CNC Fräsen - es wird laut

Info zur Zen Toolworks 1212

Daniels Leihgabe an den Hackerspace Ffm
Typ Zen Toolworks 12x12 Inch
Hersteller: Zen Toolworks

Zen Toolworks CNC
Zen Toolworks CNC
Zen Toolworks CNC
Zen Toolworks CNC
CNC Elektronik
Doku - Verkabelung (07-2013)
Doku - Verkabelung (11-2013)
Doku - Setup (11-2013)

CNC Revival project

Ziele

Dezember 2011 - Februar 2012
- Fräse betriebsbereit und getestet
Materialen
- Epoxy / Glasfaser / Platinen-Herstellung
- Holz
- Acryl
- Holz
- Aluminium ?
Platz in der Werkstatt wg.
- Lärm
- Abzug / Entlüftung
- Staub

Hardware, Software

Anschluß zunächst über Parallel-Port / Centronics
- geplant: USB Interface
Betrieb mit freier Software
- Linux / Ubuntu
- Logon: CNCuser
- EMC
  - EMC on Ubuntu Live CD (erfolgreich getestet am 10.12.2011 / CNC and 3D Dual-Boot PC)
  - EMC forum / emcinfo.pl
  - CNC and 3D Dual-Boot PC
Spannungsversorgung
- separates Netzteil 5 Volt ersetzen durch Spannungsregler / 7805 und Anschluß an 12 Volt Haupt-Versorgung
Home End-Stopps / Max. End-Stopps
- optisch / mechanisch?

Tests am 10.12.2011

Setup Ubuntu und EMC
Drawbot Test :-)
Fräser-Test
Fräser-Test (2)
Setup mit Fräser

Joypad Steuerung

14.12.2011
Konfiguration eines Logitech Logitech Dual Action Joypad an EMC zu Steuerung der X, Y, Z Achsen
2 Geschwindigkeiten über Buttons wählbar.
Joypad auf wiki.linuxcnc.org

Production mode

Inkscape g-code Export

14.12.2011
Inkscape unter Ubuntu
InkscapeHowto auf wiki.linuxcnc.org
Export Plug-in für Inkscape
Test-Datei Walking Camel von http://www.clker.com

Joypad Steuerung ...
... für CNC Fräse
Inkscape SVG to g-code ...
... Export und CNC

Bohren der LED Platinen für das Buntich Projekt

Massen-Bohrung für das Buntich Projekt
je 4 Bohrungen je LED Platine
- Abstand Y: 1/10 Zoll = 2.54 mm
- Abstand X: 21,86 mm
- Bohr-Tiefe 2.5 mm
  feed-rate F = 50-70 mm / min., Rückzug 150 mm / min.
18 Platinen, je 6 Buntich-Pixel, je 4 Löcher = 432 Löcher

Beispiel g-Code, per Text-Editor

%
(Bohren der LED Platinen für das Buntich Projekt)
(AXL für Hackerspace FFM, 17.12.2011)
M3
(Header end.)
G21 (All units in mm)

G00 X0.0 Y0.0 Z-0.0
G01 Z-2.5 F70
G00 Z-0.0

G00 Y+2.54
G01 Z-2.5 F70
G00 Z-0.0

G00 Y+5.08
G01 Z-2.5 F70
[...]

G00 X21.86 Y0.0

G01 Z-2.5 F70
G00 Z-0.0
[...]

EMC Screen
CNC Setup
CNC Bohren
Buntich Platinen

Platinen fräsen und bohren

CAD für PCB Entwurf: Win Layout von Abacom
Bohren
- Ausgabe im Excellon Format
- Umwandlung über Excellon to G-Code Convertor
Fräsen
- HPGL Export und Konvertierung in g-Code mit Inkscape
- (siehe Zen Toolworks CNC Fräse#Inkscape g-code Export)

EMC Screen
CNC Bohren und Fräsen
EMC Screen 2. Versuch
Fräsen 2. Versuch

XYZ Blinkenlights for CNC Mills

Screenshot Processing

LED-Circles für die X-, Y-, Z-Achse
Bohrvorlage für 5 oder 3 mm LED-Circles in Processing
Ausgabe der g-Codes direkt aus Processing

Drawbot Logo

DRAWBOT Logo

Ausgabe des Drawbot Fonts per Processing in g-Code
Fräsen in Bastel-Kunststoff (grau) und Acryl
Fräs-Test für ein Teil des Prusa Air

Zen Toolworks CNC
Drawbot Logo
Drawbot Logo
Tests incl. Prusa Air Teil

Kissen / Gußform Test

Kissen-Form in EMC

Fräsen einer Kissen-Form in Schaustoff
Erstellen des G-Code mit Processing als Überlagerung von zwei Sinus-Funktionen für die Z-Achse ("Tiefe")
Anwendung: Guß-Vorlage für Lautsprecher-Boxen

[...]
  for (float iy=0; iy <= my; iy += w) {
    s.add(new String("G00 Z" + fpp(h_save)));
    s.add(new String("G00 X0 Y" + fpp(iy)));
    
    float ky = sin((iy / my) * pi);
    
    for (float ix=0; ix <= mx; ix += w) {
      float kx = sin((ix / mx) * pi);
      z = h1 * kx * ky;
      s.add(new String("G01 X" + fpp(ix) + " Z" + fpp(z) + " F" + fpp(f)));
    }
  }
[...]

Drawbot Gondel-Teil - OpenSCAD

EMC Screen

Fräsen eines in OpenSCAD konstruierten Teils aus Kunststoff
OpenSCAD Export als 2D DXF Datei - s.u.
Konvertierung in g-Code mit Inkscape

OpenSCAD 3D zu 2D Konvertierung

[...]
// projection(cut=true) for DXF extrude
projection(cut=true) rotate([180,0,0]) {

    [... 3D parts here ...]

} // projection(cut=true) for DXF extrude

Probleme

DXF Import
- Pfad wird beim Export nicht zusammengeführt
- "händische" Aufbereitung nötig, u.a. per Shell mittels:

cat PenDisc_V_003_combined_paths_0006.ngc|grep "G00 X"|awk '{print "G01 " $2 " " $3 " F80"}' > PenDisc_V_003_combined_paths_0006_filter.ngc

Dimensionen
- OpenSCAD Modell hat Breite des Fräsers nicht beachtet (Radius 1.1 mm)

rm=1.1;		// radius mill tool
rh1=4;		// center hole
rh2=1.5;	// holes
[...]
cylinder(r=rh2-rm, h=10, center=true, $fn=20);

Zen Toolworks CNC
OpenSCAD Screen
Gefrästes Teil

Buntich Aussparungen für Kabelkanäle

Buntich Datenleitungen

EMC Screen

Fräsen rechteckiger Aussparungen in die Buntich Kabelkanäle
Direktes Editieren des G-Code per Text-Editor

Zen Toolworks CNC
Setup Fräse
Tests
Fräsen ...
Tests 2
Platine eingebaut
Paßt :-)

Buntich Datenleitungen - g-Code

%
(Bohren der Kabelkanäle für das Buntich Projekt)
(AXL für Hackerspace FFM, 07.01.2012)
M3
(Header end.)
G21 (All units in mm)

G00 Z+1.0

G00 X+0.0 Y+0.0
G01 Z-2.5 F160
G01 Y+19 F160
G01 X+8 F160
G01 Y+0 F160
G01 X+0 F160

G00 Z+1.0

G00 X+18.0 Y+0.0
G01 Z-2.5 F160
G01 Y+19 F160
G01 X+26 F160
G01 Y+0 F160
G01 X+18 F160

G00 Z+1.0

G00 X0.0 Y0.0

(end)
%

Buntich 4mm Stecker

EMC Screen

1 Loch 4mm, 1 Langloch 5mm x 4mm
gefräst mit 2mm Fräser

Buntich Kabeldurchführung

EMC Screen

3 Schlitze für Flachband-Kabel
2 x 2 Schlitze für Zugentlastung 10-polige Buches für Wannenstecker
Muster 16 mal in Kebelkanal eingefräst

Zen Toolworks CNC
Setup Fräse
Fräsen
Detail - Muster
Übersicht

g-Codes G02 & G03 - Bögen

EMC Screen

g-Code infos
G02 - clockwise arc
G03 - conter-clockwise arc
Parameter I, J und K - Bogen-Zentrum X, Y und Z
Test mit Processing: Bohrungen, Langlöcher, Rechtecke mit Radius fräsen

g-Codes G02 & G03 - Bögen
Bohrung
Rechtecke
Tests fräsen
Tests fräsen

cnc_path() & Egg-Bot Prototyp

EMC Screen

Processing-Funktion cnc_path() erlaubt das Fräsen nach Pfaden incl. abgerundeter Ecken
Aktuelle Version: Nur 90° Schritte möglich
Außen- und Innen-Radien werden individuell berechnet und mit "echten" Bögen (g-Code G02/G03) gefräst
erste Anwendung: Rahmenteile für den Egg-Bot Prototyp

Eggbot Prototyp
Prinzip der 90° cnc_path() Funktion
Prototyp - Stepper NEMA 14 mount
Prototyp - Stepper
Prototyp - Stepper
Erweiterung: Stege zum Ausbrechen
Fräsen: Stege zum Ausbrechen
Prototyp - gesamt
Milling the Egg-Bot

Tests mit pycam

Inkscape --> pycam --> EMC2

Installation unter Ubuntu

http://pycam.sourceforge.net/

sudo apt-get install python-gtk2 python-opengl python-gtkglext1 python-rsvg python-pyode python-guppy
sudo apt-get install inkscape pstoedit

Test-Fräsen

Beispiel: a pig silhouette from a U.S. patent drawing

CNC Piggie
Piggie Vorlage
Kunststoff
Alte Telefonkarte zu Piggie

Neue Fräser-Aufnahme und Tests 9 mm Multiplex Sperrholz

Die neue Fräser-Aufnahme reicht deutlich näher an den Frästisch - Danke, Lötmichel
Tests mit Version 1 für die Proxxon Bohrmaschine und 9 mm Multiplex Sperrholz
Version 2 - mit neuem Motor - in Arbeit

CNC Piggie
Neue Fräser-Aufnahme für die Proxxon ...
... im Detail
Wood-Cut
Wood-Cut

Egg-Bot Schild

3-Teiliges Schild für den Egg-Bot:
- Unterer Rahmen für Aufnahme des Glas-Teils + LED (g-Code via Processing)
- Abdeck-Rahmen (g-Code via Processing)
- Graviertes Glas-Teil (g-Code via InkScape --> pyCAM)
Font: Century Schoolbook L (Century Type Family)

Egg-Bot Schild
EMC
3 Teile
Montage und Test

Egg-Bot Y-Motor plate

Ersatz für ein Fischertechnik© Teil im Prototyp
9 mm Multiplex Sperrholz
Aufnahme für NEMA 14 Stepper mit versenktem Lagerblock und 12 mm Langlöchern
Schlitze zur Führung auf dem Egg-Bot Rahmen
Konstruktion via Processing g-Code Framework

Egg-Bot Y-Motor plate
Konstruktionsdaten
EMC Screen
Versenkter Lagerblock
Langlöcher
Kabelschellen Montage

T8L – bone vertex

Parameters
- L = length (hole center to hole center)
- T = thickness (x1 on circles, x2 on connection bar)
- D = diameter of holes
Vertex element for the Egg-Bot.

T8L – bone vertex
EMC Screen
Routing test result
Test M3
Test M3
T88L - 3 hole vertex
T88L in EMC
T88L's
Pantograph frame

hex_wall

Gitter aus Sechsecken via Processing --> g-Code
Parameter
- Breite des Sechsecks
- Breite der Gitter-Stege
just for fun ... Verwendung noch unklar, evtl. [1]
Material: Kunststoff-Abfälle, Dicke 3 mm

Sechseck (Wikipedia)
Gefräst
Durchblick
6eck Reste - Ideen?

LED_Lamp

Lampenschirm für LED Lampe
Konstruktion über Processing
Material: Kunststoff-Abfälle, Dicke 3 mm
just for fun

EMC: Ringe
Ringe
Ringe
EMC: Streifen
Streifen
Montage
fertig, leider verrechnet :-)
Hängt

Bujinkan Logo

Toolchain für Gravur

Inkscape
- Bitmap laden: Media:Bujin 001.png
- Vektorisieren --> SVG Format: Media:BujinkanLogo 002.svg
pyCAM
- SVG laden
- Shift um Z = -0.5 mm
  (Testweise: 2-phasig, -0.4 mm Vorschnitt und -0.5 mm Fertigschnitt)
- Feedrate F100
- Trajectory control G61 P0.05
- Gravur Path --> g-Code
EMC
- Gravur-Stichel 90°, 16 kRPM, Feedrate F100

Material

Gravur: 6 mm Plexiglas
Gehäuse für Version 003: 10 mm MDF / Mitteldichte Holzfaserplatte
- kreisrund, Durchmesser 210 mm
"Sandwich"-Bauweise aus 2 MDF Platten
- Eine durchgehende Bodenplatte mit Bohrungen für 8 Schrauben
- Eine Abdeck-Platte, in die das Plaxiglas 6,2 mm eingelassen ist
- Hinter Plexiglas: Schwarzes Papier zur Steigerung des Kontrasts

EMC Screen Version 002
Test in Kunststoff
Media:BujinkanLogo 002.svg
Tests und ...
... Ergebnis in Plexiglas
Bujinkan Logo 003 - Entwurf für Gehäuse
Gravur in 6mm Plexiglas

LED Beleuchtung

Eine gleichmäßige Ausleuchtung für ca. 160 mm hohes Motiv war nach Tests mit 8 LEDs möglich
Verschaltung in zwei Gruppen je 4 LEDs, Betrieb an 12 Volt ohne Vorwiderstand
Mindestabstand zum Motiv und Abdeckung über den MDF-Rand sollten 15 mmm sein
- Angestrebter Rand waren ~ 20 mm
- für das Zusammenschrauben des Gehäuses sind entsprechende Zonen mit ca. 10 mm Materialdicke vorzusehen
- Lösung über Kombination Kreis für Außenrand und Achteck für Plexiglas
Konstruktion in Inkscape über mehrere Ebenen für Holz und Plexiglas
Realisierung der Schnittmuster für MDF über Processing Toolchain (mill_tracer)
- Frontblende - Kreis mit achteckiger "Pocket" für das Plexiglas
- Zwischenplatte mit Kreis mit achteckiger "Pocket" den Hintergrund plus Aussparung für Arduino

Zwischenplatte
... Oh, so Dharma?

Open Source Hardware - Logo

Toolchain

Inkscape
- Logo + Umriß in mehreren Ebenen in einer SVG Quelldatei
- Logo als SVG übernehmen von http://oshwlogo.com/
- Logo spiegeln für Gravur auf der Unterseite (!)
- SVG Format für jede Ebene getrennt speichern und in pyCAM übernehmen
pyCAM
- SVG laden
- Shift um Z = -0,5 mm für Gravur oder -1.0 - -5,0 mm für Schnitte
- Feedrate F400
- Gravur Path --> g-Code
EMC
- Gravur-Stichel, 10 - 20 kRPM
- Schnitte
  - g-Code File erweitert um "step-down" Schleife (dZ = -1,0 mm)
  - Fräser 3,2 mm einschneidig, 10 kRPM
LEDS
- 3 mm rot aus der Hackerspace-Grabbelkiste
- LED Bohr-Hilfe für kontrollierte senkrechte 3 mm Löcher
- 10 LEDs in 2 Gruppen je 5
- gemessen: 2 V entspr. 16 mA
- Betrieb mit 9 oder 12 Volt möglich ohne Vorwiderstand

Gravur in EMC
Erstes Cover in pyCAM
Material, Plexi
Gravur
LED Bohr-Hilfe: senkrecht
LED Löcher
Test
Blende 2

Open Source Hardware - Logo in MDF

EMC Screen

OSHW Logo im Druckbett für Hackffm³RepRap 3D Drucker
- Material: 10 mm MDF, Mitteldichte Holzfaserplatte
- Fräser: 2,1 mm, Spiralverzahnung, 10 kRPM, F400
Bohrungen
- zusätzlich Bohrungen zur Montage aller Elemente des Druckbetts, D 3,2 mm
- Ecken: je 8 mm Abstand, D 3,2 mm
- Montage-Linie: 55 mm vom oberen/unteren Rand
- Lagerblöcke: 10 & 40 mm vom rechten, linken Rand, D 3,2 mm
- Riemenhalter: mittig, 18 mm, D 3,2 mm
Seiten-Ausschnitte
- Weitere Reduzierung der Gewichts
- OSHW Logo bleibt erhalten

Schnitt
fertig
Bohrungen
Bohrungen
Montage
Rest :-)
OSHW in EMC
Fräsen
Fräsen
fertig
Seiten-Ausschnitte in EMC ...
und beim Fräsen
Fertig

MDF lackieren

Test mit dem OSWH Rest
- 10 mm MDF
- 2 x Grundierung, insbesondere den Rand
- 1 x Acryl Lack
- gleichmäßigere Ergebnisse mit Schaumstoff-Rolle statt Pinsel

Rest :-)
Grundierung + Acryl Lack
Grundierung 1
Grundierung 2

Mendel - Y-Carriage

EMC Screen

Parameter
- Material: 10 mm MDF, Mitteldichte Holzfaserplatte
- Fräser: 2,1 mm, Spiralverzahnung, 16 kRPM, Feedrate F500
- 2. Charge - August 2012: Fräser: 2,1 mm, Spiralverzahnung, 10 kRPM, Feedrate F500
Bohrungen
- Konstruktion über Processing
- zusätzlich Bohrungen zur Montage aller Elemente des Druckbetts, D 3,2 mm
- Ecken: je 8 mm Abstand, D 3,2 mm
- Montage-Linie: 55 mm vom oberen/unteren Rand
  - Lagerblöcke: 10 & 40 mm vom rechten/linken Rand, D 3,2 mm
  - Riemenhalter: mittig, 18 mm, D 3,2 mm
Material-Einsparung
- Konstruktion über Inkscape und pyCAM (Gravur-Modus)
- Überstand 5 mm über alle Mendel-Elemente
- Optimierung: Möglichst nur eine Fräs-Linie und kurze Wege
- Zusätzliche "Z down" Schleife per Hand eingefüht: 7 x 1,6 mm
Zeitaufwand
- Bohren und Fräsen in einem Arbeitsgang je Carriage: ca. 20 Minuten + 10 Minuten Rüstzeit
- Serienproduktion: 8 Carriages am 16.04.2012
- Aufgezeichnet mit HackffmActivitySensors - es war laut!
  
  Geräuschlevel-Protokoll 16.04.2012

Konstruktion in Inkscape
Fräsen
Fertig
Serienproduktion ...
... 8 Carriages ...
... mit Heizbett
Heizbett
Heizbett Detail
Lager montiert @ hackffm³RepRap
Carriage montiert @ hackffm³RepRap
Heizbett montiert @ hackffm³RepRap

Mendel - Acrylic Build Platform

EMC Screen

Gravur in Acryl, nach dem Vorbild http://store.solidoodle.com/index.php?route=product/product&path=63&product_id=53
Tests mit unterschiedlichen Gravur-Tiefen
- 0,050 mm, 0,025 mm, 0,015 mm und 0,007 mm (funktioniert nicht)
Integration der Hershey Fonts in die Processing Toolchain
Tested by Manupool

Tests mit unterschiedlichen Gravur-Tiefen
EMC bei der Arbeit
EMC ...
Fräsen ...
fast fertig ...
Tested by Manupool

Tests mit OpenSCAD

OpenSCAD Screen

Toolchain
- OpenSCAD
  - cube() aus Script 'example001' abgeleitet, 50 x 50 x 25 mm³
- pyCAM
  - 1. Toolpath: remove material - "rough"
  - 2. Toolpath: cleanup - "finish"
- EMC
  - Test mit Dämm-Schaum
  - 3 mm Fräser, zweischneidig
  - Feedrate F500

OpenSCAD Screen
pyCAM "rough"
pyCAM "finish"
EMC "finish"
"rough"
"finish"

OpenSCAD Script:

module example001()
{
	function r_from_dia(d) = d / 2;

	module rotcy(rot, r, h) {
		rotate(90, rot)
			cylinder(r = r, h = h, center = true);
	}

	difference() {
		translate([0, 0, -12.5]) cube([50, 50, 25], center=true);
		rotcy([0, 0, 0], cy_r, cy_h);
		rotcy([1, 0, 0], cy_r, cy_h);
		rotcy([0, 1, 0], cy_r, cy_h);
	}

	size = 50;
	hole = 25;

	cy_r = r_from_dia(hole);
	cy_h = r_from_dia(size * 2.5);
}

example001();

Stempel fräsen

Tests für Hackerspace_Ffm_Stempel_und_T-Shirts
- Als Material wurde echter Stempel-Gummi mit 2 mm Dicke benutzt.
- das Motiv durfte nicht zu viele Details enthalten, da diese sonst durch den Fräser nicht mehr ausgeschnitten werden können.
- Nach einigen Tests fiel die Entscheidung auf das Hackerspace FFM "favicon,ico" (HackFFM_Logo_2.0#favicon.ico) zusammen mit einem Schriftzug "hackffm".
Setup für "favicon.ico":
- Entwurf des Motivs in Inkscape incl. "Pocket" Ausschnitt (Datei:Hackerspace FFM Stamp-favicon.svg)
- 1 mm Fräser
- Delta-Z -0.75 mm
- Tiefe Z -1,5 mm
- Drehzahl 16k RPM
- Vorschub F200
Setup für "hackffm":
- Entwurf des Motivs in Inkscape incl. "Pocket" Ausschnitt (Datei:Hackerspace FFM Stamp-3a +0.55mm contour invers cut.svg)
- Schriftart "Nimbus Sans - Bold condensed"
- 0,55 mm Fräser
- Delta-Z -0.50 mm
- Tiefe Z -1,0 mm
- Drehzahl 16k RPM
- Vorschub F75

OSHW Logo (Contour)
OSHW Logo (Pocket)
OSHW Logo - Stamp Test
mehr Tests
favicon.ico
favicon.ico in EMC
favicon fräsen
Schrift-Block in EMC
... fertig

Special Parts for Daniel

Material	Plexiglas, 4,0 mm
Fräser	3,0 mm, einschneidig / mmetoolshop
Drehzahl	8 kRPM (Proxxon)
Feedrate	F200 [mm/min]
Tiefe (dZ)	-1.1 mm, 4 Runden

Material	Pertinax Platinenmaterial 1,5 mm, einseitige Kupferbeschichtung nach oben / MMEToolshop
Fräser	3,0 mm, spiralverzahnt / MMEToolshop
Drehzahl	8 kRPM (Proxxon)
Feedrate	F200 [mm/min]
Tiefe (dZ)	-1.7 mm, 1 Runde

Plexi, 4mm
- 3mm einschneidiger Fräser
- F200 [mm/min]
- dZ 1.1mm (4 Runden)
Pertinax 1.5mm mit Kupferbeschichtung nach oben
- 3mm spiralverzahnter Fräser
- F200 [mm/min]
- dZ 1.7mm (1 Runde)

OSHW Logo (Contour)

Slots ("Langlöcher")

CNC_slot(x, y, w, h)

Automatically detects vertical and hoizontal slots
Circular drill if width == height
Clockwise drilling
Combination of arc (G02) and straight (G01) moves
Continuous Z drill-down to z_cut using 1 x dz per round
One final round will be on Z-level z_cut

cnc_slot schematics
EMC Screen with test slots
Slot mill tests
Slot mill tests

X-Plate for PrintrBot

special material: compound of
- 0.3 mm aluminium
- 2.5 mm polyethylene
- 0.3 mm aluminium
special Z-down pattern with adjusted feedrates
- 0.1 mm dZ with feedrate F100 [mm/min] for aluminium
- 2.5 mm dZ with feedrate F150 [mm/min] for polyethylene
for
- slots: cnc_alu_pe_slot(float x, float y, float w, float h)
- drilling holes: cnc_alu_pe_drill(float x, float y, float D)