Bestandsaufnahme und Einschätzung

Motivation / Grundidee Was ist der Auslöser (Problem, Wunsch), was ist der Zweck des Projektes. Was genau wird gemacht / hergestellt?	Die Wabeco CNC Fräse in der Metallwerkstatt (von FOS/BS Erlangen übernommen) soll in einen benutzbaren Zustand gebracht werden.
Ab wann / wie lange Ab wann soll es los gehen? Wie lange wirst du voraussichtlich brauchen?	Maschine wurde am 21.08.2024 zum ZAM gebracht. Zeitrahmen für die Instandsetzung noch schlecht abzuschätzen.
Kontakt Name, Email oder Telefonnummer?	Metallwerkstatt Orga / Oliver

Projekt-Metadaten

TechnischeBild Datender Maschine (mit Umhausung, Unterschrank und Bedien-Panel)

 siehe Kapitel Technische Daten Wabeco CNC Fräse

Aktueller Status

siehe übergeordnetes Kapitel Wabeco CNC Fräse.

Technische Daten

 siehe Kapitel Technische Daten Wabeco CNC Fräse

Einschätzung

GutHighlights:

Einige Teile der Maschine sind in perfektem, teilweise neuwertigem Zustand:

1. Hochwertige X-, Y- und Z-Mechanik: Robust und hochwertig, augenscheinlich in exzellentem, geradezu neuwertigem Zustand. Zumindest grobe Erkennung von Fehlfunktion kann auch manuell überprüft werden - steht noch aus.Mechanik
   
2. Leistungsfähige Frässpindel:sspindel
Hochwertig
3. Passender Unterschrank und leistungsfähig.Umhausung
In
4. Vollständiger der Anschaffung normalerweise sehr teuer. Ebenfalls nahezu neuwertiger Zustand. Funktion (auch Rundlauf) müsste geprüft werden - noch VOR anderen Schritten der Instandsetzung.
   Spannzangensatz

Aufgrund des guten Zustands der Mechanik und der Frässpindel erscheint es - nach derzeitigem Stand - sehr sinnvoll, die Maschine instandzusetzen. Wenn diese Maschine (wieder) funktioniert ist sie auf jeden Fall eine Bereicherung für die Metallwerkstatt des ZAM.

SchlechtReparatur- bzw. Ersatzbedürftig

1. WahrscheinlichVeraltete fehlerhafteSteuer-Elektronik Steuerung.und Motor-Treiber Technik:Der nahezuEin neuwertige ZustandTeil der 20"ggf. Jahrefehlerhaften altenSteuerung" Wabecoist CNCdie Fräseexterne lässtBox vermuten,mit der Steuer-Elektronik und den Schrittmotor-Treibern für X,Y,Z und eine vierte Achse, hier "U" Achse genannt (normalerweise "A") für eine Rotationseinheit. Ganz unabhängig davon, ob die Treiber funktionieren, sind diese sicher nicht auf dem heutigen Stand der Technik (Thema Microstepping, Digitale Signal-Aufbereitung, Fehlerfall-Signalisierung...).
   
   
2. Veraltete Steuersoftware: Die Windows-Software zur Benutzung der Steuer-Elekronik ist auf dem nicht mitgelieferten PC installiert. Anhand der Unterlagen ist diese aus dem Jahr 2005. 
   
   Die Punkte 1. und 2. gehören funktionell zusammen, und müssen zusammen erneuert werden. Hier gibt es eine Reihe verschiedener Möglichkeiten, die finanziell und funktional sehr weiter auseinander gehen. Jede Lösung hat Vor- und Nachteile, so dass diesehier praktischDiskussionsbedarf nichtbesteht, genutztwelche werdenLösung konnte.für Esden könnte durchaus sein, dass der Fehler auchEinsatz im ZAM auftrittam sichsinnvollsten aber auch von uns nicht in der aktuell vorhandenen Steuerung beheben lässt. ist.
   
   Eine mögliche Lösung wäre, die komplette Steuerung durch moderne neue Technik zu ersetzen. Der Aufwand wäre relativ hoch, aber ggf. nötig. Hier müsste man verschiedene Varianten erörtern. Die Kosten bei Umbau durch Personen aus dem ZAM liegt je nach Ausführung im drei bis unteren vierstelligen Euro Bereich. 

Schade

1. Keine linearen Encoder. Eine manuelle Nutzung mit Koordinatenanzeige (DRO - digital readout) ist bei der Maschine nicht vorgesehen. Ein Nachrüsten von linearen Encodern ist nur mit erheblichem Aufwand möglich.
2. Keine Rotations-Encoder. Die X,Y,Z Achsen werden über einfache Schrittmotoren (Typ 4S56Q-02154S) verfahren. Schrittverluste bleiben daher unbemerkt und können zu fehlerhaften Teilen und sonstigen Problem führen. Ein Nachrüsten von Rotations-Encodern ist nur mit erheblichem Aufwand möglich.
   
3. KeineFehlernder End-Stop Schalter.Steuer-PC: Die FräseMaschine hatwurde leiderohne keineden Hardware-Endschalter,PC geliefert, auf dem die einSteuersoftware Verfahrenläuft. überDieser diewird Achsen-Limitsaber verhindernebenfalls könnten.veraltet Allerdings sind pro Achse an einem der beiden Enden mechanische "Home-" Schalter installiert. Zusammen mit der bekannten Länge der jeweiligen Achse lassen sich damit zumindest Software-Limits einrichten. Das Nachrüsten von Hardware-Endschaltern ist daher nicht zwingend nötig. 
4. Fragwürdige Verkabelung. Sämtliche Kabel von der Maschine zu den Treibernsein, und zumsollte Bedienpultgegen sindeinen zwarneuen sauberersetzt undwerden. ordentlich, sowie in einigermaßen gutem Zustand. Allerdings sind die Kabel vergleichsweise dünn und eventuell ungeschirmt. Hier müsste genauer untersucht werden, ob ggf. die Verkabelung zumindest Teil des Problems der fehlerhaften Funktion der Steuerung ist.
5. VGA Monitor. Im Bedien-Panel ist ein VGA Monitor verbaut (Hersteller ICP, Modell DM-121W-AL-R30). Es handelt sich dabei um einen 12 Zoll Monitor mit einer Auflösung von 800x600 Pixeln. Das eigentliche Display funktioniert zwar fehlerfrei und ohne Pixelfehler, aber der Monitor verliert nach dem Ausschalten die Einstellungen zur Bildgeometrie (Lage und Größe des Bildes).
   
   SchonEin wegenAustausch derist fürdaher heutigeauf Softwarejeden zuFall geringen Auflösung scheint ein Ersatz durch einen moderneren Monitor sinnvoll. Alternativ bietet sich der Verbau eines Panel-PCs an - denn einen PC braucht man ja ohnehin. Leider muss dafür das Frontblech des Bedienpanels entsprechend angepasst werden, was mit einem gewissem Aufwand verbunden ist.nötig.
   
   

Wünschenswerte Erweiterungen:

1. Veraltete Motor-Treiber Technik. Ein Teil der "ggf. fehlerhaften Steuerung" ist die externe Box mit den Schrittmotor-Treibern für X,Y,Z und eine vierte Achse, hier "U" Achse genannt (normalerweise "A") für eine Rotationseinheit. Ganz unabhängig davon, ob die Treiber funktionieren, sind diese sicher nicht auf dem heutigen Stand der Technik (Thema Microstepping, Digitale Signal-Aufbereitung, Fehlerfall-Signalisierung...).
   
   
   Auffällig ist, dass das Gehäuse zwar Leistungselektronik beinhaltet, aber weder einen aktiven Lüfter, noch einen passiven Kühlkörper besitzt - und das Gehäuse zudem allseitig geschlossen ist (keinerlei Lüftungs-Öffnungen). Die Leistungshalbleiter sind für Abführung der Wärme am Gehäuse befestigt - d.h. diese erwärmen im Betrieb das Gehäuse und somit die übrige Elektronik direkt mit. 
   
   Dies könnte ein Grund für die Fehlfunktion der Steuerung sein.
   
   Details zur MCU Platine:
   
   Details zur Interfaceplatine:
   :
2. Alte PC Software. -> Muss noch geklärt werden
3. Frässpindel Drehzahl Einstellung per Drehregler (Poti) ohne Software-Anbindung und Drehzahl-Kontrolle. 
   
4. Kühlmittelpumpe nicht per Software schaltbar. 
   
5. Keine Beleuchtung. Es scheint in der Fräse keine Beleuchtung des Arbeitsraumes zu geben. Es ist jedoch wichtig zu sehen, was gerade passiert. Beleuchtung lässt sich mit vergleichsweise geringem Aufwand nachrüsten.
6. Kein Pendant ("Handbediengerät"). Im Lieferumfang war kein Handbediengerät enthalten, und auch in den schriftlichen Unterlagen wird keines erwähnt. Es wäre wünschenswert, die Maschine damit auszustatten. Das ist - je nach Steuerung - problemlos und jederzeit auch nachträglich möglich. Kosten liegen zwischen ca. 50 und 500 Euro.
7. Werkzeuglängensensor (Z-Probe). In der Maschine ist aktuell keine Möglichkeit ersichtlich, die Werkzeuglänge zu prüfen und an die Steuerung zu schicken. Das sollte nach der Modernisierung jedoch möglich sein.
8. Messtaster (X/Y Probe). Zur Bestimmung von Referenzen (Lage, Größe, Kanten, Lochmittelpunkt...) an einem Werkstück wäre die Anschaffung eines Messtasters sinnvoll. Die neue Steuer-Elektronik und Steuersoftware sollte dafür vorbereitet sein.
9. Frässpindel Drehzahl Einstellung (und ggf. Richtung) per Software. Aktuell wird die Drehzahl unabhängig von der Steuer-Software durch einen Drehregler (Poti) eingestellt, und die Drehrichtung per Schalter umgestellt. Beides ließe sich mit vergleichsweise geringem Aufwand auf Software-Einstellung und Umschaltung umrüsten.
   
10. Relais-Schaltung für die Kühlmittelpumpe. Aktuell wird die am Gerät verbaute Kühlmittelpumpe per Schalter am Bedien-Panel ein und ausgeschaltet. Eine Umrüstung auf Software-Untertützung ist relativ einfach machbar. 
    
11. 3 Phasen Schrittmotoren. Eine eher einfache mögliche Verbesserung der Schrittmotoren im Hinblick auf "verlorene Schritte" wäre der Ersatz der aktuellen 2 Phasen Motoren durch moderne 3 Phasen Schritt-Motoren. Dies müsste jedoch vor Anschaffung der Schrittmotor-Treiber entschieden werden, da die Motoren andere Treiber benötigen.
12. Rotations-Encoder (für Closed-Loop). Aktuell werden die 3 Achsen über einfache Schrittmotoren (Typ 4S56Q-02154S) verfahren. Schrittverluste bleiben daher unbemerkt und können zu fehlerhaften Teilen und sonstigen Problem führen. Ein Nachrüsten von Rotations-Encodern wurde häufiger diskutiert, ist aber leider mit nicht unerheblichem Aufwand verbunden, da die Motorgehäuse für die zusätzliche Länge (ca. 22mm) der Motoren inklusive Encoder nicht vorgesehen ist, und daher entsprechend ersetzt werden müssten.

Sonstige Erkenntnisse

1. Wahrscheinlich defektes Bohrfutter. Bei dem derzeit verbauten Bohrfutter ist eine Überwurfmutter wohl gewaltsam schief aufgedreht worden. Diese lässt sich nicht ohne weiteres abschrauben. Für Reparaturversuche müsste das Bohrfutter auf jeden Fall ausgebaut werden. Das ist aber ohne großen Aufwand möglich.
   
   Leider scheint das Bohrfutter aber auch unrund zu laufen: In einer ersten Messung (per Hand gedreht) ca. 1/10 mm gesamt (bzw. -0.05 bis +0.05mm). Oben an der Aufnahme an der Spindel scheint es keine nennenswerte Unwucht zu geben (die Messung dort war +/- 0.00 mm).
   
   Im "Lieferumfang" der CNC Fräse ist aber ohnehin ein Spannzangenfutter mit entsprechenden Spannzangen-Einsätzen vorhanden, die man beim Fräsen benutzt. Ein defektes Bohrfutter ist daher eigentlich nur schade, aber kein Problem. 
2. Knickschutz am Rundstecker defekt. Die Verbindung vom Kontroll-Panel zur Steuerelektronik-Box erfolgt über ein vieradriges Kabel mit einem Rundstecker (Typ Lumberg SV60). An diesem Stecker ist leider der Knickschutz defekt. Die Stecker sind heute noch zu bekommen - ein Austausch wäre daher simpel machbar. Allerdings ist der Stecker nur nötig, wenn die vorhandene Steuerelektronik weiterhin zum Einsatz kommt.
   
   

End-Stop

SonstigeSchalter. Erkenntnisse

Die

Fräse hat leider keine Hardware-Endschalter, die ein Verfahren über die Achsen-Limits verhindern könnten. Allerdings sind pro Achse an einem der beiden Enden mechanische "Home-" Taster installiert (siehe unten). Zusammen mit der bekannten Länge der jeweiligen Achse lassen sich damit zumindest Software-Limits einrichten. Das Nachrüsten von Hardware-Endschaltern ist daher nicht zwingend nötig. 
1. Home-Taster - Pro Achse ist an der Maschine ein Homing-Taster verbaut (Hersteller Euchner, www.euchner.de, "Präzisions-Einzelgrenztaster mit Kugelstößel", Typ N01K550-M). Dieser ist als Schließer angeschlossen. Der Kontakt liegt pro Achse auf dem entsprechenden Sub-D Stecker, zusammen mit den 4 Leitungen für den Schrittmotor der Achse. Alle drei Schalter funktionieren einwandfrei.
    
   
2. Kabinentaster - an der Kabinentür ist ein Metallstift befestigt, der beim Schließen der Tür einen Taster betätigt. Der Kontakt geht über ein Kabel in das Kontroll-Panel, und wird von dort weitergeleitet (Rundstecker) zur Steuerplatine. Die Frässpindel läuft unabhängig vom Schaltzustand des Kabinentasters - um eine manuelle Nutzung der Maschine zu ermöglichen.
   
   
3. Steckdose - aus dem Bedienpanel hängt an einem Kabel eine herausgeführte Steckdose. Diese ist nicht über Relais geschaltet, wird aber durch den Notausschalter ausgeschaltet. Dort sollte die (spätere) Steuer-Elektronik und Schrittmotor-Treiber angeschlossen sein, damit diese bei Betätigung des Notaus stromlos geschaltet werden.