CNC-Steuerung: Selbstbau möglich oder nicht?

Eine CNC-Steuerung gibt es nicht nur im Fachhandel, sie kann auch im Selbstbau realisiert werden. Was dabei wichtig ist und wie eine CNC-Steuerung überhaupt funktioniert, das erläutert der vorliegende Beitrag.

Wie funktioniert eine CNC-Steuerung?

Als automatisierte Fertigungsmaschinen arbeiten CNC-Fräsen präzise und sind in der Lage, selbst komplexe Vorgänge mit mehreren Materialien durchzuführen. Die CNC-Programmierung basiert in der Regel auf der Programmiersprache G-Code, mit der man die Befehle eingibt, die die CNC-Maschine später ausführen soll. Enthalten sind in diesen Befehlen Informationen über Spindeldrehzahlen, Werkzeugbewegungen und Werkzeugwechsel sowie weitere Parameter, die für die Ausführung relevant sind.

Zu unterscheiden gilt es drei Arten von CNC-Steuerungen:

• die Punktsteuerung
• die Streckensteuerung
• die Bahnsteuerung

Diese drei Steuerungen oder Steuerungselemente ergeben zusammen die CNC-Steuerung. Bei der Punktsteuerung lässt sich nur der Endpunkt der Bewegung festlegen. Die Antriebe laufen schnell und die Verfahrgeschwindigkeit bleibt konstant.

Anders sieht es bei der Streckensteuerung aus. Hier kann man die Bewegungsgeschwindigkeit genau steuern. Jede Achse kann sich der Geschwindigkeit und der Position anpassen. Das bedeutet, dass man eine achsenparallele Bewegung mit Arbeitsvorschub fahren kann. Mit der Bahnsteuerung können beliebige Verfahrbewegungen ausgeführt werden. Und es funktioniert sogar mit zwei Achsen gleichzeitig. Bei großen Steuerungen kann es sein, dass diese bis zu 30 Maschinenachsen gleichzeitig bedienen. Viele namhafte Hersteller produzieren große Steuerungen für den industriellen Bereich.

Die CNC-Steuerung verarbeitet, programmiert und koordiniert sämtliche Bewegungen einer CNC-Maschine. Die Antriebstechnik dazu besteht meist aus Schrittmotoren sowie Servo- oder Direktantrieben. Welche Art von Motor für die einzelne Maschine gewählt wird, hängt von mehreren Faktoren ab, unter anderem von der Komplexität der CNC-Steuerung und den spezifischen Anforderungen, welche berücksichtigt werden sollen.

Anforderungen, um eine CNC-Steuerung im Selbstbau zu realisieren

Um eine CNC-Steuerung selbst zu bauen, braucht es drei oder vier Achsen, eine schaltbare Spindel und Kühlung, die elektronisch umschaltbar sein sollte, sowie einen USB-Anschluss. Zudem sollte ein Endtaster ein Weiterfahren aufseiten der Hardware verhindern. Als unersetzlich erweist sich überdies ein externer Controller. Es empfehlen sich drei einstellbare Betriebsmodi, nämlich PC, extern und manuell. PC bedeutet, dass die Fräse durch eine Software gesteuert wird, im externen Modus geschieht dies über einen externen Anschluss. Manuell bezieht sich auf die Steuerung per Hand, um unter anderem die Phasenströme abzuschalten.

Weiterhin sind für eine erfolgreiche Umsetzung im Eigenbau ein Display mit Auswahlmenü, ein Eingang für den Längensensor sowie mehrere LEDs erforderlich. Der Eigenbau einer CNC-Steuerung bzw. CNC-Fräse hat den großen Vorteil, dass man das Innenleben dieser Maschine hautnah erlebt. Heute finden sich viele CNC-Maschinen bereits als fertiger Bausatz. Vielleicht besteht ja die Möglichkeit, sich eine Vorführung zur praktischen Umsetzung auf einer Messe anschauen zu können.

Umsetzung im Detail

Zentraler Bestandteil einer jeden CNC-Steuerung sind natürlich die Steuerungsplatinen. Eine davon dient normalerweise als zentrale Schnittstelle und ermöglicht ein Umschalten zwischen dem PC und einer externen Signalquelle. Außerdem ist die erste Platine verantwortlich für das Ausschalten der Maschine im Notfall und gewährleistet den Anschluss der Endstufen. Die zweite Platine schließt die Endtaster an und verhindert hardwareseitig, dass die CNC-Fräse weiterfährt. Eine dritte Platine steuert das Display samt Auswahlmenü und den Relais für Spindel und Kühlung. Hinzu kommt die Festlegung der Schrittzahl der Endstufen.

Wer die Platinen nicht selbst bauen will, findet dazu im Internet eine große Menge an Modellen auf den einschlägigen Online-Plattformen. Bei der Auswahl gilt es wiederum darauf zu achten, dass die gekauften Platinen den persönlichen Anforderungen entsprechen. Um Platinen selbst nachzubauen, nutzt am besten eine detaillierte Anleitung. Manchmal treten in den Leitungen etwa Störungen auf. Wichtig ist zudem, die gesamte verwendete Elektronik in ein Gehäuse einzubauen. Auch dieses kann, wer möchte, selbst gestalten.

Endstufen kaufen oder selbst bauen?

Da ein Selbstbau der Endstufen für die CNC-Steuerung sehr zeitaufwendig ist, kauft man diese besser in einem Fachgeschäft. Die Endstufen haben die Aufgabe, dass sich die Schrittzahl per DIP-Schalter einstellen lässt.

Wie funktioniert die Stromversorgung?

Zur Stromversorgung kann über den Kauf eines Ringtrafos oder eines Arduino nachgedacht werden. Mitunter kommt der Strom dann über ein separates Netzteil. Üblicherweise verfügt eine CNC-Steuerung über drei Anschlüsse für die Koordinaten X, Y und Z, mit denen ein Werkteil später bearbeitet wird.

Was muss man sonst noch beachten?

Eine hundertprozentige Präzision ist beim Eigenbau einer CNC-Steuerung nicht zu erwarten. Auch die Optik muss nicht unbedingt perfekt sein. Zu achten ist jedoch auf hohe Qualitätsstandards bei den verwendeten Bauteilen. Inzwischen wird der Markt immer mehr von Billigteilen aus China überschwemmt, was nicht immer zum Vorteil des DIY-Bastlers gereicht. Möchte man Metall fräsen, muss die CNC-Maschine ausreichend stabil sein. Nicht zuletzt ist Vorsicht bei Bausätzen von privaten Anbietern geboten. Sicherheit sollte immer das wichtigste Kriterium sein.

Unser Fazit

Eine CNC-Steuerung im Eigenbau zu verwirklichen, ist durchaus eine kleine Herausforderung, aber mit Leidenschaft und Kreativität lässt sich diese Aufgabe durchaus bewältigen. Do-it-yourself heißt hier zweifelsohne das Stichwort. Entweder man baut alles selbst – inklusive Platinen – oder man kauft einen der fertigen Bausätze für CNC-Steuerungen. Am Ende kommt es dann zum Test – schließlich soll die selbst gebaute Steuerung ja funktionieren.