schmale Z Achse mit nur einer Linearführung

[Jo's CNC]

Ich brauche demnächst eine möglichst stabile; genaue aber recht schmale Z Achse.
Die Wagen fest auf der Kreuzplatte verbaut; die Linearschienen auf der Z Platte verfahrbar.
Verfahrweg = 18 cm; die Z Achse sollte ca 30cm hoch werden.
Nun mein Problem: die Achse darf nicht breiter als 10 cm werden.
Ist so was mit einem massiven; mittel vorgespanntem Wagen; z.B. HGH 30HA-ZA-H und einer HGR 30 R vernünftig machbar oder ist Baugröße 30 zu überdimensioniert?
Als Frässpindel soll eine Maffel FM 1000 drankommen.
Die Maschine hat ein feststehendes Portal und der Tisch verfährt in Y Richtung (von Hinten nach Vorne); max. Verfahrweg = 30 cm.

Ich weiß das z.B. die Karla nur eine Führung auf der Z Achse hat; ich weiß aber deren Größe nicht.

[KarlG]

Moin,

Ich weiß das z.B. die Karla nur eine Führung auf der Z Achse hat; ich weiß aber deren Größe nicht.

Das ist ein langer 25er mit mittlerer (standard) bzw. starker (heavy) Vorspannung. Die Wagen sind ca. 105mm lang, was eine Stützweite (erste zur letzten Kugel) von etwa 86mm ergibt. Das differiert ja nach Hersteller etwas. IdR. sind die Hiwin etwas länger. Andere sind u.U. etwas kürzer.
Der 30er hat dann 118mm und eine Stützweite von 94mm.

Z Achse sollte ca 30cm hoch werden.

Auskragung? Das ist "sportlich". Bei der Karla ist der Portaldurchlass (ohne Aufspann- / Opferplatte) 120mm. Der Mittelpunkt der X-Schiene liegt 30mm höher - davon sind dann wieder ca. 20mm Aufspannplatte abzuziehen, wenn die Z-Achse voll unten ist.

Also: Je nachdem, wie die Auskragung tatsächlich ist, wird vermutlich auch ein langer 30er nicht reichen.
Und: Nicht nur die Vorspannung spielt eine Rolle, sondern auch die Belastbarkeit. Wenn das "auf Kante genäht" ist, macht es möglicherweise einen großen Unterschied, ob das ein Chinabillich- oder Markenprodukt ist.

Gruss
Karl

[Jo's CNC]

Z Achse sollte ca 30cm hoch werden.

Auskragung? Das ist "sportlich". Bei der Karla ist der Portaldurchlass (ohne Aufspann- / Opferplatte) 120mm. Der Mittelpunkt der X-Schiene liegt 30mm höher - davon sind dann wieder ca. 20mm Aufspannplatte abzuziehen, wenn die Z-Achse voll unten ist.

Portaldurchlass wären in meinem Fall 175mm.
Die gesamte Z Achse soll ca. 30 cm hoch werden.
Ich würde einen HGH 30HA-ZA-H nehmen https://www.sorotec.de/shop/Hoher-Laufw ... HAZAH.html; dieser hat folgende Maße:

Meine X Achse besteht aus einer kompletten Präzisions Lineareinheit mit geschliffener KUS 12x4mm und 12mm Linearführungen:

Wie man auf dem Bild schön sehen kann; die Lineareinheit hat eine Breite von 100mm.
Die Kreuzplatte hat eine Höhe und Breite von 120mm.
Der Hiwin Laufwagen hat eine Länge von 120,4mm; würde in meinem Fall also gut passen.

Die Z Achse darf nicht breiter als 100mm werden weil ich die sonst nicht mehr befestigen kann!

Hier mal eine Skizze von der Draufsicht:

Wenn das "auf Kante genäht" ist, macht es möglicherweise einen großen Unterschied, ob das ein Chinabillich- oder Markenprodukt ist.

Deshalb will ich ja mittel vorgespannte Hiwin Linearführungen verbauen und kein China Gelumpe

@ KarlG:
Ich denke; dass du schon einige Karlas gebaut hast und dich gut mit dieser "Ein Wagen-Schienen Führung" auskennen solltest.

Ich habe mit dieser Maschine keine Schwerzerspanung in Alu oder Stahl vor;
sie soll nur präzise Gravuren in Buntmetallblechen und Kunststoffen machen und ab und zu ein wenig Holz Kleinteile fräsen

[KarlG]

Portaldurchlass wären in meinem Fall 175mm.

Zzgl. ~30mm bis zur Mitte der unteren X-Schiene sind das also 205mm Auskragung bzw. rund 200mm. Ich rechne bei den CPC mit Faktor ~1,5 - damit bräuchtest Du bei einer Einwagenlösung 133mm Stützweite. Das bringt noch nichtmal ein 35er. Selbst wenn man (wg. nicht nötiger "Schwerzerspanung") mit Faktor 1,8 rechnet, sind das immernoch 111mm, die Du auch nicht schaffst. Also mal mit Faktor 2 überschlagen - dann brauchst Du 100mm und den steifesten Wagen, den Du finden kannst...

Ich würde einen HGH 30HA-ZA-H nehmen

...das ist aber nicht Hiwin, sondern (abhängig von der Breite, die Du Dir erlauben kannst):
CPC: Stützweite 94 und 118 breit
TBI: Stützweite 105 und 131 breit
Der Hiwin hat 93mm und viel schlechtere Steifigkeitswerte.

Der TBI wäre klar vorzuziehen, wenn Du ihn unterkriegst.

Gruss
Karl

Achja: Man könnte auch auf Rollenführungen ausweichen - die sind zwar erheblich teurer, haben aber deutlich bessere Tragzahlen und Steifigkeitswerte. Habe auf die Schnelle aber noch nix passendes gefunden...

Nachtrag 2: Der CPC HRR 25ML könnte interessant sein. 40 hoch, 48 breit, 114/86 lang und Tragzahlen ungefähr wie der lange 35er Hiwin.

[Jo's CNC]

Hallo Karl,

vielen Dank für deine fachliche Einschätzung .
Ich habe bisher null Erfahrung mit dieser Art von Linearführungen; ich habe bisher nur unterstützte Wellenführungen verbaut.

Wie würdest du so eine schmale Z Achse aufbauen?

Meine andere Idee wäre gewesen:
Mit 4 HGR 15 Laufwagen https://www.sorotec.de/shop/HIWIN-Hoher ... A-ZAH.html wie unten rechts in der Skizze

Meinst du das wäre besser?

[KarlG]

Ahhh - Moment! Ich rede die ganze Zeit über den unteren Wagen auf X und dachte, das muss so schmal wie möglich werden. X existiert also schon?

Kannst Du mal fotografieren, oder aufmalen, wie die X-Lineareinheit aussieht? Wenn da ein einzelnes Miniwägelchen werkelt, dann hat es gar keinen Sinn, in Z irgendwelchen Aufwand zu stecken.

Grundsätzlich spricht nix dagegen, die Z-Achse mit 4*15er zu bauen. Das macht sogar Datron so bei ihren Profimaschinen.
Ich habe bei meiner Kiste die Z-Achse mit 3*20er gebaut - 2 kurze und ein langer. Mehr war nicht unterzukriegen....

[Jo's CNC]

X existiert also schon?

Kannst Du mal fotografieren, oder aufmalen, wie die X-Lineareinheit aussieht? Wenn da ein einzelnes Miniwägelchen werkelt, dann hat es gar keinen Sinn, in Z irgendwelchen Aufwand zu stecken.

Ja; die X und Y Achse existieren schon; sie sind beide identisch.
Es handelt sich um stabile Präzisisions Linearachsen des Herstellers Berger Lahr; die ich vor der Verschrottung retten konnte .
Verfahrweg ohne Faltenbalg = 32cm;

Breite = 10cm;
https://cncwerk.de/forum/download/file. ... w&id=14702
Höhe =5cm;
https://cncwerk.de/forum/download/file. ... w&id=14703
geschliffene KUS 12x4mm und 12mm Linearführungen:
https://cncwerk.de/forum/download/file. ... w&id=14704
Maße mit Kreuzplatte:
https://cncwerk.de/forum/download/file. ... w&id=14705
Die Kreuzplatte ist 10mm dick und 12x12cm groß und mit 4 Schrauben M5 auf dem Linearschlitten befestigt.
Die Z Achse darf nicht breiter als 100mm werden weil ich sonst nicht mehr an die Befestigungsbohrungen der Kreuzplatte komme!
Hier noch ein Paar Daten zu den Lineareinheiten:
https://cncwerk.de/forum/download/file. ... w&id=14706
Eine genaue Beschreibung dieser Lineareinheiten gibt es hier zum download: https://www.google.com/url?sa=t&source= ... aYh3k46ujv

Kennst du zufällig irgend eine Bezugsquelle für fertige und bezahlbare Linearachsen in diese Größe; die ich als Z Achse verwenden könnte?
Portaldurchlass beträgt aktuell 160mm.

[KarlG]

Moin,

das ist zwar nicht so dramatisch, wie erwartet, aber weit entfernt von "gut".
.

.
Die Belastungswerte sind schlechter als bei einem einzelnen langen 20er Wagen. Ich kann Dir nur raten, mit der Auskragung weiter runter zu gehen. Meine Erfahrung mit 140mm und einem einzelnen langen 20er sind (waren) jedenfalls nicht befriedigend und da rede ich noch nichtmal über eine Kollision, die ganz sicher irgendwann mal passiert.

Nur mal zum Vergleich: Die beiden relevanten Werte Mx und Mz liegen bei der Karla-Konstruktion und max. ~130mm Auskragung bei 735 und 710 Nm. Du hast weniger als die Hälfte und die statischen Werte liegen bei 7,4 resp. 11,3 kN - da hat die Karla-Führung knapp 58 kN. Diese Konstruktion ist dann Eigensicher - darf also auch mal irgendwo dagegen fahren, ohne das etwas kaputt geht.....

Kennst du zufällig irgend eine Bezugsquelle für fertige und bezahlbare Linearachsen in diese Größe; die ich als Z Achse verwenden könnte?

Nein.

Gruss
Karl

[Jo's CNC]

Danke Karl; für deine Ausführungen.
Ich kenne mich mit der Rechnerei und den Belastungswerten nicht aus.

Ich kann Dir nur raten, mit der Auskragung weiter runter zu gehen.

Kann ich machen; was hältst du von 12cm Portaldurchlass?
Da hätte ich vielleichteine passende Z Achse dazu gefunden; was hältst du von der?
https://www.ebay.de/itm/277041058649?_s ... R9yTpbnNZQ
Gut; die hat keine KUS Spindel sondern nur eine Trapezspindel; das würde mich aber erst mal nicht stören

[KarlG]

Ich kenne mich mit der Rechnerei und den Belastungswerten nicht aus.

Das ist gar nicht so schwer, wenn man ein paar grundlegende Sachen verstanden hat.
Bspw. die Verdrehkräfte, die ein Wagen aushält, bevor er versagt (also, irgendwas kaputt geht).
Vor dem (statischen) Versagen kommt erst mal ein dynamischer (federnder) Bereich, in dem sich das Bauteil (meist der Wagen) reversibel verformt. Aus diesen Werten (hier mx, my, mz) kann man zwar nicht direkt und unmittelbar schlussfolgern, wie weit das Teil unter Last X nachgibt, aber sehr wohl im Vergleich mit anderen Konstruktionen/Bestückungen und deren Parametern, welche Version steifer ist. Daraus ergibt sich dann im Endeffekt bspw. wie weit die Spindel/der Fräser unter Zerspanungskraft Y ausweicht und wann das Ding zu "rattern" anfängt.

Zweiter Punkt: Wieviel Last verträgt die Konstruktion im "Falle des Falles" - also im "worst case".
Das wäre eine Kollision bei Langsamfahrt mit maximalem Drehmoment des Schrittmotores. An einer 5er Steigung und 2Nm Motor muss man mit etwas über 100kg rechnen - also etwa 1kN.

Nimmt man jetzt die Belastbarkeit in der schwächsten Richtung (Angenommen mx - das wäre eine Kollision der Z-Achse mit dem Schraubstock/Bauteil in Y-Richtung), ergibt sich:
mx=310Nm, also 310N an einem 1m-Hebel.
Belastung 1kN durch die Vorschubkraft der Achse
Darf der Hebel also 310mm nicht überschreiten, da sonst etwas kaputt geht. Das klingt erstmal gar nicht so schlecht. Das Problem ist nur, dass eine deutliche (federnde) Verformung schon lage vor Erreichen von mx aufritt und man den "Impulsfall" - also Kollision in Schnellfahrt so gar nicht erfassen/bewerten kann.

Kann ich machen; was hältst du von 12cm Portaldurchlass?

Eher noch weniger, wenn das Ding dann noch seinen Zweck erfüllt. Für die angeführten Gravurarbeiten und ein bisserl Holzplatten braucht man ja nich viel Z.

Da hätte ich vielleichteine passende Z Achse dazu gefunden; was hältst du von der?

Schwierige Frage. Die existierenden Achsen haben 12mm-Führungen und dieses Ding nur 9. Belastungswerte haben wir auch keine, also kann ich das gerne mal versuchen, näherungsweise zu rechnen, wenn Du mir sagst, was bei den Berger Lahr-Achsen für Wagen verbaut sind (Hersteller und Typ). Ich habe zwar überschlägigen Formeln für Zwei-Wagen-Kombis, aber nicht für 4.
Da wir für die bestehenden Achsen aber die Belastungswerte für 4 Wagen haben, könnte man das "rückwärts" überschlägig ermitteln. Grundsätzlich sind die Tragzahlen 9->12 ungefähr Faktor 1,5, aber die Verdrehkräfte ca. doppelt so hoch und das kann schon eine bedeutende Rolle spielen.....

Gruss
Karl