CnC Fräse -Tipps. Wo Anfangen?

Stellt Eure Planungen & Eigenbauten vor ...
Unnamed

Re: CnC Fräse -Tipps. Wo Anfangen?

Beitrag von Unnamed » 04.12.2022, 18:02

Wenn man sich mal so ein wenig mit dem Thema Konstruktion von Maschinen in der Zerspanung auseinandersetzt, wird man schnell feststellen dass das nicht mit Leichtbau und Billigteilen geht.
Schade mein Prof meinte immer Stahl sei ein Leichtbauwerkstoff.
Wenn du Maschinenbaustudent im Master bist, hast du doch bestimmt mal eine Konstruktion als Hausaufgabe bekommen. Da hast du doch bestimmt auch nicht gleich angefangen alles durchzurechnen.
Am Anfang steht der Entwurf und Festlegung aller Parameter die gewünscht sind.
Erst dann geht man ins Detail, konstruiert und berechnet.
Als Student sind die Aufgaben so theoretisch, dass man kotzen muss und es gab wirklich ein Fach wo man auch konstruieren musste. Wenn man aber die Gleitlager etc. selbst berechnen muss, dann naja ich weiß nicht wie ich es sagen soll aber man kann schon 20 min brauchen um eine Schraube zu berechnen.
In der CnC würde man mit den Kräften die an der Maschine wirken anfangen. In dem Fall wäre es die Wechselwirkung zwischen Werkstück und Werkzeug: Schneit Kräfte. Jetzt kann man alle Momente ausrechnen und die Profildicken festlegen. Durchbiegung berechnen und wenn jemand hier schonmal die Formel für die Biegelinie angeguckt hat:

https://www.ingenieurkurse.de/technisch ... ungen.html

Dann sieht man hier den Term E*I im Nenner stehen, was auch als Steifigkeit genau Biegesteifigkeit bezeichnet wird. Ich nehme mal an, dass hier jeder von Biegesteifigkeit spricht. Warum hier jeder immer die Steifigkeit nur durch anderes Material oder dickere Querschnitte erhöhen will ist mir ein Rätsel... Warum nicht einfach das Flächenträgheitsmoment erhöhen durch andere Profile wie z.B. Doppel T Träger?
Um Stahl zerspanen zu können, müssen die Führungen aber auch entsprechend genau und verschleißarm sein. Die hier eingesetzten Linearführungen AR/HR beginnen mit der die Genauigkeitsklasse P und Kosten auch entsprechend.
Das kann ich mir Vorstellen!
Weil jedes Bauteil seine eigenen Resonanzen hat. Du kannst nicht einfach die Maschine auf Schwingungsdämpfer stellen und das Problem ist gelöst.
Damit entkoppelst du nur die Schwingungen zum Boden. Masse ist nur durch eins zu ersetzen, durch noch mehr Masse.
Was meinst du warum die meisten Maschinenbauteile, gerade für CNC-Maschinen, im gewerblichen Bereich (Maschinenbau) aus Grauguss sind?
Aha Aktio = reaktio F=m1*a=m2*a ;) Grauguss ist ein billiges Herstellungsverfahren. Deshalb? Man kann Schwindungen durch Schwingungsdämpfer dämpfen. Das bitte nicht mit Federn verwechseln. Federn speichern nur Energie und geben sie dann wieder ab.
Aber auch für die Zerspanung von Stahl ist es Sinnvoll eine Spindel einzubauen, mit SK oder MK Werkzeugaufnahme. Startpreis ab 2T Euro.
Warum sind die Spindeln so verdammt teuer? Es sind zwei Lager, mit einer Welle die in Öl schwimmt. Skf Lagerhersteller meiner Wahl. Sind das etwa Gleitlager? So wie ich das sehe habt ihr immer die Spindel getrennt vom Motor. D.h. so eine china Spindel:

https://www.amazon.com.be/-/nl/Waterkoe ... MAQAvD_BwE

geht schonmal nicht.

Ich würde meine Spindel genauso wie in diesem youtube Video konstruieren:

https://www.youtube.com/watch?v=wTlD1Wb4VEQ&t=1306s

Ein Festlager, ein Loslager Vll sogar O-Anordnung. Dann schön Wasserkühlung reinhauen, Werkzeugaufnahme und externen E-Motor. 1500€ Wird so ein Projekt niemals kosten... Das sehe ich mittlerweile ein.
Die meisten sagen hier lesen, lesen, lesen. Nun bin ich Maschinenbaustudent im Master.
Das ist schön für dich, trotzdem bist du hier und hast Fragen über die Grundlagen ;)
Das ist so üblich ;) Man fragt Experten in ihrem Bereich.
Um Stahl zu bearbeiten brauchst Masse und Stabilität. Dazu kommt, dass die ganzen Schnellläufer Chinaspindeln zu schnell laufen um ordentlich Stahl zu bearbeiten, oder du brauchst extra Werkzeuge dafür die diese hohen Drehzahlen abkönnen. Bei niedrigen Drehzahlen gehen diese Spindeln in Sachen Drehmoment ganz schön in die Knie. Ich habe eine 4,3KW Spindel BT30 womit ich schon Stahl bearbeitet habe, Spaß hat das Ganze nicht gemacht, da bin ich von meinem Job her zu sehr verwöhnt.
Die BT30 allein kostet schon 1000€...
Du willst gerne Stahl zerspanen können, ich habe nur geschrieben was du brauchst um es zu können. Nicht nur an dem Stahl rumkratzen sondern wirklich zerspanen.
Die Spindel liefert ja nicht die Power sondern der Motor. Die BT30 hat Sensoren, Lagerungen und Werkzeugaufnahme. Um Stahl zu fräsen ist doch dann der Motor entscheidend oder nicht?

Olli-CNC
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Re: CnC Fräse -Tipps. Wo Anfangen?

Beitrag von Olli-CNC » 04.12.2022, 18:46

Unnamed hat geschrieben:
04.12.2022, 18:02

Die Spindel liefert ja nicht die Power sondern der Motor. Die BT30 hat Sensoren, Lagerungen und Werkzeugaufnahme. Um Stahl zu fräsen ist doch dann der Motor entscheidend oder nicht?
Bei einer Fräsmaschine, aber auch bei Drehmaschinen sagt man im allgemeinen Spindel, klar ist es der Motor der die Kraft hat und nicht der Teil wo das Werkzeug drin sitzt. Davon abgesehen gibt es Spindeln die keinen angeflanschten Motor haben.

Durch deinen Satz oben komme ich mir irgendwie verarscht vor. Deshalb bin ich jetzt raus hier.

Unnamed

Re: CnC Fräse -Tipps. Wo Anfangen?

Beitrag von Unnamed » 04.12.2022, 19:02

Bei einer Fräsmaschine, aber auch bei Drehmaschinen sagt man im allgemeinen Spindel, klar ist es der Motor der die Kraft hat und nicht der Teil wo das Werkzeug drin sitzt. Davon abgesehen gibt es Spindeln die keinen angeflanschten Motor haben.

Durch deinen Satz oben komme ich mir irgendwie verarscht vor. Deshalb bin ich jetzt raus hier.
Das tut mir leid. Ich würde mich niemals über jemanden lustig machen! Ich versuche nur Ideen zu sammeln, zu diskutieren und gemeinsam zu einem stimmigen Ergebnis zu kommen. Man kann ja gemeinsam Wissen austauschen um bessere Maschinen zu konstruieren. Wobei ich einsehe, dass ich als Student einfach nicht die Finanzen habe so etwas in die Tat umzusetzen....

KarlG
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Re: CnC Fräse -Tipps. Wo Anfangen?

Beitrag von KarlG » 04.12.2022, 19:26

Unnamed hat geschrieben:
04.12.2022, 13:53
Wenn ich jetzt anfange eine Fräse zu konstruieren und versuche jeden Fachbereich einigermaßen abzubilden, so wie ich es im Studium gelernt habe, dann bin ich vll. in 5 Jahren mit der Konstruktion fertig und habe sowieso nicht die optimale CnC Fräse. Warum? Weil jedes einzelne Institut seine Programme zur Berechnung hat und ich dann größtenteils mit Stift und Papier unterwegs bin. Die Festigkeitsberechnung eines Balken mit einem H-Profil ist schon Arbeit genug! Schwerpunkt berechnen, Flächenträgheitsmomente berechnen, Schubmittelpunkt, Schubflüsse, kritische Knicklasen.. usw... Es ist eine menge Arbeit und ich würde niemals die Expertise wie jedes einzelne Institut liefern können. Im Übrigen wäre keine Maschine bezahlbar wenn man Sie wirklich 100%ig auslegen würde. Dann würde man auch die Klemmkraft jeder Schraube berechnen....
Weiß nicht, warum Du UNS das um die Ohren haust - das war doch nicht unsere Idee, dass Du eine Fräse konstruieren sollst. Im Übrigen ist mit handwerklicher und technischer "Vergangenheit" 5 Jahre maßlos übertrieben, aber mit mehreren Wochen bis Monaten intensiver Beschäftigung darf man durchaus rechnen.
Oh Ja! Schrauben.. Hat jemand von euch mal die Stabilität der Schrauben für eure CnC berechnet? Das ist genug für einen Monat wenn man mit Papier und Stift unterwegs ist. Oder die Traglasten der Schweißnähte....
Das ist Quatsch. Niemand hier beschäftigt sich mit der Traglast von Schrauben, weil unser Problem fast immer die elastischen Nachgiebigkeiten sind. Natürlich kann sich die Frage im Einzelfall schonmal stellen, aber sowas hängt man nicht zu hoch.

Auch mit Trägerdurchbiegung haben wir uns schon "gelegentlich" beschäftigt: https://cncwerk.de/forum/viewtopic.php?f=3&t=154

Unnamed

Re: CnC Fräse -Tipps. Wo Anfangen?

Beitrag von Unnamed » 04.12.2022, 21:27

Weiß nicht, warum Du UNS das um die Ohren haust - das war doch nicht unsere Idee, dass Du eine Fräse konstruieren sollst. Im Übrigen ist mit handwerklicher und technischer "Vergangenheit" 5 Jahre maßlos übertrieben, aber mit mehreren Wochen bis Monaten intensiver Beschäftigung darf man durchaus rechnen.
Ich werfe niemandem etwas an die Ohren. Es ging mir hier nur darum das benötigte Wissen einzugrenzen sonst kann man ein eigenes Institut starten. Das passiert ja auch ständig. Ein Fachbereich beschäftigt sich mit einem Thema intensiv und naja dann kann jemand ganz gut die Durchbiegung von Balken berechnen und sonst nichts!
Das ist Quatsch. Niemand hier beschäftigt sich mit der Traglast von Schrauben, weil unser Problem fast immer die elastischen Nachgiebigkeiten sind. Natürlich kann sich die Frage im Einzelfall schonmal stellen, aber sowas hängt man nicht zu hoch.

Auch mit Trägerdurchbiegung haben wir uns schon "gelegentlich" beschäftigt: https://cncwerk.de/forum/viewtopic.php?f=3&t=154
Kurz zu der Durchbiegung der Lastfälle: "der Durchbiegungsrechner". Ich habe Profil 5 40x40 genommen mit L=1000 und F=1000. Warum sind die ersten beiden Einträge gleich? Wenn die Profile übereinander sind müsste das zu einer anderen Durchbiegung führen als nebeneinander. Wie habt ihr das Flächenträgheitsmoment der Profile berechnet? Habt ihr das einfach als Quadrat angenommen?

Die Lastfälle sind auch etwas komisch:
Fall1: Einspannung - Okay
Fall2: Loslager und Loslager? -> Macht wenig Sinn => Loslager und Festlager ? -> Das ist okay
Fall3: Zwei Festlager oder zwei Einspannungen?

Wie habt ihr das für den letzten Fall berechnet? Hier habt ihr ein überbestimmtes System und müsst zwei Ersatzsysteme bilden und dann den Kraftverlauf beider Systeme addieren.



Also Durchbiegungsrechner:

Flächenträgheitsmomente:

Die Formel für vereinfachte Rechtecke sind J_1=1/12*h^3*b wobei h die Höhe ist und b die breite.

Im Fall von 40x40 Item und Rechteck haben wir damit:

J_1=(1/12)*40^4

Das ist das Trägheitsmoment für ein Profil entkoppelt. Wenn man jetzt 3 Profile übereinander hat muss man zuerst den Schwerpunkt berechnen.

Schwerpunkt:

Die Formel ist sp_ges = A_i*sp_y_i/A_gesammt

Mit A_i der Fläche jedes einzelnen Profils und sp_y_i der Abstand des Schwerpunkts in y-Richtung jedes einzelnen Profils zu einem beliebigen Bezugspunkt.

Nehmen wir den Bezugspunkt ganz unten der 3 Profile übereinander dann ergibt sich mit einer Höhe jedes einzelnen Profils:

sp_1 = 20
sp_2 = 60
sp_3 = 100

Sp_ges = (40*40)*20+(40*40)*60+(40*40)*100/(40*40*3)

Der Abstand des Schwerpunkts zum Bezugspunkt ist damit Sp_ges.

Jetzt muss man das Gesamtflächenträgheitsmoment mit dem Satz von Steiner berechnen:

Bei 3 Profilen:
J_ges=3*J1+A_1*(sp_1-sp_ges)^2+A_2*(sp_2-sp_ges)^2+A_3*(sp_3-sp_ges)^2

mit J1=J2=J3 und A_1=A_2=A_3=40*40

Wobei sp_1,sp_2,sp_3 der Schwerpunkt jedes einzelnen Profils ist. Bei einem Rechteck ist es die Hälfte der Höhe.

Jetzt könnt ihr J_ges in die Formel für die Durchbiegung einsetzten. Den E-Modul von Alu nehmen: 70000 N/mm^2. Das Ergebnis wird ein anderes sein als für die Nebeneinanderanordnung.

Wenn man wirklich die Flächenträgheitsmomente der Item-Profile haben will muss man die Integrale der Flächenträgheitsmomente bilden..

Wenn du mir die Exceltabelle oder den Quellcode der Berechnung gibst kann ich mal drüber gucken.
Zuletzt geändert von Unnamed am 04.12.2022, 22:01, insgesamt 1-mal geändert.

KarlG
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Re: CnC Fräse -Tipps. Wo Anfangen?

Beitrag von KarlG » 04.12.2022, 22:00

Unnamed hat geschrieben:
04.12.2022, 21:27
Ich werfe niemandem etwas an die Ohren. Es ging mir hier nur darum das benötigte Wissen einzugrenzen sonst kann man ein eigenes Institut starten. Das passiert ja auch ständig. Ein Fachbereich beschäftigt sich mit einem Thema intensiv und naja dann kann jemand ganz gut die Durchbiegung von Balken berechnen und sonst nichts!
Die Probleme existieren alle nur in Deinem Kopf. Die meisten, die hier schreiben, haben selbst eine Maschine geplant/gebaut und manche auch mehrere. Hier gibt es keine "Spezialisten", die nur kleine Teilbereiche beherrschen, aber durchaus auch mit Stärken bzw. Schwächen auf manchen Gebieten.
Kurz zu der Durchbiegung der Lastfälle: "der Durchbiegungsrechner". Ich habe Profil 5 40x40 genommen mit L=1000 und F=1000. Warum sind die ersten beiden Einträge gleich?
Schau Dir die Symbole daneben an. Jedes rechteckigen Profil hat eine unterschiedliche Durchbiegung in beiden Belastungsrichtungen. Bei quadratischem Querschnitt ist die natürlich in beide Richtungen gleich.
Die Lastfälle sind auch etwas komisch:
Fall1: Einspannung - Okay
Fall2: Loslager und Loslager? -> Macht wenig Sinn => Loslager und Festlager ? -> Das ist okay
Fall3: Zwei Festlager oder zwei Einspannungen?
Da ist überhaupt nix komisch. Da sind die drei Standardlastfälle:
Einseitig eingespannt
Beidseitig aufliegend und
Beidseitig eingespannt

Damit kann man genau genug rechnen und ich habe bei den nachfolgenden Messungen nie mehr als 20% Abweichung festgestellt. Wer es genauer will, kann ja immernoch ein FEM machen - für einen groben Überblick, wo man mit dem gewählten Träger bei Länge X landet, ist das allemal ausreichend...

Unnamed

Re: CnC Fräse -Tipps. Wo Anfangen?

Beitrag von Unnamed » 04.12.2022, 22:09

Schau Dir die Symbole daneben an. Jedes rechteckigen Profil hat eine unterschiedliche Durchbiegung in beiden Belastungsrichtungen. Bei quadratischem Querschnitt ist die natürlich in beide Richtungen gleich.
Was sollen dann die drei Profile nebeneinander oder übereinander? Es müsste dann ein Profil mit einem Pfeil nach unten oder nach rechts sein. Ansonsten denken doch alle es seien 3 Profile übereinander oder nebeneinander.
Da ist überhaupt nix komisch. Da sind die drei Standardlastfälle:
Einseitig eingespannt
Beidseitig aufliegend und
Beidseitig eingespannt
Man spricht in der Mechanik von loslagern, festlagern und einspannung. Erster fall ist eine Einspannung. Zweiter fall wären zwei Loslager und dritter fall ist ein überbestimmtes System, welches man mit dem Verfahren nach Maxwell Mohr lösen würde -> Ersatzsysteme. Dann könntet ihr noch knicklasten einbauen. Ich kann dir auch einfach meine alte Formelsammlung von Strukturmechanik schicken ;)

Ich würde den letzten Fall auch nochmal überdenken. Zwei Festlager wird normalerweise nicht gemacht, wegen der thermischen Ausdehnung. Dein Metall dehnt sich aus oder zieht sich zusammen und wenn es rechts und links eingespannt ist, dann biegt es dir durch bzw. es gibt unnötige Spannungen im Material. Deshalb wird nur eine Seite eingespannt und die zweite Seite wird lose gelassen.

KarlG
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Re: CnC Fräse -Tipps. Wo Anfangen?

Beitrag von KarlG » 04.12.2022, 22:18

Unnamed hat geschrieben:
04.12.2022, 22:09
Was sollen dann die drei Profile nebeneinander oder übereinander? Es müsste dann ein Profil mit einem Pfeil nach unten oder nach rechts sein. Ansonsten denken doch alle es seien 3 Profile übereinander oder nebeneinander.
Nochmal: Das existiert alles nur in Deinem Kopf. Hier packt niemand (!) 3 Profile über- oder nebeneinander; das wäre ohnehin höchst anspruchsvoll und wird nach Möglichkeit vermieden. Der einzige Grund, warum man da 3 (verschiedene) Profile auswählen kann, ist die Ergebnisse zu vergleichen und da grade Platz für 3 war, sind halt 3 drin und nicht 2 oder 4.
Ich kann dir auch einfach meine alte Formelsammlung von Strukturmechanik schicken ;)
Danke für die Belehrungen. Bin dann auch raus....

Unnamed

Re: CnC Fräse -Tipps. Wo Anfangen?

Beitrag von Unnamed » 04.12.2022, 22:29

Ich kann dir auch einfach meine alte Formelsammlung von Strukturmechanik schicken ;)
Danke für die Belehrungen. Bin dann auch raus....
Du hast das glaube ich falsch verstanden. Ich finde den Rechner cool und in der Formelsammlung waren noch die Formeln für die kritischen Knicklasten drin. Die könntest du sehr schnell einfach einprogrammieren. Siehe Anhang.

Bei welcher Belastung in X-Richtung würde der Stab durchknicken..
Dateianhänge
Knicklasten.png

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Re: CnC Fräse -Tipps. Wo Anfangen?

Beitrag von KarlG » 04.12.2022, 22:39

Du hast das glaube ich falsch verstanden.
Nein - ich habe nix falsch verstanden. Du trittst hier höchst überheblich auf und das bar jeden Wissens. Die 3 Standardlastfälle sind korrekt bezeichnet - mag vielleicht sein, dass das die letzten Jahre in der unversitären Praxis geändert wurde, aber das ist mir doch wurscht.

Kein Mensch braucht Knicklasten - das mag im Ausnahmefall bei überlangen Spindeln mal interessant werden, aber da hilft die Trägerduchbiegung auch nicht weiter.

So - nun ist wirklich Ruhe. Dafür ist mir meine Zeit zu schade und warum sollte ich mir das antun, mich nach Feierabend noch zu ärgern...

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