Glasmaßstab vs. closed loop Schrittmotoren

Fräsmotoren / HF-Spindeln, Frequenzumrichter
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Mertakker
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Glasmaßstab vs. closed loop Schrittmotoren

Beitrag von Mertakker » 30.07.2021, 10:38

Hallo an alle,

hab da folgende Problematik, bei der ich nicht wirklich weiterkomme.
Und zwar handelt es sich um Glasmaßstäbe, die ja mit einer Auflösung von 0,001 mm eine hohe Präzision an einer CNC-Maschine bewerkstelligen sollen. Da ich mir eine CNC konstruieren möchte stellt sich mir die Frage, ab wann Glasmaßstäbe sinnvoll sind. Kann ich denn nicht mit closed loop Schrittmotoren "ähnlich" genaue Ergebnisse erzielen, als mit Glasmaßstäben?
Welche Genauigkeit lassen sich mit Glasmaßstäben im Vergleich zu closed loop Schrittmotoren nach gleicher längerer Bearbeitung von z.B. Stahl erzielen?

Mir ist schon klar, das mit den Glasmaßstäben die Wärmeausdehnung der Kugelumlaufspindeln kompensiert werden kann. Aber ist dann mit den closed loop Schrittmotoren nicht auch möglich, die eine permanente Ist- Sollwert Abfrage machen?

Oder können die genannten Schrittmotoren auftretende Wärmeausdehnungen nicht abfangen und es kommt zu Ungenauigkeiten im Fräsergebnis?


Beste Grüße

Mertakker
Beste Grüße

M.

Dave
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Re: Glasmaßstab vs. closed loop Schrittmotoren

Beitrag von Dave » 30.07.2021, 11:44

Moin,

wenn dein Encoder am Motor verbaut ist, wirst du mit CL keine Wärmeausdehnung der Spindel kompensieren, der CL Motor macht nur einen Vergleich zwischen Soll- und Istposition seines Rotors, dem ist ziemlich egal, was die Spindel macht.
Genauso kannst du bei hoher Last am Fräser auch Torsion in der Spindel haben, je nach Länge der Spindel kann das 1µm oder auch 20µm (vielleicht auch mehr, müsste man mal durchrechnen) ausmachen. Das kannst du nur mit Messung der Position direkt beim Fräser (oder so nah wie technisch möglich) kompensieren.

Viele Grüße
Dave

Mertakker
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Re: Glasmaßstab vs. closed loop Schrittmotoren

Beitrag von Mertakker » 30.07.2021, 14:09

Hallo Dave,

ja das dachte ich mir das dem closed loop Schrittmotor das nicht juckt. Wo liegt denn dann die ungefähre Ungenauigkeit bei cl Steppern? Ist natürlich auf die eingestellten Parametern, Schmierung, Zustellung .... ausschlaggebend. Aber was ist da der kalkulierbare Versatz mit dem man so nach einer Stunde Fräsung rechnen könnte?
Beste Grüße

M.

Tilman
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Re: Glasmaßstab vs. closed loop Schrittmotoren

Beitrag von Tilman » 01.08.2021, 23:33

Was für einen Versatz? Der CL Stepper führt einfach all seine Schritte aus. Wenn Deine Spindel auf 1000mm Länge eine Ungenauigkeit von 50µ hat, ist Dein Portal am Ende des Wegs 50µ zu weit gefahren, doch wenn es zurück fährt, ist es wieder genau bei 0. Völlig Egal, wie oft du das spiel wiederholst.

Um es mal einfach zu erklären: Angenommen, Dein Antrieb macht 4000 Schritt pro Umdrehung und du hast 10mm Spindelsteigung. Das heißt, er braucht 4000 Schritte, um 10mm zu verfahren. Dann würde eine Fräse ohne GMS konsequent 40.000 Schrittimpulse an die Endstufe ausgeben, um auf 100mm zu verfahren, auch wenn durch einen Steigungsfehler nach dieser anzahl an Schritten vielleicht 100,005mm erreicht sind. Durch den GMS erkennt die Fräse nun, dass nicht 40.000 sondern ein paar Schrittsignale weniger ausgegeben werden müssen, um die exakte Position zu erreichen.

Der Unterschied zwischen einfachen Stepper und CL-Stepper ist lediglich, dass der CL-Stepper die Schrittsignale auch mit Sicherheit umgesetzt hat, weil er seine eigene Arbeit kontrollieren kann. Dem normalen Stepper können hingegen Schritte verloren gehen, weil er keine Kontrollmöglichkeit hat. Und genau s dem Grund gibt es beim CL-Stepper keinen Versatz: Wenn er 40.000 Schritte in eine Richtung fährt und dann 40.000 Schritte in die andere, ist er genau wieder da, wo er war.

Viele Grüße
Tilman

Mertakker
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Re: Glasmaßstab vs. closed loop Schrittmotoren

Beitrag von Mertakker » 02.08.2021, 07:23

Hallo Tilman,

vielen Dank. Also wenn man bei den Komponenten spart, ärgert man sich an der Genauigkeit der späteren Fräsergebnisse.
Beste Grüße

M.

Tilman
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Re: Glasmaßstab vs. closed loop Schrittmotoren

Beitrag von Tilman » 02.08.2021, 08:53

Naja, die Frage ist, welche Genauigkeit man braucht. Wenn man CL Stepper oder Servos hat, sind Schrittverluste schon mal ausgeschlossen (vorausgesetzt, man hat sie gut parametrisiert). Dann wäre linear betrachtet der Kugelgewindetrieb die größte Ungenauigkeit. Eine Spindel der Genauigkeitsklasse C5 hat jedoch auf 500mm Länge eine mittlere Abweichung von 30µm. Die meisten Menschen hätten privat nicht einmal Messgerät, um das zu überprüfen. Hinzu kommt, dass z.B. Aluminium eine relativ große Wärmeausdehnung hat. Wenn Dein Werkstück so eine hohe Genauigkeit haben muss, musst Du auch die Temperatur spezifizieren.

Eine solch hohe Präzision ist in der Regel nur bei Passungen und Lagersitzen erforderlich. Rechnen wir die Abweichung einer C5-Spindel mal auf 50mm runter, was einem mittleren Lagersitz entspricht, sind wir bei 3µm. Das ist schon verdammt genau. Ich behaupte mal, dass 99% aller Fräsen im Hobbybereich so ungenau aufgebaut und ausgerichtet sind, dass sich GMS gar nicht lohnen, weil ihre Besitzer weder die Kenntnis noch die erforderlichen Messwerkzeuge haben oder weil es die Konstruktion der Fräse gar nicht erlaubt.

Wenn Du dir eine Fräse gießt, eine temperierte Werkstatt hast, Deine Auflagen für Linearführungen mit Hilfe von Tuschierplatten perfekt schabst, die Maschine mit Hilfe eines Granitwinkels ausrichtest und hochwertige Komponenten verbaust, weil Deine Werkstücke eine sehr hohe Genauigkeit auch über größere Maße brauchen: Ja, dann machen GMS durchaus Sinn. Wenn nicht, wird es Perlen vor die Säue sein oder einfach eine nette Spielerei, um damit anzugeben.

Viele Grüße
Tilman

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