Mal keine Portalfräse (Theoretische Konstruktion)

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RobertD
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Mal keine Portalfräse (Theoretische Konstruktion)

Beitrag von RobertD » 18.11.2018, 15:14

Da ich hier nun schon eine Weile aktiv bin und auch den ein oder anderen Beitrag verfasst habe, wollte ich mich zunächst erst einmal vorstellen. Wie aus dem Nick abzuleiten ist heiße ich Robert, derzeit 28Jahre alt und komme aus dem Raum Magdeburg. Gelernter KFZ-Mechatroniker und Zerspanungsmechaniker, derzeit als Zerspaner im Bereich Drehtechnik an einer DMG NLX2500 mit Gegenspindel tätig.
Neben dem Zerspanen verliere ich mich auch bei Oldtimern...Derzeit stehen eine '54er EMW R35, welche ich komplett aus einem Teilehaufen gebaut habe, und ein '53er EMW Gespann, welches noch auf die technische Überholung wartet, in der Garage. Von dem Verkauf eines der Motorräder könnte ich sicher auch mein theoretisches Projekt finanzieren....aber warum soll man sowas verkaufen, nachdem Blut und Schweiß in Mengen von Kubikmetern reingeflossen sind. :roll:

Ich habe bereits eine Fräse gebaut, vieles aber aus dem Bauch heraus. Gebaut als stehendes Portal mit einem Verfahrweg von X/Y 460x320mm und einem Portaldurchlass von 130mm mit 200mm Fahrwerg auf Z. Die Maschine läuft ganz ok, dafür, dass das wenigste von einer Maschine hergestellt wurde. Bis auf die Portalplatte sind alle Bohrungen von Hand angerissen, gebohrt und Gewindegebohrt worden. Die Z-Achse ist als Einheit zugekauft und wohl das präziseste an der Maschine mit einer geschliffenen KUS in 10mm mit 2mm Steigung und Profilführungen. Der Rest besteht aus 20mm Aluplatten, wovon der Tisch und die Portalständer auf der Maschine gefräst sind. Mit Federn, die in die Nut der Aluprofile greifen und zusätzlich oben, durch die Ausfräswung, auf dem Profil aufliegen. Durch eine Fehlbestellung reicht die große Platte für X natürlich nicht bis zu den Längstprofilen, um dort mit verschraubt zu werden... :roll:
In X kommt es ab und an mal zu Schwingungen beim Fräsen, da würde sicher ein großes Profil hinter der Portalplatte einiges bringen. Das werde ich noch nachholen. Eigentlich wird mehr dran gebaut und versucht zu verbessen, als mit gearbeitet wird. Derzeit bin ich von den Antrieben mit integrierter Endstufe begeistert, da einem der lästige riesige Schaltkasten entfällt. Mit dem Profil hinter der Y-Achse könnte auch eine Energiekette verwendet werden.
Angetrieben mit Nema17 Motoren an 1204 KUs kann die Maschine mit einem Eilgang von 4000mm/min in X und Y verfahren und in Z durch die geringe Steigung und das Gewicht der Spindel mit 2000mm/min. Als Referenzschalter kommen Lichtschranken zum Einsatz, da diese bei der Z-Achse (insgesamt 4, 3 verbaut) damals dabei waren. Als Spindel dient eine 1.5kw Chinaspindel.


Das gute Stück ist hier zu sehen, da für das Forum das Bild zu groß ist. Und ja, die offenen Führungen und die KUS sind natürlich äußerst verschleißfördernd.
https://s2.imagebanana.com/file/181118/Dr3azp5F.jpg

Im Einsatz beim Prototypen einer Bremsbacke: https://youtu.be/BOkSJjvA-nU

Nun zum eigentlichen Projekt. Ich bin derzeit ein wenig in Fusion am Basteln und es soll kein Portal werden. Eher in Richtung Universalfräse mit stehendem Maschinentisch. So sollen X und Y mit einem Kreuzschlitten und Z an der Y-Achse aufgehängt werden. Das würde theoretisch einen Tisch mit B- und C-Achse ermöglichen, wovon ich zunächst Abstand nehme. Entsprechend wäre dann auch die gesamte Mechanik an dem Maschinengestell befestigt. Dabei geht es mir weniger um den Bau, sondern um die reine Konstruktion, welche in einer parallelen Realität wohl mal gebaut wird. :lol:

Ich habe womöglich erstmal mit dem leichtesten Angefangen...die Z-Achse. Die große Hauptplatte und die Y-Anbindung sind vorerst als 25mm Aluplatte angelegt, wobei die Y-Anbindung erst im Laufe der Konstruktion wirklich Form annimmt. Aus diesem Grund ist sie auch erstmal ausgeblendet. Die Z-Platte ist derzeit 500mm lang und 200mm breit, die Führungen sind im Abstand von 100mm an die Platte geschraubt, die Wagen kommen an die Y-Achse. Die Laufwägen haben von den äußersten Kanten gemessen einen Abstand von 250mm, welches einen Fahrweg von theoretischen 250mm ermöglicht. Ich habe aber hier schon gelesen, dass der Abstand von Wagenmitte zu Wagenmitte verwendet werden soll, das Würde den Fahrweg um eine Wagenlänge kürzen, was aber erstmal irrelevant wäre. Ich erstelle derzeit die einzelnen Baugruppen und füge sie dann in einer separaten Konstruktion zusammen.

Der Z-Motor ist aus Platzgründen mitfahrend und treibt die Spindel über einen Zahnriemen an. Die überlange KUS mal nicht beachten...Die Motorplatte wird dann über die Z-Platte und die seitlichen Versteifungen befestigt und verbindet somit oben die Bauteile nochmals.

Zusätzlich ist noch eine 80mm Spindel mit ISO20 Aufnahme grob dargestellt, aber auch das ist nur für die Optik. Aktuell fehlen noch Loslager und der Mutterblock.

Für Verbesserungen bin ich natürlich offen, sonst würde ich es hier nicht in der Form vorstellen. :dh
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Gruß,
Robert

django013
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Re: Mal keine Portalfräse (Theoretische Konstruktion)

Beitrag von django013 » 18.11.2018, 17:53

Moin Robert,

das klingt ja richtig spannend, was Du über Dich schreibst :)
Sehr schön.

Bei Deinem Gedankenexperiment bin ich etwas ins Straucheln gekommen, ob Deiner Beschreibung.
Zugegeben, ich musste erst die Tante mit der Glaskugel bemühen, um zu wissen, welche Bauform jetzt Universalfräse genannt wird.

Hat mir Deine Beschreibung der Achsen aber nicht erleichtert.

Wenn ich mich an einer Deckel FP50 orientiere, dann macht der Tisch die X- und Z-Bewegung, der Kopf die Y-Bewegung.
Vielleicht hat der Kopf ja noch ne Pinole, sodass er auch eine Z-Bewegung durchführen kann ...

Wenn ich mich an der Maschine meines Lieblingsspaniers orientiere, dann macht der Tisch (vorwiegend) die X-Bewegung. Der Z-Schlitten ist an einer Säule und der macht die Z- und Y-Bewegung.

Ich frage mich, warum willst Du eine Universalfräse bauen?
Was versprichst Du Dir davon?

Geht es "nur" um den Bau an sich, oder hast Du spezielle Anforderungen, die Du mit einer Univeralfräse umsetzen willst?
So spontan würde ich sagen, Du lädst Dir einen Haufen Probleme auf, die eigentlich nicht notwendig wären.
Wäre noch interessant zu wissen, inwiefern Dich Deine Firma bei Deinem Vorhaben unterstützt ...

Gruß Reinhard

P.S. Deine Bilder zeigen eine normale Z-Achse einer Portalfräse, somit also nichts neues.
Ich widerspreche allerdings der Annahme, dass die Z-Achse das am leichtesten zu konstruierende Teil wäre

RobertD
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Re: Mal keine Portalfräse (Theoretische Konstruktion)

Beitrag von RobertD » 18.11.2018, 19:05

Universalfräse war vielleicht etwas missverständlich. Im Prinzip ist es eine 5-Achs Maschine ohne 4. und 5. Achse. Zumindest sehe ich das so (noch) nicht vor. Ich orientiere mich an der Monoblock bei uns, wo ich aber auch nur den Aufbau grob erahnen kann.
Vom Bau bin ich weit weg, ich möchte die Konstruktion erstmal so aus Jux und Tollerei machen. Es wird kalt und da bin ich weniger in der Werkstatt und habe die Zeit. :)

Versprechen tue ich mir ehrlich gesagt nichts davon außer zu lernen. Sei es durch das konstruieren selbst oder durch Fachwissen andere zb hier im Forum. :geek:

Ja, die Z-Achse ist erstmal recht konventionell erstellt. Würde jetzt aber auch kein anderes Design vorsehen, da es für eine einfache HF-Spindel oder eine mit Werkzeugwechselfunktion. Obwohl mich die Möglichkeit zum Gewindebohren via einer Servospindel auch reizen würde.

Unterstützung durch meine Firma? Ich hoffe, dass weithin der Lohn pünktlich kommt und ich Freitag in der Spätschicht hin und wieder an den konventionellen Maschinen rein inoffiziell ein paar Kleinigkeiten machen kann, wenn mal wieder eine größere Stückzahl an der NLX durchläuft.
Gruß,
Robert

django013
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Re: Mal keine Portalfräse (Theoretische Konstruktion)

Beitrag von django013 » 19.11.2018, 06:08

Moin Robert,
... Freitag in der Spätschicht hin und wieder an den konventionellen Maschinen rein inoffiziell ein paar Kleinigkeiten machen kann
Genau das meinte ich. Aber inoffiziell ist da garnix, ich würde es eher als geduldet bezeichnen.
Ein guter Controller sieht alleine am Stromverbrauch, wieviel Maschinen gelaufen sind und wenn er dann den Maschineneinsatzplan versucht in Deckung zu bringen ...
Egal - wenn Du die Möglichkeiten hast, dann kann man damit auch kalkulieren, bzw. eben anders konstruieren.
Im Prinzip ist es eine 5-Achs Maschine ohne 4. und 5. Achse. Zumindest sehe ich das so (noch) nicht vor. Ich orientiere mich an der Monoblock bei uns, wo ich aber auch nur den Aufbau grob erahnen kann.
Hm, hier ist jetzt die Frage, was Du unter Orientierung verstehst.
Die Bandbreite geht von "exisitierende Konstruktion stupide nachbauen" bis hin zu "Konzept gefällt mir, mal sehen, was ich übernehmen kann".

Als ich anfing, mich mit Fräsenbau zu beschäftigen, war es so, dass ich ne 4-Achsen-Fräse wollte. Ich habe überall Bauberichte gelesen und nix kam auch nur in die Nähe dessen, was ich wollte. Also fing ich an selbst Bildchen zu malen. Dann habe ich per Zufall ein Foto entdeckt (Abb. 1), was mich elektrisierte und sofort klar war: genauso soll es werden. Nur kleiner und günstiger.
Da fing ich dann an, ernsthafter zu malen.
Als ich dann mit Kräften zu rechnen anfing, musste ich feststellen, das kann ich ja garnicht fertigen. Also musste ich umplanen und mich an meinen Möglichkeiten ausrichten. Es ist nicht mehr viel vom Originalentwurf übrig geblieben, aber das ist immer noch meine Lieblingsmaschine.
Inzwischen bin ich soweit, dass ich auch ne Ständerfräse konstruiert habe. Hätte den Vorteil, dass sie (für mich) einfacher zu bauen wäre mit dem netten Nebeneffekt, dass die Belastung unabhängig von der Höhe des Z-Schlittens ist.
Beim Hirnen darüber, wie man was fertigen könnte, sprießen auch neue Ideen.
Wenn man dafür offen ist, dann kann das zu ungeahnten Lösungen führen.

Deshalb hier mal eine Übersicht über Bauarten.
Falls Du die noch nicht kennst, kannst Du ja mal überlegen, wie jede zu bauen wäre und wie man 4. und 5. Achse realisieren könnte.
Über den Tellerrand rausschauen bringt Dich weiter. Nicht nur bis zum Tellerrand denken und dann aufhören.

Wenn der Bau einer Fräse für Dich latent mitschwingt, solltest Du Deine Möglichkeiten in die Planung mit einbeziehen.
Ausgehend von Deinem Hobby würde ich behaupten, Metallzerspanung ist bei Dir gesetzt und die ein oder andere Passung willst Du auch fräsen.
Also sollte Dein Konstrukt steif und stabil werden. Richtig?

Vielleicht lohnt auch mal ein Blick in die Seiten von gebrauchten Maschinen?
Manchmal fährt man besser damit, eine gebrauchte zu überholen, anstatt neu zu entwickeln.

Gruß Reinhard

RobertD
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Re: Mal keine Portalfräse (Theoretische Konstruktion)

Beitrag von RobertD » 19.11.2018, 06:31

Gebrauchte Maschinen wäre zum Beispiel keine Option, da für eine in entsprechender Größe weder Platz noch der Groschen da ist. Und in der Größe von einer besseren Ständerbohrmaschine ala Tormach bin ich nicht allzu überzeugt. Dazu kommt, dass es keinen Starkstromanschluss gibt für gebrauchte Maschinen, mit denen ich arbeiten würde.

Der Bau selbst steht so weit entfernt... darum versuche ich mich an der virtuellen Version und bin auf Meinungen und Verbesserungsvorschläge gespannt. Die Maschine fällt im weitesten Sinne unter Fahrständer würde ich behaupten. Die Monoblock inspiriert mich nur ein wenig, nachbauen werde ich es wohl nicht. Für das Gestell hätte ich auch schon Vorstellungen, aber dad kommt erst nach den 3 Achsen.

Zum Unternehmen und eventuellen Bau und dessen Unterstützung:
Was ich erfragen könnte wäre, ob sie mir die Mechanik zum Einkaufspreis für Gewerbe bestellen könnten. Das wäre womöglich an der Grenze des machbaren im Unternehmen.
Gruß,
Robert

django013
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Re: Mal keine Portalfräse (Theoretische Konstruktion)

Beitrag von django013 » 19.11.2018, 08:39

Moin Robert,
Was ich erfragen könnte wäre, ob sie mir die Mechanik zum Einkaufspreis für Gewerbe bestellen könnten.
Das macht den Kohl nicht fett.

Schau Dir mal die Fräse von Olliver an. Da sind zig Maschinenstunden eingeflossen und Kollegen vom Fach haben geschweißt - das ist unbezahlbar!

Für das bischen Märchensteuer ist der (mögl.) Ärger mit den Vorgesetzten nicht wert.
... da für eine in entsprechender Größe weder Platz noch der Groschen da ist.
...
Dazu kommt, dass es keinen Starkstromanschluss gibt für gebrauchte Maschinen, mit denen ich arbeiten würde.
Hm, also ich weiß nicht. Unter den Bedingungen sehe ich Dein Vorhaben als fragwürdig an. Ich würde eher ne Kreuztisch-Variante anstreben. Ohne Starkstrom ist bei 3kW Spindeln Schluss.
Aber ok - im CAD ist alles möglich :D

Für die Grobkonzeption kann ich Dir nur empfehlen, verlier Dich nicht in Details wie Schauben und so Kram.
Zeichne grobe Blöcke und überleg Dir, aus welchem Material Du die Blöcke fertigen kannst und willst und dann rechne aus, was da für Kräfte zu bewältigen sind. Dann mach Dir Gedanken darüber, wie Du Teile verbinden willst.
Erst wenn das alles klar ist, lohnt es sich, im CAD die Details auszuarbeiten.

... aber wenn Du auch keinen Platz hast, die Portalbauweise mit fahrendem Portal wäre die platzsparendste Variante.

Gruß Reinhard

RobertD
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Re: Mal keine Portalfräse (Theoretische Konstruktion)

Beitrag von RobertD » 23.11.2018, 20:15

Ich habe mal ein wenig weiter gebastelt, vielleicht wird es nun auch etwas klarer mit dem Aufbau. Als Grundlage würde sich wohl ein gegossener Grundkörper anbieten. Die Darstellung ist momentan "Russisch-Grün", aber das tut dem ganzen ja nichts.

So wie es momentan hingepfuscht ist betragen die Fahrwege XYZ 445x275x250mm bei einer Außengröße von maximal 800x1020x1250mm.
Eine "Schaukel" in X-Richtung für die A- und C-Achse wäre relativ...also relativ....einfach und platzsparend. Davon ab könnte man das getrennt der anderen 3 Achsen montieren und ausrichten. Für's erste macht es die Platte als Maschinentisch zur optischen Darstellung.

Zur Spindel...Da die Maschine ein "umzugsfreundliches" Format haben soll wird auch keine 15Kw Spindel eingeplant, bis 3KW klingt für mich ok. Die aktuellen Außenmaße stehen für mich ganz gut in Relation zu der begrenzten Leistung. Je größer die Spindel wird, um so Stabiler/Steifer muss die Kiste ja auch ausfallen.

Ich habe die Z-Achse mal mit diesen hier oft angesprochenen 1000N belastet und dabei verschiedene Versteifungen ausprobiert. Die "rohen" Platten lassen dabei einen Verzug von 0.014mm zu. Mit "formoptimierten" Versteifungen waren es dann 0.024mm bei 30% des ursprünglichen Gewichtes. Für 30% Materialaufwand von einer vollen Platte nur 1/100el mehr Verzug ist durchaus hinnehmbar, wenn da nicht die aufwendige Bearbeitung jener wäre (Die ich auf meiner jetzigen Käsefräse mit Platten aus Alu durchführen könnte). Mit vereinfachter optimierter Form und 2 10er Leisten hinter der Platte sind es nicht mehr ganz 2/100el. Übrigens ist bisher alles, bis auf Spindel und Normteile, in Alu ausgeführt.
Wie zu sehen greift die Kraft auf die Verschraubung der Spindel an und nicht an einer Fräserspitze, der Hebel ist somit etwas kürzer.

An der Fräserspitze (16mm Hartmetall mit 40mm Ausspannlänge) angreifend verzieht sich die Achse an der untersten Kante um 0.035mm. Zu bedenken wäre doch aber, dass der eigentliche Hebel von der Werkstückoberfläche gesetzt ist, egal wie tief der Fräser eintaucht, oder denke ich da falsch?

Natürlich wäre der Verzug in der Z-Achse allein nicht vorhanden in der ganzen Sache. Der Rest gibt ja mehr oder weniger auch noch irgendwo nach, das weiß ich auch. Hätte ich das eine Semester an der Uni bei Statik und Dynamik besser aufgepasst würde es mir womöglich leichter fallen mit dem Konstrieren... :roll:
Die 1000N Kraft werde ich wohl mit 3Kw Antrieb jedoch wohl nie erreichen. Höchstens, wenn die Karre in das Festlager fährt und da würde ich auf die Schutzabschaltung der Antriebe hoffen.
Lieber wäre mir eine dynamische Maschine mit recht viel Drehzahl, anstatt einer langsamen mit hoher Durchschlagskraft bei geringeren Drehzahlen. Das verträgt sich dann zwar kaum mit dem Wunsch des maschinellen Gewindebohrens, doch das kann man ja zum glück fräsen.

Beim Betrachten der Bilder sehe ich schon, dass bei ausgefahrener Y-Achse die Versteifung hinter der Z-Anbindung nicht bis zur hinteren Führung reichen und das ganze somit über der ersten Schiene "abknicken" würde, rein aus der Intuition heraus. Auch müssten die Versteifungen näher zu den Z-Wagen, damit die Platte sich nicht mittig durchbiegen kann. Das sind so Details, die mir auffallen.

Vielleicht bekomme ich noch weitere Anregungen. :)
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Gruß,
Robert

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Re: Mal keine Portalfräse (Theoretische Konstruktion)

Beitrag von Stud54 » 23.11.2018, 21:04

Das ist doch ein gutes Vorbild....
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RobertD
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Re: Mal keine Portalfräse (Theoretische Konstruktion)

Beitrag von RobertD » 23.11.2018, 22:12

Danke für die Idee. :dh

Wie gesagt würde ich die 2 Zusatzachsen quer und nicht längst verbauen. Kann mir nicht so recht vorstellen, wie man das mit dem einen großen Lager bewerkstelligen kann, dass das auch im kleinen Maßstab gut geht.
Gruß,
Robert

Stud54
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Re: Mal keine Portalfräse (Theoretische Konstruktion)

Beitrag von Stud54 » 23.11.2018, 22:35

Das geht ganz einfach....mit den richtigen Mitteln.

So wird jedenfalls mein Projekt nächstes Jahr aussehen...:)

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