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Modellbau Praxis – Von der Zeichnung zum CNC-gefrästen Bauteil Teil 1

Eingereicht

Wir möchten versuchen, mit einer fünfteiligen Beitragreihe für Laien die Tür in die Welt der CNC-Technik aufzustoßen, denn wir sind uns absolut sicher: Haben Sie erst einmal die ersten Schritte erfolgreich hinter sich gebracht, werden Sie aus purer Freude an der Sache Ihr Wissen selbst vertiefen!

Teil 1:
Die Portalfräse
Workshop_CNC_1Wer sich als »durchschnittlich interessierter« Modellbauer die Wunderwerke an CNC-gefrästen Bauteilen ansieht, die moderne Bausätze und Fertigflugzeuge so enthalten, hält es auf den ersten Blick für schlicht unmöglich, dass er ohne eine intensive Fachausbildung jemals Vergleichbares hervorbringen könnte. Eine Einstellung, die viel zu viele Laien davon abhält, sich an der modernen Computertechnik zu versuchen. Gleichzeitig ist aufgrund der rasanten Entwicklung der letzten Jahre der Zugang zu einer CNC-Fräse für mehr Modellbauer denn je in greifbare Nähe gerückt.

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Die Standard-Frässpindel für Modellbauer der Firma Kress.

Statt eines Vorworts
Ein Experte in der 3D-Konstruktion brauchen Sie wirklich nicht zu sein. Allerdings sollten Sie sich zunächst die Fertigkeiten aneignen, die man braucht, um die gewünschten Bauteile als Vektorgraphik am Computer zu zeichnen. CAD-Programme, die mit solchen (auch Bezierkurven genannten) Linien arbeiten, gibt es als u. a. auch als Freeware. Außerdem: Vielleicht wartet ja so mancher Graphik-Freak schon lange darauf, dass er mit dem ihm vertrauten Zeichenprogramm eigene Ideen in die Realität umsetzen kann. Wie auch immer: Falls Ihnen zum Thema Zeichnung jetzt schon die eine oder andere Frage auf der Zunge liegt, gedulden Sie sich bitte bis zum Erscheinen des zweiten Teils. Dort werden Sie mehr über den Umgang mit Zeichensoftware erfahren.

Bitte versuchen Sie auch nicht, gleich nach den Sternen zu greifen. Halten Sie es für den Einstieg einfach und konzentrieren Sie sich auf die Herstellung von Bauteilen, wie man sie im traditionellen Modellbau überwiegend benötigt: Spanten oder Rippen, Halterungen, Ruderhörner und dergleichen. Der allergrößte Anteil an solchen Bauteilen lässt sich in 2D relativ einfach zeichnen und ebenso leicht für das Fräsen aufbereiten. Beginnen Sie mit Teilen aus Holz und erweitern Sie nach den ersten Erfahrungen Ihre Kenntnisse in Richtung GfK oder CfK, schließlich Kunststoff und/oder Folie.

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Der Schrittmotor der X-Achse. Schrittmotoren gibt es in unterschiedlichster Ausführung. Es ist eine der vornehmsten Aufgaben des Konstrukteurs der Anlage, sie für den zukünftigen Einsatzzweck optimal zu dimensionieren.

Die Fräse
Einige Minuten Internetbrowsen bringen es an den Tag: Es gibt uferlos viele Typen von CNC-Fräsen für die unterschiedlichsten Einsatzgebiete und – ganz wichtig (!) – Budgets. Im Folgenden werden Sie erfahren, warum ich mich nach intensiver Recherche für eine gewisse Fräse der Firma EAS GmbH entschieden habe. Ich bitte um Verständnis dafür, dass ich im Rahmen dieses Beitrags lediglich jene Aspekte nenne, die für mich persönlich kaufentscheidend waren. Eine Aussage über die Qualität oder Leistungsfähigkeit von Konkurrenzprodukten ist mit meinen Ausführungen nicht verbunden.

Werfen wir also nun zunächst einen intensiveren Blick auf das von mir eingesetzte Modell EASY 600 KG und machen uns dabei mit einigen Grundbegriffen des Maschinenbaus vertraut.

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Der Schrittmotor für die Z-Achse hat am oberen Ende eine Bremse, die verhindert, dass die Spindel der Schwerkraft folgt und sich selbstständig senkt. Die Bremse kann im Betrieb ordentlich heiß werden.

Wie bei den meisten auf dem Markt angebotenen Modellen handelt es sich bei der EASY 600 KG um eine sogenannte Portalfräse: Die Frässpindel ist an einem Rahmen montiert, der wie ein Türrahmen aussieht – eben das Portal. Dieses Portal bewegt sich beim Fräsvorgang von links nach rechts entlang der so genannten X-Achse und wieder zurück. Beim Fräsen vom Bediener weg und wieder auf ihn zu bewegt sich die Spindel am Portal horizontal entlang der Y-Achse in die Tiefe des Raums. Die x- und y-Achse sind uns noch vom Geometrieunterricht in der Schule vertraut. Natürlich kann man die Frässpindel auch heben und senken und somit z. B. bestimmen, wie tief ein Fräser in das aufgespannte Material fräst. Damit wären wir schon bei der dritten, der z-Achse. Kurz zusammengefasst: Die EASY 600 KG ist eine Portalfräse. Sie arbeitet in der Grundauslegung in drei Achsen: x, y und z.

Wenn bei einer Maschine größere oder kleinere Einheiten bewegt werden müssen, stellt sich die Frage, wie dies möglichst präzise und im ursprünglichen Sinne des Wortes reibungslos funktionieren kann. Der Hersteller der EASY 600 KG setzt hier ausnahmslos auf Gewindespindeln, die mit Schrittmotoren angetrieben werden.

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Gerade für Einsteiger ist es sehr praktisch, einen Längensensor an der Maschine zu haben. So lässt sich die Z-Achse nach einem Fräserwechsel ohne großen Aufwand präzise neu justieren. Versierte Modellbauer können sich die notwendigen …

• Dass sich ein Elektromotor dreht, wenn man ihn mit Spannung versorgt, muss man einem Modellbauer nicht erklären. Der Anker von Schrittmotoren dreht sich bei einem Stromimpuls jedoch nicht ganz oder gar mehrmals um seine eigene Achse: Er »hüpft« wie der Zeiger einer Uhr nur einen festgelegten Betrag weiter – ein Schritt-Motor eben.

• Gewindespindeln für den Maschinenbau sind den Gewindestangen, die wir aus dem Baumarkt kennen, ähnlich, haben jedoch einen Gewindetyp mit besonders präzise gefertigten und belastbaren Flanken. Theoretisch könnte man die zu bewegenden Maschinenteile über eine spezielle Mutter mit den Gewindespindeln verbinden. Dies wird bei günstigeren Ausführungen von Fräsen (oder Drehbänken) auch tatsächlich so praktiziert. Bei unserer Maschine wurde jedoch ein anderer Weg beschritten: Das Kürzel KG in der Bezeichnung steht für den Begriff Kugelgewindetrieb. Bei dieser Art »Mutter« greifen Kugeln in die »Gewindegänge« der Spindeln ein. Reibung und Spiel werden minimiert, ebenso Verschleiß und Wartung. Gleichzeitig lassen sich wesentlich höhere Kräfte übertragen als mit der althergebrachten Technik.

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Durch die flexible Bauweise lässt sich der Sprüharm ohne großen Aufwand in jede beliebige Stellung bringen

Der Begriff Kugelgewindetrieb erschloss sich auch mir erst nach einiger Recherche im Internet vollständig. Interessantes Detail: Die Kugeln in Kugelumlaufrollen sind nicht ortsfest. Dreht sich die Spindel, wandern die Kugeln axial entlang des Gewindes. Dieses Wandern bedingt, dass die Kugeln in einem Kreislauf rückgeführt werden müssen. Das System wird deshalb im allgemeinen Sprachgebrauch oft auch als Kugelumlaufrolle bezeichnet.

Einen ausführlichen Bericht lesen Sie in der Ausgaben 1/2014 und 2/2014 des MFI Magazins.