Selbstbau CNC Fräse aus UHPC E80

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Automatikwerk
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Selbstbau CNC Fräse aus UHPC E80

Beitrag von Automatikwerk » 28.11.2018, 22:06

Hallo,

ich habe ein Projekt eine Cnc Fräse zu bauen und wollte euch daran teil haben lassen. Es ist ein reines Hobbyprojekt und meine finanziellen Mittel halten sich sehr in Grenzen, trozdem soll am Ende mehr als eine Alu Käsefräse herumkommen.
Als Basis soll UHPC verwendet werden, einerseites da ich kein Werkzeug habe um Stahl zuzuschneiden oder zu fräsen (ich hab lediglich eine Standbohrmaschine zur verfügung), anderseits aufgrund anderer Vorteile wie der guten Dämpfungseigenschaften, dem hohen Eigengewicht, der guten Steifigkeit und dem geringen Preis.

Die grobe Konstruktion in CAD steht soweit, hier mal die Kennwerte.
3 Achsen
Verfahrenswege sollen werden (mm):
X: 580
Y: 220
Z: 610
Schienenlängen: X(800) Y(426) Z(800)
Als Steuerung ist geplant das RPI CNC Board von Protoneer mit Servomotoren aus China.
2,2kw China Spindel.
Gewicht der UHPC Elemente wird bei knapp 150kg liegen. Gesamtgewicht wahrscheinlich um die 200kg.

Ansonsten normale Kugelgewindetriebe und Linearschienen Marke TBI und HIWIN

Hier noch ein paar Bilder wie die Sache am Schluss aussehen soll.
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Michael B.
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Re: Selbstbau CNC Fräse aus UHPC E80

Beitrag von Michael B. » 28.11.2018, 22:54

Hi,

Schönes Projekt gefällt mir sehr gut.

Allerdings möchte ich dich auf ein paar Punkte hinweißen, die du dennoch beachten solltest.

- Deine Linearschienen brauchen eine sehr gut abgegossene Oberfläche als Untergrund damit sie auch gerade werden.
Normalerweise wird dazu ein gefräster Stahlbarren unter die Schiene in den UHPC eingegeossen.
- Dein Bett erscheint mir für die Maschine doch sehr dünn, also was ich bisher gesehen habe, dann lag die Bettdicke bei ca 1,25 von der Breite des Z Turms. Nur um mal die Proportionen zu beurteilen.
- Überleg dir eventuell nochmal die Wege der Achsen. Je größer deine Wege werden, desto länger sind die Hebel und deren Wirkung. Und bei 610mm in Z ist der Hebel schon gewaltig wenn du bedenkst das deine Z Achse mit über 100kg auf den Maschinentisch drücken kann. Diese Kraft muss dein Z - Turm auch aufnehmen können.
- Die Anbindung zwischen Z - Turm und deinem Bett würde ich aus den Proportionen heraus etwas größer gestalten.

Gruß Michael

FerdinandFräs
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Re: Selbstbau CNC Fräse aus UHPC E80

Beitrag von FerdinandFräs » 28.11.2018, 23:58

Moin,
Automatikwerk hat geschrieben:
28.11.2018, 22:06
Als Basis soll UHPC verwendet werden, einerseites da ich kein Werkzeug habe um Stahl zuzuschneiden oder zu fräsen (ich hab lediglich eine Standbohrmaschine zur verfügung)
An diesem Punkt war ich vor gut einem Jahr auch, gibt schlimmeres :lol: Du wirst halt einiges an Zeit brauchen wenn alles mit der Hand am Arm passieren muss...
Automatikwerk hat geschrieben:
28.11.2018, 22:06
der guten Steifigkeit
Bitte den UHPC nicht überschätzen, er hält schon wirklich viel aus und ist steinhart (wortwörtlich) aber es ist auch kein Wundermittel. Bei falscher Belastung fehlt Dir eine Ecke so schnell kannst Du garnicht schauen... Und wenn Du die (optimalen) Literaturwerte auf Biegung rechnest kommst Du bei recht erschreckenden Werten raus, dafür wie massiv und stabil alles aussieht.


Michael hat es schon geschrieben, aber bitte beachte die Unterlagen für die Lineartechnik. Willst Du da was eingießen und dann später überfräsen lassen?

Gruß Dennis

KarlG
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Re: Selbstbau CNC Fräse aus UHPC E80

Beitrag von KarlG » 29.11.2018, 01:08

Moin,

auf den ersten Blick: Das "Querformat" am Sockel - was soll das nützen? und die Auskragung der Z-Achse scheint mir auch stark übertrieben.

Das SCHEINT sehr massiv, aber UHPC hat einen E-modul um 45.000 - im besten Fall um 80.000. Mit "Amateur-Mitteln" aber gar nicht zu schaffen. Das wäre dann etwa auf dem Niveau von Alu und bis zum vergleichbaren Stahl fehlt uns ca. Faktor 2,5-5 (!)

Also bitte rechnen und mit den Hebeln nicht übertreiben, sonst verfehlt man das Ziel.

Offen ist, wie man die Geradheit und Parallelität der Linearschienen gewährleistet. Wenn das im Guss passieren soll, muss man gegen Präzisionsoberflächen abformen und hat immernoch die Unsicherheiten von Schwund und Verzug.

Gruss
Karl

Automatikwerk
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Re: Selbstbau CNC Fräse aus UHPC E80

Beitrag von Automatikwerk » 30.11.2018, 19:21

Ja die Flächen wo die Linearschiene platziert wird ist natürlich ein Problem. Das eingießen von Stahl kommt an der Position für mich nicht in Frage, da ich keine Möglichkeit habe diesen anschliessend plan zu fräsen. Bis jetzt ist geplant einfach die Form möglichst plan zu bekommen.
Der Seitenanschlag der Schienen wird nachträglich montierbar sein, so das ich die parallelität zwischen den Schienen und die Schienen zur Achse nach dem Guss noch anpassen kann.
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Die X Achse ist an der niedrigsten Stelle 8cm hoch, gerade der Übergang zur Z Achse ist damit definitiv der schwächste Teil an der Maschine. Vielleicht unterschätze ich die wirkenden kräfte ja, aber wir reden hier von vllt 5mm Fräser in Stahl.
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Da ich den Turm sehr hoch gemacht habe, habe ich diesen etwas überdimensioniert. Ich wollte mir die Option offen halten noch eine 4te Achse einzubauen oder auch Bohrungen bei hohen Materialien zu machen, aber der Großteil wird sich sowieso im unteren Bereich des Turms abspielen.

Beim Übergang von der XAchse zur ZAchse bin ich mir noch nicht ganz sicher welche Befestigungsvariante am stabilsten ist. Bis jetzt ist geplant an den Seiten 3 Durchgänge und vorne nochmal 2 Durchgänge zur XAchse zu machen und da dann Gewindestangen oder Schrauben durch.
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Automatikwerk
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Re: Selbstbau CNC Fräse aus UHPC E80

Beitrag von Automatikwerk » 03.12.2018, 22:00

So, es geht weiter.

Als erstes baue ich die Form für die Y Achse. Bevor ich diese allerdings mit Beton fülle mache ich erstmal einen Testguss um zu sehen wie sich der Beton verhält und was ich evtl. noch beachten muss. Der Testguss wird dann als Untergestell für die weiteren Formen dienen, um diese horizontal auszurichten.

Das mischen des UHPC per Hand hat schlecht funktioniert, die Masse lässt sich schwer vermengen und wird dann schnell zu einem sehr zähen klumpen, ein Betonmischer ist denke ich ein muss.
Die Oberfläche des Betons ist gut geworden, allerdings hatte ich auf der Unterseite ein paar Holz Elemente eingesetzt welche aufgequollen sind und mir den Beton gesprengt haben. Merke, nichts in der Form benutzen was unter Wasser seine Maße verändert.

Ein Problem beim Beton ist das Schrumpfen durch die Wasserabgabe beim Aushärten (Fachbegriff "Schwinden"). Das war deutlich stärker als ich mir das vorgestellt habe, die Unterseite ist alles andere als plan. Ursprünglich war geplant die Y Achse mit der Unterseite direkt auf den Linearwagen der XAchse zu befestigen, was mit dem Außmas des Schwindens aber nicht möglich ist.
Daher habe ich mich dafür entschieden Stahlplatten in den Beton einzugiessen mit welchen die YAchse dann mit der XAchse verbunden werden kann.

Die Form der YAchse habe ich aus MDF Platten (10mm Stärke) gebaut. Damit nichts aufquillt haben alle Teile aus Holz einen Anstrich bekommen, 1mal Grundierung und 1 mal Bootslack. Die MDF Platten sind aus dem Baumarkt, wurden dort Zugeschnitten und kosten keine 10€, echt guter Service. Bevor die Form befüllt wurde gabe es noch eine Schicht Schalungsöl um die YAchse später sauber aus der Form zu bekommen.
Das mischen des Betons (diesmal mit Betonmischer) lief ohne Probleme, Mischzeit knapp 9 Minuten, Zutaten nach Rezept bis auf die Menge für Wasser und Flussmittel, da ca. 10% mehr.
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Der Guss hat dann 7 Tage ruhe bekommen. Damit er nicht ungleichmässig austrocknet wurde er mit einer Plane abgedeckt und jeden Morgen 1 mal mit Wasser besprüht. Das Ausschale hat nach der Ruhephase problemlos funktioniert. Mit dem Ergebnis bin ich soweit echt zufrieden.

Als nächstes werde ich die YAchse vermessen um zu sehen wie gut es wirklich geworden ist.
Hier noch ein paar Bilder.
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Michael B.
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Re: Selbstbau CNC Fräse aus UHPC E80

Beitrag von Michael B. » 04.12.2018, 00:44

Hi,
gerade mal eine Frage,
diese doch sehr nahe am Rand platzierte Gewindebohrungsreihe ist nicht etwa für die Linearführungen oder?

Gruß Michael

Willhelm B.
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Re: Selbstbau CNC Fräse aus UHPC E80

Beitrag von Willhelm B. » 04.12.2018, 13:27

Laut Zeichnung ist sie das.

Automatikwerk
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Re: Selbstbau CNC Fräse aus UHPC E80

Beitrag von Automatikwerk » 04.12.2018, 18:12

Ja die Bohrungen sind für die Linearschienen

Michael B.
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Re: Selbstbau CNC Fräse aus UHPC E80

Beitrag von Michael B. » 04.12.2018, 23:38

Uiiii,
nächste Frage, welches Material soll dort Kraft aufnehmen?

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