenzen verschiebbar.

Die Halterungen für End- und Referenzschalter sind bei der Konstruktion der Maschine schon vorgesehen und voll integriert. Um Kabelsalat zu vermeiden, werden die Kabel zur Y-Achse in einer Energiekette sauber geführt. Die Halterungen dafür sind ebenfalls schon vorgesehen.

Selbstverständlich sind alle Antriebsteile voll gekapselt. Schmutz und Späne können nicht eindringen und die Sicherheit des Bedieners ist gewährleistet.

Den bis jetzt fertiggestellten Zeichnungssatz können Sie sich im hier herunterladen. Ich habe zur Zeit nur die Zeichnungen für die Teile der X- und Y-Achse eingestellt. Diese sind nach bestem Wissen und Gewissen korrekt. Allerdings übernehme ich keine Garantie dafür, dass die Zeichnungen stimmen. Da ich keinen Einfluß auf die Fertigungsqualität oder Konstruktionsänderungen von Sieg habe, existieren natürlich auch von Herstellerseite mögliche Fehlerquellen. Die Zeichnungen für die restlichen Teile folgen, sobald die Z-Achse und der Antrieb montiert sind.

Wenn Sie ein Bild größer sehen wollen, klicken Sie einfach drauf. Zum Schließen klicken Sie nochmal auf das Bild.

So, und hier geht es los:



Der Delinquent hängt am Haken. Mit einigen Tricks ist es mir gelungen, den Kran unter die Palette zu fahren und die Maschine anzuheben. Nun kommt Sie auf den fahrbaren Arbeitstisch und dann in die Werkstatt.



Hier ist sie schon weitgehend "geschlachtet". Tisch und Sattel sind abgebaut, ebenso der Z-Antrieb. Antriebsmotor, Pinole und das gesamte Getriebe sind aus dem Kopf entfernt.



Hier sind die ausgebauten und gereinigten Teile von Pinole und Frässpindel.

Antrieb der Y-Achse



Das komplizierteste am Umbau ist der Y-Antrieb, weil hier das Zahnriemenrad zwischen den Lagern sitzt. Im Bild ist der Anstandshalter zu sehen. Dieser ist nötig, weil sonst der Verfahrweg in Y-Richtung 25 mm kürzer wäre.



Das ist das Riemengehäuse, das komplizierteste Teil am ganzen Umbau. Wie die meisten anderen Teile auf meiner Wabeco CNC-gefräst. Das Muster kommt vom Planfräsen. Gezogenes Alu-Stangenmaterial ist nämlich nie wirklich eben. Vor dem Aufspannen auf den Maschinentisch muß es auf der Unterseite plan gefräst werden, anderenfalls kann es verkanten und die Ausfräsungen werden nicht rechtwinklig.



Hier liegt der Deckel auf dem Riemenghäuse. Um genaue Passungen hinzubekommen, fräse ich zunächst die Aussparungen in das Riemengehäuse. Dann spanne ich das Rohteil des Deckels auf das Riemengehäuse und bringe die Befestigungsbohrungen für den Deckel an. Nach dem Schneiden der Gewinde schraube ich den Deckel auf das Gehäuse und fräse den Außenumriß und die Öffnungen im Deckel. Schließlich drehe ich die großen Bohrungen für die Lagergehäuse mit einem Ausdrehkopf auf Endmaß in den Deckel und in das Riemengehäuse. Damit sind diese sehr wichtigen Bohrungen absolut konzentrisch.



Der Riemenantrieb für die X- und Y-Achsen. Die Bohrung im Ritzel (links) ist auf 6,35 mm aufgerieben, damit es auf die Motorwelle (1/4 Zoll) passt. Es wir mit einer Madenschraube gesichert. Damit es sich nicht drehen kann, wird die Motorwelle etwas flach gefeilt. In das Antriebsrad (rechts) habe ich für die X-Achse eine Keilnut mit einer Räumnadel eingestochen, das Antriebsrad für die Y-Achse wird mit einer Madenschraube gesichert.



Die Kugelgewindespindeln habe ich gleich für alle Achsen angefertigt, weil es so schön war. Nach bewährtem Verfahren habe ich weiche Endstücke in die gehärteten Spindeln eingesetzt und diese dann auf Maß gedreht. Die beiden vorderen Spindeln sind für X- und Y-Achse und haben Keilnuten für Handräder und Skalenringe bekommen. Die Gewinde dienen zur Sicherung des Handrades und zur Einstellung des Lagerspiels and den Festlagern.
Die hintere Spindel für dei Z-Achse hat eine Keilnut für das Kegelrad und ein M16 x 1,5 Gewinde für die Einstellmuttern, mit denen das Lagerspiel reguliert wird.



Das sind die anderen Enden der Spindeln. Vorne für die X-Achse mit Keilnut für das Antriebsrad, dahinter für die Y-Achse, die nur vorne gelagert ist und ganz hinten für die Z-Achse.



Die Kugelgewindemutter, links und rechts die Schmutzabstreifer. Die Mutter muss in einem Aufspannblock befestigt werden. Den gibt es zwar fertig, bei diesem Projekt passt er aber nicht, deshalb fertige ich die Aufspannblöcke selbst an.



Das ist der Abstandshalter für den Schrittmotor. Ohne ihn würde das Motorritzel an den Deckel des Riemengehäuses stossen.



Das Handrad mit umklappbarem Griff.



Die Lager. Vorne die Schrägkugellager, dahinter die Loslager für X- und Z-Achse in Form eines Nadellagers mit Außen- und Innenring. Der Innenring kann sich in axialer Richtung im Außenring verschieben, dadurch ist ein Längenausgleich der Spindel bei Erwärmung möglich (Loslager).



Der Deckel des Getriebegehäuses mit aufgeschraubtem Lagerflansch und eingesetztem vorderen Spindellager.



Alle Gehäuseteile des Y-Antriebs. Vorne der Abstandhalter, dann der hintere Lagerflansch, der schon mit dem Riemengehäuse verschraubt ist und schließlich der Deckel mit dem vorderen Lagerflansch.



Für dei Montage muss zunächst die genaue Position des Antreibsrades ermittelt werden. Dazu wird das hintere Lager auf die Spindel geschoben und das Riemengehäuse mit angeschraubtem Lagerflansch aufgesetzt. Das Antriebsrad wird auf dei Welle geschoben und leicht mit der Madenschraube befestigt. Das Rad darf weder vorne (durch Aufsetzen des Deckels prüfen), noch hinten schleifen. Die Deckscheiben müssen so stehen, dass der Riemen weder am Gehäuse noch am Deckel schleifen kann. Stimmt alles, wird der Abstand zum Wellenende gemessen und notiert.



Im nächsten Schritt wird das Wellenende waagerecht so in den Maschinenschraubstock gespannt, dass das Antriebsrad am Schraubstock anschlägt. Anschließend wird die Madenschraube entfernt und die Welle mit einem passenden Bohrer etwas angebohrt.



Hier sehen Sie die Bohrung in der Welle. Damit ist die Position des Antriebsrades ohne "fummeln" reproduzierbar und das Antriebsrad kann auf der Welle nicht durchdrehen.



Hier zum Verständnis die Komponenten der Y-Spindel. Links das Gewinde der Spindel, dann das hintere Kugellager, das Antriebsrad, das vordere Kugellager, der Skalenring und schließlich das Handrad. Den Skalenring habe ich vom Originalhandrad abgetrennt und plangedreht. Die Lager müssen ggf. gefettet werden.



Die Montage von Motor und Riemen funktioniert mit einem kleinen Trick. Zunächst wird das Ritzel auf der Motorwelle befestigt, es wird so weit aufgeschoben, dass es gerade noch nicht am Motorgehäuse schleift. Die Madenschraube wird mit Loctite gesichert. Nehmen Sie übrigens keine Madenschrauben aus Edelstahl, die sind zu weich. Im Zweifel geht der Sechskant in der Schraube kaputt und sie sitzt fest.
Dann den Abstandhalte über das Ritzel schieben und den Riemen auflegen. Der Riemen wird dann durch die Öffnung im Riemengehäuse gezogen und danach das Ritzel.



Danach wird der Riemen über das Antriebsrad gelegt und Riemen und Rad in die richtige Position gebracht. Der Motor wird mit Schrauben und Muttern befestigt, der Riemen aber noch nicht gespannt.



Der Deckel wird aufgelegt und befestigt. Dann folgen das vordere Kugellager, der Skalenring und das Handrad. Skalenring und Handrad werden mit Wellenkeilen gesichert. Das Handrad wird mit Unterlegscheibe und Stopmutter befestigt und das Lagerspiel eingestellt. Die Mutter zunächst etwas strammer anziehen, damit sich alles setzt. Jetzt ist der Zeitpunkt, um den Riemen zu spannen und die Motorschrauben festzuziehen. Anschließend die Stopmutter wieder soweit lösen, dass die Spindel leicht zu drehen ist, aber auch nicht "schlackert".



Der fertige Antrieb von hinten.



Hier läuft der Antrieb seit mehreren Stunden zur Probe.

Die X-Achse

Bevor der Sattel auf die Basis und der Antrieb der Y-Achse montiert werden können, muss die X-Achse fertiggestellt sein, anderenfalls ist die Montage nicht möglich.

Dazu wird zunächst die rechteckige Spindelmutter auf der Oberseite (da, wo keine Befestigungsgewinde sind) um 0,5 mm abgefräst oder abgeschliffen. Die schlechte Nachricht ist, dass die Spindelmutter durchgehend gehärtet ist. Wer die Möglichkeit hat, sollte das auf einer Flachschleifmaschine machen. Da ich sowas nicht besitze, habe ich die Arbeit mit einem Messerkopf mit Hartmetall-Schneidplatten erledigt. Eigentlich braucht man für gehärteten Stahl Keramik-Schneidplatten. Es geht aber auch mit Hartmetall, nur sind die Platten danach "fertig". Mit rund 0,15 - 0,20 mm Spanabnahme und hoher Drehzahl geht das ganz gut. Aber Vorsicht, die Späne fliegen glühend, bzw. brennend durch die Werkstatt. Ich habe mir dabei den Arbeitsanzug angekokelt.

Ausserdem muß eine Verlängerung für das Schmiernippel der Mutter gefertigt werden. Das ist einfach ein ca. 75 mm langes Stück 9 mm Rundstahl, das auf der Länge 3 mm durchgebohrt wird (von beiden Seiten bohren, wenn der Bohrer zu kurz ist). Anschließend kriegt das Teil ein Innen- und ein Außengewinde M6.



Die Spindelmutter ist mit der Befestigungsplatte verschraubt. Die Platte ist noch nicht endgültig fertig, es fehlt ein Ausschnitt und ein Gewinde ist zu viel. Beachten Sie die Bohrung zwischen den zwei Senkkopf-Schrauben rechts oben. Durch diese ist später die Schraube zum Einstellen des Umkehrspiels erreichbar.



Ist das alles erledigt, kann die Mutter auf die Spindel geschraubt werden. Dabei die Anleitung beachten, die mit der Mutter mitgeliefert wird. Wichtig ist, zunächst die Schmutzabstreifer einzusetzen, dazu erst die O-Ringe von der Montagehülse entfernen! Es ist eine gute Idee, eine Schale drunterzustellen, wenn die Mutter auf die Spindel geschraubt wird. Im Fall des Falles fliegen die Kugeln dann wenigstens nicht durch die ganze Werkstatt.

Bitte auch die Richtung beachten. Das Schmiernippel zeigt in Richtung Handrad-Ende der Spindel.



Der Lagerflansch an der Handrad-Seite bekommt einen Stift (laut Zeichnung), der später den Endschalter X+ betätigt. Der Stift kann einfach eingeklebt werden.



Die Antriebsplatte am anderen Ende des Tisches bekommt ebenfalls einen Stift, der aber eingeschraubt wird. Dadurch ist die Länge justierbar. Am Ende wird der Stift auf ca. 10 mm beidseitig flach gefeilt, damit er in die Lichtschranke passt. Die Fläche muß senkrecht stehen.



Der Sattel erhält einige Bohrungen und Gewinde laut Zeichnung zur Aufnahme der End- und Referenzschalter. Wichtig ist die Bohrung für die Einstellschraube des Umkehrspiels. Dazu die Befestigungsplatte richtig herum auf den Sattel schrauben und die vorhandene Bohrung durch den Sattel verlängern.

An der Antriebsseite (X-) gibt es eine Halterung für die Lichtschranke und den Schalter. An der Halteplatte der Mutter siht man besagten Ausschnitt, der Platz für den Endschalter (X+) schafft. Schalter und Lichtschranke werden mit Zweikomponentenkleber befestigt. Für die Schalter gibt es Bohrungen, in die entsprechende Pimpel am Schalter passen. Damit ist deren Position festgelegt. Die Lichtschranke wird so eingeklebt, dass ihre Vorderkante mit der Halterung abschließt.

Für die Verdrahtung baucht es ein Kabel mit mindestens 8 Adern. Welche Farbe Sie wo anschließen ist egal, so lange Sie sich die Anschlußfarben notieren! Das Kabel wird dann mit Kabelhaltern befestigt.



Hier ist zu sehen, wie der Stift in die Lichtschranke eingeführt wird. Zur Justage wird die Schraube der Halterung gelöst. Dann wird die Antriebsplatte an den Sattel gedrück, das ist der mechanische Endanschlag. Nun wird der Halter nach vorne geschoben, bis es nicht mehr weitergeht. Dann etwas zurückziehen (ca. 0,2 mm) und Schraube anziehen. Der Stift muß jetzt soweit in die Lichtschranke ragen, dass noch 1 - 2 mm Luft bleiben. Ist die Justage nicht korrekt gamacht, kann es passieren, dass am mechanischen Endanschlag die Lichtschranke und/oder der Endschalter zerstört werden.



Die Spindelmutter ist montiert. Der Schmiernippel steht schräg nach unten, damit er später besser erreichbar ist. Dabei nicht übertreiben, sonst passt die Nase der Fettpresse nicht mehr drauf. Am besten gleich testen und soviel Kugellagerfett in die Mutter pressen, bis etwas davon wieder austritt.



Das Ganze wird nun (möglichst richtig herum) auf den auf dem Rücken liegenden Tisch geschoben. Dabei die Druckleiste nicht vergessen. Die Einstellschrauben der Druckleiste sollten gelöst werden, dann geht alles leichter. In den Lagerflansch werden natürlich erst die Lager eingesetzt.



Am anderen Ende wird die Antriebsplatte aufgesetzt und lose befestigt. DerNadellager-Innenring muss vorher auf dei Spindel geschoben und ggf. mit Loctite 648 befestigt werden. Machen Sie das erst, nachdem die Mutter auf die Spindel geschraubt ist, das geht sonst nicht mehr!



Hier ist der Schmiernippel zu sehen.



Am Handrad-Ende werden der Skalenring und das Handrad aufgesteckt und mit Wellenkeilen gegen Verdrehen gesichert. Eine Unterlegscheibe und eine Stop-Mutter sichern das Handrad. Die Mutter wird soweit angezogen, bis das Handrad etwas schwergängig wird. Anschließend muß der Sattel an das Handrad-Ende gekurbelt werden. Dort werden die Befestigungsschrauben der Spindelmutter festgezogen und anschließend die Befestigungsschrauben des Lagerflansches. Anschließend wird der Sattel an das Antriebsende gekurbelt und die Befestigunggschrauben der Platte angezogen. Dabei darauf achten, dass die Platte waagerecht steht.

Anschließend wird das Umkehrspiel eingestellt. Dazu eine Messuhr am Tisch befestigen.



Für den Skalenring wird eine provisorische Markierung angebracht. Das Spiel dann so einstellen, dass beim Hin- Herdrehen pro Teilstrich 0,04 mm Weg auf der Messuhr angezeigt werden. Dieser Idealfall (Nullspiel) ist allerdings nicht ganz erreichbar, 0,01 - 0,02 mm Spiel bleiben übrig. Das ist aber gut genug. Anschließend die Stopmutter am Handrad so weit lösen, bis das Handrad leicht zu drehen ist, aber kein zusätzliches Spiel entsteht.

Damit ist die X-Achse soweit fertig.

Einbau Y-Antrieb



Für den Y-Antrieb muss zunächst das Mutterngehäuse nach Zeichnung hergestellt werden. Wichtig ist das Maß der 28 mm Bohrung. Die (runde) Spindelmutter muß leicht eingeschoben werden können, sie darf aber auch kein Spiel haben.

Die Bohrung des Schmierkanals wird mit einer kurzen Madenschraube und Loctite 648 verschlossen. Endschalter und Lichtschranke werden mit Zweikomponentenkleber eingeklebt. Deren Positionen ist durch Bohrungen und Ausfräsungen festgelegt.





Weitere Ansichten des Mutterngehäuses.



Der Panzerschlauch für das Kabel ist am Ende auf eine Messingplatte weich aufgelötet und diese wiederum mit zwei Schrauben auf der Basis befestigt.

Nun wird, wenn noch nicht geschehen, die runde Spindelmutter aufgeschraubt. Die Mutter hat an einem Ende eine Bohrung, diese muss unbedingt zum Antrieb (nach vorne) zeigen. Schmutzabstreifer nicht vergessen!



Hier ist die Verdrahtung der Schalter zu sehen. Die dünnen Litzen sind mit einem Stück Lochrasterplatte gesichert, damit sie nicht am Sattel schleifen. Der Antrieb mit Spindelmutter ist probeweise eingeschoben.

Das Mutterngehäuse ist von unten mit zwei M6-Schrauben lose befestigt. Um die Schrauben einsetzen zu können, muss die Maschine vorgezogen werden, bis die Basis über die Tischkante herausragt. Da das meiste Gewicht (Säule) hinten ist, besteht keine Gefahr des Kippens.



Der Sattel ist aufgeschoben (Druckleiste nicht vergessen). Damit der Sattel bis and die Säule geschoben werden kann, wird das Anschlußkabel nach vorne herausgeführt.



Der Antrieb ist eingeschoben. Die Spindelmutter wird mit der konischen Befestigungsschraube in der zugehörigen Bohrung der Mutter gesichert (die vordere Schraube). Die hintere Schraube ist für die Einstellung des Spindelspiels.

Der Sattel wird dann nach vorne gezogen und der Antrieb lose befestigt. Anschließend werden die Befestigungsschrauben des Mutternhehäuses und danach die Befestigunggschrauben des Antriebs fest angezogen. Das Umkehrspiel wird so wie bei der X-Achse überprüft. Ist es zu groß, den Antrieb wieder lösen, Sattel nach hinten schieben und das Spiel an der hinteren Schraube einstellen. Dabei nicht übertreiben, die Schraube darf nicht "angeknallt werden"!

Schließlich wird Kugellagerfett in den Schmiernippel am Mutterngehäuse gepresst. Sie brauchen f zum Fetten der Muttern eine spezielle Schmierpresse mit einem flexiblen Schlauch und einem Mundstück, das auf den Nippel gesteckt wird. Wer keine passende findet: www.rsonline.de Artikel Nr. 672-150 und 672-172. Leider recht teuer.



Anschließend wird der Antrieb der X-Achse montiert. Zunächst der Schrittmotor mit dem Ritzel. Vorher die Schrittmotorachse leicht flachfeilen. Die Lageröffnung zukleben, damit keine Späne eindringen können. Motor-Befestigunggschrauben locker lassen. Riemen auflegen und Antriebsrad mit Wellenkeil aufstecken, dann mit Scheibe und Mutter sichern. Riemenspannung durch Anziehen des Motors einstellen und Schrauben festziehen. Riemenspannung: zwischen den Riemenscheiben darf kein Spiel sein, andererseits nicht übertreiben, das schadet den Motorlagern.



Zum Schluß wird die Abdeckung aufgesetzt und festgeschraubt. Damit sind X- und Y-Achse fertig.

Ich habe natürlich die Achsen probelaufen lassen. Es sind ohne weiteres Eilganggeschwindigkeiten von 3.000 mm/min. erreichbar. Dabei macht sich schon die Unwucht der Handräder bemerkbar, deshalb sind höhere Geschwindigkeiten nicht sinnvoll. Ein kurzer Test hat gezeigt, das ich die Achsen im Eilgang nicht ohne besondere Anstrengung festhalten kann, die Motoren sind also stark genug.

Als nächstes folgt die Motorisierung der Z-Achse. Im Bild sehen Sie die Kugelgewindespindel mit dem unteren Lagerblock (original, aber aufgebohrt für zwei Schrägkugellager anstatt der Axialkugellager), dem Halter für die Kugelgewindemutter und dem Zahnriemenrad.





Der untere Lagerbock



Der Halter für die Kugelgewindemutter und das Zahnriemenrad



Der Lagerbock mit den eingesetzten Kugellagern



Der Lagerbock für die Kugelgewindemutter bleibt unverändert, allerdings wird statt der originalen Bronzemutter eine Hülse mit Flansch eingesetzt, die die Kugelgewindemutter aufnimmt. Die Bohrung für die Bronzemutter ist 30 mm groß, weil die Kugelgewindemutter nur 28 mm Durchmesser hat, bleibt 1 mm Wandstärke für die Hülse. Im Flansch befindet sich eine Befestigungsschraube für die Kugelgewindemutter, dahinter sehen Sie die Einstellschraube für das Spiel der Mutter auf der Kugelgewindespindel.



Hier der obere Lagerbock für die Kugelgewindespindel, das Nadellager ist noch nicht eingesetzt. Dazu der Halter für den Schrittmotor.



Die beiden Teile verschraubt, Endschalter und die Lichtschranke für den Referenzschalter sind montiert und verdrahtet. Das runde Teil oben auf der Motorwelle stammt von einer älteren Version des Antriebs und ist nicht mehr erforderlich.



Die Lichtschranke wird in dem Schlitz im Motorhalter mit Zweikomponentenkleber befestigt. Die Anschlußdrähte sind durch eine Bohrung im Lagerbock hereausgeführt.



Der Z-Antrieb ist montiert. Weil die linke Befestigungsschraube sonst nicht eingesetzt werden kann, mußte ich den Endschalter nochmal demontieren.



Die Kegelräder sind montiert und eingestellt.



Das vordere Lager für den Antrieb der Z-Achse und das Handrad. Den Skalenring habe ich vom Handrad abgetrennt und plangedreht. Zusammen mit dem neuen Sicherheitshandrad ist er allerdings 13 mm länger als das Original-Handrad mit Skalenring. Ich mußte deshalb den vorderen Teil der Welle verlängern, indem ich den dickeren Teil um weitere 13 mm abgedreht habe. Dadurch wird der hintere Teil, auf dem das Kegelrad sitzt, natürlich 13 mm kürzer. Das macht aber nichts aus, er ist immer noch lang genug, um das Kegelrad in Eingriff zu bringen.

Eine weitere "Operation" betrifft die Gasfeder. Diese ist zu lang und kann nicht mehr eingebaut werden, weil es nicht möglich ist, sie zusammenzudrücken. Das ist aber kein großes Problem. Die Gasfeder wird provisorisch eingesetzt und mit dem unteren Bolzen befestigt. Dann wird der Kopf ganz nach oben gedreht, bis die Kugelgewindemutter am Zahnriemenrad anliegt. Nun wird der Abstand zwischen der oberen Befestigungsbohrung der Gasfeder und der Gewindebohrung für den Befestigungsbolzen im Halter der Kugelgewindemutter gemessen. Bei mir betrug der Abstand 18 mm. Ich habe also die obere Befestigungsgabel der Gasfeder abgescgraubt, die Schubstange der Feder in die Drehmaschine gespannt, um 18 mm gekürzt und ein neues Gewinde M8 hergestellt.



Die Feder wird dann eingebaut und die Z-Achse soweit heruntergedreht, bis die Feder unter Spannung kommt. Das ist die höchste Position der Z-Achse. Diese wird durch eine M5-Imbusschraube in der Säule fixiert, die verhindert, dass der Kopf höher gedreht werden kann. Der blaue Pfeil zeigt auf die Schraube.



Anschließend werden die Betätigungsstangen für den Endschalter und den Referenzschalter eingebaut und justiert. Die vordere Stange, eine lange M3-Imbusschraube ist für den Endschalter, die hintere (blauer Pfeil) für den Referenzschalter. Dei Stange für den Referenzschalter bekommt an einem Ende ein M3-Gewinde, am anderen Ende wird sie auf ca 15 mm Länge flachgefeilt.



Als nächstes folgt der modifizierte Spindelantrieb mit dem Drehstrommotor. Im Bild ist das Lager für das Antriebsritzel mit dem Mitnehmer für die Verzahnung der Spindel zu sehen. Auf dem Mitnehmer sitzt beim Originalantrieb das Zahnrad, das über einen Wellenkeil mit dem Mitnehmer formschlüssig verbunden ist.



Weil der Antrieb zukünftig über einen Zahnriemen direkt vom Drehstrommotor erfolgen soll, muss das Zahnrad abgedreht werden.



Die Zahnriemenscheibe wird dann ausgedreht, so dass Sie auf den abgedrehten Mitnehmer aufgepresst werden kann. Die Sicherung erfolgt mit Loctite 648.



Hier das Ganze wieder zusammengebaut. Es fehlt nur noch der Sicherungsring.



Auf der Motorwelle sitzt eine Taperbuchse, auf die das ausgedrehte Zahnriemenrad passt. Durch Anziehen der vier Imbusschrauben verkeilt sich die Buchse sowohl auf der Motorwelle als auch im Zahnriemenrad, so dass eine sichere kraftschlüssige Verbindung zwischen Motorwelle und Zahnriemenrad entsteht. Bevor alles ganz festgezogen wird, sollte die Höhe des Zahnriemenrades eingestellt werden. Das gelingt aber nur mit dem auf dem Deckel des Fräskopfes montiertem Motor.



Das Zahnriemenrad auf der Motorwelle. Alternativ hätte ich auch eine Keilnut in das Zahnriemenrad stechen können. Die dafür nötige 5 mm Räumnadel hätte aber ein Mehrfaches der Taperbuchse gekostet.



Die CNC-gefräste Befestigungsplatte für den Motor.



Die Befestigungsplatte ist auf den Motor geschraubt.



In den Deckel des Fräskopfes habe ich eine Öffnung für das Motorritzel gefräst und die Gewindebohrungen für die Befestigung der Motorplatte eingebracht. Die kleine Bohrung rechts vorne ist für den Hallsensor, der die Spindeldrehzahl zurückmeldet. Dazu habe ich ein Loch in das Zahnriemenrad auf der Spindel gebohrt und einen Stabmagneten eingesetzt. Immer wenn der Magnet unter dem Hallsensor vorbeikommt, gibt dieser einen Impuls ab, den die Software auswertet.



Im Inneren des Deckels muss ein Steg weggefräst werden, an dem sonst der Zahnriemen schleifen würde. Jetzt kann die Höhe des Zahnrimenrades auf der Motorwelle eingestellt werden. Die Höhe stimmt, wenn der Zahnriemen an der unteren Bordscheibe des Zahnriemenrades anliegt und noch ca 1 mm Luft zwischen Deckel und Zahnriemen bleibt. Danach legen wir den Motor nochmal zur Seite.



Es folgt der elektrische Anschluss der X- und Y-Achse. Als erstes das Motorkabel für die X-Achse. Dazu wird erst eine Kabeldurchführung mit Knickschutz im Deckel des X-Antriebs montiert. Anschließend wird das Kabel durch die Durchführung und durch die Bohrung in der Grundplatte des Antriebs geführt.



Die Motoranschlüsse werden gekürzt, auf jedes ein Stück dünner Schrumpfschlauch aufgeschoben und mit den vier Adern des Anschlusskabels verlötet. Die Veranstaltung soll so lang sein, dass der Kabelmantel gerade nicht durch die Grundplatte des Antriebs schaut. Es soll also nicht zwischen montiertem Motor und Tisch erscheinen, weil es sonst das Verschieben des Motors zur Einstellung der Riemenspannung behindern könnte. Die Motoranschlüsse und Kabel werden wie folgt verbunden: Rot an Ader 1, orange an Ader 2, blau an Ader 3, gelb an grün/gelb.



Die Grundplatte das Antriebs wird montiert und der Zahnriemen aufgelegt und gespannt.



Schließlich wird das Gehäuse montiert und die Verschraubung der Kabeldurchführung angezogen. Am anderen Ende des Kabels wird dann der Stecker angelötet.



Das Kabel zu den End- und Referenzschalternder Y-Achse wird mit einer Schelle an der Basis befestigt. Dazu muss eine M5 Gewindebohrung hergestellt werden.



Hier nochmal die Kabelführung mit ganz nach vorne gefahrener Y-Achse.



Leider hat sich herausgestellt, dass der Endanschlag der X-Achse an der Handradseite nicht ausreichte. Deshalb habe ich eine Gewindebohrung an der passenden Stelle angebracht (siehe Zeichnung des Sattels) und eine M6-Imbusschraube eingesetzt.



Hier sieht man die Schraube.



Die Achse am Anschlag.

Soweit so gut. Demnächst geht es mit der restlichen Elektrik weiter. Den überarbeiteten, aktuellen Zeichnungssatz finden Sie im Downloadbereich.



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