Einleitung

Der Aufbau einer Fräse ist nicht kompliziert.  Die tatsächliche Genauigkeit stellt sich erst durch Justieren der 3 Achsen (XYZ) zueinander ein. Bei der Montage auftretende „Ungenauigkeiten“ aufgrund von Montage- & Bauteiltoleranzen werden hierdurch ausgeglichen. Besondere Sorgfalt ist jedoch bei der Montage der Führungs- und Antriebskomponenten notwendig, um spätere Schwergängigkeiten, erhöhten Verschleiss oder Beschädigungen zu vermeiden.

Für die Montage üblicherweise benötigte Werkzeuge:

  • (Maschinen-)Wasserwaage, Maßstab (Metallineal, Zollstock, o.ä.)
  • Inbus-Schlüssel für M5/M6/M8
  • Schraubenschlüssel / Ratsche für M8
  • Maschinengewindebohrer (Form B) o.ä., M4/M5/M6/M8
  • ggf. Kernlochbohrer

Die im folgenden beschriebenen Arbeitsschritte erläutern die allgemeine Montagereihenfolge und geben wichtige Hinweise zu einzelnen Bauabschnitten. Die Reihenfolge der Montage kann individuell auch angepasst werden. Die dem Teilesatz beigefügten Explosionszeichnungen ergänzen die Erläuterungen zu einem einfachen und übersichtlichen Leitfaden. Allgemeine Montageschritte werden in separaten Kapiteln beschrieben, auf die an entsprechender Stelle verwiesen wird um sich wiederholende Kapitel zu vermeiden. Vor dem Bau sollten diese Informationen, sowie diese Montageanleitung vollständig und in Ruhe gelesen werden.

Auf folgende Kapitel wird im Verlauf verwiesen:

  • Montage & Ausrichtung Linearführungen
  • Lagerung von Kugelmulaufsspindeln
  • Fräse einstellen

Schritt 1: Aluprofile vorbereiten

Folgende Gewinde sind in die Aluprofile einzubringen:

  • Portalbalken (im Bild rechts) : je Seite 6 Stück M8 Gewinde
  • Verbinder (im Bild links): je Seite 4 Stück M6 Gewinde

links Verbinderprofil, rechts Portalbalken

Hinweis: Wahlweise können Helicoils /V-Coils zur Gewindeverstärkung eingesetzt werden. Ggf ist ein vorheriges zusätzliches Vorbohren der Kernlöcher sinnvoll um das Gewindeschneiden zu erleichtern. Dies ist häufig bei den Kernlöchern im Portalbalken erforderlich.

Die großen Hohlräume der Aluprofile werden mit handelsüblichem Sand (Quarzsand/Baumarkt) zu ca 2/3 – 3/4 verfüllt. Das Verfüllen sollte in jedem Fall für den Portalbalken und die 2 Längsträger erfolgen. Wahlweise können auch die übrigen Aluprofile verfüllt werden. Die offenen Stirnseiten werden mit passenden  Profilstopfen z.b. aus Holz (6mm Pappelsperrholz) verschlossen und mit einer Raupe Klebstoff (o.ä.) fixiert und abgedichtet. 

Schritt 2: Montage der Linearführungen

Die Linearführungen werden grundsätzlich mittig über der Nut und im gleichmäßigen Abstand zu den jeweiligen Stirnseiten des Aluprofils montiert.

Montage Linearführung Portalbalken

Montage Linearführung Längsträger

Die Linearführungen der Y-Achse und die vordere Linearführung am Portalbalken können wie im Artikel „Montage und Ausrichtung Linearführungen“ beschrieben, montiert werden. Ausschließlich die obere Führung am Portalbalken, welche später der Abstützung der Z-Achse dient, wird nur lose montiert und nicht ausgerichtet. Dies erfolgt zu einem späteren Zeitpunkt.

Hinweis: Die vordere Linearführung am Portalbalken hat eine Toleranz von ca 1mm zu beiden Seiten des Portalbalkens. Hierdurch wird vermieden, dass die Linearführung aufgrund von eventuellen Schnitttoleranzen über den Portalbalken hinaus ragt. Die obere Linearführung ist mittig auf dem Längsträger zu positionieren. Hier variieren die Abstände zwischen 5mm und 30mm zwischen Ende der Linearführung und Portalwange. Bei der Montage beider Führungen sollten diese Abstände ungefähr symmetrisch sein.

Schritt 3: Montage Tisch

Die Montage des Tisches beginnt mit der Montage der Stirnplattenbaugruppen gemäß Explosionzeichnung.

Baugruppe Stirnplatte

Die Stirnplatten mit der Oberkante auf einer ebenen Fläche mit je einem Querprofil bündig verschrauben. An jeder Seite je 2 Winkel lose montieren, über die im späteren Verlauf die Stirnbaugruppen mit den Längsträgern des Tisches verschraubt werden.

Eine der beiden Stirnbaugruppen erhält zwischen Querträger und Stirnplatte eine zusätzliche Abstützung bestehend aus 2 zusätzlichen Winkeln (siehe Explosionszeichnung).  Bei diesen beiden zusätzlichen Winkel müssen die „Führungsnasen“ entfernt werden, die üblicherweise den Winkel in der Nut führen.  Sie lassen sich am Einfachsten mit einem großen Schlitzschraubendreher und einem gezielten vorsichtigen Schlag mit dem Hammer entfernen. Die Bruchkante ggf. mit einer Feile (o.ä.) abziehen um einen eventuellen stehengebliebenen Grat zu entfernen. Die Nasen sind seitens des Herstellers bereits dafür ausgelegt im Bedarfsfall entfernt zu werden.

Nach Fertigstellung der Stirnbaugruppen wird der Tisch vorläufig zusammengesetzt. Die Längsträger mit den montierten Führungen zueinander auf einem Tisch horizontal ausrichten und mit gleich hohen Klötzen beidseits der Stirnbaugruppen aufbocken. Anschließende beide Stirnplattenbaugruppen lose zwischen den Längsträgern im richtigen Abstand zueinander montieren. Wichtig ist hier, dass alle Komponenten-Oberkanten bündig zueinander ausgerichtet sind und die Stirnbaugruppen möglichst genau parallel zueinander und im 90°-Winkel zur späteren Y-Achse stehen. Eventuelle Ungenauigkeiten lassen sich bei der späteren Feinjustage herausarbeiten. 

Hinweis : Gelegentlich kann es vorkommen, dass die Winkel zur Verbindung zwischen Längsträger und Stirnbaugruppe „verzogen“ / eingefallen und somit unbrauchbar sind. Vor der Montage die Winkligkeit dieser Teile prüfen. Mit dem bloßen Auge erkennbar verzogene/eingefallene Winkel können und sollten nicht verwendet werden.

Die inneren Querträger des Tisches werden erst nach Abschluss des gesamten Aufbaus montiert.  Der Aufbau des Tisches ist damit vorläufig abgeschlossen.

Schritt 4: Montage Z-Achse

Explosionsansicht Z-Achse

Die Linearführungen der Z-Achse werden in mehreren Arbeitsschritten montiert. Zuerst werden die Linearwagen an die Z-Platte montiert. Hierzu die Z-Platte hochkant auf eine Längsseite stellen, so dass sich ein Linearwagen mit der geschliffenen Seite automatisch zur Längskante der Z-Platte ausrichtet. Diesen Linearwagen anziehen, der 2. Linearwagen  bleibt lose montiert, diesen nicht anziehen.

Anschließend die Linearführungen lose an die Kreuzplatte montieren und die zuvor an die Z-Platte montierten Linearwagen hierauf aufschieben. Diese Einheit erneut auf die gleiche Längsseite der Z-Platte stellen. Die unten liegende Führung auf der Kreuzplatte richtet sich nun automatisch aus und kann angezogen werden. Ggf muss die Z-Platte dabei verschoben werden um die Schrauben der Linearführung zu erreichen. Die oben liegende Führung der Kreuzplatte und der 2. noch lose Linearwagen an der Z-Platte werden durch mehrfaches Verfahren der Achse ausgerichtet und ebenfalls angezogen. Im Idealfall sollte sich nach dem vollständigen Anziehen beider Führungen und beider Linearwagen keine auffällige Veränderung des Verhaltens beim händischen Verschieben der Z-Achse einstellen.


Ursachen für Schwergängigkeit/ Klemmen an dieser Stelle sind oft:

je nach Art/Hersteller der Führung besteht eine Höhendifferenz zwischen beiden Linearführungen , welche zu Spannungen/Verklemmen führt.

  • Mit Fühlerblech / Alufolie prüfen und ausgleichen durch „Unterfüttern“ zwischen Linearwagen und Z-Platte.

Paralleliltät der beiden Führungen nicht ausreichend gegeben:

  • 2. Führung (inkl. Linearwagen) erneut lösen und durch Verfahren der Achse ausrichten und schrittweise anziehen.

Im letzten Schritt wird der Linearwagen der X-Achse mit der geschliffenen Seite des Linearwagens nach „unten“ zeigend an der Rückseite der stehenden Kreuzplatte montiert. Die Abstützung wird zu diesem Zeitpunkt noch nicht montiert.

Die gesamte Einheit wird nun auf die vordere Führung am Portalbalken aufgeschoben und vor Verrutschen gesichert (Klebeband o.ä.)

Schritt 5: Montage Portal

Explosionsdarstellung Portal

Den Portalbalken mit den beiden Portalwangen nach hinten gekippt „liegend“ auf einer ebenen Unterlage zu einer Einheit verschrauben. Das Portal auf den Tisch aufsetzen und mit den Linearwagen der Y-Achse verschrauben.

Hinweis 1: Eine gute Möglichkeit um das Portal am Tisch zu montieren und aufzurichten ist folgende Vorgehensweise: Das Portal auf den vormontierten Tisch legen und die Portalwangen über die Führungswagen der Y-Achse schieben. Nun auf beiden Seiten mit je einer Schraube die Portalwangen mit einem Führungswagen lose verbinden (symmetrisch!). Diese Schrauben fungieren als improvisiertes Scharnier über das das Portal vorsichtig aufgerichtet werden kann. 

Die Verbinderplatte samt aufgeschraubtem KU-Mutterngehäuse auf dem Verbinder montieren. Den Verbinder anschließend zwischen das aufgesetzte Portal montieren und anziehen. An dieser Stelle kann (sollte) schon eine erste Prüfung und Einstellung der Winkligkeit X/Y (siehe auch Fräse einstellen),erfolgen.

Schritt 6: Endmontage Tisch & Portal

Das aufgesetzte Portal mehrfach vorsichtig vollständig verfahren. Hierdurch richten sie die Längsträger in ihrer Position zum Portal aus (wichtig!).

Hinweis: Am Portal stets nur mittig ziehen/drücken und es zu verfahren!

Nun beide Stirnbaugruppen fest mit den Längsträgern verschrauben. Bei allen Verschraubungen jedoch darauf achten, dass sich diese beim Anziehen „zwischen“ dem Portal befinden, da dieses den Abstand vorgibt.

Hinweis: Eine stabile „Anlegeleiste“, die mit Schraubzwingen an den Stirnbaugruppen befestigt wird, hilft die bündige Ausrichtung zur Oberkante der Längsträger beizubehalten. Eine Abstandstoleranz von +1/2mm der parallelen(!) Stirnplatten zueinander ist ok. 

Beide Stirnplatten durch Zwischenlegen eines Abstandshalters (z.b U-Scheibe) zwischen Stirnplatte und Längsträger deckungsgleich ausrichten um einen möglichst minimalen seitlichen Versatz der Stirnplatten zueinander zu erreichen.

Achtung: Ein gleichmäßiger Lauf des Portals über den gesamten Verfahrweg muss sich einstellen.

Schritt 7: Antrieb

Die Vorgehensweise zum Einbau des Antriebs (Typ N) ist für die  X und Y-Achse nahezu identisch.

Hinweis: Kugelumlaufspindeln „hängen aufgrund des Eigengewichts durch“. Dies muss bei der Ausrichtung berücksichtigt werden. Ein Ausrichten der Lagerung ist bei mittiger Position der Achse somit nicht möglich und das Ausrichten muss immer im Bereich der Lagerung erfolgen.

Antriebsspindel X-Achse

Das Festlager wie im Kapitel „Lagerung von Kugelmulaufsspindeln“ beschrieben an der Festlagerseite lose montieren. Die Spindelmutter in das Mutterngehäuse einschieben und mit Schrauben fixieren. Das Mutterngehäuse nur lose mit der Kreuzplatte verbinden. Auf der gegenüberliegenden Seite die Loslagerschale aufschieben und ebenfalls lose an der Portalwange montieren. Die Ausrichtung der Antriebsspindel zur Achse erfolgt in mehrfachen sich  teils wiederholenden Schritten:

Die Achse bis unmittelbar an die Festlagerseite verfahren und die Festlagereinheit vorsichtig anziehen. Anschließend den Vorgang an der Loslagerseite wiederholen. Dieses insgesamt ca 2-3x je Seite wiederholen, bis sich ein über den gesamten Verfahrweg gleiches Laufverhalten einstellt. 

Hinweis: Beim Verfahren der Antriebsspindel immer wieder mit der Hand kontrollieren, ob sich eine Schwergängigkeit im Nahbereich der Lagerung einstellt. Am einfachsten lässt sich dies durch Verdrehen der Spindel mit den Fingerspitzen testen – der Krauftaufwand soll an jeder Position der Achse gleich sein, d.h. die Spindel soll sich gleichmäßig über den gesamten Verfahrweg verfahren lassen. Sollte die Spindel unter Spannung kommen besteht die Gefahr, dass sie sich dauerhaft verbiegt. Diesen Vorgang daher unbedingt mit großer Sorgfalt durchführen. Insbesondere Vorsicht ist beim Verfahren nicht ausgerichteter Antriebsspindeln mit dem Akkuschrauber geboten!

Im 2. Schritt wird die Spindelmutter samt Halter ausgerichtet. Die Achse an eine Lagerung heranfahren und vorsichtig das Mutterngehäuse anziehen, ohne es dabei versehentlich zu verschieben. Anschließend erneut an beiden Seiten die Leichtgängigkeit und Gleichmäßigkeit des Antriebs kontrollieren.

Das hier beschriebene Verfahren sollte unbedingt mehrfach durchgeführt werden um eine schiefe Ausrichtung aufgrund von „Durchhängen“ der Spindel zu vermeiden. Es darf sich kein Unterschied zwischen gelöstem und angezogenem Zustand des Antriebs bemerkbar machen.

Häufige Ursachen für teilweise Schwergängigkeit im Bereich der Lagerung sind:

  • Portalverbinder sitzt nicht optimal (einseitig oder beidseitig zu tief/hoch, verdreht)
  • Stirnplatten sind nicht im rechten Winkel zur Spindelachse.
  • Stirnplatten oder Lagerschalenversatz ggf. zueiander „Trapezförmig“
  • Spindelmutternhalter falsch ausgerichtet.

Antriebsspindel Y-Achse

Die Vorgehensweise zur Montage und Ausrichtung ist analog zur Ausrichtung der Antriebsspindel der X-Achse. Die einzige Abweichung besteht in der gegebenenfalls zusätzlich erforderlichen Ausrichtung des Portalverbinders in Hinblick auf die Höhe und Neigung relativ zur Anstriebsspindel. Ebenso kann die Adapterplatte, welche den Kugelumlauf-Mutternhalter mit dem Portalverbinder verbindet, gelöst und ausgerichtet werden. Je nach Bedarf kann auch Alufolie zwischen Adapterplatte und Portalverbinder eingebracht werden.

Antriebsspindel Z-Achse 

Die Montage des Z-Achsenantriebs weicht von oben beschriebenem Verfahren etwas ab: Die Festlagereinheit wie im Kapitel „Lagerung der Kugelmulaufsspindeln“ beschrieben mit der Z-Motorplatte montieren und anziehen. Den Spindelmutternhalter an der Spindelmutter montieren und anziehen. Diese Einheit nun von oben auf die Kreuzplatte aufsetzen und dabei die Antriebsspindel zwischen die Linearführungen der Z-Achse „einfädeln“. Den Spindelmutternhalter lose an der Z-PLatte montieren und das Gesamtsystem durch mehrmaliges auf und abfahren zueinander ausrichten. Zuerst den Spindelmutternhalter fest anziehen, anschließend die Z-Motorplatte an der Kreuzplatte montieren und anziehen. Auch hier gilt: Im angezogenen Zustand vorsichtig die Achse auf Verspannung überprüfen! Es darf im Bereich der Festlagerung nicht zu einer Schwergängigkeit kommen. Die Montage des Loslagers entfällt an dieser Stelle, da die Z-Achse nur durch dieFestlagerung „oben“ geführt wird.

Schritt 8: Abstützung

Die Abstützung darf nur bei vollstnändig ausgerichtetem Portal und Antrieb montiert werden (siehe Fräse einstellen) um eventuelle Verspannungen durch zusätzliches Nachjustieren zu vermeiden. Den Linearwagen auf die obere Führung schieben und die Abstützung sowohl am Linearwagen als auch an der Rückseite der Kreuzplatte lose aber spielfrei schrittweise abwechselnd anziehen. Hierdurch bekommt die Abstützung ihre endgültige Position an der die obere Linearführung ausgerichtet wird. Durch Verfahren der X-Achse kann nun die obere Führung ausgerichtet und angezogen werden. Nach erneuter Prüfung der Winkligkeiten kann die Abstützung final angezogen werden.

Schritt 9: Querträger & Aufspannplatte

Nachdem die Maschine final ausgerichtet ist, werden die übrigen Querträger montiert. Das Portal an die jeweilige Stelle verfahren, Querträger einsetzen und mit 4 seitlichen Winkeln montieren (je 2 pro Seite). Auf bündige Ausrichtung zur Oberkante der Längsträger achten.

Die Aufspannplatte kann nach eigener Vorstellung auf der Oberseite der Längs- und Querträger montiert werden. Üblicherweise werden dazu Hammermuttern verwendet, die ein „Einfädeln“ in die Nuten erlauben und damit die Verbindung zwischen Tisch und Aufspannplatte hergestellen.

Schritt 10: Abschluss

Herzlichen Glückwunsch! Der mechanische Aufbau ist damit im Wesentlichen abgeschlossen. Bei Lösen/Demontage einzelner Komponenten oder Baugruppen müssen immer eventuelle Auswirkungen auf andere Teile der Maschine berücksichtigt werden. Beispielsweise hat eine Neuausrichtung des Portalbalkens auch immer eine Neuausrichtung des Antriebs an dieser Stelle zur Folge usw.

Die Montage und Ausrichtung der „Trigger“ für die End/Refernzschalter an den jeweiligen Achsen erfolgt meist zusammen mit dem Einbau der elektrischen Antriebskomponenten und wird daher hier nicht weiter berücksichtigt.

Die optionale „Schleppkettenablage“ als Ablage für die Schleppketten wird mit Nutensteinen unterhalb des Portalbalkens montiert. Es ist empfehlenswert, dieses gleich bei der Erstmontage der Fräse mitanzubringen, da sonst später die Kabelzuführung erneut darauf angepasst werden muss.