Wickelmaschine ausgeschlachtet -> Bau einer Portalfräse

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Tillule
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Wickelmaschine ausgeschlachtet -> Bau einer Portalfräse

Beitrag von Tillule » 22.10.2017, 22:56

Hallo zusammen :dh

Bin neu hier im Forum und habe mich natürlich angemeldet, weil ich was von Euch will ;)

Das Projekt ist ein Eigenbau einer CNC-Portalfräse mit Resteverwertung (wahrscheinlich nur die Linearführungen) einer Spulenwickelmaschine von 1989.

Zu meiner Person bzw. den damit verbundenen Vorkenntnissen:
Ich habe Maschinenbau studiert und das Thema Garagenfräse ist vor allem für mein Hobby Modellflug/-bau von Interesse.
Als Qualitätsbeauftragter in einer kleinen zerspanenden Klitsche habe ich vom zerspanen selbst immer noch wenig ahnung, aber habe Zugriff auf alte ausgeleierte Dreh-, Fräs-, und Schleifmaschinen und ein ausreichend großes taktiles Koordinatejnmessgerät.
Letztes Weihnachten habe ich mir eine Pippi-A4-Fräse aus Fernost geschenkt, mit der ich wenig zufrieden bin - bereuhe nichts, der Kauf wahr schon gedacht, um zu lernen, was man nicht will, bzw. was man bei der nächsten Fräse in hübsch haben möchte. Da sind wir auch schon an Punkt 2...


Lastenheft:
- genug Steifigkeit, um auch mal Alu zu fräsen
- Y-Achse möglichst lang, um Flächenkerne größerer Spannweite fräsen zu können (bzw. weniger stückeln zu müssen)
- Z-Achsen-Hub größer 50mm
- Parallelität / Rechtwinkligkeit
- gescheite Nuten oder Gewindebohrungen zum Spannen
- absoluter Positionierungsfehler <= 0,2mm (lieber 0,1 - wahrscheinlich primär vom Steigungsfehler der Antriebsspindeln und damit vom Verfahrweg abhängig)
- ansteuerbar mit Mach3 oder äquivalenter Software

Aus einer Spulenwickelmaschine habe ich "edle" Teile ernten können:
- 4x Linearführungsschiene: Länge 705mm; Höhe 25mm; für Kugelumlaufschlitten
- 6x zugehöriger Kugelumlaufschlitten
- 2x Linearführungsschiene: 690mm von PM-Bearing; für Rollenumlaufschlitten
- 8x zugehöriger Rollenumlaufschlitten
- 2x Linearführung mit je 2 Zylinderführungen: Ø ca. 16mm (noch nicht genau seziert); Hub ca. 100mm
- 4x vorspannbare Zahnstangen und zugehörige Ritzel (wenn überhaupt nur für Z verwendbar, weil wegen kurz)
- 3x Siemens 3-Phasen-Motoren zur Achsansteuerung: 1FT5036 mit Bremse und Drehgeber
- 1x Siemens 3-Phasenmotor: 1FT5101 Werkzeugmaschinenantrieb mit Bremse und Drehgeber(unbrauchbar für das Projekt)
- 2x Rack mit Simodrive 610 Steuerung (1x für die 3 Achsen und 1x Leitungsantrieb)
- 6x Festlager mit Axiallagern ca. 40mm Außendurchmesser (noch nicht so genau seziert)
- diverse pneumatische Aktoren, sowie ein "pneumatischer Schaltschrank" mit ca. 20 Steuerbaren Ventilen
- 1x Werkzeugmaschinentisch: 4-Kantrohr geschweisst; Oberplatte 30mm Stahl
- diverse geschliffene Winkel

Investitionsbereitschaft:
- 500-1000€

Nun zu den ersten Fragen:

Führungen:
- die längste Führung, die ich habe, ist 705mm und ich glaube so eine 4-Punkt Rollenumlaufführung in 25er Stärke ist so unsteif nicht und ist für Y standard und gut. 500mm erwarte ich ca. als Verfahrweg in Y bei je 2 Wägen pro Achse; weils mir was wenig ist, überlege ich, ob man die Führungen aneinanderfügen kann bzw. neue zu kaufen für Y
- als X-Achse würde ich gerne die Sonderanfertigung verwenden, da diese als Doppel-T-Träger gut Kräfte in Z-Aufnehmen kann. Als Steifigkeitsergänzung in Y würde ich Spanten aus Stahl (ca. 10mmx40mm, 2 Stück aufschrauben) durchgängig snkrecht auf den vertikalen Steg schrauben. Ein 2. paralleles Linearführungsprofil ist vorstellbar, aber meines Erachtens unsauber, weil so etwas nie 100%ig fluchtet.
PM_Linearführung_Querschnitt.jpg
^^ übrigens die von PM dargestellte Sonderanfertigung auf http://www.pm-bearings.nl/general1.php? ... Components
- Z-Achse entweder aud dem überbleibenden Rollenumlaufprofil oder (lieber) aus dem noch wenig beschriebenen Zylinderstangenführungseinheiten (auch hier eventuell gedoppelt, sodass man 4 Zylinder als Führung hat)

Antriebe:
Ich glaube nicht die Motoren oder die Steuerung verwenden zu können, freue mich aber natürlich wenn ich eines besseren belehrt werden.
Die 1FS5036 sind wuchtige Dinger - als nicht bewegter Antrieb in Y-Richtung kein Problem, in X grenzwertig und in Z nicht denkbar.
Dann habe ich zwar die Steuerungen dafür, aber kein Drehstrom zu Hause (glaub der Vermieterin was von dem Projekt zu erzählen, ist eine minder gute Idee).
Aber neben der Stromquelle glaube ich, dass mir die Steuerung keine Absolutposition ausspuckt, obwohl der Drehgeber ja pieselig kleine Inkremente ausspuckt, sondern aus einer analogen Spannung +/-10V lediglich eine Gegenkraft unabhängige Verfahrgeschwindigkeit zu machen such.
Nun könnte ich den Drehgeber parallel an einen Mikrokontroller hängen, der mir die Schritte mitzählt (Output wäre signaltechnisch ähnlich Glasmassstab), dann wäre die nächste Frage, ob Mach 3 (oder 4) überhaupt mit Steuerungen ungleich Schrittmotor klarkommt.

In irgendwelchen Videos über CNC-fräsen habe ich gehört, dass Closed-Loop-Systeme "kräftiger" wären, was sich mir noch nicht so ganz erschließt ....
Ich habe in meiner Dipl. Arbeit u.a. eine Ansteuerung für Schrittmotoren umgesetzt (uC + SM-Motortreiber-Chip) und meine mich zu erinnern, dass constant current schon mal ein must do ist und man natürlich ne rampe fährt mit konstanter Beschleunigung.
Per Drehzahlüberwachung könnte man kurzzeitig den Strom anheben, wenn man viel Gegenkraft bekommt (a la Stall-Detection), aber das müsste ja so fixe sein, dass es vor dem Schrittverlust reingeregt wird - glaub ich erstmal nicht.
Könnt ihr mir erklären, in wie fern ein Closed-Loop-SM-System mehr Kraft aufbringt?

Vortriebs-Spindeln:
- Nehme an Kugelgewindespindel mit 5mm Steigung und Ø16-20mm wäre angemessen

Soweit zu meinem Fragenkatalog - ich freue mich über Vorschläge, Er- und Aufkärungen. Beschimpfungen kann man auch manchmal versuchen wegzustecken und den fachlichen Inhalt ernten, schöner ists allerdings mitohne ;)
Meine Frau hat schon immer aber vor allem seitdem die Einfahr zusteht, wenig Verständnis für das Projekt und die 2 Kinder wollen auch bespaßt werden, daher sind Reaktionszeiten von 2 Tagen meinerseits nicht auszuschließen.

Schonmal Danke vorab!
Robert

Tillule
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Registriert: 21.10.2017, 21:22

Re: Wickelmaschine ausgeschlachtet -> Bau einer Portalfräse

Beitrag von Tillule » 19.10.2021, 16:11

Ich nehme an, es gibt zu viele Projekte dergleichen und die meisten schlafen ein.
Nachdem die Fräsenprojekt lange still stand, nun ein kleiner Fortschritt:
Folgende Komponenten liegen rum
- 2,2kW-Spindel + FU
- X-Achse: 4xHGR20 | 150mm & KUS2505 | 1600mm
- Y-Achse: 2xHGR25 | 700mm & KUS1605 | 1500mm
- Z-Achse: 2xHGR20 | 520mm & KUS1605 | 1500mm
- Antriebe: 3x Servomotor: iHSV57-30-18
- Steuerung UCCNC300 + Breakpout-Board
- Aluprofil: 200x90 | 5mm Wandstärke (ca. 4 Stk a 5m Länge)

Den Konstruktionsaufsatz habe ich nun in der Version 7 und bin nicht wirklich zufrieden:
https://drive.google.com/drive/folders/ ... sp=sharing
Geplant für die V800:
- Stützabstand der Linearführung der Z-Achse erhöhen und die Portalhöhe etwas absenken.
- Portalwangen und Stützpositionen der Linearführung X-Achse nicht mehr symmetrisch zum TCP, sondern nach hinten versetzt und dafür die Möglichkeit schaffen, das Portal über die Wangen herausschaun zu lassen (a la Sorotec-Heavy-Line: https://www.upload.sorotec.de/doku/manu ... sungen.pdf)

Kommentare & Anregungen wären nett

Lieben Gruß
Robert
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Willhelm B.
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Re: Wickelmaschine ausgeschlachtet -> Bau einer Portalfräse

Beitrag von Willhelm B. » 19.10.2021, 16:34

Warum so ein großer Portaldurchlass? Wenn der nicht unbedingt benötigt wird, würde ich das Portal niedriger setzen. Das bringt erheblich mehr steifheit.

Olli-CNC
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Re: Wickelmaschine ausgeschlachtet -> Bau einer Portalfräse

Beitrag von Olli-CNC » 19.10.2021, 16:42

4 Linearführungen auf einer Achse (bei dir ist es die X-Achse) bringen mehr Probleme mit als sie lösen.
Solltest du auch nochmal überdenken ;)


Gruß
Olli

Tillule
Beiträge: 3
Registriert: 21.10.2017, 21:22

Re: Wickelmaschine ausgeschlachtet -> Bau einer Portalfräse

Beitrag von Tillule » 19.10.2021, 22:26

Danke für die beiden Hinweise!

Vllt noch zum Hintergrund ...
Verwendungszweck:
- Fräsen von Syrokernen für Tragflächen und Rümpfen für Modellflugzeuge. Alu fräsen sollte auch möglich sein, um Fräse und anderes Spielzeug autark (ohne meinen Arbeitgeber) entwickeln zu können.

Fertigungsmöglichkeiten:
- CNC-Bearbeitungszentren stehen auf der Arbeit zur Verfügung (max 2100mm x 2100mm)
- Koordinatenmessgerät bis 800mmx600mm ebenfalls

Portalhöhe & Steifigkeit:
Hoher Freiheitsgrad in Z ist abgesehen von der Steifigkeit nicht nachteilig. Wenn man Alu/Stahl fräsen will, wird die Steifigkeit wahrschienlich zum A&O.
Die Eierlegende Wollmilchsau wird immer ein Kompromiss darstellen und in keiner Disziplin wirklich gut sein - Kommt mir in der Version700 auch ein überdimensioniert/wabbelig vor.
Ich dachte dran Stifte in die Portalwangen auf 2 Höhen zu setzen und so das Portal auf 2 Höhen montieren zu können -> variable Durchlasshöhe/Steifigkeit - wenn die Wangen zu wabbelig werden, könnten auch noch Stahl-Spanten von außen gegengeschraubt werden, um das Flächenträgheitsmoment der Wange zu erhöhen. Ein Durchlass von 200mm sind zum Fräsen von Styrodurkernen für Flugzeugrümpfe gewiss ausreichend, Eine Stahlplatte mit T-Nuten auf das Bett legen soll auch möglich sein (baut auch max.25mm auf) - man liest häufig, dass sich die Leute gerne mehr Freiheit in Z wünschen und bei meier DIN A4-Fräse nerven genau die 50mm in Z.
Das mit den 2 Höhen fällt dann weg, wenn ich die Portalführungen über die Portalwangen rausschauen lasse, was eigentlich für die Version 800 geplant ist - 2 verschiedene Wangensätze hin und hermontieren ist wahrscheinlich weniger praktikabel :/
.
Punkt erkannt und verstanden - den Stützabstand der Wägen in Z wollte ich E vergrößern und den Durchlass verrringern.

4 Linearführungen auf einer Achse
die HGR20 sind sehr sehr billig im Vgl. zu einer 25er-Führung; um die geringere Steifigkeit/Belastungsresistenz zu kompensieren, arbeitet Sorotec bei obigem Link mit genau dieser Technik und da müssen die Kunden mit Maschinenbauprofilen und Nutensteinen arbeiten - ich kann mir auf der Arbeit Anschlagsabsätze im Konturtoleranzbereich von ca. 0,02 in die Profile fräsen lassen. Würde eine Führung und die 4 Wägen auf gefrästen Anschlag montierenund die 2. Führung schwimmend zur ersten festziehen. Hatte ich bisher nicht so den Respekt vor. Sind 4 Führungen ein NoGo oder einfach nur mit Vorsicht und Bedacht handzuhaben.
Welche Umsetzung würdest Du empfehlen - 2x25er in der Länge sind preislich unangenehm - die 4 20er inklusive 8 Wägen haben 160€ gekostet.

Sonstiges:
Material:
- Rohmaterial gibts für mich Stahl bis 30mm Blechstärke kostenfrei - Alu nur in kleineren Abmaßen. So ein Motoradapter oder Abstandsklotz aus Alu ist kein Problem, aber zB. die Wangen, Front und Rückplatte sollten stählern werden.

Riemen oder Diektantrieb:
- Man könnte kompakter bauen, wenn man Riementriebe einsetzte - gibt es da Pro/Kontra abwägungen?
Da meine Motoren 3-Phasen-Servos sind, wäre eine Untersetzung vorteilhaft; wie weit kommt durch den Riemen Steifigkeitsverlust rein?
Preislich wirrd so ein Riemen/Ritzelsatz wahrscheinlich max. 30€ pro Achse ausmachen?
- Da fällt mir noch ein, dass die Z-Achse ungebremst ist und die Servomotoren keine Rastmomente haben. Wahrscheinlich brauche ich noch eine Bremse in Z, aber diese kann ich auch im Nachhinein über einen Riemen einbringen.

Profil:
im Gegensatz zu den Maschinenbauprofilen ist das verfügbare Alu-Profil relativ ungefüllt nud ich brauche eine mechanische Schnittstelle.
Derzeitiger Plan ist:
Profile auf +4mm (2x2mm) sägen, Aluflansche ins Profil schweißen, dann Flansch- und andere Funktionsflächen fräsen. Den Profilquerschnitt reiche ich nach - kann man auch im STP sehen.

Lieben Gruß
Robert

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