Lichuan Closed-Loop erscheinen mir sehr Schwachbrüstig

Motioncontroller, Endstufen, mechanische/induktive Endschalter etc.
elims
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Lichuan Closed-Loop erscheinen mir sehr Schwachbrüstig

Beitrag von elims » 06.01.2018, 00:04

Hallo,

kurz vorne Weg möchte ich mich Vorstellen. Mein Name ist René, Mitte 30 und Erbauer einer mittelgroßen CNC-Fräse der üblichen Bauart. Die Fräse habe ich eigentlich vor 5 Jahren erbaut, konnte sie damals aber leider nicht mehr vernünftig in Betrieb nehmen wegen eines Jobwechsels. Nach verschiedenen Unwägbarkeiten für das Hobby wie Umzug, Hausbau und Kinder bleibt jetzt endlich wieder Zeit mich diesem Hobby zu widmen.

Nachdem ich in der Vergangenheit mit der x-Achse immer wieder mit einem blockierenden Schrittmotor zu kämpfen hatte, habe ich auf Grund der sehr positiven Äußerungen hier im Forum beschlossen alle Schrittmotoren durch closed loop von Lichuan zu ersetzen. Der Erwerb aus China über Jessie gestaltete sich völlig Problemlos. Anfängliche Probleme mit einem der Motoren konnten mit Jessies Hilfe schnell als beim Transport verrutschte Encoderscheibe identifiziert und behoben werden. Der Umbau der Steuerung war ebenfalls problemlos.

Bisheriges Setup:
Y & Z-Achsen: 2Nm nanotec-Motoren von Sorotec und Leadshine DM556 Digitaltreiber an 5mm Kugelgewindespindeln mit 48V Netzteil. Soweit so Standard. Im Eilgang waren 10000 mm/min, also 2000 UPM problemlos möglich. Die Rampe war 600 mm/sek^2, hätte aber auch deutlich schneller funktioniert. Schrittverluste konnte ich kein Messen.
X-Achse: 2x 5mm Kugelgewindespindeln mit angetriebenen Muttern (im Nachhinein vielleicht nicht die beste Lösung). Angetrieben von einem 3Nm 3-Phasen BergerLahr Schrittmotor mit einem Treiber direkt an 230V (Erbstück von der Uni). 10000 mm/sek und 600 mm/sek^2 gingen auch dort, allerdings nicht Zuverlässig. Immer wieder blieb dieser Motor unter lautem Kreischen stehen. Durch die beiden angetriebenen Muttern und den Zahnriemen ist doch etwas Reibung zu überwinden. Lässt sich dennoch alles gut und leicht mit der Hand drehen. Das gab den Anlass auf closed-loop mit mehr Kraft umzustellen.

Neues Setup:
Y & Z-Achsen: je einmal LCDA257S+LC60H286 mit 3Nm
X-Achse: LCDA257S+LC60H2127 mit 5.5Nm

Nominell sollten also deutliche Leistungsreserven vorhanden sein. In der Praxis schaffen es die Motoren nicht die Fräse halbwegs vernünftig zu Bewegen. Selbst wenn ich auf deutlich unter 1000 UPM reduziere und sehr langsame Rampen fahre gehen die beiden Endstufen nach wenigen Sekunden in Störung und Blinken 7x (Encoderfehler: Schrittverlust zu groß). Insbesondere auch der große LC60H2127 mit 5.5Nm erscheint mir sehr weiche. Ich kann von Hand das Zahnriemenrad um mehrere Grad verdrehen. Man spürt zwar wie der Motor versucht nachzuregeln, aber er hat einfach keine Kraft. Beim 3Nm BergerLahr lies sich das Zahnriemenrad kein bisschen verdrehen. Ähnliches Spiel wenn ich an den Kupplungen der LC60H286 drehe.

Leider hat sich Jessie jetzt nicht mehr auf meine Anfragen hin gemeldet. Aber China bereitet sich schon auf Lunar New Year vor, da wird sich vor März auch nichts mehr tun.

Meine Vermutung ist, die Motoren bekommen nicht genügend Strom ab. Die Treiber haben ein Auto-Setting für den Strom und bestimmen den automatisch. Ich traue der Sache allerdings nicht. Das manuell zu Ändern geht nur über die serielle Schnittstelle. Gibt es dazu eine Software? Das Datenblatt erwähnt sowas. Oder diese Programmierplatine würde wohl auch gehen.

Irgendwie glaube ich nicht, dass die Motoren so schwach sind, sonst würden sie an anderen Fräsen auch nicht funktionieren. Oder habt ihr noch Ideen?

Vielen Dank,
René

django013
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Re: Lichuan Closed-Loop erscheinen mir sehr Schwachbrüstig

Beitrag von django013 » 06.01.2018, 05:06

Moin moin,

zuerst die wichtigste Frage: hast Du denn die Maschine nach dem Umzug neu eingemessen?
Also alle Achsen auf Parallelität und Rechtwinkligkeit geprüft. Neu abschmieren wäre auch angesagt, nach einem Umzug.
Erbauer einer mittelgroßen CNC-Fräse der üblichen Bauart
Leider sagt das überhaupt nix aus und ist hochgradig subjektiv.
Was ist für Dich mittelgroß und was bedeutet für Dich "übliche Bauart"?
Nachdem ich in der Vergangenheit mit der x-Achse immer wieder mit einem blockierenden Schrittmotor zu kämpfen hatte
Hm, normalerweise ist das Portal die X-Achse.
Ich vermute, dass für Dich aber der Verfahrweg des Portals die X-Achse ist (also das wäre bei uns die Y-Achse).

Blockierende Schrittmotoren sind erstmal ein außergewöhnliches Problem, für das man die Ursachen erforschen sollte.
Wenn meine Vermutung stimmt und der Verfahrweg des Portals die X-Achse ist, dann könnte ein Blockieren auftreten, wenn seitlich in Portalwangennähe gefräst wird. Dort ist ein Verkanten des Portals am wahrscheinlichsten.
Wenn dieses Verkanten auftritt, dann wird das mit größeren Motoren nicht behoben, ganz im Gegenteil.

Das ist jetzt aber nur eine Vermutung. Wenn das mit dem Verkanten nicht auftreten kann, dann könnte es sein, dass die Linearschinen nicht sauber parallel ausgerichtet sind. Falls das Blockieren auch auf anderen Achsen auftreten kann, könnten die Wagenabstände zu gering gewählt worden sein.
Was auch immer es ist - bevor Du nicht weißt, was die Stepper zum Blockieren bringt, weißt Du auch nicht, wie Du das beheben kannst.
Denn ein Verkanten des Portals lässt auf unzureichende Abstände der Wagen schließen. Also entweder Portalwangen ändern, oder auf Gantry-Antrieb umstellen.
Andere Fehlermöglichkeiten mögen andere Lösungen erfordern.

Plakativ ausgedrückt: wenn man vor einer geschlossenen Garage mit dem Auto steht und nicht reinfahren kann, dann wäre eine Möglichkeit, sich ein stärkeres Auto zu kaufen. Eine andere Möglichkeit wäre, das Garagentor auf zu machen :D

Gruß Reinhard

Lars
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Re: Lichuan Closed-Loop erscheinen mir sehr Schwachbrüstig

Beitrag von Lars » 06.01.2018, 06:35

django013 hat geschrieben:
06.01.2018, 05:06
oder auf Gantry-Antrieb umstellen
Das hat er schon:
X-Achse: 2x 5mm Kugelgewindespindeln mit angetriebenen Muttern
Durch die beiden angetriebenen Muttern und den Zahnriemen ist doch etwas Reibung zu überwinden


Betreffend den Tests an der Mechanik:
elims hat geschrieben:
06.01.2018, 00:04
Lässt sich dennoch alles gut und leicht mit der Hand drehen.
Das sollte auch noch so sein, wenn Last auf der Spindel ist. Im Rahmen eines größeren Umbaus hatte ich bei mir jetzt das Problem entdeckt, dass eine Spindel an bestimmten Stellen manchmal etwas hakt, aber nur, wenn Last drauf ist. Lastfrei ging alles gut. Das war die Spindel, bei der ich vor einem Jahr mal versehentlich die Mutter von der Spindel gedreht habe und bei der Wiedermontage die Befüllung mit den Kugeln nicht ganz perfekt hinbekommen hatte. Ein Test, ob es leicht geht, ist: Schrittmotor von der Spindel lösen und Portal von Hand verschieben. Dann muß sich die Spindel frei drehen. Zwar nur so "frei" wie in Honig, aber eben ohne Stellen, wo es schwerer als woanders geht.

Außerdem: Die angetriebenen Muttern sind etwas schwergängiger als eine direkt angetriebene Spindel. Das ist mir bei meiner Möderl-Mutter insbesondere bei Kälte 0-5°C in der Garage aufgefallen. Und du hast sogar zwei davon.

Elektrik:
Ich kann von Hand das Zahnriemenrad um mehrere Grad verdrehen. Man spürt zwar wie der Motor versucht nachzuregeln, aber er hat einfach keine Kraft. Beim 3Nm BergerLahr lies sich das Zahnriemenrad kein bisschen verdrehen. Ähnliches Spiel wenn ich an den Kupplungen der LC60H286 drehe.
Ich kenne die Lichuan nicht, aber die Leadshine Closed Loop sind beim Drehen von Hand ziemlich steif. Erst ab einer bestimmten Kraft gibt es einen Ruck, wenn sie dann abrupt nachregeln, bzw. wenn sie dann die Nachregelung nicht mehr schaffen. Wenn diese Steifheit bei dir also nicht da ist, ist was faul.
Zuletzt geändert von Lars am 06.01.2018, 08:09, insgesamt 2-mal geändert.

django013
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Re: Lichuan Closed-Loop erscheinen mir sehr Schwachbrüstig

Beitrag von django013 » 06.01.2018, 07:08

Moin moin,

@Lars
nur das erste Zitat, der mir zugeschriebenen Zitate stammt auch wirklich von mir.
Das hat er schon:
Ok, sorry. Ist mir durch.

Ändert aber nichts an der Gültigkeit der Grundsatzfragen. Wenn ein Stepper "kreischend" stehen bleibt, dann ist was oberfaul. Insbesondere wenn der Stepper mit 220V angetrieben wird, also richtig Schmackes haben sollte.
Genau wie bei Lars, mit den fehlenden Kugeln, solltest Du erstmal rausfinden, was denn gekreischt hat.

Die Schuld jetzt auf die angetriebenen Muttern zu schieben, halte ich zumindest für fragwürdig.
Mir ist nicht klar, wo da (bei korrektem Einbau) eine so große Reibung herkommen könnte, dass ein Stepper aufgeben müsste.
Klar sind Kugellager mit Staubdichtung (-2RS) etwas schwergängiger als Kugellager ohne, aber die Reibung ist so gering, dass die Stepper das nicht mal merken würden. Insbesondere beim Anfahren, wo die doch die größte Kraft haben.
Nein, ich bin mir ziemlich sicher, dass noch ein anderer Hund in der Mechanik versteckt ist.
Die angetriebenen Muttern sind etwas schwergängiger als eine direkt angetriebene Spindel. Das ist mir bei meiner Möderl-Mutter insbesondere bei Kälte 0-5°C in der Garage aufgefallen.
Ich behaupte mal, wenn die Reibung bei unterschiedlichen Temperaturen anders ausfällt, ist der Aufbau nicht sauber, d.h. die Kugellager sind nicht sauber zueinander ausgerichtet. Sonst wüsste ich nämlich keinen Grund (außer vielleicht schlechtes/falsches Fett), warum die angetriebene Mutter im kalten Zustand schwergängiger sein sollte.
Ein Test, ob es leicht geht, ist: Schrittmotor von der Spindel lösen und Portal von Hand verschieben. Dann muß sich die Spindel frei drehen. Zwar nur so "frei" wie in Honig, aber eben ohne Stellen, wo es schwerer als woanders geht.
Hm, wenn die Spindeln über einen gespannten Riemen verbunden sind, könnte das schwer werden.
Alternative: Stepper abmontieren und die Spindel mit einem Akkuschrauber antreiben. Dabei die ganze Achse abfahren. Wenn man dem Akkuschrauber kein Vollgas gibt und die "Gasstellung" halbwegs konstant hält, kann man am Geräusch des Akkuschraubers erkennen, wo Hindernisse auftreten.

Gruß Reinhard

Lars
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Re: Lichuan Closed-Loop erscheinen mir sehr Schwachbrüstig

Beitrag von Lars » 06.01.2018, 08:08

Sorry Reinhard, da hat mir die Bedienung der Zitatfunktion einen Streich gespielt, habe es geändert.

Zu den angetriebenen Muttern: Die Lager sind mit 40mm innen deutlich größer als sonst die Lager mit 12mm innen. Bei angenommen gleicher Umfangsreibungskraft ist das Moment dann einfach etwas größer. Plus die Kugellager des Riemenspanners. Bei mir war es jedenfalls so, dass die kalte Mutter alleine beim Drehen mit den Fingern schon merklich schwerer ging als ein sonstiges Festlager.

django013
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Re: Lichuan Closed-Loop erscheinen mir sehr Schwachbrüstig

Beitrag von django013 » 06.01.2018, 10:00

Zu den angetriebenen Muttern: Die Lager sind mit 40mm innen deutlich größer als sonst die Lager mit 12mm innen.
Schon klar. Ich habe hier 6309-RS für die angetriebene Mutter. 45mm Innendurchmesser, 100mm Außendurchmesser
Staubdichtungen beidseitig.
Ich habe einen Faden um das Kugellager gewickelt und mit einer Federwaage gemessen, wieviel Kraft ich zum Abrollen des Fadens brauche: ca. 120g
10N entspricht 1kg, also entsprechen 120g 1,2N
Auf den Außendurchmesser des Kugellagers umgerechnet (100mm Durchmesser oder 0,05m Radius) ergibt sich ein Drehmoment von 0,06Nm
Selbst wenn wir annehmen, dass es davon 5 Kugellager gibt, dann wären das 0,3Nm - meiner Ansicht nach keine Größe, bei der sich ein Stepper kreischend ins Höschen machen müsste ;) :shock:

Gruß Reinhard

elims
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Re: Lichuan Closed-Loop erscheinen mir sehr Schwachbrüstig

Beitrag von elims » 06.01.2018, 11:40

Hallo,

da hat sich ja schon eine rege Diskussion entwickelt. Um mal ein Bild von der Fräse zu bekommen hier der Stand 2013 noch ohne Aufspannplatte in meiner Studentenbude:
IMG_0051_1204_1024.jpg
Und ein genaueres Bild des Portalantriebs (X):
IMG_0059_853_1280.jpg
Ich habe die Fräse für den Umzug in mehrere Baugruppen zerlegt und danach wieder alle Achsen neu justiert und eingemessen. Neu abschmieren sowieso.
django013 hat geschrieben:
06.01.2018, 07:08
Wenn ein Stepper "kreischend" stehen bleibt, dann ist was oberfaul. Insbesondere wenn der Stepper mit 220V angetrieben wird, also richtig Schmackes haben sollte. Genau wie bei Lars, mit den fehlenden Kugeln, solltest Du erstmal rausfinden, was denn gekreischt hat.
Bei diesem Stepper ist das die typische Reaktion auf einen Schrittverlust. Lässt sich sehr leicht im Leerlauf ohne Last reproduzieren. Durch das große Rotationsträgheitsmoment reicht es die Beschleunigung hoch zu setzen und den Motor so zum "kreischen" zu bringen. Es ist kein mechanisches Problem, sondern eine Eigenheit dieses speziellen Schrittmotors. Ich vermute das liegt an den 3 Phasen. Das Kreischen trat unabhängig von der Last oder der Portalposition auf. Und typischerweise nur im Eilgang. Das war eine Kombination aus zu hohem Rotationsträgheitsmoment und der recht hohen Reibung die überwunden werden muss. Wenn ich die Beschleunigung reduziert habe konnte ich wunderbar damit arbeiten. Nur die Dynamik war dann nicht mehr gegeben.

Das angetrieben Portal ist sicherlich noch nicht optimal gelöst. Und da werde ich mal Nachbessern müssen. Da ich mit dieser Achse schon solche Probleme hatte, habe ich versucht alles zu tun was ich kann um die Mechanik mit stundenlang justieren so leichtgängig wie möglich zu machen. Ich hab alle Achsen von Hand durchgedreht bzw. mit dem Akkuschrauber um Punkte zu identifizieren wo die Reibung ansteigt. Ja, der Portalantrieb verlangt Kraft vom Motor, aber überall gleich viel.

Gefräst habe ich mit den neuen Motoren noch nichts. Bisher geht es nur um den Leerlauf.

Mir geht es jetzt auch nicht Primär um das Portal, sondern die beiden anderen Achsen. Dort haben open-loop 2Nm Stepper alles spielend leicht bewegt, 3Nm closed-loop steigen schon bei leichtester Beschleunigung und ohne Last aus.

Gruß,
René

django013
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Re: Lichuan Closed-Loop erscheinen mir sehr Schwachbrüstig

Beitrag von django013 » 06.01.2018, 14:36

Moin René,
Bei diesem Stepper ist das die typische Reaktion auf einen Schrittverlust. Lässt sich sehr leicht im Leerlauf ohne Last reproduzieren. Durch das große Rotationsträgheitsmoment reicht es die Beschleunigung hoch zu setzen und den Motor so zum "kreischen" zu bringen.
Schon mal jemand gefragt, ob das normal sein kann?
Ich kann mir nicht vorstellen, dass so ein Kreischen gesund sein kann. Ich habe derartige Geräusche auch noch nie aus Industriemaschinen gehört. Ich kenne derartige Geräusche, wenn sich die Kugeln eines Kugellagers auflösen. Das fühlt sich ganz übel an.
Hast Du vielleicht deshalb den Motor günstig bekommen?
Das angetrieben Portal ist sicherlich noch nicht optimal gelöst. Und da werde ich mal Nachbessern müssen. Da ich mit dieser Achse schon solche Probleme hatte, habe ich versucht alles zu tun was ich kann um die Mechanik mit stundenlang justieren so leichtgängig wie möglich zu machen. Ich hab alle Achsen von Hand durchgedreht bzw. mit dem Akkuschrauber um Punkte zu identifizieren wo die Reibung ansteigt. Ja, der Portalantrieb verlangt Kraft vom Motor, aber überall gleich viel.
Ok, das liest sich für mich, als wüsstest Du was Du tust. Das ist doch schon mal ein Pluspunkt.
Auch dass Du die Maschine nach dem Umzug neu eingerichtet hast - sehr schön!
Mir geht es jetzt auch nicht Primär um das Portal, sondern die beiden anderen Achsen. Dort haben open-loop 2Nm Stepper alles spielend leicht bewegt, 3Nm closed-loop steigen schon bei leichtester Beschleunigung und ohne Last aus.
Also wenn das so ist, dann solltest Du mal das Netzteil überprüfen.
Vielleicht ist es jetzt unterdimensioniert?
Der kreischende Stepper war vorher ja separat.
Vielleicht macht es Sinn, dem fetten Stepper ein separates Netzteil zu spendieren.
Wenn Du die Möglichkeit hast, dann häng mal ein Ossi zwischen Endstufe und Stepper, dann sieht man schnell, ob die Versorgung passt.

Gruß Reinhard

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Re: Lichuan Closed-Loop erscheinen mir sehr Schwachbrüstig

Beitrag von elims » 06.01.2018, 21:17

django013 hat geschrieben:
06.01.2018, 14:36
Also wenn das so ist, dann solltest Du mal das Netzteil überprüfen.
Vielleicht ist es jetzt unterdimensioniert?
Habe ich gerade mal überprüft. Das Netzteil könnte in der Tat bei den Motoren an seine Grenzen kommen, tut es aber noch nicht. Selbst mit nur einem 3Nm Motor ändert sich nichts grundlegend am Verhalten. Schon beim moderaten joggen steigt die Endstufe mit einem Fehler aus. Spannung erhöhen hat minimale Verbesserungen gebracht. Über 45V will ich aber nicht gehen, da die Treiber nur 50V abkönnen.

Gruß,
René

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Re: Lichuan Closed-Loop erscheinen mir sehr Schwachbrüstig

Beitrag von django013 » 07.01.2018, 05:16

Moin René,
Schon beim moderaten joggen steigt die Endstufe mit einem Fehler aus.
Ok, überprüfe mal die Anschlüsse des Encoders.
In FAQs las ich mal, dass dies Verhalten häufig auftritt, wenn der Encoder falsch angeschlossen ist.
Ich weiß allerdings nicht, was man da falsch machen könnte.
Vielleicht mal beide Kanäle tauschen?
Über 45V will ich aber nicht gehen, da die Treiber nur 50V abkönnen.
Ja, das ist richtig. Etwas Reserve zum Bremsen ist gut.

Gruß Reinhard

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