Vor/Nachteile: Fahrender Stepper auf der Z

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Wandoo1980
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Vor/Nachteile: Fahrender Stepper auf der Z

Beitrag von Wandoo1980 » 09.02.2016, 20:12

Moin,
ich bin ja nun auch dabei eine Fräse konstruieren. Wie schon gesagt mache ich das nicht weil ich ein fertiges Konzept "abgucken" möchte, sondern um zu Lernen. Wollte ich was fertiges haben, würde ich mir eine Karla kaufen, mit viel Knowhow durchdacht und Funktioniert ganz offensichtlich :) Also ist der Weg das Ziel.
Die Grundform der Portalfräse scheint ja weitestgehend identisch zu sein. Was mir aber auffällt ist die unterschiedliche Auslegung der Z-Achse.
1. Der Antrieb fährt mit, inklusive Fräsmotor
2. Stepper und Spindel sind fix, nur die Aufnahme mit Fräsmotor fahren.
Wo genau liegen die Vor und Nachteile der beiden Versionen?

Grüße, Sebastian
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Marc P.
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Re: Vor/Nachteile: Fahrender Stepper auf der Z

Beitrag von Marc P. » 09.02.2016, 22:07

Moin Sebastian,

Zitat Hermann Möderl :Quelle

Wichtig ist bei solchen freistehenden Platten wie z.B. der Z-Platte eigentlich nur, dass diese nicht zu lang (hoch) ist. Also nur den maximalen Verfahrweg machen und nicht einfach höher, weil das Material eben so lang ist. Eine Schwingung sucht sich den für sie geeigneten Resonanzpunkt im Material, wie ein Hund, der nach Trüffeln schnuppert. Ist das Material länger, wird die Resonanzfrequenz niedriger in ihrer Frequenz sein, was zu größeren Auslenkungen (Weg der Schwingung) am Material führt. Darum immer schön „kurz“ bleiben! Der Antrieb der Z-Achse (Schrittmotor) oben auf der Z-Achse selbst montiert kann bei bestimmten Frequenzen brutal schwingen. Für durch das Material laufende Wellen stellt dieser Aufbau ein echtes „Festmahl“ dar, da die Z-Platte erstens erheblich höher wird und sich am Ende ein großes Gewicht befindet, das in einer sehr kleinen Frequenz mit sehr großem Weg schwingt (mit sehr großen Hebelkräften über die ganze Z-Platte bis hin zum Fräser unten). Wenn Sie die Schwingungen des Fräsmotors komplett aus der Z-Platte nehmen möchten, so montieren sie noch einen zweiten Fräsmotorhalter oben am Fräsmotor (zwei Fräsmotorhalter). Dann ist die Z-Achse zumindest als schwingungsfrei zu betrachten. Die ganze Schwingungsenergie geht dann aber über die Z-Führungen (die dann sehr stark sein müssen) auf die ZX-Achse über. Aber je weiter Sie diese Schwingungen in Richtung Frästisch bringen, desto mehr Masse steht ja dann zur Dämpfung zur Verfügung und die Schwingungsenergie wird in viele Richtungen verteilt.

Eine andere Möglichkeit die Schwingungen des Fräsmotors zu vernichten ist, die Z-Achse so schwer zu machen, dass die eingeleiteten Schwingungen diese nicht mehr in Resonanz führen können (machen alle Hersteller von großen Profi-Portalfräsen so). Aber ob Sie eine Z-Achse mit >25 kg noch bewegen können, ist eben die Frage. 25 kg dürfte für einen Fräser mit 12 mm Durchmesser und etwa 6000 U/min reichen, dass dieser schwingungsfrei arbeitet (bei absolut guter mechanischer Anbindung an das Gewicht). Auch können Sie dann mit sehr kleinen Linearführungen arbeiten (z.B. 15 mm), da diese ja keine große Schwingungsenergie mehr aufnehmen müssen und deren Tragfähigkeit reicht ja dann nur für das bewegte Gewicht sicher leicht aus.


Gruß Marc
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Re: Vor/Nachteile: Fahrender Stepper auf der Z

Beitrag von KarlG » 09.02.2016, 22:22

Moin,

also Eigenschaften eindeutig als Vor- oder Nachteile zu bewerten, halte ich für relativ schwierig.

Wenn der Stepper (und die KUS) mitfährt, baut das System erstmal weniger in der Höhe auf (Turm) und man hat mehr Masse auf der Z-Achse, was sowohl ein Vor- als auch ein Nachteil sein kann.

Vorteil insofern, als dass Masse natürlich für mehr "Ruhe" im Fräsprozess sorgt; Nachteil insofern, dass man oben auch auskragende Masse (Schrittmotor) hat, was zu Schwingungen führen kann. Das (potentielle) Problem hat Hermann vor nicht allzulanger mal angesprochen, aber nie untersetzt.

D.h.: Ich halte das je nach Konstruktion schon für möglich, dass sich in der Konstellation das System eher aufschwingen kann - qualifiziert bewerten kann ich das aktuell nicht und welche Variante ich bevorzuge, ist ja unschwer zu sehen...

Gruss
Karl

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Re: Vor/Nachteile: Fahrender Stepper auf der Z

Beitrag von Wandoo1980 » 10.02.2016, 21:05

Nabend,
die Aussagen helfen mir schon einiges weiter! Ich habe jetzt 1 1/2 Wochen Urlaub und kann mich endlich mit meinem "neuen" CAD auseinandersetzen. Ich werde Morgen mal anfangen den Käsehobel in Fusion 360 zu zeichnen.
Meine Z-Achse wird wohl einen Festen CL-Stepper bekommen.
Die Spindel wird mit 2 Befestigungen realisiert, um die Steifigkeit der Chinaspindel mit in das Gesamtkonstrukt zu integrieren. In einem anderen Thread hatte Karl geschrieben, dass man die Spindel weit oben befestigen sollte, weil die Spindel im gesamten Steifer ist als die fahrende Z-Platte.
Korrigiert mich wenn ich da falsch liege :)
Die Resonanzfrequenz wird sich wohl nur durch Try and Error eindeutig finden ^^ Allerdings ist der Ansatz, die Resonanzen in das Portal abzuleiten. Meine Schienen sind alle Stark vorgespannt mit langen Wagen (25ger), auf der Y-Achse sogar 35mm dick. Also allein da ist ordentlich Masse vorhanden. Die 35mm resultierten nicht aus dem Gedanken; Viel hilft Viel. Nur habe ich sie einfach sehr günstig bekommen ^^

Grüße, Sebastian
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Re: Vor/Nachteile: Fahrender Stepper auf der Z

Beitrag von KarlG » 10.02.2016, 22:19

Wandoo1980 hat geschrieben:In einem anderen Thread hatte Karl geschrieben, dass man die Spindel weit oben befestigen sollte, weil die Spindel im gesamten Steifer ist als die fahrende Z-Platte.
Nein - falls das so ankam, war das nicht SO gemeint. Die meisten runden 80mm-Spindeln haben ab normalem Gehäusedurchmesser (wo man klemmen kann) eine auskragende "Nase", die idr. 60-70mm übersteht. Die Z-Achse plant man ja üblicherweise so, dass man mit kurz gespanntem Fräser leicht die Aufspannplatte ankratzen kann und mit lang gespanntem durch kommt.

D.h.: Man muss eigentlich nie weiter runter, aber wenn man mal einen sehr langen Fräser spannt, oder wenig Platz hat, muss man weiter hoch. Dafür setzt man die Befestigung idealerweise höher, damit man nach oben ausweichen kann und das ist deshalb kein Problem, weil die Spindel idr. steifer ist als die Z-Achse.

Sorum war das gemeint.. :D

Gruss
Karl

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Re: Vor/Nachteile: Fahrender Stepper auf der Z

Beitrag von Wandoo1980 » 11.02.2016, 11:10

Moin Karl,
vielen Dank, jetzt habe auch ich das Verstanden :D
Das beißt sich aber ja zum glück soweit nicht mit meinem Vorhaben ^^

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