Meine erste selbstkonstruierte Fräse

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gebuwa
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Meine erste selbstkonstruierte Fräse

Beitrag von gebuwa » 27.12.2017, 23:09

Hallo Forumsmitglieder.

Nachdem ich hier viel gelesen und erfahren habe, stelle ich nun meine "erste CNC-Konstruktion" in derzeitiger Version und Ausbaustufe vor. Einige Details werden sich noch ändern, aber im wesentlichen steht nun die Konstruktion. Außer acht wurde bis dto. die preisliche Gestaltung gelassen. Eine finanzielle Revision soll erst nach Fertigstellung erfolgen.
Bild1-Gesamtansicht.JPG
Gesamtansicht der Konstruktion mit den Außenmaßen (Arbeitsfläche) 600 x 1100mm (Zuvor war gedacht 800 x 600mm) Frässpindel 2,2kW, CL-Motoren Nema 23, Profile 100x200, 50x100 und 50x50 von Robotunits, 20er KUS, Linearschien/Wagen und Lager von THK, Rotex-Kupplungen (noch nicht auf den Bildern). Verfahrweg X/Y zirka 400x800mm, Z-Achse derzeit zirka 200mm, wird sich aber noch ändern, da ja, wie hier im Forum schon berichtet, ein eventueller Schraubstock doch gleich beachtliche Höhe wegnimmt
Bild2-Frontal.JPG
Die Frontalansicht mit Frässpindel und Halterungen. Sebastian an dieser Stelle recht herzlichen Dank für deine Pläne, an die ich mich im Wesentlichen gehalten habe. Für die Y-Achse ist eine 16er KUS geplant, bzw eingebaut. Ob für X nun Flanschlager oder Bocklager benutzt werden, ist noch nicht ganz klar.
Bild3-Rückseite.JPG
Hier sieht man, dass die KUS noch nicht eingefügt wurde. Der Ausschnitt an der rückwärtigen Platte dient dazu, dass man besser an die Befestigung des Motores kommt. Was man in dieser Ansicht auch erkennen kann, dass für einen Späneschurz umlaufend genügend Platz vorhanden ist.
Bild4-Draufsicht.JPG
Die "Arbeitsplatte" (20-25mm) ohne Löcher oder Nuten wurde derzeit nur zu Konstruktionszwecken eingefügt.
Bild5-Unterseite.JPG
An der Unterseite sieht man, dass der Motor nicht außen an der Platte angebracht wurde. Außerhalb des Unterbaues wäre für die Maschine der gleiche Platzbedarf notwendig gewesen und es wäre zudem beachtlicher Verfahrweg durch die breiten Portalwangen (240mm) verloren gegangen. Noch nicht geändert die KUS.
Bild6-Ansicht-rechts.JPG
Bild7-Ansicht-links.JPG
An den beiden Seitenansichten ebenfalls die die verlängerten Linearschinen noch nicht eingefügt. Insgesamt fehlt natürlich noch Einiges, wie Schleppketten, Halterungen dazu, Halterung für Minimalmengenschmierung etc. etc. etc. Die fertige Konstruktion wird anschließend auf Resonanzen, Fibrationen und Steifigkeit überprüft und auf Bedarf angepasst.

So, ich hoffe nichts vergessen zu haben, aber Fragen, Anregungen, Meinungen sind erwünscht.

Mit bestem Gruß

Gerd

Lars
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Re: Meine erste selbstkonstruierte Fräse

Beitrag von Lars » 28.12.2017, 05:21

Ich verstehe noch nicht, warum in der Seitenansicht die Aufspannplatte so hochgesetzt ist. Da geht doch nur Weg in z verloren? Und man braucht zum Ausgleich unnötig hohe Portalwangen?

django013
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Re: Meine erste selbstkonstruierte Fräse

Beitrag von django013 » 28.12.2017, 06:20

Moin Gerd,

Dein Sockel ist in der Tat etwas suboptimal ;)

Der Rahmen des Sockels soll doch in erster Linie die Durchbiegung der Arbeitsfläche verhindern. Du setzt hier nur ein flaches 80x40 Profil ein. Da solltest Du Dir mal einen Biegungsrechner zu Rate ziehen. Ich kann mir nicht vorstellen, das Du mit dem 80x40er glücklich wirst.
... und wenn doch, dann ist das 160x80 hochkant für die Linearschienen Perlen vor die Säue. Wenn Du das Profil auf der Trägerfläche aufliegen lässt, kannst Du auch Kraft an diese Fläche abgeben. Ein 80x40 hochkant sollte es genauso tun.

Was versprichst Du Dir von der aufwändigen Unterkonstruktion?
Sie verbraucht mehr Material, baut höher, hat ungünstigere Hebel in den Portalwangen ...
Da solltest Du Dir nochmal über die wirkenden Kräfte klar werden und einen Biegungsrechner zu Hilfe nehmen.

Nächster Kritikpunkt wäre für mich die Auffütterung des Portalbalkens unter den Linearschienen.
An sich ne feine Sache, nur wie hast Du Dir das mit der Befestigung gedacht?
Wenn Du die Auffütterung mit den M5-Schrauben der Linearschienen befestigen willst, dann kannst Du es gleich bleiben lassen. Wenn Du unter der Verschraubung der Linearschiene eine versetzte Verschraubung der Auffütterung machst, dann funktioniert das vielleicht. Aber was machst Du, wenn sich eine Schraube durch Erschütterungen/Vibrationen löst?
Dann musst Du die ganze Linearschiene abbauen. Nicht sehr schön.
Deshalb würde ich die Auffütterung auch in 80 breit nehmen und sie in beiden Nuten verschrauben.
Die Linearschiene würde ich dann mittig in die Auffütterung verschrauben.
So kommst Du jederzeit an jede Schraube ran und kannst im Bedarfsfalle nachstellen.
Gleiches gilt für die senkrechte Auffütterung. Auch die kommt in 80er Breite besser.

Gruß Reinhard

gebuwa
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Re: Meine erste selbstkonstruierte Fräse

Beitrag von gebuwa » 28.12.2017, 10:25

Hallo Lars und Reinhard

Recht herzlichen Dank für eure sinnvollen Anregungen. Natürlich ist die Konstruktion noch nicht in der Endfassung und ich kann daher Anregungen, Meinungen einfließen lassen.Im Spalt zwischen oberen (50x50) und unterem Profil (50x100) laufen zwei 50x50 Profile zur Versteifung (siehe Bild von unten). Leider gibt es bei Robotunits keine Profile mit z.B. 80x160. Bis zur eventuellen Anpassung dauert es aber noch ein Weilchen, da ich zusammen mit meinem Sohn das Gerät konstruiere. Er ist immer nur am Wochenende hier. Daher dauert es eben seine Zeit. Ich werde mit ihm die Meinungen diskutieren und kann dann die Gründe besser darstellen.

Mit bestem Gruß

Gerd

Nachtrag: Ich habe in der Konstruktion nachgeschaut, da ist im Moment für eine breitere Auffütterung "noch" kein Platz.
Auffütterung.JPG
Gruß Gerd
Zuletzt geändert von gebuwa am 28.12.2017, 11:00, insgesamt 1-mal geändert.

Willhelm B.
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Re: Meine erste selbstkonstruierte Fräse

Beitrag von Willhelm B. » 28.12.2017, 10:57

Lars hat geschrieben:
28.12.2017, 05:21
Ich verstehe noch nicht, warum in der Seitenansicht die Aufspannplatte so hochgesetzt ist. Da geht doch nur Weg in z verloren? Und man braucht zum Ausgleich unnötig hohe Portalwangen?
Weil er die Portalwangen mit zwei 80x40 Profilen oberhalb der Linearwagen verbunden hat.

Lars
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Re: Meine erste selbstkonstruierte Fräse

Beitrag von Lars » 28.12.2017, 11:30

Ja, das hatte ich danach dann auch gesehen. Er schließt das Portal also ziemlich weit oben und hat dann ein kleines Portal auf Kosten der Stützhöhe in z bei den Portalwangen und auf Kosten der Steifigkeit der Aufspannplatte.

Pseudo
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Re: Meine erste selbstkonstruierte Fräse

Beitrag von Pseudo » 28.12.2017, 12:02

Nun, wirkliche Vorteile kann ich in dieser Konstruktion nicht erkennen.

Sollte der Gedanke mit dem „schwebenden Tisch“ bestehen bleiben, würde ich zumindest die Kürzung aller Y-Profile in Betracht ziehen; sprich den Y–Motor nicht im Chassis verbergen.

Sparst du Material/Kosten und verkürzt so die freien Längen der Profile, was einer geringeren Durchbiegung zuträglich ist.

Anhand der Gegebenheiten würde ich persönlich nur die 50x150er nutzen, unter diese die Profile als Querverbinder und dementsprechend eben die Höhe der Stirnplatten anpassen.

Beste Grüße

Tristan

django013
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Re: Meine erste selbstkonstruierte Fräse

Beitrag von django013 » 28.12.2017, 13:25

Moin Gerd,
Leider gibt es bei Robotunits keine Profile mit z.B. 80x160.
Schau mal bei smt. Dort habe ich meine Profile geordert. Sehr freundliche Leute, beantworten auch Fragen am Teflon (nicht wie bei motedis, wo es heißt, wer Fragen hat soll woanders kaufen), perfekte Lieferung und saubere Zuschnitte. Kann ich also nur empfehlen. Allerdings sind die Mädels am Teflon unter Dauerstress. Wenn man jedoch dafür Verständnis hat, dann klappt es am Teflon bestens. Wenn eine mail-Antwort länger als erwartet dauert, einfach anrufen.
Der Katalog ist auch recht umfangreich und es gibt die nötigen Kenndaten zu den Profilen, sodass man leicht einen Biegungsrechner füttern kann.

Ich hoffe, das Profil, was Du als Portalbalken verwendet hast ist nur ein Platzhalter und entspricht nicht dem tatsächlichen Profil. Ansonsten würde ich Dir dringend von dessen Verwendung abraten. Das Profil aus der Schnittdarstellung bietet keinen Widerstand gegen Torsion. Alle SMT-Profile liegen da deutlich besser.

Ich denke, die 8er Reihe dürfte die gängigste Reihe sein, aber da bei der Fräse ja Zubehörteile eher nicht gebraucht werden, ist es völlig Banane, welche Baureihe verwendet wird. Wichtig ist nur, dass die Festigkeit passt.
Im Spalt zwischen oberen (50x50) und unterem Profil (50x100) laufen zwei 50x50 Profile zur Versteifung (siehe Bild von unten).
Naja, ich würde sagen: typischer Fall von Selbstüberlistung. Denn die "Versteifung" dient ja "nur" als Halterung für die KGS-Mutter um das Portal zu bewegen. Der Tisch wird dadurch nicht versteift.

Du solltest Portal und Tisch erstmal separat so auslegen, dass jedes für sich Deinen Steifigkeitsanforderungen genügt. Anschließend kannst Du Dir überlegen, wie Du die Teile verheiratest. Wenn mit der Fräse schwere Werkstücke bearbeitet werden sollen, bietet sich noch der Gantry-Antrieb an. Damit fällt dann die Verbindung der Portalwangen unter dem Tisch weg und man gewinnt Platz, um evtl. auch einen Schraubstock zu versenken.
Braucht dafür aber doppelten Antrieb - hat eben alles Vor- und Nachteile.

Gruß Reinhard

gebuwa
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Re: Meine erste selbstkonstruierte Fräse

Beitrag von gebuwa » 28.12.2017, 14:24

Guten Tag Zusammen,
ich bin der Sohn von besagtem Forenmitglied und möchte meinem Vater hier etwas erklärend unterstützend unter die Arme greifen, denn einiges an diesem Konzept kommt von mir und meinem Kollegen. Kurz zu mir, ich heiße Tobias und bin technischer Zeichner im Anlagenbau, mein Kollege Zerspanungstechniker.

Das Konzept selber ist eigentlich noch eine Machbarkeitsstudie, da ich mir bei manchen Sachen eben selbst noch nicht sicher bin wie wir es machen sollen. Die zwei Hauptgründe für den geänderten Aufbau sind folgende.
1. Die Krafteinleitung auf die Führungswagen, durch die Frässpindel (oben) und KUS unten, sollte sich nicht gegenseitig addieren sondern sich evtl. gegenseitig ausgleichen. Deshalb die Anbindung der KUS-Spindelmutter auf Höhe bzw. oberhalb dem Portalwagen. Damit drückt die KUS entweder genau in die entgegengesetzte Richtung wie das Material gegen die Frässpindel drückt. oder wenn die KUS genau auf der selben Höhe verläuft wie die Linearführungen keine zusätzlichen Querkräfte einleitet
2. der zweite Punkt war ein Tipp des Zerspaners. Er meinte ich soll die Aufnahme der Arbeitsplatte von der Aufnahme der Linearführungen trennen um Kräfte und Vibrationen teilweise zu entkoppeln. Ob wir uns bei diesem Mini-CNC-Typ da aber einen gefallen mit machen bin ich mir selbst noch nicht sicher. Er arbeitet selbst mit Tonnenschweren Maschinen bei denen man einiges anders machen kann

Zur allgemeinen Profiltechnik ist zu sagen, daß wir hier definitiv nur mit Robotunits Profilen arbeiten werden. Dies hat folgende Gründe:

1. Ich bekomme über die Firma sowieso Prozente, da machen die Mehrkosten nichts aus.
2. Die Profile, egal in welcher Größe, haben eine 14mm Einheitsnut.
3. Robotunits hat "Weltweit einzige formschlüssige und spielfrei mittig ausgerichtete Profil-Verbindungstechnik "
TÜV geprüft und vibrationssicher
4. Sie pressen die Profile mit langsamerer Geschwindigkeit wie die Konkurrenz und haben deshalb eine genauere
Fertigungsgenauigkeit und kleinere Toleranzen
5. Ihre Verbindungstechnik kommt auf die gleichen Festigkeitswerte wie Schweißverbindungen
6. Kein Nachbearbeiten /Bohren der Profile nötig

wir verwenden übrigens die 50er Serie, da hier mehr Auswahl besteht.

PS schaut euch mal deren Verbindungstechnik an, eine bessere kenne ich nicht. Weder von Bosch, Item oder sonstwem

Zu euren Bemerkungen:
@Django013: Ja die Steifigkeit bzgl der Arbeitsplatte ist wirklich nicht so günstig wie wenn wir auf dem großen Profil aufsetzen würden. Die Kräfteeinleitung auf alle Komponenten läßt sich jetzt schwer in Worte fassen, ist aber nicht durch die Bank weg schlechter. Sonst hätte ich das Konzept so gar nicht erst aufgesetzt. Dazu muß ich aber erst noch eine Zeichnung anfertigen, auf der man das alles erkennen kann. (Bin gerade bei der Arbeit, ich reiche sie nach sobald ich Freizeit habe).
Der Punkt mit der Auffütterung auf zwei Nuten zu gehen ist ein guter Tipp, diese Details sind aber größtenteils noch gar nicht im Konzept berücksichtigt. Sonst muß ich bei einer Änderung immer soviel anpassen. Aber da wir mit der 14mm Einheitsnut sowieso viel größere Schrauben verwenden können, wäre es verschenkte Stabilität dies nicht zu nutzen.

Nachtrag: Bzgl der Torsionssteifigkeit Robotunits zu SMT-Profile und der allgemeinen Festigkeit/ Verformung werde ich demnächst mal ein paar Berechnungen durchführen müßen und evtl. auch mal durchs Ansys laufen lassen. Der Vorschlag Tisch und Maschinenrahmen getrennt zu berechnen und dann zu "verheiraten" werde ich so übernehmen. Macht es auch einfacher.
Ich bin mir auch noch nicht sicher ob wir die Profile nicht teilweise mit Kunstharz auffüllen um die Steifigkeit zu erhöhen. Dazu muß ich aber erstmal noch etwas recherchieren, was Wärmeausdehnung, Schrumpfung beim aushärten usw betrifft.
Die Idee mit dem Gantry Antriesprinzip hatte ich auch schonmal im Kopf, sie aber vorerst wegen der höheren kosten nicht in Betracht gezogen. Da wir aber durch den komplexeren Profilaufbau auch Mehrkosten haben sollte ich das Ganze nochmal überschlagen
Vielleicht ist es ja genau die Bauweise in der ich die Kräfteeinleitung in alle Komponenten am besten gestalten kann. Werd´s heut Abend nochmal durchspielen

@Lars: Wir haben eigentlich gar nicht soviel Platz in Z verloren und es besteht noch die Option die Verbindung zwischen den Portalwangen nicht aus Profilen (50 hoch) zu machen sondern mit einer Platte (15-20 hoch). Ich hab da wirklich eher bedenken bzgl. der Steifigkeit der Arbeitsplatte. Allerdings habe ich durch diese Art der Anordnung evtl. andere/geringere Querkräfte und Momente auf den Linearführungen. Sofern die Spindelmutter für den Vorschub unterhalb der Linearführungen angebracht wurde, addieren sich die Schnittkräfte der Frässpindel und der Vorschub als Querkräfte auf.
Den Antriebsmotor ins Gehäuse zu setzen hat für uns zwei Vorteile.
1. Längere Ausspannung der Schlitten zur Aufnahme der Seitenwange (300 statt 240mm) ohne Platzverlust
2. Kürze Spindel bei gleichem Verfahrweg

Ich muß jetzt mal wieder was arbeiten und melde mich später nochmal.
Aber auch von meiner Seite aus vielen Dank für die Unterstützung und die konstruktive Kritik

Gruß Tobias

Und vom Vater: So gut hätte ich es nicht erklären können :dh

Willhelm B.
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Registriert: 28.08.2017, 14:33

Re: Meine erste selbstkonstruierte Fräse

Beitrag von Willhelm B. » 28.12.2017, 21:04

django013 hat geschrieben:
28.12.2017, 06:20
... Wenn Du die Auffütterung mit den M5-Schrauben der Linearschienen befestigen willst, dann kannst Du es gleich bleiben lassen.
Warum genau kann man es gleich bleiben lassen?

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