Zwei Servos gegeneinander verspannen - mit IP/S und Mach3 machbar?

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protator
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Zwei Servos gegeneinander verspannen - mit IP/S und Mach3 machbar?

Beitrag von protator » 02.02.2018, 21:48

Hallöle CNC Gemeinde.

Ich konstruiere/plane gerade zusammen mit einem Freund eine etwas größere Portalfräse (3x1.5x0.25m) und bin nach vielem Hin-und-her bezgl. der Achsantriebe nun mehr oder weniger endgültig bei Zahnstangen für die Y-Achse angekommen.

ausschweifende Version:
3m ist mir zu lang für angetriebene Spindeln ... 25mm Spindeln haben doch einiges an Gewicht das beschleunigt werden muss.
Das wären hier über 15Kg rotierende - und schwingende - Masse.
Angetriebene Muttern hätte ich sehr elegant gefunden, aber leider ist mein Dreher nun in verdiente Rente gegangen und die nötigen Teile sind
mir in offizieller Lohnfertigung zu teuer. Da bei diesen Dimensionen eh nur China-Spindeln ins Budget passen, stimmt da dann auch irgendwie das
Verhältnis nicht.
Riemen-Antriebe nach Bell Everman waren auch im Gespräch, aber schon alleine das Sourcing von Riemenrädern für 50+mm breite T5 oder T8
Riemen hat sich als Alptraum herausgestellt. Und insgesamt einfach eine Unbekannte zuviel.

Zunächst waren rundum 400W 220V JMC Servos vorgesehen. Nicht dass sie auf X und Z nötig wären, aber er bezahlt und ich mags einheitlich^^.
Da günstige Planetengetriebe leider ne Menge Spiel aufweisen, hatte ich deren Verwendung in den Zahnstangen-Antrieben anfangs ausgeschlossen.
Und bei den Preisen für hochwertige Exemplare kriege ich Würfelhusten. (Und gänzlich spielfrei sind selbst die nicht)
Aber bei genauerem Betrachten ist mir aufgefallen, dass 2stk. 180W JMCs und 2stk. China Getriebe zusammen nicht mehr kosten als ein einzelnes
400W Servo - bei dem dann noch die Kosten für eine andersartige Untersetzung hinzu kämen.

Und bei großen Bearbeitungszentren werden doch gelegentlich zwei Antriebsmotoren pro Achse/Lineareinheit eingesetzt und gegeneinander verspannt um das Umkehrspiel zu eliminieren. Zumindest gehe ich davon aus, dass dies der Hauptgrund und nicht bloss ein Nebeneffekt ist.

Nach langer Rede nun endlich der Sinn und die eigentliche Frage.
Läßt sich sowas mit ner IP/S an Mach3 ohne extreme Umwege realisieren?
... dass z.B. beim Anfahren des Referenzschalters Master und Slave-Servo#1 stoppen, die beiden übrigen Servos aber noch x Schritten weiter fahren ... oder auch gerne etwas eleganter und ausgeklügelter. Aber erstmal ... geht das mit ner Hobby-Steuerung überhaupt?

Bin gespannt auf Eure Antworten und bedanke mich schonmal im Voraus.

mfg, Sven

Lars
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Re: Zwei Servos gegeneinander verspannen - mit IP/S und Mach3 machbar?

Beitrag von Lars » 03.02.2018, 05:49

protator hat geschrieben:
02.02.2018, 21:48
Da bei diesen Dimensionen eh nur China-Spindeln ins Budget passen
Hast du dich schon mal über die Versandkosten einer 3m langen Holzkiste aus China informiert? Ein Einkauf in D oder Europa wird billiger.
protator hat geschrieben:
02.02.2018, 21:48
Angetriebene Muttern
Hr. Möderl verkauft seine angetriebenen Muttern angeblich weiterhin - einfach fragen.
protator hat geschrieben:
02.02.2018, 21:48
Und bei großen Bearbeitungszentren werden doch gelegentlich zwei Antriebsmotoren pro Achse/Lineareinheit eingesetzt und gegeneinander verspannt um das Umkehrspiel zu eliminieren.
Das würde ich mich aber nicht mit solch kleinen / eher schwachen Antrieben trauen. Oben schreckst du vor dem Bau von angetriebenen Muttern zurück, was jetzt sogar mir gelungen ist, obwohl ich insgesamt nur etwa 15-20h Lebenserfahrung an der Drehbank habe. Und dann wagst du dich an ein System, bei dem 4 Servos gekoppelt werden sollen ((Master+Slave)x2). Schon bei zwei mechanisch gekoppelten Servos bekommen viele Gänsehaut.

Wenn Umkehrspielausgleich nötig ist, dann ist ein mechanisch vorgespanntes System wesentlich einfacher. Eine durch Schwerkraft vorgespannte z-Achse hat kein Umkehrspiel, solange die Fräskraft die Schwerkraft nicht übersteigt. Genauso könnte man die 3m-Achse in eine Richtung vorspannen (Seil, Umlenkrolle, Flaschenzug, Gewicht). Aber bis du da dann mit Zahnstange und Getriebe und Vorspannung fertig bist, hast du auch zwei angetriebene Muttern gedreht. Einfacher und billiger.

Du wirst dann sagen: "ich habe keine Drehbank". Für 600€ bekommst du entweder 4 Möderlmuttern (ohne Spindelmutter), 1 angetriebene Mutter inkl. der Spindelmutter von den üblichen industriellen Anbietern, oder 1 gebrauchte Drehbank mit Zubehör. Wenn du nach dem Drehenlernen und dem Bau der beiden angetriebenen Muttern wirklich meinen solltest, in Zukunft keine Drehbank mehr zu brauchen, kannst du sie ohne Wertverlust wieder verkaufen. Das wird aber nicht der Fall sein ;-)

protator
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Re: Zwei Servos gegeneinander verspannen - mit IP/S und Mach3 machbar?

Beitrag von protator » 03.02.2018, 08:28

Erstmal Danke für die schnelle Antwort Lars.

Mit "China-Spindel" meinte ich nicht zwangsläufig selber zu importieren, vielmehr dass ein großer Teil der in deutschen/europäischen Shops angebotenen No-Name Spindeln solche China-Importe sind. So interpretiere ich es jedenfalls, wenn bei sehr preiswerten aber gerade vergriffenen Spindeln Lieferzeiten von 4-8 Wochen angezeigt werden.
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Die angetriebenen Mutter von Herrn Mörderl sind allerdings ausschließlich passend für 16mm Neff Spindeln und aus POM.
Das mag bei seinen eigenen Maschinen ausreichen, aber bei einem 150Kg Portal habe ich meine Zweifel. (Ist bloß Bauchgefühl, vllt. gäbe der Taschenrechner auch grünes Licht, kA)
Und 4 "Morderlmuttern" für ~600€ + 620€ für zwei "große" Servos + 2 Riemen-Untersetzungen ... das ist schon ne andere Hausnummer als 550€ für 4 kleine Servos inklusive Getriebe plus zwei Zahnstangen.
Daher fasziniert mich der Gedanke so. N pflegeleichtes Setup mit robusten Zahnstangen und gekapselten Getrieben für spürbar weniger Euronen.
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Das Selber-Drehen der Teile wäre theoretisch kein Problem. Ich habe zwar die letzten 15Jahre als Schweißer im Gestell- und Behälterbau verbracht, bin aber eigentlich gelernter Industriemechanker. Späne machen ist wie Fahrrad fahren richtig?^^ Kleiner Scherz am Rande. Aber das würde ich wohl noch hinbekommen, wenn ich mich langsam rantaste.
Aber da ich momentan selber keinen Zugang zu einer Drehe habe und die örtlichen Gegebenheiten sowie das leider arg sture und Scheuklappen-artige Herangehen meines Geldgebers den vorübergehenden Kauf einer kleinen Drehbank nicht zulassen, ist hier für diesen Gedanken leider Ende.
Ich habe bereits ausgiebig aber letztendlich vergeblich für die Anschaffung eines Bohrwerks argumentiert und spare mir daher künftig die Energie für weitere Diskussionen dieser Art.

Er steuert bei einen schwer zugänglichen leeren Raum, einen Hammer, einen Winkelschleifer, ne kleine MAG-Brate und 7500€.
Und wenn meine Konstruktion Werkzeug erfordert, das ich nicht in meinem persönlichen Werkzeugwagen habe, muss die Konstruktion geändert werden.
Ist keine Schikane, er ist einfach etwas speziell.

Ich scheue mich also keineswegs vor angetriebenen Muttern bzw. deren Bau, ich versuche lediglich unter ungewöhnlichen Bedingungen das Maximum aus dem knappen Budget rauszuholen.
7.5k ist zwar mehr als viele Hobbiisten für ihre Fräsen ausgeben, aber angesichts der Abmessungen ist es schon ne Herausforderung.

Was ist denn der Grund, warum so viele bereits bei zwei Servos pro Achse abwinken?
Wenn die Mechanik solide ist, ist der Rest doch eigentlich ne Frage der Software-Einstellung und Servo-Parametrierung, oder?
Was übersehe ich hier?

(und wieder nen kleinen Roman geschrieben^^)

Sven

django013
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Re: Zwei Servos gegeneinander verspannen - mit IP/S und Mach3 machbar?

Beitrag von django013 » 03.02.2018, 09:07

Moin Sven,

Du hast noch garnichts drüber geschrieben, was Du/Ihr eigentlich bearbeiten wollt und welche Genauigkeit angestrebt wird.

Prinzipiell gebe ich Lars Recht und wäre auch für angetriebene KGS-Muttern. Zur Not kann man (wie ich) die Mutter auch zweistufig bauen: erstes Provisorium aus Plaste und 3D-Drucker und mit dem Antrieb dann eine Mutter aus Metall fräsen. Sollte mit dem Budget vereinbar sein (A8 ca. 150 Öre).

Zahnstangenantrieb ist nicht ohne - besonders wenn es genau werden soll. Das ist nicht mal eben so gemacht und mit zwei Servos pro Zahnstange wollte ich mich nicht rumschlagen müssen, wenn ich noch keinerlei Erfahrung mit Servos hätte.
Du hast mit einem Servo schon genug zu kämpfen, um den ordentlich hinzubekommen. Wenn man dann die Erfahrung gemacht hat, wären 2 Servos pro Zahnstange vielleicht machbar. Für mich wären es immer noch zuviele Unbekannte in der Gleichung.

Wenn es sich mit den Bearbeitungskräften und der Genauigkeit vereinbaren ließe, würde ich lieber einen Zahnriemenantrieb in Erwägung ziehen. Ich habe solche Antriebe schon bei Glasern mit 4m Verfahrweg gesehen.

Gruß Reinhard

Lars
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Re: Zwei Servos gegeneinander verspannen - mit IP/S und Mach3 machbar?

Beitrag von Lars » 03.02.2018, 09:10

protator hat geschrieben:
03.02.2018, 08:28
Was ist denn der Grund, warum so viele bereits bei zwei Servos pro Achse abwinken?
Wenn die mechanische Kopplung zwischen den beiden Servos weich ist, z.B. bei einem weichen Gantry-Portal, dürfte es problemlos gehen. Dann "sieht" das eine Servo nichts vom anderen Servo. Ist die Kopplung aber steif, dann wird befürchtet, dass sich die beiden Regelungen gegeneinander aufschwingen. Wieviel davon nur Bedenken sind und wieviel echte Probleme, weiss ich nicht. Auf jeden Fall kommt man regelungstechnisch in Bereiche, wo man etwas Glück braucht.

goofy
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Re: Zwei Servos gegeneinander verspannen - mit IP/S und Mach3 machbar?

Beitrag von goofy » 03.02.2018, 10:17

Ich habe ein ähnliches Problem mit zwei eingreifenden Zahnrädern versucht zu lösen. Der verteilende Zahnriemen wird über eine Feder gespannt, über eine zweite die Zahnräder gegeneinander gespannt. Das eliminiert tatsächlich Backlash.

protator
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Re: Zwei Servos gegeneinander verspannen - mit IP/S und Mach3 machbar?

Beitrag von protator » 03.02.2018, 10:38

Moin Reinhard,

wie die meisten Hobby-Fräsen soll se im Grunde gleichermaßen Eier, Wolle und Milch produzieren.
Die Ambitionen des späteren Besitzers liegen hauptsächlich bei der Holzbearbeitung, aber auch mit ner Priese Kleinteile aus 235er oder Automatenstahl.
Mein Lohn dafür, dass ich die Kiste konstruiere und vermutlich auch größtenteils bauen werde ist halt später relativ uneingeschränkter Zugang zur Maschine. Und ich werde sie vermutlich hauptsächlich für den Bau meiner eigenen Fräse nutzen. Also viel Alu, etwas Stahl, so präzise wie's die Maschine hergibt.
Ich versuche hier also nicht viel weniger als nen dreibeinigen Spagat^^.

Die Riemenantriebe waren einige Zeit auch mein Favorit für dieses Projekt. Nicht zuletzt weil der gute Herr Evermann in seinem Arena-Thread praktisch jedes kleine Detail seiner Antriebe preisgegeben hat und aktiv Nachbauer mit Infos versorgt.
Leider bin aber letztendlich nicht ich der Besitzer und hauptsächliche Nutzer ... und dieser gehört halt zu der Gattung, die eine Maschine einschalten, benutzen, ausschalten und damit hat sichs.
Maschine reinigen? Abschmieren? Gelegentlich Kalibrierungen o.ä. checken? Nope. Alles wird so lange benutzt bis es auseinanderfällt, mit dem billigsten Ersatzteil geflickt und dann ohne erneutes Einstellen gleich weiterbenutzt.
Ein Antrieb der anfällig gegen Schmutz und Schäden durch Fremdkörper ist oder z.B. die regelmäßige Kontrolle von Riemenspannungen erfordert hält in seinen Händen vermutlich nicht sehr lange.
Und Schuld ist ja nie der "Kunde" sondern stets der Hersteller. Gemeinschaftsprojekte mit ungleich verteilten Arbeiten und Kosten sind zwischenmenschlich eh schon mit Vorsicht zu genießen, daher muss ich halt zusätzlich an einigen Punkten meine in Ausbildung und Beruf antrainierten Verhaltensweisen vergessen und mehr von seinen Verhaltensschemata ausgehen ... damit es auch in ein paar Jahren noch gemeinsame Feierabend-Pilsetten gibt :lol: .

Die größte Priorität haben also Robustheit und geringer Wartungsaufwand.
An zweiter Stelle kommt Präzision - sonst bleibe ich bei der Aktion ja praktisch auf der Strecke.
Geschwindigkeit ist natürlich immer gut, aber da werd ich bei so vielen Einschränkungen und Kompromissen halt nehmen was übrig bleibt.
Am Portal hängen wird vermutlich ne luftgek. 3,5KW Spindel aus Fernost.

Sven

django013
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Re: Zwei Servos gegeneinander verspannen - mit IP/S und Mach3 machbar?

Beitrag von django013 » 03.02.2018, 13:27

Moin Sven,
Ich versuche hier also nicht viel weniger als nen dreibeinigen Spagat^^.
So wie die meisten Bauer einer Hobbyfräse :)
und dieser gehört halt zu der Gattung, die eine Maschine einschalten, benutzen, ausschalten und damit hat sichs.
Maschine reinigen? Abschmieren? Gelegentlich Kalibrierungen o.ä. checken? Nope. Alles wird so lange benutzt bis es auseinanderfällt, mit dem billigsten Ersatzteil geflickt und dann ohne erneutes Einstellen gleich weiterbenutzt.
Also Anforderungen wie bei einer richtigen Industriemaschine.
Wenn dem so ist, dann solltest Du der Konstruktion auch mit entsprechenden Sicherheitsaufschlägen begegnen.
Bei einer Hobbymaschine geht man normalerweise davon aus, dass sie pfleglich und liebevoll behandelt wird. Wenn dem nicht so ist, sollte man konstruktiv vorbeugen ;)
Die größte Priorität haben also Robustheit und geringer Wartungsaufwand.
An zweiter Stelle kommt Präzision - sonst bleibe ich bei der Aktion ja praktisch auf der Strecke.
Hm, also dann würde ich sagen, Stahlbau und KGS mit angetiebenen Muttern.
Besonderes Augenmerk würde ich dann noch auf die Erreichbarkeit der Schmiernippel, bzw. zentrale Schmierung legen (wo möglich).
Wenn Du dafür sorgst, dass keine Späne auf die Antriebe kommen, ist der KGS-Antrieb sehr robust.
1,5m nutzbaren Verfahrweg beim Portal ist allerdings ne ordentliche Hausnummer, die weit jenseits aller Hobby-Portalfräsen liegt. Vermutlich wirst Du die 2m Portalbreite toppen.
Also solltest Du Dir Zeit bei der Ausarbeitung des Portals lassen.
Die 3m und die 0,25m halte ich dagegen für unkritisch, bzw. machbar.

Bei diesen Randbedingungen würde ich die Fräserkraft auf 2kN festsetzen und bei der Wahl der Profile schauen, dass ich bei den Biegungswerten unter 1/100 komme. Dann wird die Maschine robust genug, um auch mal unsanft behandelt zu werden.
Ich habe ein ähnliches Problem mit zwei eingreifenden Zahnrädern versucht zu lösen. Der verteilende Zahnriemen wird über eine Feder gespannt, über eine zweite die Zahnräder gegeneinander gespannt. Das eliminiert tatsächlich Backlash.
Der Ansatz ist richtig. So wurden beispielsweise auch die Antriebe der CD-Laufwerke gebaut. Zwei Zahnräder mit Feder gegeneinander verspannt. Das klappt, wenn die Federkraft deutlich über der Arbeitslast liegt. Bei den CD-Laufwerken musste ja nur der Laser-Lesekopf bewegt werden, also vernachlässigbare Last.
Bei einer Fräse, die auch Stahl bearbeiten soll, bin ich nicht sicher, ob, bzw. wie man die Federung dimensionieren sollte. Oder ob man das mit Standardteilen in den Griff bekommt.

Gruß Reinhard

protator
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Re: Zwei Servos gegeneinander verspannen - mit IP/S und Mach3 machbar?

Beitrag von protator » 03.02.2018, 22:43

Hm, also dann würde ich sagen, Stahlbau...
Planung läuft

Bild

Fehlt noch so einiges und ist bislang auch nicht viel mehr als ein Design ... Simulationen und weitere Feinheiten spare ich mir aber solange ich die Antriebs-Konfiguration und die restlichen Anbauteile noch nicht 100% kenne.
Habe schon zu oft Stunden detailverliebten Modellierens in die Tonne gedrückt weil sich in letzter Minute wieder was grundlegendes geändert hat.

Aber so in etwa soll die Maschinka aussehen. Die X-Achse wird also praktisch auf den reinen Balken reduziert,
welcher vorraussichtlich aus zwei schweren 90x180er Bosch Extrusionen und zwei 10mm Guss-Alu Platten vo+hi bestehen wird, 250x200mm Querschnitt.
Das macht rechnerisch bereits 79Kg an Alu weshalb ich wohl die Profile nicht noch verfüllen sondern höchstens ausschäumen werde.
Sonst werde ich wohl das selbst gesetzte (also willkürliche) Limit von 150Kg nicht halten können.

goofy
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Re: Zwei Servos gegeneinander verspannen - mit IP/S und Mach3 machbar?

Beitrag von goofy » 04.02.2018, 12:14

Ein ambitioniertes Projekt. Ich habe letztes Jahr mit einem Freund ein ähnliches Projekt gebastelt. Wenn ichs nochmal machen müsste (dürfte) würde ich das Konstruktionsprinzip üblicher CNC Holzbearbeitungsmaschinen anwenden. Also kein Portal, sondern ein L.

Woraus soll denn Deine Unterkonstruktion werden?

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