CNC Fräse - HowTo

• Arbeitet G-Code ab
• G-Code kann von Hand oder mit Hilfe einer CAM-Software erstellt werden
• Vereinfachter Prozess für Planfräsen

Wird ein CAM verwendet, muss ein Digitales Modell vorliegen. Im Falle von 2D und 2,5D Fräsen reicht eine Zeichnung bzw. .dxf aus, i.d.R. und für 3D Fräsen wird auch ein 3D-Modell benötigt. Dieses kann separat erstellt werden und als z.B. .STEP in die CAM Software seiner Wahl geladen werden.

Im der CAM Software ist es notwendig, zunächst eine Werkzeugbibliothek anzulegen. Dabei ist insbesondere darauf zu achten, dass die Durchmesser der Fräserschneide und die Fräserform (Schaftfräser, Fasenfräser, Kugel-/Radiusfräser..) richtig programmiert werden. Andernfalls werden die Werkzeugbahnen falsch berechnet und man erhält zumindest nicht das gewünschte ergebnis, oder es führt zu einem Maschinencrash.

Für einfaches Planfräsen ist es nicht erforderlich, einen G-Code zu erstellen. Hierfür wurde ein Makro erstellt. Erreichbar über Beamicon2 → Tab „Spezial“ → Auswahl „Planfräsen“.

Das Makro arbeitet mit dem 35mm WPL-Planfräser. Der Startpunkt und die Z-Höhe wird über G54 festgelegt, der Endpunkt über G55. Die Tiefenzustellung wird mit einer Abfragemaske eingegeben, und geht vom G54-Z-Wert aus. Zwischen Start und Endpunkt werden Bahnen parallel zur X-Achse erstellt. Nach durchlauf wird der G54 Z-Wert automatisch um die gerade gefräste Tiefe verändert, so dass der Nullpunkt wieder auf der Werkstückoberfläche liegt.

1. Spannen des Werkstücks auf der Maschine, so dass KEIN Spannmittel über die Oberfläche des Werkstückes hinausragt.
   1. Seitliches Klemmen mit z.B. den Veritas Hebelzwingen.
   2. Vakuumtisch / Platte
   3. Versenkte Schrauben, Spannpratzen o.ä.
2. Nullpunkt G54
   1. X ca. 30mm links neben dem Werkstück
   2. Y ca. auf unterer Werkstückkante, oder bis zu 15mm höher (weiter ins Werkstück)
   3. Z auf höchster Stelle des Werkstückes
3. Nullpunkt G55
   1. X ca. 30mm rechts neben dem Werkstück
   2. Yca. auf oberer Werkstückkante, oder bis zu 15mm tiefer (weiter ins Werkstück)
   3. Z hat keine Auswirkung

1. Vorschuboverride auf 0% stellen
2. Makro starten
3. Tiefenzustellung eintragen. Empfehlung max:
   1. Bei Harz / Epoxy ca. 0,5mm
   2. bei Harthölzern ca. 1mm
   3. bei MDF oder ähnlich leicht Fräsbaren Material kann auch mehr gewählt werden.
4. Vorschub mit Handrad langsam erhöhen, und beobachten, ob alles passt (wenn nicht, abbrechen oder mit geringem Vorschub arbeiten)
   1. Tiefenzustellung richtig (sonst abbrechen)
   2. Kein Kreischen, Vibrieren o.ä. (sonst abbrechen)
   3. Spindelleistung bei max. 700-800W (sonst Vorschub reduzieren, wenn geringer als 1m/min abbrechen und tiefenzustellung reduzieren)
   4. Keine Ausbrüche, Bewegungen vom Werkstück etc.( sonst abbrechen)
5. Bei Bedarf kann nach Makroablauf (Z Achse fährt auf G53 Null, Spindel aus, Staubsauger aus) der Vorgang wiederholt werden. Wenn man sich sicher fühlt kann auch gleich mit 100% Vorschub gearbeitet werden.

Es muss der Postprozessor für Beamicon installiert werden. Download von: https://www.benezan-electronics.de/Postprocess.html

Der Ablageordner ist typischerweise C:\Users\Public\Documents\Autodesk\Inventor CAM\Posts

Oder kann ermittelt werden in dem man:

1. In dem man auf den Reiter CAM (Inventor) bzw. Fertigung (Fusion360) geht.
2. Postprzess anklickt (ggf. muss dazu zuerst eine Operation erstellt werden)
3. Auf Setup klickt, Ordner Öffnen.

In diesen Ordner den Postprozessor speichern.

Erzeugung von CNC-Fräspfaden mit FreeCAD Workbench Path für Fräscontroller Beamicon2 und den HH-Frästools
(V 0.6 rbg vom 4.4.2022)

1. Installation des Postprozessors beamicon2
Das Postprozessor-File „beamicon2_post.py“ in das FreeCAD-Unterverzeichnis kopieren: (C:/Programme/FreeCAD 0.19/) Mod/Path/PathScripts/post beamicon2_post.py siehe telegram > Druckvorlagen 9.März.22 11:45 (Rudi)

2. Die HH-Frästool Library „HH-Tools“ an eine beliebige Stelle auf deinen PC kopieren. Auf dieses Verzeichnis wird anschließend ein Verweis eingerichtet. HH-Tools siehe telegram > Druckvorlagen 24.März.22 10:52 (Klaus)

3. Zugriffspfad auf die Frästools einrichten: FreeCAD aufrufen und Datei neu aufrufen.
Zur Workbench Path wechseln. Mit dem Menüpunkt 'Path > ToolBit Library editor' den ToolBit Editor aufrufen. Das Icon links oben (Working Path setzen) anklicken. Es öffnet sich der File-Explorer. Dort zum Verzeichnis HH-Tools/Library navigieren und HH_Fraeser durch Anklicken selektieren. Dann den Tool-Editor schließen. Damit können dann später im Job die passenden Fräser geladen werden.

Hierarchie der Fräspfade im FreeCAD-File:
Der Job befindet sich auf gleicher Hierarchiestufe wie der Körper, aber danach. Der Job enthält eine Rubrik „Operationen“, unter der die einzelnen Fräspfade angelegt werden. Die dem Job zur Verfügung gestellten Tools sind ganz unten aufgelistet. Ihre aktuellen Parameter können durch Anklicken angesehen werden.

Die ICON-Leiste von Path:

Job anlegen (oder im Menü: Path > Auftrag): Legt einen Job an
Legt im FreeCAD-File einen Container 'Job' mit den Path-Unterverzeichnissen an. Im Job > Setup > DefaultValues wird die Größe der Vertikalschritte und anderer Parameter festgelegt, die bei folgenden Operationen übernommen werden..

gcode exportieren (oder im Menü: Path > Export Template): Speichert den gcode des ausgewählten Fräspfades (mit Postprozessordaten)

gcode untersuchen (oder im Menü: Path > G-Code untersuchen): Zeigt den gcode des ausgewählten Fräspfads

Simulation der Fräspfade (oder im Menu: Path > CAM Simulator): Simulation der vorliegenden Fräspfade

Fenster mit Frästools anzeigen: Zeigt ein Fenster mit den zur Verfügung stehende Frästools an
Wird dieses Icon angeklickt, so öffnet sich neben der 3D-Fensteransicht ein Auswahlfenster mit den zur Verfügung stehenden Fräser-Bits. Mit dem Feld 'Add To Job' werden die ausgewählten Bits in den Job geladen.

Gesamtes Modell profilieren (oder im Menü: Path > Profil): Abfräsen des gesamten Modells (Profile)
Diese Operation erzeugt Fräspfade entlang senkrechter Flächen. Sie erstellt im Verzeichnispfad Job > Operations das Unterverzeichnis 'Profile'. Wird ein Körper (Body) ausgewählt, so wird entlang der Außenflächen gefräst. Sind die zusammenhängenden Außenflächen einer Tasche oder deren Grundfläche aktiviert, so wird entlang der Außenfläche dieser Tasche gefräst. Als Parameter (Inside, Outside) kann gewählt werden, auf welcher Seite die Flächen bearbeitet werden.

Ausgewählte Flächen profilieren (oder im Menü: Path > Pocket_Shape): Fräspfad für eine Tasche (Pocket)
Es wird das Unterverzeichnis Job > Operations > Pocket_Shape erstellt. Wird eine Grundfläche ausgewählt, so wird alles Material über dieser Fläche entfernt. Werden hingegen die senkrechten Seitenfläche ausgewählt, so wird sämtliches Matrial, entfernt, welches sich zwischen den Wänden befindet.

Modell oder Flächen bearbeiten (oder im Menü: Path > Face): Eine ebene Fläche fräsen /MillFace)
Die Funktion entspricht der Funktion Pocket_Shape. Zusätzlich kann der wirklich gefräste Bereich durch den Parameter 'Boundary Shape' (Boundbox, , FaceRegion, Perimeter und Stock) festgelegt werden.

3D-Fläche fräsen (oder im Menü: Path > 3D Pocket): Fräspfad für eine 3D Fläche erstellen (Pocket_3D)
Der Fräser folgt der ausgewählten Fläche. Um eine möglichst glatte Fläche zu erhalten, muss ein Kugelkopf-Fräser gewählt werden, dessen Radius so groß wie möglich, jedoch kleiner als der kleinste Krümmungsradius der Fläche sein muss. Ferner hängt die Restwelligkeit von den Schrittweiten in horizontaer und vertikaler Richtung ab. ACHTUNG: Die vertikale Schrittweite wird beim Erstellen der Fräsoperation aus den Job-Daten übernommen. Sie kann in der Parameterliste individuell überschrieben werden.

Die vertikale Schrittweite wird im Job-Editor > Setup > DefaultValues im Feld StepDown eingestellt.(z.B. OpToolDiameter*3 oder ein absolute Wert). Achtung: Beim 12 mm Planfräser ist die Schnitttiefe maximal 8 mm! (Abmessung der Hartmetallplättchen).

Die horizontale Schrittweite ergibt sich aus dem Feld StepOverPercent im entsprechenden Fräsauftrag im Tab Operation.

Die Restwelligkeit ergibt sich aus den Schrittweiten. Ist die Schrittweite die Hälfte des Durchmessers, so beträgen die Unebenheiten ca. 1/8 des Durchmessers, bei 30% etwa 1/20.

Einstellwerte für die Fräswerkzeuge (D1 und SL sind in HH-Tools hinterlegt):

Einrichten des 3D-Pocket Fräspfades:

1. Aus der gewünschte Welligkeit die Schrittweite für das Warkzeug berechnen
2. Vertikale Schrittweite im Job-Editor einstellen
3. Zu fräsende Fläche in der 3D-Ansicht aktivieren
4. Mit Icon 3D-Fläche fräsen (15) Fräsauftrag Pocket_3D erstellen
5. Durch Doppelklick auf Modell > Job > Operations > Pocket_3D den Editor aufrufen
6. Dort unter Operation im Feld StepOverPercent die horizontale Schrittweite einstellen
7. Mit OK bestätigen und die Bahn berechnen lassen (wird als grüne Linien dargestellt)

Den erzeugten Pfad dann untersuchen, abspeichern und simulieren.

Die Beschreibung basiert auf 'Estlcam V11' (rbg 24.4.2022)

In EstlCAM gibt es 3 grundsätzliche Vorgehensweisen:
1. 3D-Flächen können gefräst werden, wenn STL-Daten vorliegen.
1.1 3D-Blockbearbeitung (Fräspfade werden automatisch erzeugt)
1.2 Freie Bearbeitung (3D-Fräspfade werden im Dialog erstellt)
2 Konventionelle Bearbeitung (2D-Zeichnung und Eingabe der Fräsparameter).

Eine gute Einweisung in die Grundfunktionen findet man im Video: https://www.youtube.com/watch?v=4IrUsoXFCXI und weiterführend https://www.youtube.com/watch?v=0BNf7B3r6Sk

Nach Aufruf von EstlCAM erscheint das Startfenster mit der Werkzeugliste:

Die Werkzeugliste ist zunächst um die HH-Tools mit ihren Parametern zu erweitern (siehe vorletzter Abschnitt FreeCAD). Falls das hier nicht gemacht wird, kann man das später nachholen, spätestens dann, wenn ein benötigtes Werkzeug nicht eingetragen ist.

Unter Menü: Einstellungen > Grundeinstellungen sollte der Postprozessor 'Benezan Beamicon' und die richtigen Maßeinheiten eingetragen sein. Bitte überprüfen und gegebenfalls richtigstellen.

Das gleiche gilt für den Menüpunkt: Einstellungen > CNC Programme.

Mit dem Menüpunkt: Datei > Öffnen wird eine Datei geladen. Dies können 3D-Files (z,B. STL) oder 2D-Dateien (z.B. DXF) sein. Je nach Art wird entsprechend bei der Bearbeitung verzweigt.

Ist die Datei geladen, so erfolgt zunächst eine Abfrage nach den Längeneinheiten (Auswahl bestätigen)
Dann '3D Bearbeitung / Modell ausrichten' mit der Abfrage: Freie Bearbeitung / Blockbearbeitung anwählen.

Der STL-Körper wird auf gewölbte Flächen untersucht. Seind keine vorhanden, so wird abgefragt, ob wirklich 3D-Bearbeitung erfolgen soll.

Nach Bestätigung mit „Ja“ öffnet sich das Fenster zur Einstellung der Bahnparameter für Schruppen (1. Arbeitsgang) und Schlichten (Fräswerkzeug und Art der Fräsbahn).

Der Fräsvorgang wird in die Schritte Schruppen und Schlichten aufgeteilt. Für jeden Arbeitsschritt sind die Fräswerkzeuge mit den Parametern sowie eine der drei möglichen Fräsmuster einzustellen.

Es erfolgt Abfrage: 'CNC Programm Voreinstellungen / Postprozessor': Längeneinheit, Vorschubeinheit. Als Postprozessor 'Benezan Beamicon' Mit OK bestätigen.

Im File-Explorer Verzeichnis und Namen eintragen, unter dem die Fräßdaten abgelegt werden sollen. Mit 'Speichern' abschließen.
Der Speichervorgang wird bestätigt.

Nach Bestätigung mit OK wird das Fenster mit den Bahnen angezeigt. In diesem Fenster kann die Simulation gestartet werden.

Wird hier die OK Taste angeklickt, so erscheint das 3D-Blockbearbeitungsfenster und die Erzeugung der Fräsdaten kann mit geänderten Parametern wiederholt werden.

Geschlossen wird die Anwendung einfach durch Schließen des Hauptfensters.

Die Verarbeitung geht wie beim automatischen Erstellen. Es sind zusätzlich einige Parameter von Hand einzustellen

Die automatische Erzeugung von 3D-Fräsbahnen ergibt oft Bahndaten, die Fehler enthalten und meistens nicht optimal und sehr zeitaufwendig sind.

Mit diesem Problem setzt sich der Hersteller von Estlcam in folgendem Video auf Youtube Vor-/Nachteile 2D/3D auseinander. Er beschreibt darin, wie man ausgehend von 2D DXF-Zeichnungen vorgeht, um Fräsdaten zu erzeugen. Sehr interessant ist auch der Vergleich von FreecadPath und Estlcam auf Youtube. Er behandelt sehr detailliert die Unterschiede beider Verfahren und Tipps zum gesamten Produktionsprozess.

• Auswählen
  • Auswählen
    • Verschieben
      • FB
      • DXF
    • Drehen
      • FB
      • DXF
    • Spiegeln (horizontal
      • FB
      • DXF
      • Spiegeln (vertikal)
    • Skalieren
      • FB
      • DXF
    • Kacheln
      • (x-Mal/y-Mal)
    • Stempeln
      • (Winkel)
• Teil (Außenseite)
  • Automatische Konturerkennung
  • Manuelle Konturerkennung
• Ausschnitt (Innenseite)
  • Automatische Konturerkennung
  • Manuelle Konturerkennung
• Gravur
  • Mittig (zur Kontur)
    • Automatische Konturerkennung
    • Manuelle Konturerkennung
  • Links neben Kontur
    • Automatische Konturerkennung
    • Manuelle Konturerkennung
  • Rechts neben Kontur
    • Automatische Konturerkennung
    • Manuelle Konturerkennung
• Carve (Fräsbahnen variabler Breite)
  • Automatische Konturerkennung
  • Manuelle Konturerkennung
• Bohren
  • Bohrung
    • Auf Punkte entlang der Kurve einrasten
    • Schnittpunkte von zwei Geraden
    • Kreismittelpunkt
  • Kreistasche
    • Auf Punkte entlang der Kurve einrasten
    • Schnittpunkte von zwei Geraden
    • Kreismittelpunkt
  • Gewinde
    • Auf Punkte entlang der Kurve einrasten
    • Schnittpunkte von zwei Geraden
    • Kreismittelpunkt
  • Code einfügen
    • Auf Punkte entlang der Kurve einrasten
    • Schnittpunkte von zwei Geraden
    • Kreismittelpunkt
• Text
  • In Rechteck
    • Auf Punkte entlang der Kurve einrasten
    • Schnittpunkte von zwei Geraden
    • Kreismittelpunkt
  • Entlang Kontur
    • Auf Punkte entlang der Kurve einrasten
    • Schnittpunkte von zwei Geraden
    • Kreismittelpunkt
  • Text-Editor
    • Auf Punkte entlang der Kurve einrasten
    • Schnittpunkte von zwei Geraden
    • Kreismittelpunkt
• Nullpunkt
  • Auf Punkte entlang der Kurve einrasten
  • Schnittpunkte von zwei Geraden
  • Kreismittelpunkt
• Vorschau (Bearbeitungstiefe eingeben)
  • Auf Punkte entlang der Kurve einrasten
  • Schnittpunkte von zwei Geraden
  • Kreismittelpunkt

Nach Auswahl einer Kontur und der gewünschten Bearbeitungsart (Teil, Ausschnitt) erscheint das Fenster des eigenschafts-Editor. Dort sind die Parameter wie Frästiefe, Fräsmuster, Fräswerkzeug usw.) für den Fräspfad einzutragen. Alle Fräspfade mit unterschiedlichen Parametern werden mit einer eigenen Farbe gekennzeichnet.

Einzelheiten dazu siehe Video: https://www.youtube.com/watch?v=0BNf7B3r6Sk

Zum Abspeichern der Fräsdaten: Datei → CNC Programm speichern → 'Filenamen eingeben' → Speichern. Als File-Extention wird standardmäßig .din verwendet.Diese Fräsdaten sind für den „Estl-Controller geeigneter gcode. Dieser Code ist für unsere Fräse gegebenfalls noch anzupassen!