Leitfaden Ausrichtung

Die Ausrichtung erhöht die Genauigkeit der gefrästen Werkstücke indem alle 3 Achsen besser zueinander ausgerichtet werden. Eine 100% exakte Ausrichtung einer Hobby-CNC-Maschine ist nicht zu schaffen. „So genau wie nötig“ und nicht „so genau wie möglich“ sollte Dein Motto sein. Es hängt also von Deinen Anforderungen und Deinem Anspruch ab, wie intensiv die Vermessung und Ausrichtung vorgenommen werden sollte. Eine Fräse ist dann gut ausgerichtet, wenn alle 3 Vektoren („XYZ-Kreuz“), welche die Fräserspitze beim einzelnen Verfahren der Achsen beschreibt, möglichst senkrecht zueinander stehen. 

Gelb: Z-Achse / Fräsachse
Rot: X-Achse / Portalachse
Grün: Y-Achse / Tischachse

Ziel der Ausrichtung ist es NICHT, alle Bestandteile einer Portalfräse rechtwinklig zueinander auszurichten. Es ist – salopp gesprochen – unbedeutend wie beispielsweise die Längsträger exakt zueinander stehen oder wenn die Portalwangen nicht im rechten Winkel zum Portalbalken stehen. Du hast Dein Ziel erreicht, wenn Du Dein Bestes gegeben hast.

Die Ausrichtung lässt sich grob in 4 Arbeitsschritte unterteilen:

  • Portalachse senkrecht zur Tischachse.
  • Fräsachse senkrecht zur Tischachse
  • Fräsachse senkrecht zur Portalachse
  • Fräsmotor parallel zur Fräsachse

Tipp 1: Wenn Dein Messtativ am Fuß ein Gewinde hat, kannst Du Dir in eine Portalwange, in die Fräs- und die Kreuzplatte Anschraubgewinde selbst nach Bedarf setzen. Das erleichtert die Befestigung der Messuhr, da ein Stativ mit Magnetfuß bei einer Alufräse meist etwas kniffelig anzubringen ist.

Tipp 2: Das Ausrichten der Achsen geht am Besten, wenn die Antriebsspindeln der Tisch und Portalachse noch nicht montiert sind und die Achsen von Hand verschoben werden können. Einzig bei der Fräsachse sollte die Antriebsspindel schon montiert sein, da sich sonst der Wagen von selbst verschieben könnte und die Messung erschwert. Baue die Antriebsspindeln der Tisch und Portalachse also idealerweise erst nach dem Ausrichten ein oder baue für die Ausrichtung kurzzeitig wieder wie aus.

Tipp 3: Beginne mit der Ausrichtung schon beim Zusammenbau der Maschine und nicht erst hinterher.

Schritt 1: Portalachse zur Tischachse ausrichten

Du benötigst einen möglichst großen und präzisen Winkel auf dem Tisch der Fräse, der mit einem Schenkel parallel zur Tischachse ausgerichtet ist: Befestige hierzu eine Messuhr an geeigneter Stelle am Portal und taste den Schenkel an. Verfahre nun das Portal vor und zurück und richte den Winkel aus. Eine gute Position ist in der Mitte des Verfahrwegs der Tischachse. Wenn möglich, bringe den Winkel auch so nah wie möglich bei der Hauptführung der Portalachse an um einen möglichst kurzen Hebel zwischen Messuhr-Stativfuß und der Messuhrposition zu bekommen. Im nächsten Schritt wird nun die Messuhr an der Portalachse befestigt und der andere Schenkel angetastet. Zwischen Portalwange und Portalbalken kannst Du mit Alufolie unterfüttern bis ein Schiefstand der Portalachse sich auf ein kleinstmögliches Maß reduziert hat. Unterfüttere immer entgegengesetzt an der Vorder- bzw Rückseite mit gefalteter Aluminiumfolie und vergiss nicht parallel das Gleiche beim unteren Querverbinder auch zu tun.

Hinweise:

  • Achte darauf, dass der untere Querverbinder auch unterfüttert werden muss.
  • Den Schiefstand immer nur im komplett angezogenen Zustand messen.
  • Verschiebe die Achsen mit der Hand durch Druck oder Zug nur in der Mitte des Portalbalkens. 
  • Nach dem Unterfüttern die Achse immer einmal vor und zurück bewegen bevor mit der Messuhr wieder gemessen wird.

Schritt 2: Fräsachse zur Tischachse ausrichten

Befestige die Messuhr wieder an der Portalwange. Suche damit einen Bereich auf einem der Längsträger, der über die Schenkellänge Deines Winkels entlang der Tischachse parallel verläuft. Befestige hier den Winkel stehend, zum Beispiel mit einer Schraubzwinge (vorsichtig anziehen um Verzug zu vermeiden!). Befestige  nun die Messuhr an der Fräsachs und taste den stehenden Schenkel durch auf- und abfahren der Fräsachse an. Richte sie so aus, dass die Abweichung möglichst minimal ist:

A) Durch Kippen des gesamten Portalbalkens zwischen den Portalwangen
B) Durch Unterfüttern im oberen oder unteren Bereich zwischen Kreuzplatte und Laufwagen der Hauptführung. Achte hierbei darauf, dass die Abstützung und der Antrieb nicht montiert sein darf bzw hinterher neu ausgerichtet werden muss.

Schritt 3: Fräsachse zur Portalachse ausrichten

Hier hast Du 2 Möglichkeiten dies zu tun: 

Möglichkeit 1) Das Vorgehen ist wie in Schritt 2, nur dass der Winkel parallel zur Portalachse stehend montiert wird.
Möglichkeit 2) Du befestigst den Winkel an der geschliffenen Kante des Laufwagens der Hauptführung

Bei beiden Varianten wird wieder der jeweils andere Schenkel mit der an der Fräachse befestigten Messuhr angetastet. Ein Schiefstand wird hier nicht durch Unterfüttern, sondern durch „Verdrehen“ der Kreuzplatte auf dem Laufwagen der Hauptführung ausgerichtet. Löse hierzu vorsichtig die Schrauben, die die Kreuzplatte mit dem Laufwagen verbinden. Nur soweit, dass sich die Kreuzplatte gerade so nicht von alleine verschiebt. Durch vorsichtiges Klopfen mit einem Schraubendrehergriff  am oberen Ende der Kreuzplatte kannst Du nun die Fräsachse zur Portalachse „senkrecht klopfen“. Achte darauf, dass die Antriebsspindel nicht montiert sein darf, da sich sonst der Mutternhalter mit verdrehen und die Spindel unter Spannung kommen kann. Die Abstützung darf ebenfalls nicht fest angezogen sein.

Schritt 4: Frässpindel senkrecht ausrichten

Ausgerichtet wird die Frässpindel (in Richtung Portalachse) durch Verdrehen des Spindelhalters oder (in Richtung Tischachse) durch Unterfüttern zwischen Fräsplatte und Spindelhalter im oberen oder unteren Bereich:

Möglichkeit A: Der Lichtspalt

Fräse die Opferplatte plan und spanne eine Stück Präzisionswelle in der Frässpindel ein. Setze nun ein kleinen aber sehr präzisen Haarwinkel auf die Opferplatte und direkt am die eingespannte Präzisionswelle. Leuchte nun beides von hinten mit einer Taschenlampe an. Richte die Spindel so aus, dass sich ein von allen Seiten gleichmäßiger Lichtspalt einstellt. Achte darauf, dass der Winkel und die Präzisionswelle relativ zueinander ihre Position beibehalten, sonst könnte dies die Ausrichtung verfälschen.

Möglichkeit B: 4 Punktmesung auf der geplanten Opferplatte

Verfahre die Portalachse in die Mitte und befestige ein Fühlhebelmessgerät mit Hilfe eines Zentrierhalters in der Frässpindel. Die Messpitze soll bei einer Umdrehung der Spindel einen möglichst großen Kreis beschreiben.  Markiere nun mit einem Stift durch Verdrehen der Spindelachse 4 um 90° versetzte Punkte auf der Aufspannplatte genau dort, wo die Messspitze die Aufspannplatte berührt. Der Einfachheit halber werden sie im weiteren Text nach Himmelsrichtungen (NSWO) benannt. Diese Punkte werden nun mit einer fest an der Z-Achse montierten Messuhr angetastet indem die Achse an die jeweilige Position verfahren wird. Die Differenz der jeweils gegenüberliegenden Punkte wird notiert. Also die Differenzen zwischen Nord/Süd und West/Ost. Im letzten Schritt wird das Verfahren nochmal wiederholt, allerdings mit erneut eingespanntem Fühlhebelmessgerät (im Zentrierhalter): Die Frässpindel wird wieder zurück in die Ausgangsposition verfahren und diesmal wird durch Verdrehen der Spindelachse die Differenz der gegenüberliegenden Punkte ermittelt. Die Spindel kann dann so ausrichtet werden, dass die Differenzen der gegenüberliegenden Punkte mit den zuerst gemessenen Werten übereinstimmen. Dieses Verfahren ist etwas aufwendiger, erfordert aber keine plane Oberfläche.

Eine andere Alternative ist es, die Opferplatte mit einem sehr geringen Fräserversatz plan zu fräsen und dann mit dem Fühlhebelmessgerät die Frässpindel so auszurichten, dass der Ausschlag bei einer Umdrehung der Spindel ingesamt möglichst gering bleibt.

Möglichkeit C: Ankratzen mit einem großen Fräser

Suche Dir einen zur Portal-& Tischachse planen Bereich der Opferplatte. Spanne einen großen Fräser ein (z.b. einen Planfräser mit 25mm Durchmesser) und fahre mit der Fräsachse in kleinen Schritten hinunter bis der Fräser diesen Bereich berührt. Es wird sehr wahrscheinlich zuerst nur ein kleiner Bogen eingeritzt, wenn der Fräser mit der Hand gedreht wird. Richte die Frässpindel nun so aus, dass sich ein größtmöglicher Bogen, idealerweise ein vollständiger Kreis einstellt.