Vorstellung meines gebauten stehenden Portals

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RobertD
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Vorstellung meines gebauten stehenden Portals

Beitrag von RobertD » 24.08.2019, 14:39

Da ich ja nun auch schon eine ganze Weile hier unterwegs bin, und auch immer mal wieder neues dazu lerne, stelle ich mal kurz meine Portalfräse mit stehendem Portal vor. Der Maschinentisch hat 300mmx400mm Fläche, welche noch um ca20mm zu jeder Seite überfahren werden kann.

Anfangs bestand die Maschine nur aus 45er und 45x90mm Aluprofilen, auf denen die unterstützen Rundführungen direkt aufgeschraubt waren. So aufgebaut konnten die ersten Versuche gestartet werden, wobei immer direkt mit Aluminium getestet worden ist. Die Maschine hat noch kein anderes Material bearbeitet. Die Führungen haben in der langen Achse(X) 16mm Durchmesser und in in der kurzen Achse (Y) 25mm Durchmesser. Die Z-Achse kam von Haus aus schon mit Liniearführungen. Übrigens habe ich die Baugruppe der Z-Achse in Lettland über Ebay gekauft für ca 250€. Die Achse stammt nach Recherche aus einem Gerät aus dem Bereich für Optik und hat einen Ersatzteilpreis laut Liste von ca 3000€. :lol:
Die Achse kam mit einer 10x2mm Kugelrollspindel, Motor und 4 optischen Schaltern von Omron. Die anderen Achsen haben eine 12x4mm Rollspindel. Die z-Achse ist an 2 Langen Laufwägen mit gesamt 4 Kugelumlauflagern aufgehängt. Die optischen Schalter dienen heute als Referenzschalter auf allen Achsen.

Da es nur eine Spielerei werden sollte habe ich am Anfang, ahnungslos wie ich war, eine Steuerung auf Arduino-Basis mit Nema17 Motore und TB6560 Treibern erstanden. Zum bewegen der Achsen hat es gereicht, die mitgelieferte Steuerung (Conucon) war mir dann doch etwas spielerisch. Später kam dann der wechsel zu Mach3 und BOB. Als Frässpindel kommt der bekannte luftgekühlte 1,5kw Chinamotor mit ER16 Spannzangen und dazugehörigem FU zum Einsatz. Die ganze Steuerung läuft auf 24V, einfach, weil ich keine Lust hatte 3 Netzteile für alle möglichen Spannungen zu verbauen. Das Netzteil kommt mit max. 15A, was bisher für alles gereicht hat. Schrittverluste auf Grund mangelnder Versorgungsspannung gab es nie.
Das erste, was die Fräse geschaffen hat, waren die Senkungen der Schraubenköpfe im Maschinentisch. Vorher standen die Schrauben über, aber irgendwie musste der Tisch ja an den Laufwägen befestigt werden. Danach kamen die unzähligen Bohrungen für die M6-Gewinde rein. Die M6 habe ich dann mit Akkuschrauber und Maschinengewindebohrer eingebracht. Das ist echt schon an Arbeit ausgeartet :lol:

Danach kamen dann die Teile für das Portal. Die Seitenwangen ließen sich in einem Stück fertigen. Die Bohrungen wurden debei nur Zentriert, der Rest wurde in einer Spannung gefräst. Die Platte vom Querbalken ist in 2 Spannungen auf der Maschine gebohrt worden und hinterher kam wieder der Akkuschrauber für die Gewinde zum Einsatz.

Der heutige Stand ist der, dass unter der X-Achse eine Platte als Basis liegt, damit man erstmal überhaupt eine Ebene hat. Alle Bohrungen von Hand angerissen und an der Ständerbohrmaschine gebohrt. Diese ist mit 10 Schrauben und Nutensteinen im Profilrahmen befestigt und erlaubt eine Ausrichtung auf Winkligkeit zu Y. Dazu ist unterhalb vom Rahmen nochmal eine Platte zur Versteifung im Bereich des Portals angebracht, welche die ursprüngliche Unterlage für die Y-Achse auf den Aluprofilen war. Die Antriebe sind noch immer Nema17, aber als Closed Loop Schrittmotoren von JMC. Alles angesteuert von Mach4 über den ESS Smoothstepper. Und damit ich von den einzelnen BOB's wegkomme werde ich nun nach dem Umzug der Maschine die Platine von CNC-Technics einrichten, welche schon ein paar Monate hier liegt. Auch kann ich dann endlich ein ordentliches Handrad verwenden und den XBOX Controller bei Seite legen.
Dazu kommt die Minimalmengenschmierung mit dem selbst entworfenen Kühlring zum Einsatz, bei dem ich nach Wahl nur mit Luft oder Luft+Kühlschmiermittel arbeiten kann.
Als Basis dient eine kleine Werkbank, welche Günstig zu haben war. Oben drauf dann eine stabile Arbeitsplatte aus der Resterampe vom Baumarkt. Maschine und Werkbank besitzen jeweils einstellbare Standfüße zum Ausrichten. Unten im Kabinett sind FU mit Netzfilter und 24V Netzteil untergebracht. An der Werkbank zur rechten Seite sind Tragarme, auf denen der PC stehen kann (Verdeckt im Bild).

Der Anfang im Mietskeller
https://www.dropbox.com/s/kelqg4p7it4eb ... 6.mp4?dl=0

Werkbank als Unterbau
https://www.dropbox.com/s/wqp2o6g2uhtps ... 4.jpg?dl=0

X-Achse und Basis
https://www.dropbox.com/s/h51gfm0ed7d2d ... 1.jpg?dl=0
https://www.dropbox.com/s/pt2g7tg00b5w7 ... 9.jpg?dl=0
Y-Achse
https://www.dropbox.com/s/pjye3l74u3m3s ... 5.jpg?dl=0
https://www.dropbox.com/s/3ovcdmcgpcsul ... 4.jpg?dl=0
https://www.dropbox.com/s/87zifhvy9wlvk ... 9.jpg?dl=0
Z-Achse
https://www.dropbox.com/s/zth9akja08jye ... 2.jpg?dl=0
https://www.dropbox.com/s/tpokd773mngpn ... 1.jpg?dl=0
https://www.dropbox.com/s/vrwijb9knu0v6 ... 4.jpg?dl=0

Steuerung und Handrad
https://www.dropbox.com/s/0dpsp0gzkfjjn ... 6.jpg?dl=0
https://www.dropbox.com/s/ekuqsfrl93uga ... 9.jpg?dl=0

Aktuell beim Wiederaufbau und Ausrichten
https://www.dropbox.com/s/5l0w0a77hqu1i ... 4.jpg?dl=0

Winkligkeit der Achsen liegt in Z zu X bei 0.0 auf 100mm und zu Y auf 1/100el auf 100mm. Die Winkligkeit von X zu Y liegt bei 2/100el auf 200mm. Damit kann man im Hobbybereich gut leben. Man müsste nun alles mal verstiften, damit im Laufe der Zeit sich nichts verzieht. Zum Schluss vor dem Umzug hat man gemerkt, dass die Absätze in den Fäsbahnen zueinander fühlbar wurden.
Gruß,
Robert

Bernd
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Re: Vorstellung meines gebauten stehenden Portals

Beitrag von Bernd » 24.08.2019, 16:28

Hallo Robert,
interessant zu lesen, das mit den Rundführungen auch Alu zu zerspannen ist. :dh

Bin schon auf ein Video gespannt wie die 1,5KW Spindel sich bemühen wird.
vieleicht noch eine Anmerkung "ALU-Späne und Führungslager passen nicht gut zusammen."
hast Du schon über einen Schutz der Führungen nachgedacht ?
Gruß Bernd

RobertD
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Re: Vorstellung meines gebauten stehenden Portals

Beitrag von RobertD » 24.08.2019, 17:39

Videos gibt es diverse von Anfang an

https://www.youtube.com/playlist?list=P ... Y1sygsERuH

Ich habe öfters über einen Schutz der Führungen nachgedacht. Aber irgendwie hatte ich nie eine wirkliche Idee. Die Führungen haken auch nicht, trotz dem, was schon gespant worden ist. Das konnte ich merken beim Ausrichten, als ich die Achsen von Hand geschoben habe. Ich mache die Führungen auch immer Sauber nach dem Arbeiten und sauge die Späne danach ab. Mit Druckluft puste ich nichts sauber an der Maschine, damit drückt man die Späne erst in die Ecken und Ritzen.
Gruß,
Robert

Bernd
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Re: Vorstellung meines gebauten stehenden Portals

Beitrag von Bernd » 25.08.2019, 07:09

Hallo Robert,
bei deiner Bauweisen würde sich ein Rollo in der Waagerechten anbieten, um die Führung und die Spindel zu schützen.

Einteilig unter den Rahmen führen
Zweiteilig links und rechts am Rahmen fest mit Spring Rollos.

Gruß Bernd

RobertD
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Re: Vorstellung meines gebauten stehenden Portals

Beitrag von RobertD » 25.08.2019, 08:07

Hättest du einen Link dazu für mich?
Gruß,
Robert

django013
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Re: Vorstellung meines gebauten stehenden Portals

Beitrag von django013 » 25.08.2019, 09:57

Moin Robert,

das ist im Grunde das gleiche, wie bei den Dachfenster-Rollos ...
Wema stellt u.a. sowas her.

Wenn Du sowas einsetzen willst, würde ich den Antrieb der KGS auf die Rückseite des Portals verlegen.
Nicht unwichtig auch die Abschottung der Rollos nach oben und untern - sonst kannst Du das gleich lassen und lieber auf Faltenbalg setzen, der oben und unten gleich mit umschließt.

Gruß Reinhard

RobertD
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Re: Vorstellung meines gebauten stehenden Portals

Beitrag von RobertD » 25.08.2019, 11:55

Ja an Faltenbälge hätte ich auch mal gedacht. Da gibt es aber nur die Möglichkeit der Sonderfertigungen oder selber basteln. Bei der X Achse war mein letzter Gedanke, dass man es wie ENDCNC auf Youtube zu sehen, mit Teichfolie oder ähnlichem zu machen, die dann links und rechts über die Führungen seitlich runter hängt und durch Eigengewicht bzw mit kleinem Gewichten am Ende dann von selbst entsprechend mitgleitet und die Bahnen abdeckt. Funktioniert ja eben aber nur für die Tisch-Achse.

Das verlegen den Antriebe für X und Y hatte ich auch mal im Sinn, aber mit dem Hintergedanken, dass die Motoren dann mechanisch nicht mehr direkt gekoppelt sind. Über Zahnriemen angetrieben mit 1:1 Untersetzung könnte man dann auch den Eilgang von 2500mm/min wieder auf 3500mm/min oder 4000mm/min anheben, in der Hoffnung, dass das Geräusch der sich aufschwingenden Antriebe dabei unterbleibt. Das Problem hatte ich ja bereits in einem anderen Threat beschrieben.
Bei Z wäre das wieder etwas schwierig, aber auch nicht unmöglich. Die fährt derzeit mit 900mm/min. Durch die halbe Steigung zu den anderen Achsen könnte ich ja aber auch immerhin 1500-1800mm/min erreichen. Bei den Bremsbacken waren die Wege zwischen den Schnitten teilweise recht lang, dass ich auf "in beide Richtungen Fräsen" umgestellt habe, damit die Maschine mehr im Eingriff ist bzw der Anteil der Positionierungen geringer wird.
Gruß,
Robert

django013
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Re: Vorstellung meines gebauten stehenden Portals

Beitrag von django013 » 25.08.2019, 13:03

Moin Robert,

bzgl. Faltenbalg - wenn Du mit dem Gedanken spielst, dann mach es selber :)
Ich habe mir mal ne schicke Bastelanleitung dazu gemerkt. Gibt auch etliche Tuben zu dem Thema.
Man kann den Faltenbalg auch aus Teichfolie machen, statt aus Spezialpapier - je nach Gusto ;)
Vorausgesetzt man kann geschmeidig mit dem Bügeleisen umgehen :D

Man könnte den Schutz der Linearlager aber auch stilvoll aus Blech fertigen, ähnlich wie der Nachtfalke es gezeigt hat. Musst ja nicht unbedingt Kupfer nehmen. Edelstahl tut es ja auch :D
Das verlegen den Antriebe für X und Y hatte ich auch mal im Sinn, aber mit dem Hintergedanken, dass die Motoren dann mechanisch nicht mehr direkt gekoppelt sind.
Die Grenzdrehzahl bei Spindelantrieben kann man sich ausrechnen (ausführlicher dazu in der Ecke unter Knoff hoff). Da Du ja schon Fest- und Loslager verwendest, gilt der Faktor 151.000 bzw. die Formel:
Faktor mal Kerndurchmesser durch freie Länge im Quadrat
Ich habe das mal für Dich durchgespielt: 151.000 * 0,01 / 0,5² ergibt ungefär 6000 U/min bzw. 24 m/min - was bedeutet, dass Dein Aufschwingen nichts mit der Kugelspindel zu tun hat.

Ich könnte mir vorstellen, dass die Resonanzen eher von den Linearlagern kommen, dass die unterschiedlich schwer zu bewegen sind. Das müsste man aber ausprobieren. Auf jeden Fall denke ich nicht, dass der indirekte Antrieb da bereits eine Verbesserung bringt. Vielleicht kommst Du bei höheren Drehzahlen auch in einen Bereich, wo den Steppern die Puste ausgeht? Wäre eine interssante Untersuchung ;)

Gruß Reinhard

RobertD
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Re: Vorstellung meines gebauten stehenden Portals

Beitrag von RobertD » 25.08.2019, 14:20

Ich habe mit meinen openloop Steppern Versuche gemacht und bin bis 4000mm/min gekommen im 1/8el Schrittbetrieb. Die Closeloop haben ungefähr die gleiche Leistung, nur dass eben durch den Encoder die Position nicht doch mal durch Schrittverlust verloren geht. Ich habe die Maschine nie mit diesem maximalen Eilgang bewegt , sondern immer mit max. 3500mm/min, um ein Blockieren der Motoren bei Last zu verhindern. Mit den normalen Steppern gab es nie eine Geräuschbildung aus den Führungen oder Spindeln. Das Problem mit den Closedloop Steppern wird sein, dass die Regelung sich bei gewisser Geschwindigkeit aufschwingt bei und die Schwingungen durch die Spindeln übertragen werden, was sehr unangenehme Geräusche produziert. Die Schwingungen würde ein Riementrieb meiner Meinung nach dämpfen. Ein Tuning der Reglerparametet hat bisher nichts gebracht.
Gruß,
Robert

django013
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Re: Vorstellung meines gebauten stehenden Portals

Beitrag von django013 » 25.08.2019, 14:52

Moin Robert,

vielleicht hast Du es ja schon probiert ...

Um festzustellen, ob die Resonanzen von der Regelung oder durch die zu bewegende Last kommen, könntest Du den Portalschlitten abbauen und die Spindel im Leerlauf bewegen.

Gruß Reinhard

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