Frankenstein soll leben

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RundumEntspannt
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Frankenstein soll leben

Beitrag von RundumEntspannt » 20.01.2021, 21:55

Hi Leute,
ich möchte euch mal meinen bisherigen Entwurf zur Frankenstein-Fräse vorstellen. Das Design ist soweit fertig auch wenn noch ein paar Details fehlen. Aber jetzt muss erst einmal Überprüft werden ob ich das auch so wirklich alles bauen kann und später montiert bekomme.

Die Wünsche bezüglich der Fräse dürften den meisten bekannt vorkommen:
- Möglichst genau aber bitte günstig.
- Robust und Steif aber zerlegbar.
- Holz, Alu, Stahl soll sie können (in der Reihenfolge).
- Absaugung, Minimalmengenschmierung.

Um das irgendwie unter einen Hut zu bringen, wird es eine Art „Recycling-Fräse“.
Einen Großteil der Teile habe ich durch Bekannte erhalten. Das war ein sehr günstiger Weg um Hardware in hoher Qualität zu erwerben und einige Teile sind in einem fast neuen Zustand. Dadurch musste beim Designkonzept aber auch etwas improvisiert werden, weil die vorhandenen Teile später auch irgendwie zusammenpassen sollen.

Es wird also eine Portalfräse entstehen, die nicht so ganz Klassisch aussieht, nicht die typischen Komponenten verwendet, eine etwas andere Sprache spricht und nicht immer die schönsten Proportionen besitz, mir aber doch irgendwie gefällt. Frankenstein.
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Zur Größe:
ca. L1500 x B1500 x H2000mm
X: 930mm
Y: 1475mm
Z: 400mm

Servos sind von Beckhoff:
Z-Achse: Beckhoff AM3042 / 1kw / 13Nm
Y X-Achse: Beckhoff AM3053 / 3,2kw / 42,6Nm

Lineartechnik für X u. Y-Achse ist von Güdel:
Verfahren mithilfe von Führungsrollen, Winkelgetriebe (1:10 Übersetzung) und Zahnstange.

Lineartechnik für Z wird von CPC und TBI sein:
20er Baureihe und eine 1605er Kugelumlaufspindel

Software:
TwinCat3

Spindel:
China 2,2kw Spindel (für den Anfang)


Ich versuche das Designkonzept mal etwas zu erklären:

Untergestell:
Die vorhandene Lineartechnik ist auf 4Kant-Alurohr montiert (124x124x8mm). Also musste ein passendes Untergestell her.
Es besteht aus Aluprofilen, 90x90mm und 45x45mm. Im Vergleich zu den Profilstreben, sind die Verbinder recht teuer. Deshalb möchte ich mir Verbinder aus 3 oder 5mm Stahlblech herstellen lassen, das gleichzeitig die kurzen Profilstreben ersetzt. Dadurch bin ich zwar nicht günstiger aber erhalte wesentlich größere und stabilere Verbindungen.
Die Maschinenfüße haben ein M24 Gewinde mit 100mm Teller. Diese Stehen auch einer Stahlplatte um Das Gewicht besser zu verteilen (fehlendes Vertrauen in den Werkstattboden). Die Adapterplatten muss ich mir auch herstellen lassen.
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Y-Achse / Portalwangen:
Wird von zwei Servos mit Winkelgetriebe angetrieben. Das Getriebe ist an einer 34mm starken Aluplatte montiert. An dieser sind auch die gehärteten Führungsrollen die auf geschliffenen und gehärteten Stahlschienen laufen.
Die Portalwange selbst wird aus einem der Alu-4Kantrohre entstehen und mit der Wagenplatte verschraubt.
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Arbeitstisch:
Auf die Y-Träger kommen nun 120x120x4mm 4Kant-Stahlrohre die eigentlich nur zur Höhengewinnung dienen und sind im Vergleich zu Aluprofilen günstiger und stabiler.
Die Querstreben sind 50x50x4mm 4Kant-Stahlrohre. Die sollen später von Frankenstein selbst überfräst werden. Auf der Unterseite wird Teichfolie angebracht. Soll ja nicht alles vollgekrümelt werden.
Als Spann- / Opferplatte wird erst einmal eine Holzplatte verwendet.
Sämtliche Hohlräume in den Profilen möchte ich mit Steinwolle füllen. Erhoffe mir weniger unangenehme Gebräuche bei gewissen Frequenzen.
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X-Achse:
Die X-Achse ist wie die Y-Achse aufgebaut und liegt auf den Portalwangen auf. Von der Unterseite mit Winkeln verschraubt. Auf der Rückseite wird ein geplantes 120mm Stahl U-Profil verwendet.
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Z-Achse:
Für die Z-Achse habe ich, außer einen etwas „kleineren“ Servo, leider keine Teile.
Inspiriert habe ich mich an der Open Source Achse von END CNC und an meine Bedürfnisse angepasst. Hier geht ein dickes Dankeschön raus!
Linearführungen werden 20er von CPC mit 6 langen Führungswagen (vorgespannt) und eine 1605er KUS von TBI. Wellenkupplung wird eine Roba-ES Gr.19.

Kreuz- und Z-Platte haben je eine Anschlagkante und werden zueinander ausgerichtet. Die Ganze Einheit wird dann an die Wagenplatte der X-Achse geschraubt und an dieser Verbindung werden dann die nötigen Justierungen vorgenommen. Alles aus 25mm Aluminium.

Der Servo sollte für die Z-Achse (ca. 40kg) stark genug sein. Wenn nicht soll er etwas entlastet werden. Dafür wollte ich zuerst Gasfedern einsetzen, wie sie auch am KFZ Kofferraum oder Motorhaube verbaut sind. Hier im Forum habe ich bei der CITO-Fräse von Ollie-CNC aber eine wesentlich elegantere Lösung gesehen, die einen Pneumatik Zylinder verwendet und auch schon einige Tipps erhalten. Hier geht ein fettes Dankeschön an Olli-CNC raus!
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Spindel:
Wird erst einmal eine günstige Luftgekühlte China Spindel, because no Money :D.
Soll aber irgendwann auf eine ATC BT30 Spindel getauscht werden (Der Traum vom Porsche ;) ).

Steuerung:
TwinCat 3 von Beckhoff. Die noch größte Baustelle vor der ich mich bis jetzt gedrückt habe. Ansteuern ist nicht das Problem. Alles in eine schöne Benutzeroberfläche zu verpacken wird für mich aber eine Herausforderung.

…..soweit der Plan.

Würde mich über euer Feedback freuen und ich werde versuchen hier meine Erfahrungen und Fortschritte zu posten. Jetzt muss erst mal jedes Teil erneut geprüft werden, dass sicherlich noch einmal einige Änderungen mit sich bringt. Danach werde ich mir noch Zeit für die kleineren Dingen nehmen wie z.B. Halter für Näherungssensoren usw.

Gruß
RundumEntspannt

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stormer
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Re: Frankenstein soll leben

Beitrag von stormer » 21.01.2021, 18:54

Ist das noch eine DIY-CNC oder schon ein Privat-Mech? :dance
Mit den Servos könnte sich die Maschine auch selbst in den Keller tragen.
Ich bin ein Fan von Konversionen. Dein Entwurf hat eine Menge Charme.
Als einziger Verbesserungsvorschlag fällt mir erstmal ein, eine Nummer größer bei den Linearschienen und KUS der Z-Achse zu planen. Das passt besser zum Rest der Maschine und vor allem zur Länge der Z-Achse.

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Re: Frankenstein soll leben

Beitrag von stormer » 22.01.2021, 13:36

Nochwas ist mir aufgefallen:
Deine Idee mit den senkrechten und diagonalen Stahlblechen als Ersatz für Streben aus Alubalken wird so nicht zur gewünschten Verstärkung des Unterbaus führen. Der Grund ist der: Die Bleche können nur Zugkräfte abfangen; die Last von oben wird aber nur zu Druckkräften zwischen den beiden Etagen des Unterbaus führen.
Du kannst besser 3 Stk 45er Balken pro Seite senkrecht einbauen.

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Re: Frankenstein soll leben

Beitrag von RundumEntspannt » 23.01.2021, 10:31

stormer hat geschrieben:
21.01.2021, 18:54
Ist das noch eine DIY-CNC oder schon ein Privat-Mech? :dance
Mit den Servos könnte sich die Maschine auch selbst in den Keller tragen.
Ich bin ein Fan von Konversionen. Dein Entwurf hat eine Menge Charme.
Als einziger Verbesserungsvorschlag fällt mir erstmal ein, eine Nummer größer bei den Linearschienen und KUS der Z-Achse zu planen. Das passt besser zum Rest der Maschine und vor allem zur Länge der Z-Achse.
Haha, ja die Servos sind Overkill, lassen sich aber super einstellen. Die ersten Testfahrten waren sehr beruhigend, auch bezüglich des Stromverbrauchs.

…..An 25er habe ich am Anfang auch schon gedacht. Ich werde mir das Datenblatt noch einmal anschauen.
Für mich ist es schwer einzuschätzen welche Belastung später entstehen wird, weil ich es nicht errechnen kann. Verglichen mit dem Rest der Maschine sind sie auf jeden etwas schwächer ausgelegt. Beides Spricht natürlich für eine Nummer größer („sicher ist sicher“), möchte aber auch nicht Overengineering betreiben und unnötig das Geld ausgeben.
stormer hat geschrieben:
22.01.2021, 13:36
Nochwas ist mir aufgefallen:
Deine Idee mit den senkrechten und diagonalen Stahlblechen als Ersatz für Streben aus Alubalken wird so nicht zur gewünschten Verstärkung des Unterbaus führen. Der Grund ist der: Die Bleche können nur Zugkräfte abfangen; die Last von oben wird aber nur zu Druckkräften zwischen den beiden Etagen des Unterbaus führen.
Du kannst besser 3 Stk 45er Balken pro Seite senkrecht einbauen.
Der Gedanke ist mir mehrmals gekommen, habe es aber jedes Mal wieder verworfen.
Ich bin davon ausgegangen das die zwei Profile der Y Achse sich nicht durchbiegen. Ein verschraubtes 120er 4Kantstahlrohr mit einem 125er 4Kantalurohr sollte steif genug sein und es liegt auf den Beinen des Untergestells auf.
Der Gedanke ist dann erneut aufgetaucht als ich mir überlegt habe ob ich die Maschine zur Not mit einem Hubwagen anheben könnte. Bin aber erneut bei der Konstruktion geblieben.
Nun haben aber auch andere dieselben Gedanken (zu mindestens stormer) und ich habe das Design gleich etwas abgeändert. Es sollte nun Druck in der Mitte besser kompensieren.
grundgestell_neu01.jpg
grundgestell_neu02.jpg
Gruß
RundumEntspannt

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Re: Frankenstein soll leben

Beitrag von holger » 23.01.2021, 17:32

Auch wenn es alles vorhandene Teile oder "Schrott" ist, wirst du sehr viel Arbeit reinstecken, dann aber feststellen, dass deine Rollenführungen nichts taugen. Also überlege es dir gut!

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Re: Frankenstein soll leben

Beitrag von RundumEntspannt » 23.01.2021, 18:35

holger hat geschrieben:
23.01.2021, 17:32
Auch wenn es alles vorhandene Teile oder "Schrott" ist, wirst du sehr viel Arbeit reinstecken, dann aber feststellen, dass deine Rollenführungen nichts taugen. Also überlege es dir gut!
Natürlich steckt im Bau einer CNC oder sonstiger Maschine viel Arbeit, Zeit und Geld. Deshalb werden auch nur Teile verbaut die noch in Ordnung sind und nicht an der Verschleißgrenze oder Schrott.

Weshalb soll die Rollenführung, die hier zum Einsatz kommen soll, nichts taugen?

Gruß
RundumEntspannt

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stormer
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Re: Frankenstein soll leben

Beitrag von stormer » 23.01.2021, 23:40

Ich habe Rollenführungen zwar bisher noch nie bei Präzisionsmaschinen umgesetzt, sehe da aber keinen grundsätzlichen mechanischen Nachteil, der generell zu weniger Präzision führen müsste. Hier sind die Abstände der Rollen ja sehr großzügig und damit gut gewählt.
Das Ausrichten der Schienen und das Einstellen der Rollen wird aber umso wichtiger, je weniger Rollen (und hier sind 2 pro Schiene ja das Minimum) eingestzt werden.
Ein nicht wegzudiskutierender Nachteil in der Praxis ist aber die Notwendigkeit, Rollen und Schienen immer sauber zu halten, weil z.B. Metallspäne dazwischen gnadenlos gepresst werden und die zusätzliche Last zu einem schnellen Verschleiß der Laufflächen (je nach Härte) und der Kugellager in den Rollen führt. Die Bahnen sollten also verkleidet werden z.B. mit Faltenbälgen o.ä.. Ebenfalls käme ein automatisiertes Sauberpusten der Bahnen mit Druckluftvorhängen in Frage, da du ja sowieso Druckluft einsetzen willst.

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Re: Frankenstein soll leben

Beitrag von holger » 24.01.2021, 04:48

Solche Rollenführungen habe ich bisher nur bei Fräsen gesehen, die nur für Holz geeignet sind (weil die Rollenführung nicht spielfrei einstellbar war und bzgl. Steifigkeit gute und schlechte Belastungsrichtungen hat).

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Re: Frankenstein soll leben

Beitrag von RundumEntspannt » 24.01.2021, 11:26

Mit der Präzision wird es keine nennenswerte Probleme geben. Vorausgesetzt es wird richtig montiert und eingestellt. Dafür habe ich das entsprechende Handbuch vom Hersteller und es wurde bereits eine Achse für Tests aufgebaut.
Diese Lineartechnik wird in der Schweiz hergestellt und ist für eine sehr hohe Laufleistung und Lasten ausgelegt. Entsprechend Genau und Hochwertig sind die Führungen und Rollen. Alles was sich bewegt muss Spiel haben, aber das war mit meiner Messuhr fast nicht Messbar. Mit einer Auflösung von 0,01mm, verließ der Zeiger nicht einmal den Schwarzen Strich und das obwohl zwei Leute zogen und drückten.

Die Positionierungsgenauigkeit ist Abhängig von der Zahnstange, Getriebe und dem Servo (oder eben der KUS bei der Z-Achse).
Das Spiel in dem Getriebe ist einstellbar und geschieht auch nach Handbuch.
Die Zahnstangen und Ritzel sind geschliffen und in der Software war zu sehen das der Servo/Encoder beim Positionieren immer im 0,1μm Bereich nachregelt.
Das System hat allerdings ein Umkehrspiel, dieses ist aber nachvollziehbar und vorgegeben und wird von der Steuerungssoftware berücksichtigt.


Das Sauberhalten der Führungen ist natürlich wichtig. In der bisherigen Zeichnung ist es nicht zu sehen, aber jede Rolle verfügt über ein Gehäuse mit Abstreifer. Außerdem erfolgt die Schmierung über diese Kappen.
Ein zusätzlicher Schutz vor Spänen ist dennoch geplant, bzw. Generell ein Spänefang um die Werkstatt besser sauber zu halten, da meine Absaugung sicherlich nicht alles packen wird.
Geplant ist eine Art Faltenbalg, allerdings eher als Vorhang der zusammen mit der Y Achse verfährt. Sicherlich kein Schutz vor durchschlagenden Teilen, aber zum Abfangen von Spänen ausreichend.
Das gehört aber zu den erwähnten Details die ich noch nicht visualisiert habe.

Gruß
RundumEntspannt

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