Frage zur Berechnung des "Schnittdrucks"

Werkstoffe, Werkzeuge, Bohr- & Fräsparameter
Rattlehead
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Frage zur Berechnung des "Schnittdrucks"

Beitrag von Rattlehead » 15.09.2018, 21:40

Moin und guten Abend:-)

Im Forum wird ja von Karl grundsätzlich empfohlen beim Auslegen einer Fräse mit 80-100N am Fräser zu rechnen, was einem "8er Zweischneider mit vernünftiger Zustellung entspricht". Da ich aber nicht nur nachplappern, sondern verstehen/anwenden möchte, hab ich mich gestern auf die Suche nach Formeln gemacht.
wikipedia schreibt:
Fc=kc1.1 * b * h ^ (1-mc)
Die Frage die ich mir nun stelle ist, welche spez. Kraft ich denn nun nehmen sollte. Wenn ich die Werte für die Schnittkraft (kc1.1 & mc) wähle, komme ich bei einer 8er Vollnut ungefähr auf ap=1,5mm, wenn ich die Werte für die Vorschubkraft (kf1.1 & mf) nehme, komme ich auf ap=3mm.
Da das ja beides mMn plausible Werte sind, frage ich mich jetzt, welche der beiden Kräfte denn nun wirken :?:
(Anders gefragt: meint Karl mit "Schnittdruck" Schnittkraft oder Vorschubkraft?)

Passen die Werte überhaupt?
Gerechnet wurde mit fz=0,067mm, die Werte hab ich S. 17 des PDFs unter "AlMg4SiMn" entnommen.
https://www.fs-fachbuch.at/images/products/1590.pdf


Verwirrte Grüße,
Jannis

KarlG
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Re: Frage zur Berechnung des "Schnittdrucks"

Beitrag von KarlG » 15.09.2018, 23:01

Moin,

im Grunde ist das alles irreführend, weil uns weder Schnittkraft noch Vorschubkraft interessiert, sondern die Ablenkung des Fräsers - ergo "seitliche" Kräfte, die die Mechanik "elastisch" belasten.
Schnittkraft ist ja "eher" ein Parameter der Spindel und Vorschubkraft ein Parameter des Achsantriebs (Schrittmotor).
Das kann allein beim Verschleißzustand des Fräsers mal locker (je nach "setup") um einen Faktor von 3-5 differieren und hier wieder im Gegenlauf anders als im Gleichlauf und das auch noch unterschiedlich je nach AP und AE.

Die 100N (früher 30) sind also NUR eine pauschale Annahme, dass man die Steifigkeit rechnen und vergleichen kann und mit der man bei Alu-Bearbeitung auf einer Käsefräse ganz gut zurecht kommt. Wenn man das auf einen konkreten Werkstoff mit einem konkreten Fräser in einer konkreten Situation beziehen will, wird man je nach Rechenweg und Programm vermutlich 100 verschiede Ergebnisse kriegen und darunter auch einen der fast genau 100N ergibt.

Wenn ich mich recht erinnere, stammen die 100N aus einer Rechnung mit 8mm Fräser in EN-AW 5083 und AP 1mm in einer Vollnut - die übrigen Parameter weiss ich nicht mehr; evtl. steht das noch irgendwo im Forum.

Gruss
Karl

Rattlehead
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Re: Frage zur Berechnung des "Schnittdrucks"

Beitrag von Rattlehead » 15.09.2018, 23:18

Ah danke Karl, das erklärt einiges! :)
Ich hatte mich schon gewundert, dass ich nicht immer in die Nähe der Werte gekommen bin.

Eine Frage hätte ich noch: :oops:

Im Zerspanungsvideos-Thread hast du einmal die Kraft am Fräser in diesem Video auf 35N überschlagen. Hast du das auch aus einer Tabelle genommen oder geschätzt o.ä.?

https://www.youtube.com/watch?v=UiXahKzGimQ

Gruß,
Jannis

KarlG
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Re: Frage zur Berechnung des "Schnittdrucks"

Beitrag von KarlG » 15.09.2018, 23:43

Rattlehead hat geschrieben:
15.09.2018, 23:18
Im Zerspanungsvideos-Thread hast du einmal die Kraft am Fräser in diesem Video auf 35N überschlagen. Hast du das auch aus einer Tabelle genommen oder geschätzt o.ä.?

https://www.youtube.com/watch?v=UiXahKzGimQ
Also in dem Video sicher nicht ;)
Die "ursprüngliche Annahme" von 30N hatte ich mal vor Jahren aus einer anderen Quelle übernommen - das hat sich aber im Laufe der Zeit als zu niedrig herausgestellt.
Im Grunde geht es ja nur um die Vergleichbarkeit. Bspw.:
1/10mm bei 100N: man kann irgendwie auch Alu bearbeiten;
5/100: geht ganz gut
3/100: geht besser und wenn man dann an die Grenzen der Messbarkeit stößt, rehnet man halt mit 200N - da kann man dann auch ordentlich "Gas geben"...
...das bezieht sich natürlich alles auf "Käsefräsen" und nicht auf Profimaschinen mit 50er Messerköpfen und immer fehlt die Berücksichtigung der Resonanzen.

Wenn ich aktuell was rechen muss, nehme ich meistens den FSwizard - wobei der schon wieder umgebaut wurde und ich mich da auch erstmal wieder durchfinden müsste.

Gruss
Karl

Rattlehead
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Re: Frage zur Berechnung des "Schnittdrucks"

Beitrag von Rattlehead » 16.09.2018, 00:20

KarlG hat geschrieben:
15.09.2018, 23:43
Also in dem Video sicher nicht ;)
Korinthenkacker :-P
Die "ursprüngliche Annahme" von 30N hatte ich mal vor Jahren aus einer anderen Quelle übernommen - das hat sich aber im Laufe der Zeit als zu niedrig herausgestellt.
Was solls, Stahl kann ich für mein geplantes Budget eh nicht erwarten^^

Ich gehe davon aus, dass du mich ohrfeigen willst, wenn ich sage, dass mein aktuelles Schülerbudget nur unterstützte Rundführungen zulässt :oops:
Muss ich halt geduldig sein, wenn ich mich an Metalle ran wage...

Danke für die Hilfe! Ich hoffe, dass ich bald auch informationstechnisch was "zurückgeben" kann, ich will ja nicht nur den Wissenspool hier abgeiern.
Jannis


Edit:
Ach ja, wenn man die eine Rundführung auf der X-Achse wie bei der Karla auf den Portalbalken packt, müsste das ganze doch theoretisch ein bisschen weniger nachgeben als bei deiner Hartkäsefräse, weil die obere Führung nicht mehr in ihre "schwache" Richtung ausgehebelt wird. Oder hab ich was falsch im Kopf?

django013
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Re: Frage zur Berechnung des "Schnittdrucks"

Beitrag von django013 » 16.09.2018, 06:06

Moin moin,
ch gehe davon aus, dass du mich ohrfeigen willst, wenn ich sage, dass mein aktuelles Schülerbudget nur unterstützte Rundführungen zulässt
Keine Sorge, das braucht hier niemand zu übernehmen. Das wirst Du selbst von ganz allein übernehmen wollen :D

Nimm einfach die Zeit mit in die Rechnung - dann klappt es auch mit Schülerbudget (Ferienjob?!)
Das schwerste bei einem Fräsenprojekt ist der Versuchung zu widerstehen, sofort kaufen zu wollen.

Mach erstmal Deine Pläne fertig und rechne die durch. Ich finde es toll, dass Du Dir zumindest schon mal Gedanken um Berechnung machst.
Deshalb mein ernstgemeinter Radschlag: lass Dir Zeit!

Wenn Du an irgendeiner Stelle unsicher bist, mach ein zweites Modell und rechne das durch.
So bekommst Du ein Gefühl dafür, wo die Schwachstellen einer Konstruktion sind und kannst Dir dann einen Kopf machen, wie man die Schwachstellen beheben könnte.
... und ein Modell am Rechner zu verwerfen kostet kein Geld.
Ach ja, wenn man die eine Rundführung auf der X-Achse wie bei der Karla auf den Portalbalken packt, müsste das ganze doch theoretisch ein bisschen weniger nachgeben als bei deiner Hartkäsefräse, weil die obere Führung nicht mehr in ihre "schwache" Richtung ausgehebelt wird. Oder hab ich was falsch im Kopf?
Weiß jetzt nicht, wie Du das mit der schwachen Richtung meinst.
Schau Dir doch einfach mal eine Fräse im Schnitt an, wie die Kräfte beim Fräsen wirken. Der Einfachheit halber nimmst Du nur die Vorschubkraft als Fräserkraft. Die seitlichen Kräfte kannst Du im Vorschub der anderen Achse wiederfinden.
Deshalb ein Schnittbild der Fräse für X- und Y-Achse anfertigen und die Kräfte 2dimensional betrachten, bzw. ausrechnen. Dabei die Regeln der statischen Mechanik anwenden (Knoten- / Maschenregel).
Ach ja, im Maschinenbau rechnet man mit Sicherheitsfaktoren (meist 4-8).
In der Ecke wird im Grundlagenbereich mit einem 10mm Fräser in Stahl gerechnet, was zu 1kN Vorschubkraft führt.
Du siehst - die Vorgaben sind völlig subjektiv.
Am einfachsten tust Du Dir, wenn Du die Faktoren in die Vorschubkraft reinnimmst und dann mit einer Kraft alles ausrechnest.
Wenn Du dann mal die Seitenkräfte des Fräsers zum Vergleich ausrechnest, siehst Du, dass die im Sicherheitsfaktor bereits mit drin sind.

Gruß Reinhard

django013
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Re: Frage zur Berechnung des "Schnittdrucks"

Beitrag von django013 » 16.09.2018, 06:46

Moin Karl,

danke für den Link zu dem Schnittdatenrechner!
Ich habe die Bedienung nicht gleich kapiert, aber als ich es dann hatte, war es richtig einfach :D

Mich hat natürlich interessiert, ob die Werte aus der cncecke völlig aus der Luft gegriffen waren.
Also habe ich einen 10er VHM-Schruppfräser eingegeben mit den Schnittwerten aus dem Hoffmann-Katalog.

Erste Berechnung für Umfangschruppen - erlaubt sind nach Hoffmannkatalog max 0,4D:
Umfangschruppen.png
Als ich die Werte für die Spindel sah, musste ich grinsen. Einsatz also nicht für Hobbymaschinen :D

Hier noch die krassere Variante - Vollnutschruppen:
Vollnutschruppen.png
Also die 1kN als Vorschubkraft (100kg cutting force) kommt hin. Allerdings nur auf einer erwachsenen Fräse :veral

Gruß Reinhard

KarlG
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Re: Frage zur Berechnung des "Schnittdrucks"

Beitrag von KarlG » 16.09.2018, 08:11

Rattlehead hat geschrieben:
16.09.2018, 00:20
Ach ja, wenn man die eine Rundführung auf der X-Achse wie bei der Karla auf den Portalbalken packt, müsste das ganze doch theoretisch ein bisschen weniger nachgeben als bei deiner Hartkäsefräse, weil die obere Führung nicht mehr in ihre "schwache" Richtung ausgehebelt wird. Oder hab ich was falsch im Kopf?
Wahrscheinlich schon. Das Problem bei der unteren "auf Zug" bleibt aber und bei der Z-Achse werden alle in der "offenen" Richtung belastet. Das ist natürlich auch konstruktiv lösbar, aber lohnt mMn. nicht, da Aufwand zu treiben. Bei "richtigen" Linearführungen spielt das keine Rolle....

...mal nach gebrauchten Führungen geschaut?

Rattlehead
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Re: Frage zur Berechnung des "Schnittdrucks"

Beitrag von Rattlehead » 16.09.2018, 17:46

KarlG hat geschrieben:
16.09.2018, 08:11
Wahrscheinlich schon. Das Problem bei der unteren "auf Zug" bleibt aber und bei der Z-Achse werden alle in der "offenen" Richtung belastet.
Verdammt, Kräfte können ja in beide Richtungen wirken...^^
...mal nach gebrauchten Führungen geschaut?
Guter Gedanke, vielleicht läuft mir ja was übern Weg. Aktuell hab ich aber noch nichts in der Bucht gefunden. Vielleicht stoße ich ja auf 35er Rexroth *hust*Sebastian*hust* :D

@Reinhard:
Danke für die umfangreichen Tipps!

Mein grundsätzlicher Gedanke war, ähnlich wie lakeroe ( viewtopic.php?f=8&t=283 ) einzusteigen. Das Hauptproblem, das ich aktuell (noch^^) mit einer Fräse habe, ist nicht (in erster Linie) die Tatsache, dass es finanziell komplett unerreichbar wäre was semi-starkes zu bauen, sondern vor allem dass ich nicht weiß, wie oft ich sie denn jetzt nutzen werde.
Ich hab zwar Spaß daran mit F360 meine Modelle aus Spaß auch digital zu "fräsen" und ich rechne gerne mit Schnittdaten etc. rum, aber wenn ich dann am Ende einen 1k€ Aluklotz im Zimmer habe der einstaubt :?
Außerdem muss ich das ganze mehr oder weniger für meine Regierung aufschlüsseln, da die den finanziellen Einstiegspreis so schon als hoch ansehen...

Daher war eigentlich mein Wunsch erst einmal sachte in das Thema hineinzugehen. (Ich glaube auch, dass die Schnittdaten und Genauigkeiten die Karl mit seiner Hartkäsefräse gefahren ist, mir eigentlich ausreichen)
Aber ich bin mir auch noch nicht ganz sicher und muss mir erst einmal die Karten dazu legen. Ich hab zwar schon mal ein grobes CAD-Modell gemacht, das ist bis jetzt aber noch nichts besonderes.

Ich würde sonst einfach mal auflisten, was ich mir bisher gedacht hab :)

Dimensionen:
-Verfahrwege von mindestens 300mm in X u. Y (nicht mehr als 500) und ~120 in Z
-Portaldurchlass <120mm

Rahmen:
-30x60x60er als Längsträger (https://www.motedis.com/shop/Aluprofile ... :1072.html)
gibts leider im Durchbiegungsrechner nicht, aber ich würde ja wahrscheinlich kürzere als bei der Karla verwenden. Die hat zwar richtige 60x60er, ist aber auch noch mal eine andere Klasse

-3 bis 4 30x60er als Querverbinder

-leichtes 40x120 als Portalbalken. Auf 500mm würde sich das bei vertikaler Last von 100N 0.2/100 und bei Last in Y-Richtung 1.7/100 durchbiegen.
Als Vergleich: Das schwere 30x120er der Karla würde sich bei 400mm Länge 0.1/100 bzw 1.4/100 verbiegen.
Sieht also mMn nicht wie das schwächste Glied der Kette aus.

-Multiplex als Plattenmaterial. (Scheinen ja ein paar Leute im Forum fürs Erstlingswerk zu nehmen. 24mm starkes Holz würde bei 150mm freitragender Länge der Portalwangen, 150mm breite @100N etwa 5.2/100 nachgeben, also meiner Einschätzung nach ausreichend für den Anfang)

Elektronik
-Start mit bereits vorhandenen 0.6Nm Steppern. (Recycling als Argument für die Regierung ) Die werden wohl aber schnell rausfliegen und gegen was halbwegs ordentliches ersetzt werden. Wenn ich mich nicht verrechnet habe, sollten die aber trotzdem an einer 5er Steigung ~0.5kN liefern. (Wenigstens kann ich jetzt die Vorschubkraft berechnen^^)

-700W Oberfräse als Fräsmotor. Die ist im Amiraum recht häufig im Einsatz. Recht laut, aber wohl ganz ok. Wäre aber wohl auch keine Lösung für die Ewigkeit.

Lineartechnik:
-1605er KUS als Antrieb. Riemen möchte ich nicht und TGs zu nutzen würde Kunststoffmuttern vorraussetzen. Außerdem sind dicke Spindeln mit Lagern usw. ähnlich teuer wie chinesische KUS.
Ich hatte bisher zu dem hier ( https://www.ebay.de/itm/DE-SFU1605-Kuge ... SwonBaH6AY ) geschielt. Der Händler hat recht schnell auf Anfragen geantwortet, die Dinger sind in der EU, Lager sind schon im Angebot drin und der Preis mMn human. Über die Qualität kann ich logischerweise keine Aussagen treffen...

-Die Führungen sind schwerer. Wenn ich keinen Ebayglücksgriff mache, habe ich 3 Möglichkeiten gesehen.

1. 16er unterstützte Rundführungen. Die gibts vom selben Händler wie die KUS im bequemen Paket für insgesamt ~220€ bei Verfahrwegen von etwa 340*340*140
(https://www.ebay.de/itm/UK-SFU1605-Ball ... Sw9V1acVjx)
2. 20er Chinaschienen. Kriegt man vom selben Händler für 100€ pro 500mm + 2 kurze Wagen. Das würde für die ganze Maschine wohl ~380€ + Z-Führung(en) kosten.
3. Chinaschienen mit einem langen Wagen pro Schiene. Das würde bei CNC-Discount wohl um die 420€ kosten.

Habt ihr noch ne vierte Idee?^^
Aktuell würd ich halt Variante 1 nehmen, wenn mir Fräsen Spaß macht, verkauf die dann weiter und nehm dann Variante 2 oder besser...
Meiner Meinung nach wäre sowas ( https://www.ebay.de/itm/EU-SFU1605-Ball ... SwCXJbEKSX ) optimal, aber leider zu groß, und dementsprechend auch kaum günstiger...



Ich hoffe, dass das ganze nicht zu unordentlich ist, und dass jemand das ganze jetzt mal auseinandernimmt :wf

Grüße,
Jannis

KarlG
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Re: Frage zur Berechnung des "Schnittdrucks"

Beitrag von KarlG » 16.09.2018, 18:41

Rattlehead hat geschrieben:
16.09.2018, 17:46
1. 16er unterstützte Rundführungen. Die gibts vom selben Händler wie die KUS im bequemen Paket für insgesamt ~220€ bei Verfahrwegen von etwa 340*340*140
(https://www.ebay.de/itm/UK-SFU1605-Ball ... Sw9V1acVjx)
Habt ihr noch ne vierte Idee?^^
Ja - wenn Du sowieso die Karla als (sagen wir mal ;) ) "Vorbild" benutzt, warum baust Du die nicht einfach als Sparvariante nach? Spart ohnehin Einiges, weil Fehlplanung entfällt :D

Dann brauchst Du 2 25er Schienen 600mm, Eine 410 (408)mm, eine 220mm und 4 lange Blockwagen. Hier für ca. $130 - wobei sich die Konfiguration der Schienen etwas ändern würde. Oben aufs Portal eine MGN15 (Chinaklon) und die Spindeln da auch gleich mitbestellen. Wird alles auf Maß gefertigt - man kann also frei planen.

Wären ca.:
$130 25er
$25 15er
$100 Spindeln
$60 Fracht

Summe: $315 = ~275€ + 19% = 326€ + ein bisserl Zoll und Fedex, also unter 350€ für alles...

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