Eigenbau Gantry-Fräse "Gustaf"

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one-more-huesn
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Eigenbau Gantry-Fräse "Gustaf"

Beitrag von one-more-huesn » 06.03.2018, 15:19

Hallo zusammen! :dh

Zu meiner Wenigkeit:
Ich bin aktuell 20 und habe einen HTL-Abschluss in Maschinenbau/Automatisierungstechnik. Man könnte behaupten ich weiß ca. was ich hier mache, jedoch fehlt es mir logischer Weise an brauchbarer Praxiserfahrung im Bereich CNC-Technik. Von der Theorie (Mechanik, Fertigungstechnik und Maschinenelemente) habe ich, denke ich, ausreichen Ahnung um brauchbare Ergebnisse zu erzielen, jedoch wäre es mir recht, wenn ihr mir eure Meinung sagen könntet!

Motivation:
Da es mein erstes Projekt mit solchem Aufwand (zeitlich als auch finanziell) ist, können natürlich Fehler passieren und oft zeigt die Praxis erst wie gut ein System wirklich ist. Daher meine Bitte an die Erfahrenen CNC-Bastler unter euch meine Konstruktion kritisch zu inspizieren!
Mein Ziel ist es, gleich auf den ersten Schlag so viel wie möglich richtig zu machen bzw. Ausbaufähigkeit für später gleich einzuplanen.
Dabei gilt es, den Kostenaufwand so niedrig wie möglich zu halten bei maximalem Fräsbereich bei gewährleisteter Steifigkeit.

Ziele / Richtlinien:
- Maximale absolute Abmaße: 1600x900mm und 2m hoch (die Wunschdestination in der Garage lässt nicht mehr Spielraum zu)
- massives, geschweißtes Maschinenbett in U-Form
- vernünftige Linearführungen auf allen Achsen
- einzelne Baugruppen dürfen nur so groß sein, dass sie durch eine Standard-Tür passen
- minimaler gewünschter Bearbeitungsbereich bei 12mm Schaftfräser: 1000x500mm
- Bearbeitung von Aluminium und ev. Stahl möglich
- gute Fertigbarkeit in der Garage mit Schweißgerät, Ständerbohrmaschine und Trennscheiben

Aufbau:
Geplant habe ich, das Maschinenbett aus Formrohren und Flachstahl zu schweißen um eine maximale Steifigkeit zu erreichen. Auf diesem Maschinenbett will ich Linearführungen aufsetzen, auf denen das Portal laufen soll. Dabei habe ich mir eine anscheinend ungewöhnliche Anordnung der Linearführungen ausgedacht, ich finde im Netz nichts das meinen Gedanken wirklich ähnelt. Die Z-Achse hält sich in der "standard" Ausführung und ist nichts Besonderes.
Die ganze Fräskonstruktion, wie ich sie nenne, soll Abschließend in einen Rahmen montiert werden, um gleichzeitig eine Verkleidung als auch ein kompaktes Gestell zu schaffen. Am Rahmen möchte ich sperrbare Rollen montieren um die Fräse mit allem Zubehör verschieben zu können. Im Idealfall möchte ich ein Standalone-Gerät das mit einem einzigen Stromkabel versorgt wird.

Da ich hier nicht einfach Bilder hochladen kann, seht euch bitte die Screenshots in meiner Cloud an:
https://drive.google.com/open?id=11PjM0 ... ziSDPUtiou

Maschinenbett:
Besteht aus zwei symmetrischen Teilen die mit Verbindern verschweißt werden. Dazu möchte ich zunächst die beiden Seitenteile "Y Carrier" mit der fertigen X-Achse verbinden und ausrichten, dann die Streben einsetzten und verschweißen. So habe ich die Flächen der Linearführungen schon grob ausgerichtet und sie sollten sich nurnoch minimal verziehen, da ich nurnoch im unteren Bereich schweißen muss. Dies ergibt dann das Maschinenbett "Base Carrier" bzw. "Base Assembly" nachdem die Linearführungen angebracht sind.
Wie man sieht plane ich auch die Motoren gleich im Maschinenbett zu verschrauben und mit einem Riementrieb auf die Kugelumlaufspindel zu verbinden um Verfahrlänge zu gewinnen. Außerdem habe ich mir gedacht, dass ich so recht einfach das Übersetzungsverhältnis ändern kann indem ich einen anderen Pulley verbau, falls es so wie geplant nicht funktioniert. Da ich sowieso nicht größer als NEMA23 werden möchte passt dies auch ideal vom Platzbedarf.

Portal:
Wie ihr seht ist mein Portal etwas eigen gelagert, aber ich habe es mir eben so überlegt um die Steifigkeit zu erhöhen. Oft sieht man bei der Anbindung des Portals an das Bett nur einseitige Führung. Sprich nur parallel zur Fräsebene oder normal darauf an der Seite angebracht. Dadurch, dass ich mein Portal so gstallten wollte um dadurch Platz in der Y-Richtung zu sparen und die Steifigkeit in Z-Richtung erhöhen wollte, blieb mir nichts anderes Übrig als an der oberen und unteren Seite des Portals Lagerungen vorzusehen.
Die meisten Portalmaschinen haben ja einen recht breiten Schlitten, auf den das Portal dann aufgesetzt wird, dies nimmt jedoch viel Platz in Anspruch und den habe ich definitiv nicht in Y-Richtung. Das Portal auf der Kurzen Seite einbauen wollte ich auch nicht, weil ich von vorne überall gut hinkommen möchte, da die Maschine am Ende in einer Niesche stehen soll die ummauert ist.
Durch die Platzvorgabe konnte ich diese nicht Außen verbauen wie man es meistens sieht. Ich denke, dass so die Vorschubkräfte direkt in die seitlichen Führungen gehen und der Hebel für ein entstehendes Moment auch kurz gehalten wird. Die oberen Führungen dienen dann als Abstützung der Kräfte in Z-Richtung inkl. Eigengewicht.
Da das Portal mit Montierter Z-Achse, Spindel etc. um die 100kg haben wird, habe ich dies als die bessere Lösung empfunden. Ich will den Seitlichen Führungen nicht das Gewicht, die Fräskräfte und daraus entstehende Momente um die Blockwagen zumuten.

Könntet ihr mir speziell dazu eure Meinungen bekanntgeben? Bei diesem Punkt bin ich mir am unsichersten, da es einerseits zum Einrichten schwierig werden könnte und andererseits zusätzliche Kosten entstehen. Als Vorbild des Aufbaus habe ich mir die DMU340 Gantry von DMG MORI genommen, da diese vom Grundaufbau nahe an das kommt, was ich mir vorstelle.

https://at.dmgmori.com/resource/blob/21 ... 1-data.jpg

Allgemein:
Ich denke der Rest der Konstruktion ist ziemlich selbsterklärend, ich bitte jedoch darum darauf zu achten, dass dies nur eine Art erstes Konzept ist. Ich habe bis jetzt nur meine Ideen die ich auf Papier gekritzelt habe in ein CAD-Modell verwandelt. Es ist noch keineswegs vollständig, z.B die Platten auf dem Portal, die die Verbindung zu den Linearführungen herstellen, sind einfach mal eingezeichnet. Schön ist anders und ob es Funktioniert muss ich mir auch noch genau überlegen, jedoch habe ich es eingezeichnet um eine Idee zu haben wo es hin geht.

Grundsätzlich möchte ich die U-Form des Maschinenbetts beibehalten, weil es am stabilsten ist und auch ohne Rahmen eine Art Gehäuse bietet.
Was ich aber verändern kann und will wenn es sinn macht, ist die Montage der Y-Linearführungen auf dem Maschinenbett. Also wenn jemand Ideen hat das eleganter oder einfacher zu Lösen bitte gerne!

Einen Aufbau wie auf der genannten DMG MORI Maschine möchte ich jedoch aus Platzgründen möglichst vermeiden, daher ist das Portal quasi in das U gerutsch statt oben drauf gebaut.




Ich bin gespannt auf eure Meinungen und Vorschläge! :popcorn:
Vielen Dank im Voraus an alle die sich hier konstruktiv einbringen! :dh

Grüße aus Österreich, Marcel

Olli-CNC
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Re: Eigenbau Gantry-Fräse "Gustaf"

Beitrag von Olli-CNC » 06.03.2018, 23:27

Hallo Marcel und willkommen im Club :dh
Ziele / Richtlinien:
- einzelne Baugruppen dürfen nur so groß sein, dass sie durch eine Standard-Tür passen
- gute Fertigbarkeit in der Garage mit Schweißgerät, Ständerbohrmaschine und Trennscheiben
Willst du auf dem geschweißten Grundgestell einfach die Linearführungen aufschrauben und auch Fest- und Loslager der KUS? Das wird nicht hinhauen!
Das Gestell muss nach dem verschweißen spannungsarm geglüht werden (sonst können später durch Vibrationen der Maschine Risse in den Schweißnähten entstehen) und die Auflageflächen der Linearschienen sowie alle anderen Komponenten die zueinander parallel/winklig/zueinander fluchten müssen, MÜSSEN überfräst werden. Für dein Grundgestell brauchst du schon ne größere Fräsmaschine.
Wobei das auch egal ist, denn du bekommst das Gestell ja nicht durch die Tür.
Ich denke du brauchst einen Plan B

Gruß
Olli

Jyremya
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Registriert: 12.12.2017, 23:18

Re: Eigenbau Gantry-Fräse "Gustaf"

Beitrag von Jyremya » 06.03.2018, 23:48

Naja, es kommt auch etwas darauf an, welche Maschinendaten erzielt werden sollen.
Wenn man mit mäßiger Genauigkeit und ewiglicher Fummelarbeit klar kommt, kann man mit justierbaren Montageplatten und abgeformten Montageflächen schon etwas erreichen. Ich find es für die erste Selbstbau-CNC jedenfalls legitim, bevor man es aufgrund fehlender Fertigungs-/finanziellen Möglichkeiten ganz sein lässt.

FerdinandFräs
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Registriert: 27.07.2017, 18:42

Re: Eigenbau Gantry-Fräse "Gustaf"

Beitrag von FerdinandFräs » 07.03.2018, 01:26

Servus,

-Die Genauigkeitsproblematik bei einer Schweißkonstruktion wurde ja schon angesprochen
-Dein Portal ist mit 4 Linearführungen überbestimmt. Davon abgesehen ist es nicht gerade einfach die inneren spannungsfrei zu montieren.
-Das Portal ist relativ anfällig gegen Torsion in Richtung der kurzen Achse
-Die Z-Achse ist anfällig gegen Torsion in Richtung der langen Achse
-Kurze Stützweite an den Linearwagen vom Portal
-Die Einzelteile vom Gestell würde ich verstiften zwecks genauer Positionierung falls Du mal demontieren musst
-etc. aber das sind mal die Baustellen die mir so direkt ins Auge springen
Jyremya hat geschrieben:
06.03.2018, 23:48
Wenn man mit mäßiger Genauigkeit und ewiglicher Fummelarbeit klar kommt, kann man mit justierbaren Montageplatten und abgeformten Montageflächen schon etwas erreichen.
Die Idee hatte ich für meine Fräse auch...
Gegen was formst Du ab? Genaue Referenzen sind zum Teil nicht billig. Die Abformpampe geht preislich sogar.
Nachdem ich jetzt schon einige Mittage mit Ausrichten beschäftigt war kann ich diese Lösung nur sehr stark eingeschränkt empfehlen, das ist echt kein Kindergeburtstag. Man sollte da schon wissen was man tut und selbst dann ist es immernoch ein extremes Geduldsspiel - und meine Schienen sind nur 700mm lang und viel weniger weit auseinander...
Wenn ein Zehntel hin oder her egal ist ist das natürlich ein anderes Thema.

Im Grunde ist die Grundidee hinter der Fräse hier mMn schon umsetzbar, allerdings sollte da vorher die eine oder andere konstruktive Änderung einfließen...

Gruß, Dennis

Jyremya
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Registriert: 12.12.2017, 23:18

Re: Eigenbau Gantry-Fräse "Gustaf"

Beitrag von Jyremya » 07.03.2018, 09:25

Nachdem ich jetzt schon einige Mittage mit Ausrichten beschäftigt war kann ich diese Lösung nur sehr stark eingeschränkt empfehlen, das ist echt kein Kindergeburtstag. Man sollte da schon wissen was man tut und selbst dann ist es immernoch ein extremes Geduldsspiel - und meine Schienen sind nur 700mm lang und viel weniger weit auseinander...
Jap, gleiches Spiel bei mir, und ich gehe davon aus das es mich auch nocheinmal einholt. Abgeformt mit Lineal, geprüft mit Lineal und Winkel, feinjustiert mit Fühlerlehrenband, bzw. ist der Aufbau aufgrund der erwarteten miesen Genauigkeit mit Justiermöglichkeiten ausgestattet. Perverse Arbeit, Führungslängen 1100mm. Ich werde auch nie wieder so bauen, dennoch "je ne regrette rien", das Ergebnis reicht, und ich konnte meine eigene Idee im preislich möglichen Rahmen verwirklichen.

Deshalb finde ich genau wie du, nachdem die Aufklärung erfolgt ist, kann man den TO darin unterstützen seine Grundvorstellung, mit allen Einschränkungen die sie bietet, umzusetzen.

Noch ein Punkt:- Bei der Langen Querachse (1,6m)ist mit ordentlicher Durchbiegung zu rechnen. Die sollte man mit einplanen was die Aufnahme der Führungen angeht und versuchen aufs Minimum runterzukonstruieren.
-Für den Gantryantrieb (2 separate Antriebe/Slave Ansteuerung) solltest du einen hochwertigen Closed Loop oder Servoantrieb verwenden. Die Verwendung von Smooth Stepper o.ä. ist ebenfalls zu Empfehlen. Zu einen, weil Vibrationen dort sich brutal auswirken, zum Anderen weil so das Risiko des Querstellen des Portals und daraus resultierenden Beschädigungen reduziert.

one-more-huesn
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Re: Eigenbau Gantry-Fräse "Gustaf"

Beitrag von one-more-huesn » 07.03.2018, 21:06

Erstmal danke für eure Kommentare!
Ich freue mich, dass so schnell jemand geantwortet hat und vor allem auch sehr gute, konstruktive Kritik dahinter steckt!

Kontaktflächen:
Das ich die Kontaktflächen nach dem Schweißen bearbeiten muss war mir klar und ich habe auch schon eine Idee wo und wie ich diesen Arbeitsschritt durchführen kann! :D
Sonst finde ich die Idee mit einer Zwischenschicht in Form einer Art Klebstoff auch ganz interessant. Sicher ist es ein enormer Aufwand aber vielleicht einen Versuch wert bevor ich das ganze Ding teuer abfräsen lasse oder? Im Garagen-Land kostet die Arbeitstunde bekanntlich ja nichts außer dem ein oder anderen Hopfensmoothie :lol:

Das Thema mit der Durchbiegung:
Meinst du wirklich, dass sich ein 60x60x3 Formrohr das mit 60x10 Flachstahl verstrebt ist so sehr durchbiegt?
Ich habe zwar noch nichts gerechnet, werde dies vielleicht auch noch nachholen aber mein Gefühl sagt mir, dass sich die Konstruktion pro Meter gesehen sicher weniger als ein Zehntel durchbiegt. Vielleicht liege ich auch komplett falsch aber für mein Empfinden sind 60x60x3 Profile schon sehr steif, vor allem für diese Anwendung. Wenn man bedenkt, dass die meisten DIY-Fräsen aus diesen "schlabbrigen" Bosch Profilen zusammengedübelt sind, bin ich mir sicher, dass meine Konstruktion aus Stahl mehr herhalten wird. Außerdem sind die Fräskräfte nicht so gigantisch, wir sprechen hier ja von maximal 300-500N. Im Hobbybereich wird ja mehr gestreichelt als gekratzt, zumindest was Stahl und Alu angeht.
Holz ist laut meiner Erfahrung in den meisten Fällen mit Butter gleich zu setzten. Ich habe auf meiner jetzigen CNC, die aus 3D-Druck und Baumarktteilen besteht, in Fichtenholz 12mm tief bei 30mm/s gefräst. Mit einer 500W Spindel und ~10.000rpm. Die Konstruktion ist mechanisch so weich, dass ich sie mit etwas Gewalt aus dem Oberarm sicherlich um 1-2° verdrehen kann. Mit etwas Gewalt meine ich ca. 80-100N. Also eine 10kg Hantelscheibe aufheben ist für mich ca. die gleiche Anstrengung wie das Ding zu verbiegen.

Außerdenm, wenn ich mein Portal nun anpasse wegen der Linearführungen, werde ich es in Y-Richtung stärker machen, weil ich auch einen längeren Abstand zwischen den Linearschlitten brauche um das Portal zu stützen, dadurch erledigt sich dieses Problem gleich mit denke ich.

Linearführungen:
Das mit den 4 Führungen ist mir eh schon komisch vorgekommen, aber es hat mechanisch für mich sinn gemacht das mögliche Kippmoment so abzustützen. Ich werde die Konstruktion so anpassen, dass nur eine Führung auf jeder Seite ist und das Portal dafür nicht in das U hinein ragend. Mal sehen wie ich das hinbekomme um im gewünschten Platz zu bleiben. :)

Y Spindeln/ Synchronlauf:
Vielen Dank für diesen Hinweis! Darüber habe ich bis dato noch garnicht nachgedacht. Momentan fahre ich mit 3Nm NEMA23 Steppern aber für "Gustav" hätte ich die von Sebastian End empfohlenen JMC-Servos eingeplant gehabt, wenn die Fräse sich mal bewegt. Auf jeden Fall eine wichtige Angelegenheit, ab jetzt werde ich daran denken wenn ich mir genaueres zum Antrieb überlege!



Danke nochmal für eure Mühe alles hier zu schreiben, ich nehme mir eure Kritik zu Herzen und werde Versuchen die Konstruktion so zu ändern das die genannten Probleme zumindest verringert werden, so wie es mit Aufwandtechnisch eben möglich ist! :dh

Grüße, Marcel

Stud54
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Registriert: 15.02.2018, 16:19

Re: Eigenbau Gantry-Fräse "Gustaf"

Beitrag von Stud54 » 07.03.2018, 21:56

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Nur mal als grobe Anregung
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FerdinandFräs
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Registriert: 27.07.2017, 18:42

Re: Eigenbau Gantry-Fräse "Gustaf"

Beitrag von FerdinandFräs » 07.03.2018, 22:13

Hallo nochmal,
eventuell wäre diese Methode ja was für dich um die Unterlagen für die Linearschienen herzustellen. Anscheinend funktioniert es wohl recht gut und ich find die Idee genial...

Gruß, Dennis

one-more-huesn
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Registriert: 06.03.2018, 13:00

Re: Eigenbau Gantry-Fräse "Gustaf"

Beitrag von one-more-huesn » 08.03.2018, 10:32

Vielen Danke Dennis!

So wie ich das verstehe, richtet er die Maschine relativ zum Maschinenbett in die Waage und lässt die Schwerkraft den Rest erledigen. Durch die Verbindung der beiden Seiten sind beide Führungen gleich gefüllt und somit gleich hoch. Eine geniale Idee, die Frage ist nur, wie steif das ganze wird. Aber ich denke, dass ich diese Methode auf jeden Fall versuchen werde! Für den Hobbygebrauch wird es ausreichen denke ich!

Jetzt muss ich nurnoch meine Konstruktion verändern! Ich hoffe, dass ich übers Wochenende etwas weiter bringe :dh

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