Langzeit Projekt CNC-Fräse

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ThomasL

Langzeit Projekt CNC-Fräse

Beitrag von ThomasL » 23.03.2018, 18:56

Seit gestern bin ich nun Mitglied hier im Forum, daher erstmal ein paar Worte zu mir.
Ich bin Diplom Physiker, und schreibe derzeit meine Doktorarbeit im automotive Halbleiter Umfeld. Wohnhaft im Bereich Ingolstadt.
Ich bin seit ca. 20 Jahren im Modellbau unterwegs, genauer gesagt im Straßenfahrzeug Modellbau im Maßstab 1:87. Schon seit 10 Jahren spiele ich mit dem Gedanken einer CNC-Fräse. Aber die Kosten schreckten mich ab bzw. alles was Neu im vernünftigen Rahmen bis 2000€ lag (selbst bis 5000€) stellte mich nicht zufrieden.
Nach einigen Versuchen für geringes Geld Einsteigerfräsen zu ersteigern, um rauszufinden was ich wirklich brauche, habe ich das Thema aufgegeben und beschlossen ich mache es direkt Richtig. Denn wer billig kauft, kauft zweimal.
Im Kaufrausch wurden dann erste Komponenten bei ebay gebraucht geschossen, und ab und zu verschoss ich mich auch.

Das Ziel ist eine Fräse mit einer Grundfläche von 600x600mm, entweder mit festen Portel oder in Brückenausführung. Aus Gründen der Stabilität will ich kein bewegliches Portal.
Bearbeitungsraum soll zwischen 500x500x150 (Brückenausführung) und 500x300x100 (festes Portal) liegen.

Ziel ist eine relativ hohe absolute Genauigkeit und auch Wiederhohlgenauigkeit in Kunststoff (Polystyrol). Anvisiert sind unter 0,02 mm in jede Richtung. Arbeiten mit Fräsern bis 0,3 mm Durchmesser soll möglich sein ohne diese ständig zu schlachten.

Da ich persönliche Verbindungen zu einer Firma die Edelstahl (V2A und V4A) bearbeitet habe, überlege ich die Fräse in Edelstahl zu fertigen, sofern das überhaupt dafür geeignet ist. Sonst wird es halt doch Alu.

Linearführungen (schon vorhanden):
-2x NSK LF25 mit je 2 LGY25 Schlitten, Länge 1090 mm --> Leider fehlen schon ein paar Kugeln
-2x ISEL LFS 12-10 mit je 2 WS08/70 Schlitten, Länge 1000 mm
-2x THK SRS12 WM mit je 2 Schlitte, Länge 265 mm --> Kategorie Fehlkauf, da in den Kugelketten doch einige Elemente und Kugeln fehlen.
-2x THK SHS20 mit je 2 Schlitten, Länge 220 mm, als Ersatz für die SRS12, noch nicht bei mir angekommen.

Die Kugelumlaufspindeln habe ich noch nicht, da ich mich erstmal schlau machen will welche Dimension ich brauche. Steigung sollte unter 5 mm pro Umdrehung liegen um die gewünschte hohe Genauigkeit zu erhalten. Hier würde ich vermutlich TBI Spindeln neu kaufen.

AC Servomotoren (schon vorhanden):
-2x Mitsubishi HC-KFS 053 (50W)
-1x Mitsubishi HC-KFS 13 (100W)
-3x Mitsubishi MR-J2S-10A Verstärker

Vollkommend offen ist die Frage der Steuerung. Hier rätsel ich noch ein bisschen wie die Mitsubishi Verstärker am besten angesteuert werden, da die Bedienungsanleitungen in dem Bereich Ansteuerung doch sehr dünn sind. Sollte ich hier keine befriedigende Lösung finden, werde ich wohl doch auf Tripple Beast mit Schrittmotoren umsteigen.

Alternativ stehen noch 2 DC-Servo Getriebemotoren von Physik Instrumente zur Verfügung, wobei ich von denen keine Eckdaten finde. Vermutlich sind sie aber zu schwach. Aber hier wäre die Steuerung einfacher, da das nötige Wissen was es braucht da ist.

HF-Spindel: Stepcraft HF-500 (einziges Neuteil bisher)

Software will ich erstmal LinuxCNC und Estelcam nutzen.

So das war es erstmal. Da bei mir Projekte gerne lange gehen, kann es sein, dass der nächste Post mit Neuigkeiten zur Fräse was dauert.
Freue mich hier Hilfe, Tipps, Kritk und Anregungen zu bekommen.

Viele Grüße,
Thomas

KarlG
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Re: Langzeit Projekt CNC-Fräse

Beitrag von KarlG » 23.03.2018, 19:21

Ziel ist eine relativ hohe absolute Genauigkeit und auch Wiederhohlgenauigkeit in Kunststoff (Polystyrol). Anvisiert sind unter 0,02 mm in jede Richtung.
Die Latte liegt ordentlich hoch - ich hoffe, Du kannst das auch messen und entsprechend genau herstellen und einstellen...

Gruss
Karl

ThomasL

Re: Langzeit Projekt CNC-Fräse

Beitrag von ThomasL » 23.03.2018, 19:40

KarlG hat geschrieben:
23.03.2018, 19:21
Ziel ist eine relativ hohe absolute Genauigkeit und auch Wiederhohlgenauigkeit in Kunststoff (Polystyrol). Anvisiert sind unter 0,02 mm in jede Richtung.
Die Latte liegt ordentlich hoch - ich hoffe, Du kannst das auch messen und entsprechend genau herstellen und einstellen...

Gruss
Karl
Daher ist es auch ein Langzeit Projekt ;)
Die von dir genannten Punkte sind in der Tat die kritischen, denn gute Komponenten kaufen kann jeder. Kompetenz und Know How für den Bau von Fräsen mit hoher Genauigkeit (niedrige zweistellige Nanometer) ist in der Familie vorhanden. Davon hoffe ich zu profitieren. Beim Herstellen der Edelstahlteile habe ich eher keine Sorgen wegen der Genauigkeit, da eher beim Materialpreis :mrgreen:
Am Ende ist es ein Projekt, und ich bin froh wenn was raus kommt was funktioniert und deutlich besser ist als per Hand schneiden, schleifen und mit dem Messschieber kontrollieren.
Die 0,02 mm kommen daher, dass ich bei Steigungen, und Kurven keine Stufen sehen möchte (klassisches Problem zum Beispiel auch bei 3D-Druck).

Lars
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Re: Langzeit Projekt CNC-Fräse

Beitrag von Lars » 23.03.2018, 19:48

So winzige Fräser in Polystyrol haben doch kaum Kräfte, d.h. da brauchst du ja keine hohen Anforderungen in die Fräse hineinkonstruieren.

Ich nehme mal an, die 0,02mm sind keine absolute Genauigkeitsanforderung (ein Maß soll genau 300+- 0,01mm haben), sondern es ist die Wiederholgenauigkeit gemeint. Wenn du also alles spielfrei mit Vorspannung auswählst, auch die Spindelmuttern ohne Umkehrspiel (ganz sicher gehst du mit vorgespannten Muttern), dann sollte das dann jede 0815-Fräse können, die eine feine Schrittauflösung hat und sauber (rechtwinklig) eingerichtet ist.

ThomasL

Re: Langzeit Projekt CNC-Fräse

Beitrag von ThomasL » 23.03.2018, 20:05

Lars hat geschrieben:
23.03.2018, 19:48
So winzige Fräser in Polystyrol haben doch kaum Kräfte, d.h. da brauchst du ja keine hohen Anforderungen in die Fräse hineinkonstruieren.

Ich nehme mal an, die 0,02mm sind keine absolute Genauigkeitsanforderung (ein Maß soll genau 300+- 0,01mm haben), sondern es ist die Wiederholgenauigkeit gemeint. Wenn du also alles spielfrei mit Vorspannung auswählst, auch die Spindelmuttern ohne Umkehrspiel (ganz sicher gehst du mit vorgespannten Muttern), dann sollte das dann jede 0815-Fräse können, die eine feine Schrittauflösung hat und sauber (rechtwinklig) eingerichtet ist.
Ungenaue Wortwahl ist immer mein Problem :mrgreen:
Wenn ich eine Halbkugel Fräse möchte ich a) keine Stufen sehen und b) im Durchmesser rund um keine Abweichung über 0,02 mm und zwar auch dann wenn die Halbkugel den Druchmesser von 300 mm hat.

Ich neige leider in der Tat dazu bei solchen Projekten weit über das Ziel hinauszuschießen. Vermutlich würde in der Tat eine bessere 0815 Fräse reichen, aber die ist dann nicht selbst gemacht ;)

Wobei bei 0,3mm Fräsern Vibrationen und Unwuchten schnell dem Fräser schaden können.

Stud54
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Re: Langzeit Projekt CNC-Fräse

Beitrag von Stud54 » 23.03.2018, 21:09

Entschuldige, aber deine Vorgaben, quasi dein Lastenheft passt absolut nicht zu deinen gewählten Komponenten, die du verbauen willst.

Gruß Sven

FerdinandFräs
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Re: Langzeit Projekt CNC-Fräse

Beitrag von FerdinandFräs » 23.03.2018, 23:33

Moin,
ThomasL hat geschrieben:
23.03.2018, 19:40
Kompetenz und Know How für den Bau von Fräsen mit hoher Genauigkeit (niedrige zweistellige Nanometer) ist in der Familie vorhanden.
Könntest Du das näher beschreiben? Würde mich echt interessieren (ohne Ironie!)
ThomasL hat geschrieben:
23.03.2018, 19:40
Die 0,02 mm kommen daher, dass ich bei Steigungen, und Kurven keine Stufen sehen möchte (klassisches Problem zum Beispiel auch bei 3D-Druck).
Du willst also auf 0,02mm im Raum positionieren wie Du weiter unten schreibst... ich würde fast wetten, dass das mindestens 90% der Eigenbaufräsen nicht können und die machen trotzdem saubere Kreise.
Wie schon geschrieben wurde solltest Du eventuell deine Ansprüche überdenken um nicht enttäuscht zu werden.
Ich lasse mich aber gern eines besseren belehren!

Gruß, Dennis

Olli-CNC
Beiträge: 674
Registriert: 01.01.2018, 12:13

Re: Langzeit Projekt CNC-Fräse

Beitrag von Olli-CNC » 24.03.2018, 00:01

Nabend,
ich würde nicht in Edelstahl bauen. Es ist aufwändiger in der Ver-/Bearbeitung, kein zusätzlicher Nutzen und teurer. Bei den zu erwartenen Fräskräften reicht ein gescheiter Aluaufbau allemale oder eben normaler Stahl. Allerdings solltest du bei deinen Anforderungen in Sachen Genauigkeit auf geschliffene, mind. C5, Kugelumlaufspindeln zurück greifen. Die Steigung spielt dabei eine viel untergeordnete Rolle. Ein direktes Wegmeßsystem wäre auch noch eine Überlegung.

Viel Spaß und Erfolg mit deinem Projekt


Gruß
Olli

ThomasL

Re: Langzeit Projekt CNC-Fräse

Beitrag von ThomasL » 24.03.2018, 00:47

Stud54 hat geschrieben:
23.03.2018, 21:09
Entschuldige, aber deine Vorgaben, quasi dein Lastenheft passt absolut nicht zu deinen gewählten Komponenten, die du verbauen willst.

Gruß Sven
Hapert es an allen oder welche speziell würdest du als ungeeinget bezeichnen?



An Ferdinand: https://www.kugler-precision.com/index. ... gszentren- Die Fräsen dienen zur Herstellung von Metallspiegeln. Die sind genau genug um die Oberfläche in optischer qualität hinzubekommen. Die Konkurrenz muss immer noch nachpolieren, was natürlich nicht so reproduzierbar ist wie fräsen. Aber das sind Maschinen die für den Hobbybereich minimal zu teuer sind :mrgreen:
Daher kommen auch meine "zu hohen" Ansprüche denn immer wenn ich den Fachkundigen frage hat er natürlich die Maschinen als Maßstab :mrgreen:


An Olli: Edelstahl wurde gerade als Material aussortiert. Ein Gespräch mit dem Fachkundigen ergab, in den Eigenschaften ist Edelstahl schlechter als Alu für den Fräsenbau. Die Idee mit Edelstahl kam daher, dass ich da halt eine Quelle hätte bei der ich höchstwahrscheinlich nur Materialpreis aber nicht die Bearbeitung bezahlen müsste.

Zu den Anforderungen gestehe ich, ich schieße gerne mal über das Ziel hinaus. Das wichtigste, und da gibt es im Hobbybereich echt fast nichts, ist ein sich nicht bewegendes Portal. Spontan fallen mir da nur Isel und die Chinafräse ein. Ich hab mich ja auch hier angemeldet um Input zu bekommen und jede konstruktive Kritik hilft ;)

Die Isel Linearführungen wurden gerade auch aussortiert und stattdessen ein weiterer Satz NSK geordert.

django013
Beiträge: 1706
Registriert: 18.01.2016, 17:12

Re: Langzeit Projekt CNC-Fräse

Beitrag von django013 » 24.03.2018, 04:56

Moin Thomas,

da bist Du an einigen Punkten schon weit über das Ziel hinaus geschossen.
Ich muss Sven beipflichten: Deine gekauften Teile passen überhaupt nicht zu Deinen Vorstellungen.

Auch finde ich, wenn ich Deinen ersten Beitrag so lese, dass Du Dich noch viel zu wenig eingelesen hast.
Bei Deinen Genauigkeitsansprüchen wirst Du mit einem Tripplebeast nicht glücklich. LiChuan-Pakete bieten deutlich mehr fürs Geld.

Um ein Gefühl für Deine Ansprüche zu bekommen, solltest Du Dich intensiv mit Datron-Maschinen beschäftigen. Die sind für Deinen angepeilten Einsatzzweck konzipiert. Hochgeschwindigkeitsspindel mit 60.000 U/min passen schon eher zur Kunststoff-Verarbeitung mit 0,3mm Fräsern.

Als Physiker sollte Dir bekannt sein, dass Deine Messmittel min. um Faktor 10 besser sein sollten, als das, was Du messen möchtest. Wenn Du also 2 Hundertstel an Genauigkeit erreichen willst, brauchst Du Referenzflächen und Messinstrumente, die auf 2 Tausendstel genau sind. Ich würde mal behaupten, dass das mit einem Hobbybudget nicht zu erreichen ist.
Wenn Du also keinen Zugang zu lasergestützten Messeinrichtungen mit klimatisiertem Messraum hast, wird das haarig!

Neben der Beschäftigung mit Datron-Maschinen empfehle ich Dir, Dich mit den mechanischen Komponenten einer Fräse zu beschäftigen. Ich bin mir ziemlich sicher, dass Dir nicht klar ist, auf was Du Dich da einlässt, mit Deiner Vorstellung an Genauigkeit. Dein Budget passt eher zu einer Maschine mit halbem Millimeter-Genauigkeit. Um Deine gewünschte Genauigkeit zu erreichen, musst Du Dein Budget gehörig aufstocken.

Last not least kann ich aus eigener Erfahrung sagen, dass wenn man Teile kauft, bevor die Planung abgeschlossen ist, dass man diese Teile meist nochmal kaufen muss. Ist also kontraproduktiv, früh Geld auszugeben!

Gruß Reinhard

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