Wie Sie FreeCAD mit Ihrer CNC-Fräsmaschine verwenden

FreeCAD ist eine sich schnell entwickelnde Open-Source-Parametrik-3D-Software, die von einer Gemeinschaft von mehr als 500 Entwicklern unterstützt wird. Sie ist völlig kostenlos – aber Sie können das Projekt hier unterstützen – und verfügt über einen robusten CAM-Bereich, mit dem Sie komplexe Projekte auf Ihrer CNC-Maschine fräsen können.

Wenn Sie zwischen verschiedenen Softwareprogrammen schwanken, können Sie hier verschiedene CAD/CAM-Softwareprogramme vergleichen, um Ihre Wahl zu treffen. Wenn Sie FreeCAD noch nicht kennen, können Sie hier vorkompilierte stabile Versionen für Windows, macOS und Linux herunterladen.

Als wir diesen Artikel schrieben, haben wir zuerst die MacOS-Version ausprobiert, und sie hatte zahlreiche Fehler, die wir nicht beheben konnten. Wir wechselten zur Windows-Version und alles lief reibungslos.

In diesem Tutorial werden wir den CAM-Bereich von FreeCAD durchgehen, um unsere übliche Klemme zu fräsen. Am Ende dieses Artikels sollten Sie mit der FreeCAD CAM-Oberfläche und den Grundfunktionen vertraut sein und wissen, wie Sie sie mit Ihrer Mekanika CNC-Maschine verwenden können.

Die Benutzeroberfläche von FreeCAD ist der anderer 3D-Software ziemlich ähnlich und umfasst die folgenden Abschnitte.

• Eine 3D-Ansicht, in der du die Objekte sehen kannst, die du zeichnest und bearbeitest. Du kannst mehrere Ansichten desselben Dokuments (oder derselben Objekte) oder mehrere Dokumente gleichzeitig geöffnet haben und über die Registerkarten unter dem visuellen Editor zwischen ihnen wechseln.
• Eine Auswahl der Arbeitsbereiche, die es dir ermöglicht, zwischen Skizze, CAD, CAM und anderen Arbeitsumgebungen zu wechseln.
• Die Combo-Ansicht mit zwei Registerkarten:
• Die Registerkarte „Modell“ zeigt dir oben den Inhalt und die Struktur deines Dokuments und unten die Eigenschaften der ausgewählten Objekte.
• Die Registerkarte „Aufgaben“, in der FreeCAD dich nach Werten fragt, die für die aktuell verwendete Arbeitsbeschreibung und das aktuell verwendete Werkzeug spezifisch sind.
• Eine Panel-Ansicht mit allen verfügbaren Werkzeugen in deiner Arbeitsumgebung.

Wir werden uns auf die CAM-Werkbank (in FreeCAD „Pfad“ genannt) konzentrieren, aber wenn du die Benutzeroberfläche besser verstehen möchtest, findest du weitere Ressourcen im FreeCAD Wiki.

Im Rahmen dieses Tutorials werden wir unsere *.STEP-Datei für die Klemme direkt importieren, ohne sie von Grund auf neu zu zeichnen. Du findest die Datei hier.

Wenn du die grundlegenden Konzepte des CNC-Fräsens erlernen möchtest, empfehlen wir dir, zuerst unsere Tutorial-Reihe durchzuarbeiten, bevor du dieses spezielle Tutorial für FreeCAD befolgst.

Bevor Sie fortfahren, stellen Sie sicher, dass Sie Ihre Einstellungen im Register „Allgemein“ mit „Metric small parts & CNC“ aktualisieren, damit Sie die Standardeinheit mm/min für Ihre Vorgänge verwenden können.

Wenn Sie von einer anderen Software kommen, stellen Sie sicher, dass die Navigationspräferenzen an Ihre Gewohnheiten angepasst sind, da dies Ihre Erfahrung mit der visuellen Benutzeroberfläche erheblich verbessern wird.

Um auf die CAM-Schnittstelle von FreeCAD zuzugreifen, musst du die CAM workbench auswählen. Wenn du dich in der richtigen Arbeitsbeschreibung befindest, sollte die Bedienfeld-Symbolleiste deiner Umgebung so aussehen:

Zuerst erstellen wir einen Job. Es handelt sich um die Standardansicht, die alle Informationen eines bestimmten CAM-Jobs enthält, d. h. du kannst darin mehrere Vorgänge programmieren, sowie die Informationen über die von dir verwendeten Werkzeuge und deine Vorschübe und Geschwindigkeiten.

Klicken wir auf das erste Symbol in der Symbolleiste: „Job erstellen“. Dadurch wird ein neuer Job in Ihrer Kombi-Ansicht erstellt und es werden neue Informationen in der Ansicht „Aufgaben“ angezeigt.

Wir beginnen mit der Anpassung des Rohteilparameters unseres Jobs in der Registerkarte „Aufgaben“:

• Fügen Sie auf jeder Achse zusätzliches Rohmaterial hinzu, um es an den Holzblock anzupassen, aus dem wir diese Klemme fräsen werden. Hier fügen wir einfach 10 mm zur X- und Y-Achse hinzu und kein zusätzliches Rohmaterial zur Z-Achse.
• Klicken Sie auf die Ecke, die Sie als Ursprung für Ihren Code verwenden möchten, und klicken Sie auf „Set Origin“, um sie als Ursprungspunkt zu verwenden. Hier verwenden wir unsere allgemeine Tutorial-Konvention, um Z0 am unteren Rand unseres Rohmaterials zu platzieren.

Beachten Sie, dass beim Erstellen eines Auftrags eine Kopie Ihres Modells unter der Registerkarte „Auftrag“ erstellt wird, die halbtransparent angezeigt wird. Sie können die Sichtbarkeit Ihres Originalmodells sowie die des Lagerbestands oder Ihres Auftragsmodells jederzeit umschalten, aber Sie müssen Ihre Vorgänge auf das Modell in Ihrem Auftrag einstellen.

Zu guter Letzt sollten Sie, bevor Sie fortfahren, sicherstellen, dass Sie den richtigen Postprozessor für Ihren Auftrag zuweisen. Bei Mekanika-Maschinen können Sie LinuxCNC auswählen.

Bevor wir fortfahren, müssen wir Werkzeugprofile erstellen, die mit dem übereinstimmen, was wir für unsere Maschine zur Verfügung haben. Klicke dazu auf den ToolBit Library Editor. Wenn du die Bibliothek zum ersten Mal einrichtest, fragt FreeCAD dich, ob du den Ordner einrichten möchtest.

• Ich würde vorschlagen, dass du es auf dem Standardpfad einrichtest.
• Ich würde auch vorschlagen, dass du akzeptierst, eine Kopie der Beispiel-Standard-Werkzeuggeometriedateien zu haben, dies wird dir helfen, deine eigenen Schaftfräser einzufügen.

Nach der Erstellung gelangst du zu einem Bildschirm mit vorhandenen Schaftfräsern.

Um einen neuen Schaftfräser hinzuzufügen, klicke auf die Schaltfläche Create Toolbit und wähle dann die Form deines Schaftfräsers aus. Nachdem du die Form ausgewählt hast, wirst du von FreeCAD aufgefordert, dein neues Werkzeug zu benennen, bevor du seine Parameter ändern kannst. Du kannst dann auf das neue Werkzeug doppelklicken und seine Form und Attribute anpassen.

Zurück zu unserem Job: Du kannst jetzt auf Toolbit Dock klicken, um deine Schaftfräser neben der 3D-Umgebung erscheinen zu sehen.

Beachte, dass FreeCAD im Gegensatz zu einigen anderen CAM-Programmen nicht jedem Werkzeug in der Bibliothek Geschwindigkeiten und Vorschübe zuordnet, sondern dass diese in unserem Job hinzugefügt werden müssen.

Ein zusätzlicher Tipp, bevor du deine ersten Arbeitsschritte einrichtest: Wir mögen ein nützliches AddOn, das dir bei der Berechnung deiner Vorschübe und Geschwindigkeiten hilft. Es ist hier verfügbar, wobei das Installationsverfahren von deiner Computer-Einrichtung abhängt, und wird nach der Installation und dem Neustart von FreeCAD unter Pfad Addons sichtbar sein.

Du benötigst Grundkenntnisse über Vorschübe und Geschwindigkeiten, um dieses AddOn zu verwenden und die richtige Spanabnahme zu berechnen, aber es ermöglicht dir, Materialdaten zu speichern und sie viel schneller zu verwenden.

Zurück zur Combo View: Unter Ihrem Job sehen Sie nun ein TC-Objekt (steht für Tool Controller) mit dem Namen Ihrer Fräse und allen Parametern, einschließlich Vorschub und Drehzahl. Wenn Sie diese nicht mit dem AddOn eingestellt haben, können Sie die Parameter und Vorschübe und Drehzahlen Ihres Tool Controllers für diesen Job ändern.

Jetzt, da wir unser Design, unser Werkzeug und unsere Vorschübe und Geschwindigkeiten haben, können wir mit der Erstellung von Arbeitsgängen beginnen. Für unsere Klemme werden wir drei einfache Arbeitsgänge ausführen:

• Eine Tasche zum Fräsen der vorderen und hinteren Bohrung der Klemme, in FreeCAD Pocket Shape genannt
• Zwei Konturen zum Fräsen der ovalen Tasche und zum Formen der Klemme, in FreeCAD Profile genannt

Um die Tasche zu erstellen, verwenden wir das Pocket Shape-Werkzeugsymbol. Unter der Kombinationsansicht öffnet sich eine Registerkarte mit mehreren interessanten Informationen:

• Im Abschnitt Base Geometry können Sie verschiedene Geometrien auswählen, die Sie Ihren Operationen hinzufügen möchten. Beachten Sie, dass sie einzeln hinzugefügt werden müssen und FreeCAD anscheinend keine vollständig verbundene Kontur erkennt, wie es bei anderer Software der Fall ist, sodass dies bei komplexen Teilen etwas mühsam werden kann.
• Im Abschnitt Tiefe kannst du die Anfangs- und Endtiefe deines Vorgangs überprüfen, die einzelne Schnitttiefe ändern und einen Endbearbeitungsschritt hinzufügen. Beachte, dass du zum Ändern ausgegrauter Parameter diese in ihrer ursprünglichen Einstellung ändern musst, d. h. hier in deinem TC-Objekt.
• Im Abschnitt „Höhe“ kannst du den Abstand und die Sicherheitshöhen ändern.
• Schließlich kannst du im Abschnitt „Operation“ die Fräsrichtung (konventionell oder steigend) sowie das Muster zur Optimierung deiner Fräszeit oder der Endbearbeitung ändern.

Wenn du fertig bist, klicke auf „Ok“ und der Werkzeugweg sollte auf dem 3D-Viewer-Bildschirm erscheinen. Wir können es simulieren, aber lassen Sie uns zunächst dasselbe für die erste Konturoperation namens Profil in FreeCAD tun: Wählen Sie alle Flächen der Innenkontur im Abschnitt Basisgeometrie sowie Ihre bevorzugten Parameter in den anderen Abschnitten aus.

In diesem Fall müssen wir Intern im Abschnitt „Operation“ auswählen, um die Innenseite der Tasche zu fräsen.

Machen wir dasselbe dann für die zweite Kontur.

Je nach den von Ihnen verwendeten Werkstückhalterungsmethoden lohnt es sich, Tabs hinzuzufügen. In der Combo View können Sie auf Path > Path Dressup > Tag klicken. Dadurch sollten automatisch 4 Tabs erstellt werden. Sie können dann deren Abmessungen, Geometrien und Platzierung im Abschnitt Holding Tags anpassen.

Sobald deine Arbeitsschritte definiert sind, ist es eine gute Praxis, deinen gesamten Auftrag zu simulieren, bevor du etwas auf deine Maschine exportierst. FreeCAD verfügt über ein praktisches CAM-Simulator-Werkzeug, mit dem du überprüfen kannst, ob alles reibungslos funktioniert und wie dein Teil nach dem Fräsen theoretisch aussehen sollte.

Nach diesem letzten Schritt sind wir nun bereit, unsere Fräsdatei zu exportieren. Bevor du das tust, stelle sicher, dass der richtige Postprozessor in deinem Job ausgewählt ist, aber überprüfe auch den Exportpfad deiner G-Code-Dateien unter Einstellungen.

Du kannst nun auf Postprozess klicken, um deine G-Code-Datei zu erzeugen und sie an deine Maschine zu senden.

Wir haben ein weiteres Tutorial, das Ihnen zeigt, wie Sie Ihre Mekanika-Maschine zum ersten Mal verwenden, wenn Sie Ihren G-Code generieren. Sie finden es hier und es ist an jede Software angepasst, die Sie mit Ihrer Maschine verwenden würden.