Meine erste selbstkonstruierte Fräse

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django013
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Re: Meine erste selbstkonstruierte Fräse

Beitrag von django013 » 12.02.2018, 17:26

Moin moin,

irgendwie verstehe ich die Welt nicht mehr. Das FEM-Bild sieht genauso aus, wie ich es erwartet hätte, aber die Durchbiegung ist um mehrere Potenzen geringer. Keine Ahnung, wo ich mich da verrechnet habe.

Die 5kN als Fräserkraft gefallen mir sehr. Das zeigt mir, dass Ihr eine "richtige" Fräse bauen wollt.
Jeder hat so seine Möglichkeiten und für mich ist das Modellieren eines Konzeptes der geringste Aufwand. das hat in etwa 1,5 Studen gedauert.
Nicht immer gleich denken, nur weil´s fertig aussieht ist es auch so.
Und wo ist das Problem mal ein paar kontroverse Möglichkeiten zur Diskussion zu stellen?
Yo, das ist eine probate Vorgehensweise, mach ich auch nicht anders.
Viellleicht habe ich Deinen Pa ja auch falsch verstanden. Für mich hat es sich so angehört: das soll es jetzt sein, so bauen wir.

Gegen kontroverse Diskussionen ist überhaupt nichts einzuwenden.
Vielleicht habe ich überreagiert. Bin eben ein emotionaler Mensch.
... und in der bisherigen Diskussion mit Gerd hat sich Sympathie entwickelt und ich war schon sehr gespannt auf Euren neuen Entwurf. Naja - dass ich enttäuscht war, hat wohl jeder gemerkt.
Der Entwurf sieht für mich nicht wie der Entwurf eines Praktikers aus.

Bei mir ist es einfach so, dass wenn ich was (anders) mache, dann muss es einen tieferen Sinn haben. Also z.B. die Geschichte mit den Platten an den Seiten. Die Portalwange wird kürzer und erhält bessere Hebelverhältnisse zu dem Preis, dass jetzt die Schiene auf so ner labbrigen Platte festgemacht wurde.
Dass die Durchbiegung so gering sein soll, geht mir immer noch nicht runter.
Vielleicht habe ich ja irgendwo noch einen Denkfehler?
Die Vorbereitung eines kompletten FEM Modells dauert doppelt solange wie das Modellieren selbst.
Das ist klar. Ich habe leider nicht die Möglichkeiten, deshalb gibt es bei mir nur Überschlagsrechnungen.
Diesmal bin ich wohl grob daneben gelegen.
Ob die Biegung ganz vorne wohl auch so gering ist?
Alle Kontaktflächen gelten als verschweißt zumindest für diese Analyse. Der Aufbau mit Schrauben und Nutensteinen würde mich Stunden an Vorbereitung kosten
Das geht völlig in Ordnung. Es geht ja nicht darum, die Verschraubung zu modellieren, sondern die einzelnen Bauteile zu dimensionieren.
auch der Tipp von Lars möchte ich gar nicht widersprechen, daß es dann zu erhöhten Vibrationen kommen kann.
Hm, mit ner FEM-Software sollte man das auch abbilden können.
Ich kann mich da nur auf Erfahrungswerte verlassen. Könnte sein, dass ich auch hier mit meiner Prognose daneben liege.
Die hochgezogenen Wangen mag ich nicht. Da sehe ich sofort die eingeklemmten Finger vor Augen. Deshalb würde ich so nie bauen. Aber vielleicht habt Ihr eine andere Arbeitsweise und klemmt Euch keine Finger ein?
Als Vergleich, ein Itemprofil hat teilweise um Faktor 4,5 geringere Ausziehwerte.
Hm, ich glaube das verstehe ich jetzt nicht wirklich. Gibt es dazu Hintergrundinfo zum lesen?
Ausziehwerte kenn ich bislang nur von Frauen :veral
Die untere Führungsbahnaufnahme (Y-Achse) ist oberhalb der Bahn in einer Nut des Aluprofils verschraubt. Unterhalb ist die Führungsbahnaufnahme mit einer weiteren, dahinter liegenden, horizontalen Aluplatte verschraubt, welche von unten in das Alu-Profil geschraubt wird . Diese Platte wird zudem seitlich in beiden Wangen verankert.
Bezeichnest Du jetzt das Portal als Y-Achse?
Normalerweise ist das Portal die X-Achse.
Egal - wenn es um die Schiene am Portal geht, dann war das durchaus zu sehen.
Diese Platte wird zudem seitlich in beiden Wangen verankert. Dadurch ist eine Tordierung des Profils bzw, die Nachgiebigkeit des Portals auf ein Minimum reduziert. Bei dieser Konstellation könnte man jetzt anführen, daß man dann bald auf das Alu-Profil verzichten könnte.
Hm, von meinen bisherigen Rechnungen würde ich sagen, dass das Profil nicht obsolet wird. Aber wer weiß - vielleicht zeigst Du mir hier auch das Gegenteil?

Unter dem Tisch würde ich nicht nur ein Querprofil einbringen, sondern min. Drei - und zwar ausgerichtet an der Bearbeitungsfläche.

Dann denke ich, dass man den Z-Schlitten durchaus schmaler machen könnte. Den Portalschlitten würde ich dagegen breiter machen. Jetzt ist die Kreuzplatte doch sehr hochkant und die Idealform wäre doch ein Quadrat, bzw. ein liegendes Rechteck.
Wie gesagt alles noch in der Diskussionsphase.
Ok, dann tut es mir leid, dass ich so emotional geworden bin.
Wäre schön, wenn Du/Ihr dann ein paar Worte dazu schreiben würdet, warum Ihr das tut, was Ihr tut.
Vielleicht kann man ja dadurch auch was lernen?

Gruß Reinhard

gebuwa
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Re: Meine erste selbstkonstruierte Fräse

Beitrag von gebuwa » 12.02.2018, 20:57

Hallo Reinhard
Nun doch noch vom "Pappa". Ob du von uns lernen kannst, kann ich nicht beurteilen, anderst herum sicherlich, zumindest was mich betrifft. Immerhin kann ich mit meinen jungen "fast" 73 Lenzen noch einigermaßen mithalten :lol: beim technischen Verständnis.
Auf jeden Fall möchten ich/wir auch künftig auf deine Meinung nicht verzichten.
Jetzt müssen erst mal die närrischen Tage hier vorbeigehen, dann sehen/denken/konstruieren wir weiter.

Mit närrischem Gruß :veral

Gerd

gebuwa
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Re: Meine erste selbstkonstruierte Fräse

Beitrag von gebuwa » 12.02.2018, 21:21

Hallo Zusammen, Hallo Reinhard
Tobias nochmal
Kurz vorweg, ich werde mir morgen gleich einen eigenen Zugang anmelden, für heute soll´s noch so reichen.

@Reinhard: Danke für deine ausführliche und ehrliche Antwort, ist mir gut verständlich. Bisher habe ich ja nicht gerade mit Anwesenheit geglänzt.
Ich zeichne, modelliere und werfe ein Konzept in den Raum und mein Vater berichtet darüber. War nicht unbedingt geschickt von mir, aber hat sich einfach so ergeben. Er weiß zwar was ich mache aber eben auch nicht jeden Gedanken warum.
Ich hab ihm eben gesagt, daß das mit dem Gantry-Prinzip jetzt so bleibt und das Konzept im groben steht, aber nicht was genau.
Und du hast recht ich sollte eben auch die Gedankengänge zum Konzept dazuschreiben, damit es Verständlich wird.

Dann leg ich mal los.
Als erstes ich hab vorher einen Fehler gemacht was die sog. (Schrauben-)Ausziehwerte angeht. Da hab ich was falsches im Kopf gehabt.
Es sind Werte auf Basis der Schraubenqualität 8.8 und nicht die Werte der Schraube 8.8. Außerdem gibt's bei RB nur eine Nutgröße (14) und bei Item mehrere. Im Vergleich zu Item sind die Werte in etwa gleich.

Also nun zum Konzept.
- In welche Richtung es tendiert sieht man ja, aber wovon ich eben kein Fan bin, ist das riesige Portal.
Immer wenn ich mir im Kopf die Maschinen durchdenke und geistig verbiege, bekomme ich bei den Portalwangen Zweifel. Die passen mir gar nicht, wegen der langen Hebel. Da fühl ich mich mit dem Gantry-Antrieb um einiges wohler.
Ich hab dann eben überlegt inwieweit man die Schienen nach oben versetzen kann bis andere Probleme dazukommen. Ich werde jetzt demnächst einfach mal noch ein Modell aufsetzen und Position von Spindel und Führungsbahn des Portals vertauschen, sodass die Seitenwange keine Torsion mehr ins Profil einleitet und dann beide nochmal durchs FEM schicken, mal schauen was dabei rauskommt (mit Portal).
- Übrigens Reinheird, ich glaub nicht das du dich verrechnet hast, was die reine Durchbiegung oder Torsion der Seitenwange angeht, im Gesamten läßt sich das ohne FEM kaum berechnen. Aber das war jetzt auch keine realistische Berechnung, wenn alle Kontaktflächen als verschweißt berechnet werden (Optimalfall). Die Berechnung mit Flächenpressung und Verschraubung würde nochmal anders aussehen. Aber wie du ja gesagt hast, um Konzepte zu Vergleichen reicht es definitiv.
Der Punkt mit den eingeklemmten Fingern ist ein guter Tipp, da geb ich dir vollkommen recht ich bin kein Praktiker. Ich hab zwar darüber nachgedacht das es nicht zu einer Kollision zwischen Z-Schlitten und Seitenwange kommen kann, aber ne Hand oder Finger dazwischen war nicht eingeplant. :fumb .
Ääääh und ja, hab da vorhin die X&Y-Achse beim schreiben vertauscht.
- Die Querprofile mit drei Stück werde ich einplanen, aber da hätte ich gleich noch ne Frage zum Rahmen.
Wenn ich es so Aufbau wie jetzt also alles in Querrichtung formschlüßig anliegend. Wie kann ich dann die beiden Führungsbahnen in der Breite ausrichten? Dann hat man ja gar keine Einstellmöglichkeiten.
- Bei der Optimierung des Kreuzschlittens und des Z-Schlittens bin ich noch gar nicht angekommen, das ist noch in der Ausführung vom Basismodell welches mein Vater ausgewählt hatte. Dazu kommen wir dann nach der Auslegung des Rahmens und der Seitenwnagen.

Für heute wird ichs jetzt mal gut sein lassen
Ein Gruß in die Runde und einen schönen Abend Miteinander

django013
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Re: Meine erste selbstkonstruierte Fräse

Beitrag von django013 » 13.02.2018, 07:10

Moin moin,

@Tobias: mir gefallen Deine Gedanken und Deine Annahmen für FEM und Co erscheinen mir plausibel. Deshalb denke ich, dass Du gut zu uns passen würdest. Würde mich drüber freuen.
Immer wenn ich mir im Kopf die Maschinen durchdenke und geistig verbiege, bekomme ich bei den Portalwangen Zweifel.
Yepp, das kenne ich gut. Geht mir nicht viel anders. Nur denke ich, dass die Portalwangen Dein kleinstes Problem sind. Das eigentliche Problem scheint Dir (noch) nicht bewusst zu sein.

Da ich keine FEM duchführen kann, behelfe ich mir mit einfacheren Mitteln, um die Belastung abzuschätzen. Die Berechnungen sind sicher grob und pessimistisch, führen aber zu einer Maschine, die im Zweifelsfall stabiler ist, als sie sein müsste. Mit dem Nachteil kann ich gut leben :)

Bei Eurer Fräse mit Gantryantrieb schau ich mir den Schnitt durch die Werkstückauflage an. Geschnitten an einer Position, wo kein Mittelverbinder unter der Tischplatte ist. Ich habe also rechts und links ein Aluprofil hochkant und drauf liegend die Arbeitsfläche (T-Nutenplatte, was auch immer).
Für mich ist die Verbindungsfläche zwischen Arbeitsplatte und Profil der steifeste Punkt der ganzen Konstruktion. Also würde ich genau dort die Linearschienen für die Y-Achse anbringen.
Schrauben in eine Fuge ist nicht so der Bringer, also würde ich das Profil um ein Flachmaterial auffüttern, welches stark genug ist, die Schrauben der Linearschienen zu halten. Die Auffütterung wird dann von oben mit der Arbeitsplatte verschraubt - also beste Unterlage für eine Linearschiene.

Schaut man sich gute Fräsen mit seitlich angebrachten Linearschiene an, dann fällt auf, dass die Arbeitsplatte breiter als der Sockel ist, d.h. die Arbeitsfläche wird bis zur Portalwange raus gezogen. Das ist ein günstiger Weg, die Linearschiene vor Spänen zu schützen. Deshalb würde ich dieses Prinzip nicht ohne Not aufgeben.

Um das Portal auszulegen, habe ich mir folgende Skizze gemacht:
PortalHebel-Seite01.jpg
Im Idealfall sind die Schienen (grüne Punkte) am Portal genauso weit entfernt, wie der Verfahrweg in Z.
Das führt zu einer doppelten Fräserkraft in der unteren Linearschiene und zu einer einfachen Fräserkraft an der oberen Linearschiene. Beide Kräfte wirken horizontal und entgegengesetzt - führen also zu einer Scherung oder Torsion am Portalbalken.
Schaut man sich das Portal einer SK0704 an, dann fällt auf, dass die Schienen nur den halben oder gar nur ein Drittel des Verfahrweges haben. Das führt natürlich zu wesentlich höheren Kräften an den Schienen und dem Portal.

Hier der Vergleich der ALU-Profile:
Zuerst das von Euch bevorzugte 200x100 von Robotunits
ALU-Profil_200-0-PIL1020.jpg
und zum Vergleich das 80x190 von SMT
ALU-Profil_S11090180S.jpg
Das Profil von Robotunits hat keine diagonalen Strukturen, ist also leicht einsichtig, warum es nicht nur in der Biegung schlechter abschneidet, als das SMT-Profil.
Stellt man sich dann vor, dass (wie am Portalbalken) an der unteren Profilkante eine Kraft nach rechts und an der oberen Kante eine Kraft nach links zieht, dann verhält sich das Robotunits-Profil wie 3 Pappkartons übereinander, denen man jeweils 2 gegenüberliegende Flächen weggeschnitten hat - es fällt zusammen wie ein Kartenhaus.

Spaßeshalber habe ich das SMT-Profil mal in meine Festigkeitstabelle aufgenommen.
Bei einer Portalbreite von 700mm (geschätzt) und Fräserkraft 5kN (also 10kN an der unteren Schiene), komme ich auf eine Durchbiegung von 2 Zehntel. Kommt noch 1 Zehntel an der oberen Seite (mit 5kN) dazu, was bedeutet, dass der Portalbalken eine Abweichung von 3 Zehntel auf die Höhe von 200mm hat. Verlängert um den Hebel der Z-Achse ergibt sich damit ein Fehler an der Fräserspitze von 6 Zehntel.
Das wie gesagt bei dem besseren Profil. Die Werte für das Robotunitsprofil dürften deutlich schlechter ausfallen.

Schaut man sich die Belastung der Portalwangen an, dann fällt auf, dass dort nur die halbe Fräserkraft auf eine Portalwange wirkt. Also nicht wirklich ein Punkt, über den man sich den Kopf zerbrechen müsste.

Der Portalbalken ist der eigentliche Schwachpunkt. Deshalb war meine Empfehlung, zwei 190x80 Profile zum L übereinander zu verleimen. Nimmt man dann noch die Auffütterung unter den Linearschienen mit in die Rechnung, dürfte die Auslenkung in akzeptable Regionen kommen.

Da bei Eurem Portalentwurf ein Wagen direkt unter dem Portalbalken liegt, würde ich die Verstrebung der Portalwange zwischen die Doppelreihe der Schrauben legen. Ein einfaches Rechteck und gut ist.
Auch dieses könnte man nach unten verlängern, um die KGS-Mutter zu befestigen.
Wie kann ich dann die beiden Führungsbahnen in der Breite ausrichten?
Genau arbeiten und evtl. noch Alufolie unterlegen.
Damit die termischen Verformungen nicht zum Problem werden, könnte man eine Portalwange als "Festlager" und die andere als "Loslager" anlegen, was bedeutet, dass nur eine Wange versteift wird. Diese müsste dann aber für die Fräserkraft dimensioniert werden (anstatt für die Hälfte).

Das gleiche Prinzip habt Ihr ja schon am Portalwagen angewendet. Die untere Schiene ist das Festlager, die obere das Loslager. Deshalb sollten oben auch keine Winkel die Auslegerplatte mit der Kreuzplatte verbinden. Schaut man sich die Kräfte (so vereinfacht) an, dann wird klar, warum es Sinn macht, bei der Z-Achse und der unteren Portalschiene größere Linearschienen einzusetzen (also z.B. 25er anstatt 20er). Dafür könnte man an der oberen Portalschiene und an der Y-Achse eine Nummer kleiner gehen (also z.B. 15er statt 20er).

Gruß Reinhard

Dagwin
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Re: Meine erste selbstkonstruierte Fräse

Beitrag von Dagwin » 15.02.2018, 15:46

Hallo Zusammen, hallo Reinhard,
wollte nur kurz bescheid geben, daß der Sohnemann nun nen eigen Account hat.
Ich hab auch ein paar nette FEM Analysen zum Thema Profilen gemacht, die ich heute Abend einstellen werde.
Sind einige Bilder die ich erst noch aufbereiten und sortieren muß, aber ich kann jetzt schon sagen es wird interessant.
Hat mich selbst verwundert was dabei rausgekommen ist.
Vergleich von
SMT 90x180
Item 100x200 &
Robotunits 100x200

Gruß und bis heut Abend

Dagwin
Beiträge: 6
Registriert: 13.02.2018, 14:48

Re: Meine erste selbstkonstruierte Fräse

Beitrag von Dagwin » 15.02.2018, 22:05

Hallo Zusammen,
hallo Reinhard,

Ich hab mal drei einfache Vergleichssimulationen gemacht, die ich euch gleich vorstelle.

1. Item 100x200 - 700 - Flächenträgheitsmoment gegen Torsion .... Wert folgt
2. SMT 90x180 - 700 - Flächenträgheitsmoment gegen Torsion .... Wert folgt
Bosch-Rexroth Vergleichsprofil It=429,0 cm4
3. RB 100x200 - 700 - Flächenträgheitsmoment gegen Torsion It=794,0 cm4

Alle Profile werden an der Rückseite (kompletter Querschnitt) im Raum festgesetzt und auf der anderen Seite zur gleichmäßigen Krafteinleitung mit einer Deckplatte belegt. Auch die Deckplatte ist mit dem Profil direkt verbunden. Es ist für die Berechnung ein zusammengesetzter Körper
Diese Deckplatte wird dann mit 5000Nmm Drehmoment stirnseitig verdreht.

Ich hätte eigentlich auch gedacht das in diesem Test das SMT Profil gewinnt, aber da das Item Profil den größeren Querschnitt und die bessere Innenstruktur von allen dreien hat, ist es im Torsiontest eindeutig der Gewinner.

1.
Item-Profil - Torsion Verschiebung
Item-Torsion Verschiebung.PNG
Item-Profil - Torsion Spannung
Item-Torsion Spannung.PNG
2.
SMT-Profil - Torsion Verschiebung
SMT-Torsion Verschiebung.PNG
SMT-Profil - Torsion Spannung
SMT-Torsion Spannung.PNG
3.
RB-Profil - Torsion Verschiebung
RB-Torsion Verschiebung.PNG
RB-Profil - Torsion Spannung
RB-Torsion Spannung.PNG

Dagwin
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Re: Meine erste selbstkonstruierte Fräse

Beitrag von Dagwin » 16.02.2018, 00:56

Die zweite Simulation liefert andere Ergebnisse.
Ich hab auch noch Eine gemacht bei der das SMT-Profil gewonnen hat, liegt aber auf dem anderen PC
Ich werde Alles nochmal etwas genauer durchlaufen lassen um die Ergebnisse zu prüfen, aber das dauert noch etwas

Diesmal Ein Portalaufbau bei dem die unteren Stirnflächen der Wangen im Raum verankert sind.
Dazwischen die 700mm langen Profile aus dem vorherigen Post.
An diesem Profil ist ein 200mm auskragender Z-Schlitten festgemacht an dem am unteren Ende ein Kraft von 5000N eingeleitet wird
Analysegrundlagen.PNG
1.
Item Portal Spannung 1
Item-Spannung.PNG
Item Portal Spannung 2
Item-Spannung 2.PNG
Item Portal Verschiebung
Item-Verschiebung.PNG
2.
SMT Portal Spannung 1
SMT-Spannung.PNG
SMT Portal Spannung 2
SMT-Spannung 2.PNG
SMT Portal Verschiebung
SMT-Verschiebung.PNG
3.
RB Portal Spannung 1
RB-Spannung.PNG
RB Portal Spannung 2
RB-Spannung 2.PNG
RB Portal Verschiebung
RB-Verschiebung.PNG

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Re: Meine erste selbstkonstruierte Fräse

Beitrag von django013 » 16.02.2018, 06:12

Moin Tobias,

willkommen in unseren Reihen :)

Yo, da hast Du Dir aber viel Arbeit gemacht. Sehr schön.
Noch besser hätte mir die zweite Reihe gefallen, wenn Du den Z-Schlitten völlig aus der Verformung herausgenommen hättest. Also entweder so versteifen, dass keine Biegung im Schlitten auftritt, oder eben weglassen und eine Kraft mit Offset einbringen. Schließlich interessiert ja nur (in diesem Test), wie unterschiedlich sich die Profile verhalten.
Vielleicht könntest Du die Skala dann noch so verändern, dass die Unterschiede deutlicher zu Tage treten?

Gruß Reinhard

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Re: Meine erste selbstkonstruierte Fräse

Beitrag von Dagwin » 16.02.2018, 08:10

Guten Morgen Zusammen,
Hab die Untersuchungen gespeichert, kann sie also jederzeit aufrufen und die Farbskala anpassen.
Werde auch nochmal den Z-Schlitten entfernen, dass man die reine Verformung sieht. Das ist aber etwas kniffliger da die Krafteinleitung Aufgrund der recht unterschiedlichsten Struktur nicht gleich aufgesetzt werden kann. Die Kraftpfeile zu Positionieren ist mit ner einheitliche Platte etwas einfacher. Aber ich versuch's nachher einfach mal. Bis später
Gruss Tobias

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Re: Meine erste selbstkonstruierte Fräse

Beitrag von django013 » 16.02.2018, 08:22

Moin Tobias,

vielleicht geht es einfacher, wenn Du 4 Nutensteine mit Schrauben und Kontermutter nimmst und die Kraft über die Schrauben einleitest?

Gruß Reinhard

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