Projekt CNC-Fräse Mechthild (3-Schweißarbeiten Gestell und Rahmen)

Nach dem Bestellen der elektrischen Komponenten und dem vorbereiten der Schaltschrankverkabelung ging es dann an den mechanischen Aufbau. Das war 2018.

Zunächst habe ich mir einige Gedanken darum gemacht, wie ich mit den mir zur Verfügung stehenden begrenzten Mitteln überhaupt zu einem brauchbaren Ergebnis komme.
Die Rahmenkonstruktion soll aus Viereck- und Quadrat-Stahlrohren entstehen und verschweißt werden. Das bedeutet unweigerlich, das hier erhebliche Ungenauigkeiten durch den Verzug des Materials nach dem Schweißen entstehen. Der professionelle Weg wäre hier, den Rahmen aus Material mit größerer Wandstärke herzustellen, dann den gesamten Rahmen in einem großen Ofen Spannungsarm zu glühen, und nachher auf einer entsprechend großen Fräse die Oberflächen zur Bauteilmontage planzufräsen. Es gibt Firmen die das machen können, aber das sprengt mein Budget für diese Maschine um Größenordnungen. Deshalb muss ich sehen, wie ich ohne diese Dinge klar komme.

Zunächst brauche ich also eine ebene Fläche, um den Aufbau der Maschine darauf durchzuführen. Außerdem muss sie glatt genug sein, um mit Meßwerkzeugen gegen die Fläche messen zu können. Und kosten darf es natürlich auch (fast) nichts, und transportabel muss es auch sein. Im Prinzip scheitert es an dieser Stelle schon, die Maschinenbauer unter den Lesern haben ja bereits beim Schweißverzug die Hände über dem Kopf zusammengeschlagen, es kann also nur noch schlimmer werden.

Ich habe mir einen Tisch mit einer geschliffenen und polierten Granitplatte gebraucht gekauft, und werde darauf den Aufbau vornehmen. Wie gerade die Platte ist kann ich nicht wirklich messen, also hoffe ich das es so halbwegs hinkommt. Der Tisch wird mit Hausmitteln so gut es geht „ins Wasser“ gebracht.

Darauf entsteht nun zunächst das Untergestell und der Maschinenrahmen.
Untergestell schweißen
Da ich das weitgehend alleine gemacht habe, habe ich zum halten der Profile große Schweißmagneten „33Kg“ gekauft. Damit lassen sich die Teile grob Winklig an der stelle Fixieren bevor sie mit Heftschweißungen befestigt und nochmal ausgerichtet werden.

Untergestell schweißen
Möglicherweise muss ich hier später zur Verstärkung noch Dreiecke an den Beinen einschweißen, das entscheide ich dann ganz zum Schluss. Zunächst bleibt es erst einmal so, an das Untergestell werden dann im weiteren Aufbau noch verschiedene Halterungen angebracht.

Nun folgt der Aufbau des Maschinenbettes.
Rahmen schweißen
Ich habe nicht alle Zwischenschritte fotografiert, und schweißen kann ich eigentlich auch nicht, aber was soll schon schiefgehen.

Rahmen schweißen
Zum Zusammenbraten der Rohre muss ein Elektrodenhandschweißgerät der Baumarkt-klasse herhalten. Das Konzept zur Minimierung des Schweißverzugs ist, keine großen Nähte zu machen sondern alles mit einigen kleinen Punktschweißungen zusammenzuhalten.
Ich habe zwei einzelne Rahmen geschweißt, diese dann aufgedoppelt und nachher mit dem Aluminium-Vierkantstrangprofil als Unterlage die Streben eingebaut.
Nach dem Abkühlen war der gesamte Rahmen um ca 2mm verzogen.

Rahmen schweißen
Nun kommen wir zum Ausgleich des Schweißverzugs. Dazu habe ich mir folgendes ausgedacht: Die Laufschienen werden mit dem Laufwägen auf der hoffentlich ebenen Tischplatte ausgerichtet und in ein Bett aus Epoxidharzspachtel eingedrückt, welches dann in diesem Zustand aushärtet. Danach habe ich die Befestigungslöcher durch das harte Epoxy in die Stahlrohre gebohrt und Gewinde für die Befestigungsschrauben gebohrt. So hoffe ich, das die Laufschienen nicht durch den krummen Maschinenrahmen beim anschrauben verzogen werden.
Aber Achtung: Diese „unterstützten Wellen“ sind schon ab Werk krumm zusammengeschraubt. Hier muss man also zunächst alle Schrauben des Aluminiumtrageprofils lösen und auf einer ebenen Fläche ausrichten und dann alle Schrauben schrittweise und „über Kreuz“ Stück für Stück anziehen, und zwischendurch die Geradheit der der Welle kontrollieren, um diese ersteinmal gerade zu bekommen.

Rahmen schweißen
Nach dem gleichen Verfahren mit der Epoxy-Spachtelmasse als zwischenlage wird die Laufschiene auf der anderen Seite befestigt, wobei die Ebenheit wieder von der Tischplatte abgenommen wird. Hier kommt allerdings noch ein zweites geometrisches Problem hinzu, und das ist die Parallelität der beiden Schienen. Damit die stimmt, muss zudem noch der Abstand der beiden Laufschienen an jeder Stelle exakt gleich sein.
Dazu habe ich mir ein Hilfswerkzeug angefertigt, welches mit einem Laufwagen auf der anderen Seite verschraubt ist und mit einer Kugelgelagerten Rolle auf dem Rahmen fährt und gegen den Laufwagen auf der auszurichtenden Schiene mit einer Meßuhr misst. Gegen die Schiene ist schwer zu messen da diese ja eine runde Oberfläche hat, und der Laufwagen dreht sich auch noch ein Stück weit um die Schiene, was die Sache zusätzlich noch erschwert. Ich habe dazu die laufwagen auf der Tischplatte aufliegen gehabt und im wechsel gegen den vorderen und hinteren Laufwagen gemessen, bis ich soweit zufrieden war, denn viel Zeit bleibt einem dazu nicht, da das Epoxy in der Zwischenzeit aushärtet.

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