Portalfräse im Eigenbau Zusammenfassung und Bitte um Tips

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ramses
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Portalfräse im Eigenbau Zusammenfassung und Bitte um Tips

Beitrag von ramses » 13.12.2021, 21:12

Hallo erstmal

Kurz zu mir: ich bin der Sepp aus dem schönen Süden Österreichs.
Meinen Technischen Hintergrund habe ich aus der HTL Elektro und Informationstechnik (Matura/Abitur) und zurzeit studiere ich neben meinem Job SoftwareDesign.
Zeit ist also ein sehr seltenes Gut.

Ich bin schon seit einigen Jahren stiller Mit-Leser in vielen Themen hier und nun dachte ich es ist mal an der Zeit mal zu zeigen was,
auch mit Hilfe eurer Beiträge, so entstanden ist.

Verwirklicht wurde das Ding vor 2 Jahren als Diplomarbeit zur Matura (Abitur)

Was waren/sind die Anforderungen:
Holz und Aluminium Bearbeitung (wobei für Holz mindestens 4000mm/min an Bearbeitungs Geschwindigkeit möglich sein soll)
Z soll mindestens 250-300mm (real 280mm) an Bearbeitungsraum bieten und dabei am tiefsten Punkt die größte Stabilität bieten.
Die Genauigkeit soll in einem Rahmen von ca. 0.01-0.05mm liegen. (spoiler: die 0,05 schaffe ich sogar: wobei ich hier durchaus auch in frage stellen muss ob meine Messmittel genau genug sind. Vor allem über längere Distanzen kann ich es nicht mehr wirklich messen.
für mich reicht das und ich find’s eigentlich cool dass es doch relativ genau ist, genauer als ich es vorerst brauche. Aber hey besser haben und nicht brauchen als brauchen und nicht haben :D)
X Soll mindestens 500mm bearbeitungsbreite bieten. (real 450mm)
Y mindestens 1000mm Bearbeitungslänge bieten. (real 1170mm)

Ich glaub am einfachsten ist es wenn ich jede Achse einzeln beschreibe.:


Y Achse: (die Lange)
Lagerung: Linearführung HGR 20 (1500mm)
Antrieb: über China KUS 1605 (1500mm) (jeweils eine rechts und links)
Motoren: sind 2 Nema 24 mit 4Nm Drehmoment gekoppelt über einen Zahnriemen und 1:1 Übersetzt
Schrittmotortreiber: DM542T mit 1/4 Schritt
Beschleunigung: 650mm/s^2
Eilganggeschwindigkeit: 4200 mm/min
Ich hatte ja zu Beginn Bedenken dass die Spindel auf so eine große Länge zu schwingen beginnen aber dem war nicht so.
Ja von der Länge her hätten es auch 1200mm langen getan aber die mit 1500mm waren gerade im Angebot und haben so perfekt gepasst
Die Kupplungen sind natürlich die Klauenkupplungen bzw die Zahnriemenräder sind direkt an den Motoren.
Nach sehr, sehr viel Einrichterei läuft der Riemen recht passabel ohne zu verlaufen.
Im Eingang ist hier leider bei 4200mm/min schluss....manchmal geht auch 5000mm/min aber nicht stabil.

X Achse:
Lagerung: Supported Rails 20mm mit 700mm Länge
Antrieb: über China KUS 1605 (500mm)
Motoren: ist 1 Nema 24 mit 4Nm Drehmoment gekoppelt über einen Zahnriemen und 1:1 Übersetzt
Schrittmotortreiber: DM542T mit 1/4 Schritt
Beschleunigung: 750mm/s^2
Eilganggeschwindigkeit: 9000 mm/min
mit der Achse bin ich eigentlich zufrieden. im 1/4 Schritt Betrieb schafft die im Eingang gut 9000mm/min

Z Achse
Lagerung: Supported Rails 20mm mit 500mm Länge
Antrieb: über China KUS 1605 (550mm)
Motoren: sind 2 Nema 24 mit 3.2Nm Drehmoment gekoppelt über einen Zahnriemen und 1:1 Übersetzt
Schrittmotortreiber: DM542T mit 1/4 Schritt
Beschleunigung: 750mm/s^2
Eilganggeschwindigkeit: 6000 mm/min
Die Achse hat gut 30kg und wird, wie man im Plan erkennen kann, als ganzes nach oben und unten bewegt.
Motorbremse ist erfreulicherweise keine nötig auch wenn es schon sehr an der Kippe ist. Hätte die Achse 5kg mehr würde sie sich sicher senken wenn ich die Motoren stromlos mache.
Natürlich müssen die Motoren trotzdem über einen Zahnriemen gekoppelt sein.

Elektronik und Steuerung:
eigentlich ganz klassisch:
Software Linux CNC über den "Guten alten" Drucker Prot.
2x 200W Netzteile mit 48V --> eines für die Y Achse und eines für X + Z
Die Spindel hat 3,5KW und der FU kann 4,5 (gabs leider nur in der Kombi)
Alle Steuerleitungen sind natürlich Geschirmt, und ja der schirm ist auch angeschlossen :D
Datenleitungen sind verdrillt und ich hab mich bemüht sie kurz zu halten und aufgrund des Aufwandes auf eine Schirmung verzichtet.
Man Verzeihe mir die Grundplatte aus Sperrholz die war als erster Versuch gedacht...die Richtige Platte liegt eigentlich seit Monaten bereit....aber wie heißt es so schön: nichts hält länger als ein Provisorium.
Nachdem der FU nach Starkstrom Verlangt hab ich 3 Phasen im Schaltschrank "Rumliegen" jeweils eine versorgt ein Netzteil und die 3te Phase versorgt zwei Steckdosen die aktuell Monitor und PC versorgen.
Irgendwann wird über die Dose mal die Absaugung gesteuert. Sobald es mir dann zu blöd ist den immer per Hand aus und ein zu schalten.
Kurz ein Wort zu EMV: Der ein oder andere mag anmerken dass der 4,5KW FU im selben Schrank wie die Steuerung wahrscheinlich nicht die beste Variante ist.
Vor allem China FU's sind ja richtige Störsender. Aber nach ausgiebigen Tests kann ich sagen dass der FU KEINE Auswirkung auf meine Steuerung hat. Keine Schrittverluste, Störungen oder ähnliches.

Mechanik:
Der Aufbau ist aus 40x40 bzw 40x80 Alu Profilen in der Leichten Ausführung (im Nachhinein wäre die schwere Ausführung besser gewesen aber die leichten sind einfach billiger.)
In der Y-Achse waren zu Beginn Supportet Raisl aus China verbaut. diese waren sicher einer der größten Schwachpunkte der gesamten Konstruktion.
Zum Testen der Stabilität hab ich die Spindel an verschiedene Punkte gefahren und mit ca. 25kg dran gezogen und die Bewegung gemessen.
Am tiefsten (also am "besten") Punkt in der Mitte gab es ergab die Messung 0.07mm
Am höchsten Punkt ("schlechtesten) sind wir dann schon bei 0,15mm. Könnte besser sein aber für mich reicht das mehr als dicke.

Ein Wort zu den Kosten:
FU, Spindel, KUS und Führungen kommen aus der Bucht und somit aus China.
Stepper und Treiber sowie die Netzteile von stepperonline.com (also auch China)
So ziemlich alle Alu Teile, Profile, Lager und usw. von Dold-Mechatronik die sind wirklich Top drauf.
Was mich der Spaß am Ende wirklich gekostet hat: Um den Dreh so ca. 1500 Kröten + 300€ an Lehrgeld.
Um ehrlich zu sein habe ich über die Jahre aber etwas den Überblick verloren und ich bin mir nicht sicher ob ich es genau wissen will.


Und nun ein Paar Bilder:
Dazu noch 1 - 2 Worte: Ich komme aus der Elektro & Informationstechnik. Darum ist der CAD Plan sicher nicht perfekt. Außerdem gab es einige Umbauten
welche ich im Nachhinein nicht mehr ergänz habe. Daher bitte den CAD Plan als "Konzept" Betrachten. Es fehlen Motoren, Riemen, und die X-Achse wurde auch überarbeitet.
Der Ist Stand ist auf den Bildern zu sehen.
CNC-Plan.JPG

Schaltschrank:
Schaltscharnk3.jpg

Antrieb der Y Achse mit zwei gekoppelten Schrittmotoren
Antrieb Y-Achse2.jpg
Antrieb der Z Achse
Antrieb Z-Achse.2jpg.jpg

Antrieb X-Achse Rückseite
Antrieb X-Achse2.jpg
X-Achse Front + der selbst gedruckten Dust-Collection
3Z-Achse (3).jpg

und hier noch eins vom ganzen Portal (da sind noch die alten Trapezgewinde in Z Verbaut und die alten Führungen in Y :oops:
Portal Gesamt.jpg
Zum Abschluss:
Zum Gesamten Projekt gibts sooo viel mehr zu sagen aber ich hab hier mal die wichtigsten Eckpunkte zusammen gefasst. (oder das was ich dafür halte)
Fragen dürfen natürlich gerne gestellt werden und ich werde auch versuchen sie nach bestem Wissen und Gewissen zu beantworten.
Kritik sehr gerne so lange sie sachlich und konstruktiv ist.
Verbesserungsvorschläge --> na unbedingt her damit. Ob sie auch umgesetzt werden lass ich offen ;)
Am meisten stört mich aktuell sicher dass in Y nur 4200 mm/min stabil möglich sind. Das ist auch der Grund warum ich den Beitrag eröffnet habe.
Ich kann nicht glauben dass mit 2 Motoren a 4Nm nicht mehr möglich ist. Was muss ich tun um hier auf 8000mm/min oder mehr zu kommen?
Für Tips in diese Richtung wäre ich sehr Dankbar.
Um eines vielleicht noch vorweg zu nehmen: auch wenn es vielleicht gut gemeint ist: Riesen Veränderungen (und damit verbundene Kosten) an der Mechanik möchte und werde ich nicht umsetzen.
Darum möchte ich auch nicht all zu viel darüber Diskutieren. Das Kind ist schon in den Brunnen gefallen.
Ich habe eien funktionierende Maschine und möchte nicht um jeden Preis die 8000 - 10000 mm/min erreichen. aber nett wärs halt schon ;)
Vor allem interessiert mich wie ihr das machen würdet.

So Jetzt dürft ihr mich steinigen

Emmax
Beiträge: 113
Registriert: 19.02.2021, 07:42

Re: Portalfräse im Eigenbau Zusammenfassung und Bitte um Tips

Beitrag von Emmax » 14.12.2021, 07:31

Servus aus Salzburg,

eine tolle Fräse hast Du Dir da zusammengezimmert. Ich habe mit meinen 3NM Steppern ebenfalls nur 800 rpm verlässlich fahren können. Bei einer 5mm Steigung sind das deine 4200mm/min. Ich habe dazu einen Beitrag geschrieben, indem ich die Motoren auf 200W Servo Motoren umgebaut habe. Nun kann ich sogar 15000/min fahren. Ich habe in der Praxis meine Geschwindigkeit aber auf 7000-8000mm/min begrenzt, bis die neuen Kugelumlaufmuttern (mit Kanalrückführung) kommen ;-).

Grundsätzlich solltest Du mit gut eingestellten Achsen und Motoren aber etwas schneller fahren können. Mir ist es an meiner Fräse nicht gelungen. (Ich vermute, dass die beiden verspannten Kugelumlaufmuttern pro Achse das Problem bei mir sind).

Ich habe sogar unterschiedliche Schrittmotoren getestet, konnte aber keine Verbesserung mit den Schrittmotoren erzielen. Ich denke, dass ein Servomotor eine Lösung sein kann. Das Parametrieren ist halt ziemlich nervig und mehr Strom wirst Du vermutlich auch brauchen.

Als erstes würde ich probieren, die Schrittmotoren zu parametrieren, wenn das mit Deinen geht. Meine Schrittmotoren liefen nicht mit den Werkseinstellungen, sondern ich habe auch hier "herum probiert" und optimiert.

Guido
Anfänger mit ca. 1,5 Jahren Erfahrung

Fräse ist Mhoch5 mit Eding CNC Steuerung. China Spindel Luftgekühlt 2,2 KW/Mechatron 2,2KW HFPM. JMC Closed Loop Servo/Stepper. 5mm Steigung auf X/Y/Z. Estlcam und Fusion360.

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dsmaschinenbauteile
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Registriert: 13.04.2017, 09:49

Re: Portalfräse im Eigenbau Zusammenfassung und Bitte um Tips

Beitrag von dsmaschinenbauteile » 21.12.2021, 12:46

Mehr Vorschub bekommst du durch folgende Punkte:
- mehr V für die motoren
- mehr Steigung in der Kugelumlaufspindel
- Übersetzung des Antriebes
- schneller drehende Motoren

Am meisten würdest du, weil du ja an der Mechanik nichts ändern möchtest, durch den Austausch der Motoren schaffen. Zudem solltest du vom Druckerport weg um mehr Übertragungsrate zu haben.

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