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CNC Steuerungen und Interfaces

Informationen rund um die CNC Technik / FAQ

Informationen rund um die CNC Technik / FAQ
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Liebe CNC Interessierte,

die CNC Technik wurde vor 10 Jahren auf Grund der Kosten und Komplexität vorwiegend im industriellen Bereich eingesetzt. Dies hat sich in den letzten Jahren geändert und CNC Technik wird zunehmend auch im Hobbybereich eingesetzt. Unser Sortiment wurde seit 2008 fortlaufend erweitert und optimiert. Auf Grund vieler Kundenanfragen sollen an dieser Stelle leistungsfähige und kostengünstige Software- und Hardwarekombinationen für Fräsen und Styroporschneidemaschinen vorgestellt werden. Es handelt sich hierbei um keine vollständige Auflistung aller am Markt befindlicher Lösungen und Kombinationen! Oft gibt es von der Software Demoversionen, die begutachtet weden können. Auch die persönlichen Vorlieben zum Bedienkonzept und den Arbeitsabläufen sind bei der Auswahl zu berücksichtigen. Auf die Fräs- oder Styroporschneidemaschine wird hier nicht eingegangen. Angebote dazu finden Sie unter Mechanik.

 

Steuerung über USB oder LPT-Port?

Sofern ein LPT Port vorhanden ist oder in einem Desktop PC nachgerüstet werden kann, ist die Steuerung über LPT bei Fräsen nicht nachteilig. Beim Styroporschneiden ist die Steuerung über USB vorzuziehen, da der LPT-Port nicht optimal für Echtzeitanwendungen geeignet ist und es immer wieder zu kleine Aussetzern kommt (Abbrandkuhlen). Da aber moderne PCs und Laptops kein LPT Port mehr haben, ist eine Lösung über USB sinnvoll.

Grundsätzlich ist die Übertragung von CNC Steuersignalen über USB nicht standardisiert und deshalb benötigt jede Software ein dafür entwickeltes Interface zur Wandlung des seriellen USB Datenstroms in parallele Echtzeitsignale. Rein serielle Signale sind nicht geeignet, da z.B. die Fräsmaschine nicht nacheinander die Wege auf der X, Y und Z-Achse fahren darf.

 

Low Cost auf Basis von Estlcam, Linux CNC und ICE

Wir beschränken uns an dieser Stelle auf Software bis zu 50€. Weitere Kombinationen auf Basis kommerzielle Software sind weiter unten beschrieben.

Unsere Estlcam und ICE/JHW USB Interfaces sind in einer Kooperation mit den Softwareentwicklern von Estlcam und JHW entstanden und optimal auf unsere Komponenten abgestimmt, sowie ausgiebig gestestet.

 

Was ist Estlcam?

Estlcam ist als CAM Software entwickelt worden, um CAD Zeichnungen (z.B. im DXF-Format) für die Verarbeitung durch eine CNC Maschine aufzubereiten. Dazu gehören die Festlegung der optimalen Fahrwege, die Berücksichtigung der Fräserradien usw.

Weitere Beschreibungen, sowie das Handbuch und die Software sind auf der Seite von Estlcam abzurufen. Die Software kann kostenlos runtergeladen und getestet werden. Eine Volllizenz kostet unter 50€.

Mittlerweile kann Estlcam über ein Arduino Interface eine Fäsmaschine autark steuern.

Zur Verbindung mit den MDLCNC Steuerungen wird das MDLCNC Estlcam Interface empfohlen. Dieses wird als Fertigmodul angeboten, ist fertig programmiert und kann ohne weitere Löt- oder Verkabelungsarbeiten angesteckt werden.

Es wird über ein USB Kabel mit dem Rechner verbunden und ein auf dem Interface installiertes Programm gibt die Steuerbefehle auf den entsprechenden Pins aus. Weiterhin werden die Signale von den Endschaltern ausgewertet und es kann die Drehzahl der Frässpindel über den Frequenzumrichter gesteuert werden.

 

Was ist ICE?

ICE basiert auf der Software JHW, die zur Steuerung einer kostengünstigen Mechanik (Seilwindenprinzip) entwickelt wurde, um z.B. Tragflächen oder beliebige Formen aus Styropor auszuschneiden.

Der Funktionsumfang wurde kontinuierlich weiterentwickelt und die neue Version mit dem Namen ICE unterstützt nun auch Portal Styroporschneidemaschinen. Die Software und das ICE / JHW USB Interface wurden ausgiebig mit unseren MDLCNC 4-Kanal Steuerungen getestet und daraufhin optimiert. Das ICE / JHW USB Interface kann direkt ohne Lötarbeiten auf unsere MDLCNC Steuerung aufgesteckt werden und wird fertig programmiert ausgeliefert. Bei der Bestellung ist darauf zu achten, ob es für eine Portalschneidemaschine oder für eine Maschine nach dem Seilwindenprinzip genutzt werden soll.

 

Was ist LinuxCNC?

LinuxCNC ist ein kostenloses Steuerungsprogramm für CNC Maschinen. Wie der Name sagt, läuft es unter Linux und kann ggf. als von einem bootbaren Speichermedium gestartet werden.

 

Softwarekombinationen für CNC Fräsen und Styroporschneidemaschinen bis 50€

 

Fräsmaschinen Steuerung über USB

 

Fräsmaschinen Steuerung über LPT

  • CAM Programm, wie Estlcam oder BOCNC + LinuxCNC + Elektronikset Powerfräse 1, 2, 3 oder 4, je nach Anforderung an das Drehmoment und Modularität (s.o.)

 

Styroporschneidemaschine über USB

 

Styroporschneidemaschine über LPT

 

Weitere Softwarekombinationen für CNC Fräsen und Styroporschneidemaschinen

 

Es handelt sich hierbei nur um einen Auszug von vielen weiteren Softwaremöglichkeiten, die ebenfalls mit unseren Elektroniksets für Fräsen und Styroporschneidemaschine zusammenarbeiten kann.

 

Fräsmaschinen Steuerung über USB

  • CAM Programm, wie Estlcam oder BOCNC, USB CNC + Elektronikset Powerfräse 1, 2, 3 oder 4, je nach Anforderung an das Drehmohment und Modularität (s.o.)

  • CAM Programm, wie Estlcam oder BOCNC, Mach3 + Pokeys Inerface (3 oder 4-Achsen) + Elektronikset Powerfräse 1, 2, 3 oder 4, je nach Anforderung an das Drehmoment und Modularität (s.o.)

 

Fräsmaschinen Steuerung über LPT

  • CAM Programm, wie Estlcam oder BOCNC, Mach3 + Elektronikset Powerfräse 1, 2, 3 oder 4, je nach Anforderung an das Drehmoment und Modularität

 

Styroporschneidemaschine über USB

 

Styroporschneidemaschine über LPT

 

Wer für eine Fräse und Styroporschneidemaschine die selbe Software benutzen möchte, kann USB CNC einsetzen. Ein weiterer Vorteil ist, dass das USB Interface und die Software vom selben Hersteller sind, sowie die Oberfläche und Bedienung modern und intuitiv ist.

 

Wer Mach3 im Einsatz hat oder einsetzen möchte und auf USB oder Ethernet umrüsten möchte, kann dies über ein entsprechendes PoKey Interface erreichen. Es gibt das Pokes 57U (USB) oder 57E (Ethernet) für 3 Achsen oder PokeysCNC (USB und Ethernet) für 4 Achsen.

 

Alle beschriebenen Lösungen sind erfolgreich bei Kunden im Einsatz und ausgiebig getestet.

Es handelt sich hierbei um allgemeine Hinweise und Empfehlungen – ohne Gewähr
 

CNC Software Links

  • ICE basiert auf der Software JHW. Der Funktionsumfang wurde kontinuierlich weiterentwickelt kann nun exklusiv bei uns runtergeladen werden. Softwaredownload beim MDLCNC ICE / JHW Interface unten bei Datenblatt.
  • CNC Hotwire CNC-gesteuerte Heißdrahtschneidemaschine

  • Tjzoide Preiswerte Software zum Steuern von Styroporschneidemaschinen.

  • GMFC Professionelle Software zum Steuern von Styroporschneidemaschinen.

  • Jedicut Software (Freeware) zum Steuern von 4 Achsen Styroporschneidemaschinen. Es können Profildateien oder DXF-Dateien verarbeitet werden.

  • CNC USB Software + USB Interface im Set zum Steuern von CNC Maschinen. Moderne Oberfläche, leichte Bedienbarkeit. Es können sowohl Fräsen als auch Styroporschneidemaschinen gesteuert werden. Ein Styroproschneiderassistent für Tragflächen ist integriert.

  • Mach 3 Software (voll funktionsfähige Demoversion) zum Steuern von CNC Maschinen mit bis zu 6 Achsen. Bis 500 Zeilen G-Code kostenlos, was für den Hobbybereich größtenteils ausreicht.

  • Estlcam Preiswertes und einfach bedienbares 2D / 3D CAM und Steuerprogramm. Kann mit unseren MDLCNC Estlcam Interface und unseren Schrittmotorsteuerungen auch als Steuersoftware über USB genutzt werden.

  • BOCNC Software (Freeware) zum wandeln von DXF-Dateien nach G-Code. Außerdem Festlegen der Fahrwege, Radienkorrektur usw. Leider nicht mehr im Internet veröffentlicht!

  • Profili2 Profilsoftware (kostenlose Demoversion) Profilsoftware, u.a. Enwickeln von Flügeln und Steuern einer Styroporschneidemaschine.

  • Linux CNC Software zum Steuern von CNC Maschinen mit bis zu 9 Achsen.

  • Holzmechanik.de Bauplan zum Bau der "Solidis" Holzfräse.

  • Anleitung zum Bau einer Hobby-Fräse aus Holz.

 

Frequently Asked Questions (FAQ)

 

1. Worin unterscheiden sich Schrittmotorsteuerungen in untersten Preissegment von qualitativ Besseren?

Mittlerweile gibt es eine Vielzahl von Angeboten, teilweise zu unglaublich niedrigen Preisen, obwohl die technischen Daten ähnlich aussehen. Bei vermeintlichen Schnäppchen stellt sich leider erst später raus, ob die Steuerung die Erwartungen erfüllt oder haltbar ist. Hier die Hauptunterschiede, die zu beachten sind:

  • Es sind günstige langsame Optokoppler verbaut. Es kommt zu Schrittverlusten oder eine höhere Drehzahl wird nicht erreicht.

  • Das Schaltungslayout ist sehr einfach oder enthält Fehler. Z.B. ist die galvanische Trennung nur theoretisch vorhanden und fehlerhaft implementiert. Dadurch kann der PC beschädigt werden.

  • Die automatische Stromabsenkung ist nicht oder unwirksam implementiert. Dabei sollte die Stromabsenkung nicht drehzahl- sondern zeitgesteuert funktionieren. Bei vielen Steuerungen setzt sie schon bei niedriger Drehzahl ein und es steht nur noch 20-25% des Drehmoments zu Verfügung, was zur Schrittverlusten führen kann. Bei richtiger Implementierung setzt sie erst ein, wenn die Motoren für eine gewisse Zeit stillstehen und der Strom schon vor dem Wiederanlauf hochgeregelt wird!

  • Die Motorspannung wird zeitgleich mit der Logikspannung durchgeschaltet. Die Stromregelung der Endstufen funktioniert, aber erst wenn die Logikspannung anliegt. Dadurch können beim Einschalten ein oder mehrere Endstufen durchbrennen.

  • Die technischen Werte der Steuerung entsprechen nicht der Realität. Z.B. die Endstufen sind für max. 34V geeignet, aber der Anbieter gibt aus Wettbewerbsgründen bis 40V an.

  • Auf den Bauteilen sind Marken aufgedruckt, aber es handelt sich um Plagiate.

  • Die Anleitungen enthalten Fehler oder sind fremdsprachig.

  • Supportanfragen werden nicht beantwortet.

  • Es wird eine Garantie oder Rücknahme angegeben, die nicht eingehalten wird oder mit Unkosten verbunden ist.

 

2. Warum passt ein Motor mit z.B. 3,3V zur der Schrittmotorkarte einer höheren Motorspannung (z.B. 36V)?

Bei der Schrittmotorkarte wird der Motorstrom eingestellt. Die Karte regelt automatisch den Motorstrom auf den eingestellten Wert. Damit in allen Drehzahlbereichen der eingestellte Motorstrom fließt und damit das optimale Drehmoment erreicht wird, muss eine höhere Spannung an der Karte anliegen. Der Grund ist, dass die Motoren bei höherer Drehzahl einen größeren induktiven Widerstand haben und eine höhere Spannung zugeführt werden muss, um den benötigten Motorstrom zu erreichen. Je höher die Motorspannung an der Steuerung ist, umso höhere Drehzahlen können erreicht werden. Dabei ist die maximale Spannung zu beachten, die die Schrittmotorsteuerung unterstützt!

 

3. Wie viel Motoren können angeschlossen werden?

Es kann ein Motor pro Ausgang angeschlossen werden (keine Reihen- oder Parallelschaltung). Werden bei einer Fräse z.B. 2 Motoren für die X-Achse benötigt, die identisch laufen sollen, wird jeweils ein Ausgang genutzt. Die Ansteuerung wird in der Frässoftware eingerichtet oder alternativ kann das 25 polige Kabel angepasst werden (Brücke zwischen den entsprechenden PINs und die Rückrichtung zum Computer wird unterbrochen).

 

4. Welche Motoren können angeschlossen werden?

Die Motoren müssen mindestens 0,6 Ohm Strangwiderstand haben. Den Strangstrom entsprechend des Motors auf der Karte einstellen. Wenn die Motoren mehr Strangstrom als die Endstufe haben, können Sie auch eingesetzt werden, haben aber dann entsprechend weniger Leistung.

Der Zusammenhang zwischen Motorspannung, -strom, und Widerstand kann mit folgender Formel berechnet werden: Spannung = Strom x Strangwiderstand (U = I x R)

Beispiel: Motor mit Motorspannung von 5 V und Strangstrom von 2 A

Strangwiderstand (R): 5V / 2A = 2,5 Ohm, damit größer als 0,6 Ohm und einsetzbar

 

5. Welche Schrittmotoren sollten für eine Styroporschneidemaschine oder Fräse ausgewählt werden?

Für Styroporschneidemaschinen reichen in der Regel die 48 Ncm Motoren aus, da berührungslos geschnitten wird und nur der Widerstand und das Gewicht der Mechanik bewegt werden müssen. Für Hobbyfräsen reichen in der Regel die 2,5A Motoren mit 110 Ncm aus. Bei größeren Maschinen sollten die 180 oder 280 Ncm Motoren eingesetzt werden. Dabei ist zu beachten, dass bei Motoren mit längerem Statorpaket die Drehmomentkurve über die Drehzahl eher abfällt. Insofern ist der 180 Ncm ein guter Kompromiss aus Kraft und maximaler Drehzahl.

Im Detail hängt die Motorenwahl von mehreren Faktoren ab:

  1. Geplante Verfahrgeschwindigkeit.

  2. Leichtgängigkeit und Untersetzung der Maschine.

  3. Welches Material bearbeitet werden soll.

 

Balsa, Depron und dünnes Sperrholz sollte gut funktionieren. Bei dicken Sperrholzplatten, GFK oder Alu (hartem oder dicken Material) ist ggf. die Verfahrgeschwindigkeit etwas geringer zu wählen.

 

6. Was bewirken die verschiedenen Schritteinstellungen?

Die MDLCNC Schrittmotorkarten haben je nach Modell verschieden Einstellmöglichkeiten:

Vollschritt (1/1), 1/2,1/4, 1/8, 1/16, 1/32 Schritt oder mehr.

Bei Vollschritt läuft der Motor relativ rau, haben aber am meisten Drehmoment.

Bei 1/16 Schritt laufen die Motoren sehr ruhig und haben eine sehr feine Auflösung, allerdings hat der Motor nun weniger Drehmoment, da die feine Auflösung elektronisch erzeugt wird und der Motor 16 mal so viele Schritte hat, wie mechanisch vorhanden.

Vereinfacht kann man sagen, dass die Motoren mit feineren Schritten ruhiger laufen, eine höhere Auflösung , aber weniger Drehmoment haben und die maximale Drehzahl geringer wird. Ein guter Kompromiss ist der 1/4 Schritt. Erst wenn die Maschinenauflösung noch feiner sein muss, sollte man auf 1/8 oder 1/16 gehen.

 

7. Wie rechnet man den Vorschub pro Schritt aus?

Vorschub pro Schritt = Schrittmode x Spindelsteigung / Anzahl Schritte des Motors

 

Beispiel für eine TR 12/3 Spindel (3mm Steigung pro Umdrehung) und Schrittmotoren mit 200 Schritten pro Umdrehung:

  • Auflösung bei 1/1 Schritt: Vorschub pro Schritt = 1/1 x 3mm / 200 Schritte = 0,015mm pro Schritt

  • Auflösung bei 1/2 Schritt: Vorschub pro Schritt = 1/2 x 3mm / 200 Schritte = 0,0075mm pro Schritt

 

Bei Mach3 und USB CNC werden die Schritte pro mm konfiguriert. Dies wird wie folgt errechnet:

1/Schrittmode x Anzahl Schritte des Motors / Spindelsteigung

 

Beispiel für eine 1605 Kugelumlaufspindel (5mm Steigung pro Umdrehung) und Schrittmotoren mit 200 Schritten pro Umdrehung:

  • Schritte/mm bei 1/8 Schritt: 8 x 200 Schritte / 5mm Steigung = 320 Schritte pro mm

 

8. Was kann die Ursache für zu kurze oder zu lange Verfahrwege sein?

  • Ist die Abweichung sehr groß und es wird z.B. der doppelte oder halbe Weg gefahren, passt die Schrittmodeeinstellung nicht zur den konfigurierten Werten (siehe 7.) in der Software. Entweder stehen die DIP Schalter der Steuerung falsch oder in der Software ist der Schrittmode, die Spindelsteigung oder der Weg/mm falsch errechnet oder eingetragen.

  • Handelt es sich um kleine Abweichungen kann das mehrere Ursachen haben. Es ist herauszufinden, ob die Abweichungen immer oder nur bei bestimmten Drehzahlen auftreten. 

    • Treten Sie immer auf, ist die Mechanik zu prüfen, ob sie an bestimmten Stellen schwergängig ist. Weiterhin sind die konfigurierten Werte in der Software zu prüfen (siehe 7. und 8.). Dies betrifft auch die Pulsbreite, die nicht unter 15us sein sollte.

    • Treten Sie nur bei bestimmten Drehzahlen unterhalb der Maximaldrehzahl auf, kann es sich um Resonzschwingungen handeln, bei der die Maschine besonders schwergängig läuft. Hier ggf. den Drehzahlbereich meiden oder z.B. von 1/4 Schritt auf 1/8 Schritt umkonfigurieren.

    • Treten Sie bei hohen Drehzahlen auf, ist die Drehzahl oder Schrittmode zu reduzieren. Z.B. von 1/16 Schritt auf 1/8 Schritt. Wenn die Steuerung mit 24V betrieben wird, aber 36V unterstützt, hilft eine Erhöhung der Spannung, um eine höhere Drehzahl zu erreichen (siehe 2.).

 

9. Spannungsversorgung der MDLCNC-Karten

Passende Netzteile zu unseren Steuerungen werden im Shop angeboten. Dabei darf die maximale Spannung, die für die Steuerung zugelassen ist nicht überschritten werden. Es ist eher eine kleine Reserve von 2 – 4 V zu empfehlen. Es kann natürlich auch weniger Spannung angeschlossen werden, wobei dann die maximale Drehzahl sinkt (s.o. 2.). Eine günstige Alternative ist das 24V Universalnetzteil.

Eine 5V / 12V Logikspannung wird bei der 4-Kanalkarte nicht benötigt, da diese auf der Karte aus der Motorspannung selbst erzeugt wird. Die 12V / 5V werden auf der Karte über Pfostenstecker (s. Anleitung) für andere Anwendungszwecke herausgeführt und dürfen jeweils bis 300 mA belastet werden.

Bei der 1-Kanalkarte wird die Logikspannung von 5V ebenfalls selbst erzeugt.

 

10. Wieviel Strom muss das Netzteil liefern?

Mit folgender Faustformel kann der effektive Stromverbrauch der Schrittmotorkarte mit angeschlossenen Schrittmotoren ermittelt werden: Summe der Motorströme / 2.

So ist der Stromverbrauch bei der Steuerung mit 4 x 1,8A Motoren ca. 3,6A oder bei einer Fräse mit 3 x 2,5A Motoren ca. 3,75A. Aus diesem Grund liegen den Sets meist 4A oder 5A Sicherungen bei. Diese sind mittelträge, um den Anlaufstrom abzufangen.

 

11. Was wird für eine Fräse oder Styroporscheidemaschine benötigt?

Mittlerweile werden Komplettsets angeboten, die die typischen Komponenten für Fräse oder Styroporscheidemaschine enthalten. Hier sind die Positionen einzeln gelistet:

Fräse:

  • 4 Schrittmotorstuerung oder Einzelendstufen mit Interfaceboard,

  • 3 Stück 2,5 oder 3A Schrittmotoren,

  • passendes Netzteil (24V oder 36V oder für die DM556 max. 48V),

  • etwas Kabel je nach Spannungsversorgung und Motorverkabelung,

  • Gehäuse für Elektronik

  • Maschine selbst.

Styroporschneidemaschine:

  • 4 Schrittmotorstuerung oder Einzelendstufen mit Interfaceboard,

  • 4 Stück 1,8A Schrittmotoren,

  • 24V Universalnetzteil oder 36V

  • etwas Kabel je nach Spannungsversorgung und Motorverkabelung,

  • Gehäuse für Elektronik,

  • bei Bedarf weiteres Netzteil für die Heizspannung,

  • Schneidedraht (0,4 oder 0,5mm)

  • Maschine selbst (z.B. unsere Styroporschneidemechanik Kit1).

 

12. Welcher PC / Laptop ist geeignet?

Der PC / Laptop muss einen eigenen Parallelport (LPT) oder USB (s.u.) besitzen. Für PCs gibt es günstig eine Parallelportkarte zum Nachrüsten. Laptops mit schwachen Signalen am LPT-Port sind in der Regel geeignet, da die Steuerung am Eingang Signalverstärker hat. Drucker USB zu LPT-Adapter funktionieren in der Regel nicht, da sie speziell für Drucker ausgelegt sind.

Für viele CNC Softwarelösungen gibt es aber mittlerweile spezielle USB Interfaces. Mögliche Kombinationen sind oben beschrieben.

Die Leistungsfähigkeit des Computers (CPU, RAM usw.) hängt im Wesentlichen von der eingesetzten Software ab.

 

13. Welche Software passt zu den MDLCNC-Karten?

Die Software muss mit Takt und Richtungssignalen arbeiten und diese über den Parallelport bzw. einem USB Interface rausgeben. Dies ist bei fast allen Softwarelösungen für den Hobby und semiprofessionellen Bereich gegeben.

 

Die PIN-Belegung und Geschwindigkeit sollte möglichst konfigurierbar sein. Die PIN-Belegung der MDLCNC-Karte steht in der Anleitung.

Falls die PIN-Belegung nicht konfigurierbar ist, kann ggf. das Parallelportkabel bzw. Adapter umgelötet werden. Z.B. PIN 2 mit PIN 3 tauschen usw.

 

Mögliche Kombinationen sind oben beschrieben.