SK30 Werkzeugwechselspindel: Entwicklung und Konstruktion

Fräsmotoren / HF-Spindeln, Frequenzumrichter
M.E.
Beiträge: 15
Registriert: 08.11.2018, 22:51

SK30 Werkzeugwechselspindel: Entwicklung und Konstruktion

Beitrag von M.E. » 09.11.2018, 21:22

Hallo zusammen!

Ich mische mich jetzt auch mal unter die Gruppe der CNC-Enthusiasten :-)
Wenn ich mich kurz vorstellen darf: Mein Name ist Yannik, bin sog. „Jungingenieur“ und manche kennen mich vllt. schon durch Gladium Tools.
Das sollte reichen, jetzt zum eigentlichen Thema :lol:

Dieser Post ist der Startschuss für ein Projekt, das sicherlich für einige von Euch interessant sein dürfte.
Es wird von Grund auf eine SK30 Werkzeugwechselspindel (und zugehöriger Pneumatikzylinder) entwickelt, konstruiert, produziert und am Ende natürlich zusammengebaut.
Die Spindel wird im Stande sein, ein Drehmoment von ca. 6,5Nm im Dauerbetriebszustand zu übertragen. Umgerechnet in Leistungen entspricht das 4kW bei 6000min-1, 6,7kW bei 10000min-1, oder 8kW bei 12000min-1.

Hier hätte ich gerne mit einem Bild gerne einen kleinen Vorgeschmack darauf gegeben, wie die Spindel aussehen wird, allerdings scheint der Upload bei mir (noch) nicht zu funktionieren.

Warum mache ich das Projekt? Ich möchte meine private Maschine aufrüsten.
Warum kaufe ich mir keine extern, anstatt sie selber zu bauen? Erstens gibt es kein Angebot in Deutschland, das meinen Anforderungen entspricht und zweitens vertraue ich den entsprechenden Angeboten aus China & Co. nach hinreichender Analyse nicht über den Weg.

Was wird behandelt? Alles :D
Ich fange ganz bei Null an und zeige die komplette Berechnung der Spindel und auf welche Dinge bei der Auslegung geachtet werden müssen. Dazu zählen: Berechnen der notwendigen Axialkraft im Kegel, Lagerauslegung und -wahl, Berechnungen zum Verhindern von Selbsthemmung, Berechnung zur Auswahl des Spannmechanismus, Auslegung Federpaket, Berechnen der Toleranzen des Federpakets in Länge und Kraft, Auswahl eines passenden Antriebs und diverse Nachweisberechnungen zur Festigkeit z.B. von Wellen und Tragfähigkeit von Schraubverbindungen.

Anschließend zeige ich die Konstruktion der Spindel und welche besonderen Aspekte bei der Gestaltung berücksichtigt werden müssen (z.B. Lagerfestlegung, Wahl der Passungen, Maßnahmen zu Toleranzausgleich und Einstellmöglichkeit, Materialauswahl für die einzelnen Wellen).

Danach werden die Einzelteile alle produziert (drehen, fräsen, härten, schleifen). Inwieweit ich diese Prozesse alle zeigen kann, weiß ich noch nicht, da ich über die meisten notwendigen Maschinen nicht verfüge und die Teile entsprechend extern gefertigt werden. Ich bin aber sehr zuversichtlich, dass es dazu einiges an Videomaterial zu bestaunen geben wird :dh
Die Einzelteile der Spindel werden voraussichtlich im Februar 2019 produziert sein.

Wenn dieser Schritt getan ist, wird das gute Stück zusammengebaut, getestet und ggf. Designänderungen vorgenommen, falls unvorhergesehene Probleme auftauchen sollten.
All die Schritte gelten natürlich auch für den Pneumatikzylinder, der zusammen mit und für die Spindel gebaut wird.

Der ganze Prozess wird mit Videos auf YouTube dokumentiert.

Wen das interessiert und/oder wer wissen will, wie sowas geht, der darf gerne den Kanal abonnieren und diesen Thread hier weiter verfolgen, mich würde es freuen.
Das Forum ist m.M.n. ideal dafür, Unklarheiten in den Videos zu klären. Wenn Ihr also Fragen zur Spindel habt, stellt sie einfach hier und ich werde versuchen, sie zu beantworten. Gleiches gilt für konstruktive Kritik und Anregungen.
Auch zusätzliche Videowünsche erfülle ich gerne. Wenn z.B. gewisse Themen wie Lagerung noch ausführlicher behandelt und erklärt werden sollen, dann mache ich auch gerne Grundlagen-Videos.

Und hier dann nun das erste Video zur Bestimmung der notwendigen Anzugskraft am Kegel.
(Entschuldigt bitte die relativ schlechte Auflösung. Die Aufnahmefunktion auf dem iPad gibt leider nicht mehr her.)

Gruß,
Yannik


youtu.be/HxxVey7ohf4

FerdinandFräs
Beiträge: 210
Registriert: 27.07.2017, 18:42

Re: SK30 Werkzeugwechselspindel: Entwicklung und Konstruktion

Beitrag von FerdinandFräs » 09.11.2018, 23:19

Sehr schönes Projekt - ich bin gespannt!
Hast Du vor die Spindel irgendwann zu verkaufen?

M.E.
Beiträge: 15
Registriert: 08.11.2018, 22:51

Re: SK30 Werkzeugwechselspindel: Entwicklung und Konstruktion

Beitrag von M.E. » 10.11.2018, 09:56

FerdinandFräs hat geschrieben:
09.11.2018, 23:19
Sehr schönes Projekt - ich bin gespannt!
Danke! Freut mich sehr, dass es Dir gefällt!

FerdinandFräs hat geschrieben:
09.11.2018, 23:19
Hast Du vor die Spindel irgendwann zu verkaufen?
Wenn die Spindel erfolgreich getestet ist und Interesse besteht, ist das durchaus denkbar.


Jetzt klappt das auch mit dem Upload. Hier also mal eine kleine Vorschau von außen.
WZW Kopie.png

Stud54
Beiträge: 831
Registriert: 15.02.2018, 16:19

Re: SK30 Werkzeugwechselspindel: Entwicklung und Konstruktion

Beitrag von Stud54 » 10.11.2018, 10:41

Hallo Yannik.

Klingt jetzt vielleicht frech, aber meine Meinung zu deinem Projekt..."nicht schon wieder ne SK30 Spindel".:)

Nicht falsch verstehen, aber bei geplanter Kleinserie würde ich den Weg gehen und auf HSK umschwenken.

Würdest du mich jetzt fragen, willst du ne SK30 WZW Spindel für 2500 Euro, dann würde ich antworten, ja, vielleicht, wenns sein muss.

Würdest du mich fragen, ob ich ne HSK32 WZW Spindel brauche, dann würde ich sagen, hey...ich arbeite mit dir mit, klappere meine Beziehungen ab, helfe wo es geht.

Gruß Sven

1.AVM
Beiträge: 366
Registriert: 19.02.2016, 13:46

Re: SK30 Werkzeugwechselspindel: Entwicklung und Konstruktion

Beitrag von 1.AVM » 10.11.2018, 11:04

HSK32 klingt ebenfalls interessant!
https://www.youtube.com/c/NTGInnovations
FB | Instagram: NTG-Innovations

Patrick

django013
Beiträge: 1706
Registriert: 18.01.2016, 17:12

Re: SK30 Werkzeugwechselspindel: Entwicklung und Konstruktion

Beitrag von django013 » 10.11.2018, 11:18

Danach werden die Einzelteile alle produziert (drehen, fräsen, härten, schleifen). Inwieweit ich diese Prozesse alle zeigen kann, weiß ich noch nicht, da ich über die meisten notwendigen Maschinen nicht verfüge und die Teile entsprechend extern gefertigt werden.
Also bei dem Satz bin ich skeptisch geworden.
Externe Dienstleistung will bezahlt werden und wenn man Qualität will, muss man entsprechend tief in die Tasche greifen.

Da Deine Vorschau zeigt, dass eigene Kreativität nicht mit im Spiel ist, wäre das hier die Messlatte. Ich wage zu bezweifeln, dass man den Preis bei externer Fertigung unterbieten kann.

Alex hat hier im Forum gezeigt, wie man hobbymäßig einen Wechslervorsatz baut. Von seinen Erfahrungen könnte man schon profitieren. Schließlich hat er gezeigt, dass HTD-Riemen nicht das Gelbe vom Ei sind. Auch ist sein "Gehäuse" viel praktikabler, da man es ohne Drehe herstellen kann. Folgt man seinem Baubericht, so ist das Federpaket der einzige Punkt, an dem man etwas rechnen muss.
Also in Summe sehr sympatisch :)
Letztens habe ich ihn nach seinen Langzeiterfahrungen gefragt und er ist immer noch hoch zufrieden.
Was will man mehr?

Gruß Reinhard

M.E.
Beiträge: 15
Registriert: 08.11.2018, 22:51

Re: SK30 Werkzeugwechselspindel: Entwicklung und Konstruktion

Beitrag von M.E. » 10.11.2018, 11:22

Hi Sven,

ich wollte eigentlich noch nicht zu viel verraten, aber dreimal darfst Du raten, was bereits in der Mache ist :lol:
Die HSK Spindel wird genauso aufgebaut sein und sich nur durch eine unterschiedliche Hauptwelle unterscheiden. Die Wellen werden 1:1 austauschbar sein.

Warum habe ich trotz der Vorteile von HSK mit SK angefangen? Steilkegel sind zwar "bewährte" Technik, aber weit verbreitet, sehr leicht erhältlich und die Werkzeugaufnahmen auch günstiger in der Anschaffung.

Ich bitte natürlich um Korrektur, aber soweit ich das richtig sehe, ist das nichtsdestotrotz die erste SK-Spindel im Hobbybereich, die nicht nach dem Prinzip "wird schon passen" gebaut wird 😄 Die Spindel wäre ohne Weiteres auch industriell einsetzbar. Davon mal ganz abgesehen sind 2500 Euro etwas arg hoch angesetzt :-P

Stud54
Beiträge: 831
Registriert: 15.02.2018, 16:19

Re: SK30 Werkzeugwechselspindel: Entwicklung und Konstruktion

Beitrag von Stud54 » 10.11.2018, 11:36

Das freut mich zu hören.
Ich habe bei hoch drehenden Werkzeugspindeln ehrlich gesagt keine gute Meinung zu SK Aufnahmen.

Aber das eher im industriellen Bereich, wo die Nachteile des SK Systems eher zum Tragen kommen, als im Hobbykeller.

Solltest du die Patrone gut fertigen können und die Welle auch, sind fast alle Kriterien erfüllt. Wenn du willst kann ich bei Ott ein wenig betteln gehen? Vielleicht gibts ein paar Spannsätze zum "erträglichen" Preis.

Gruß

M.E.
Beiträge: 15
Registriert: 08.11.2018, 22:51

Re: SK30 Werkzeugwechselspindel: Entwicklung und Konstruktion

Beitrag von M.E. » 10.11.2018, 12:02

Externe Dienstleistung will bezahlt werden und wenn man Qualität will, muss man entsprechend tief in die Tasche greifen.
Ist natürlich bekannt, "tief in die Tasche greifen" definiert aber jeder anders und manchmal ist das eben notwendig.
Da Deine Vorschau zeigt, dass eigene Kreativität nicht mit im Spiel ist, wäre das hier die Messlatte. Ich wage zu bezweifeln, dass man den Preis bei externer Fertigung unterbieten kann.
Das finde ich ehrlich gesagt etwas beleidigend. Von außen sieht jede Spindel ähnlich aus, sei es DMG, Mazak, Haas oder wer auch immer. Schließlich sieht man von außen eben nur das Gehäuse. Es kommt auch nicht drauf an, von außen besonders ausgefallen auszusehen, sondern gut und langfristig zuverlässig zu funktionieren. Dazu gehören eine gute Konstruktion (wovon sich alles im Inneren der Spindel abspielt) und mathematische Auslegung. Wenn Du diesen Thread in Zukunft verfolgen wirst, dann wirst Du sehen, was es da alles zu rechnen gibt. Nichts davon ist sonderlich schwierig, aber es muss trotzdem gemacht werden.

Davon mal abgesehen würde ich die von Dir genannte Spindel nicht als Referenz anführen. Von dieser Spindel habe ich dieser Tage noch ein Angebot von ca. 600USD gesehen. Aber allein die reinen Materialkosten einer hochwertigen Spindel liegen über diesem Stückpreis der China-Spindel. Davon abgesehen kann ich Dir allein anhand der Bilder mindestens drei grobe Konstruktionsfehler dieser Spindel nennen.

Ich kenn den Alex und er hat seine Sache gut gemacht. Er hat mit seiner Spindel allerdings ein ganz anderes Ziel verfolgt als es diese Spindel tut. Der Vergleich hinkt und deswegen spare ich mir an dieser Stelle eine Analyse.

Synchronriemen, also bspw. HTD-Riemen oder in abgewandelter Form bspw. die GT3-Riemen von Gates, sind in ihrem Drehzahlbereich bei Werkzeugmaschinen absolut das Gelbe vom Ei, da kann nicht ein einziger Reibschluss-Riemen mithalten. Nur so lassen sich später auch Funktionen wie rigid tapping umsetzen. Und bis 12.000min-1 lassen sich Zahnriemen realisieren.
Da Alex allerdings auf höhere Drehzahlen setzt, die nicht mehr in den Betriebsbereich von Zahnriemen fallen, sind in seinem Fall Reibschluss-Riemen die bessere Wahl.

Gruß,
Yannik
Zuletzt geändert von M.E. am 10.11.2018, 12:30, insgesamt 2-mal geändert.

M.E.
Beiträge: 15
Registriert: 08.11.2018, 22:51

Re: SK30 Werkzeugwechselspindel: Entwicklung und Konstruktion

Beitrag von M.E. » 10.11.2018, 12:06

Stud54 hat geschrieben:
10.11.2018, 11:36
Das freut mich zu hören.
Ich habe bei hoch drehenden Werkzeugspindeln ehrlich gesagt keine gute Meinung zu SK Aufnahmen.

Aber das eher im industriellen Bereich, wo die Nachteile des SK Systems eher zum Tragen kommen, als im Hobbykeller.

Solltest du die Patrone gut fertigen können und die Welle auch, sind fast alle Kriterien erfüllt. Wenn du willst kann ich bei Ott ein wenig betteln gehen? Vielleicht gibts ein paar Spannsätze zum "erträglichen" Preis.

Gruß
Nachvollziehbar, die Spindel soll aber auch garnicht hochdrehen, sondern nur bis 10.000min-1 laufen.

Danke, das ist aber nicht notwendig. Die Spannzangen werden selbst gefertigt. Und zur Not könnte ich dort ja auch selbst anfragen 🙂
Die würden wahrscheinlich aber über 400 Euro kosten. Das ist, bezogen auf die gesamten Projektkosten, schon sehr viel.

Antworten

Wer ist online?

Mitglieder in diesem Forum: 0 Mitglieder und 10 Gäste