Eigenbau Beton-Stahlfräse ca 600x2000x400

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PaulMucCNC
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Eigenbau Beton-Stahlfräse ca 600x2000x400

Beitrag von PaulMucCNC » 29.04.2018, 14:58

Hallo an Alle,
nach langem durchforsten schreib ich hiermit meinen Ersten Beitrag in dem Forum.
CNC-Fräse faszinieren mich schon seit Jahren nun plane ich eben so eine zu bauen.
Da diese dann in der Garage platz finden soll spielt das Gewicht und die Größe nur eine unter untergeordnete Rolle.

Anforderungen:
Fräsleistung von Kunststoff bis Stahl => Möglichst Hohe Steifigkeit
Raum für Fräse 3000 auf 1000mm
Budget plane ich erstmal 3000-4000€
Grundrahmen.png
Grundrahmen Aktueller Stand:
Längsträger 50x50x2000mm
Stirnplatten ca 200x600x30mm
Portalwangen ca 300x700x30mm
Portalbalken 100x100x12,5x600mm => 120x80x12,5/150x100x12,5mm
30ger Führungen
Wegen KUS und Elektronik hab ich mir noch keine konkreten Ideen.

Geplantes Grundprinzip ist einen Stahlrahmen aus gefrästen Teilen zu bauen und ihn anschließend mit Beton zu füllen.

Kurz noch zu meiner Person.

Ich heiße Paul bin 19 Jahre Alt komme aus München und mach gerade eine Ausbildung zum Industriemechaniker, welche ich in Kürze abschließen werde.


Ich freue mich Auf rege Diskussionen und Tipps.
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Stud54
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Re: Eigenbau Beton-Stahlfräse ca 600x2000x400

Beitrag von Stud54 » 29.04.2018, 15:37

Bin fast ums Eck....Landsberg. ;)
Viel Spass!

nachtfalke0126
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Re: Eigenbau Beton-Stahlfräse ca 600x2000x400

Beitrag von nachtfalke0126 » 29.04.2018, 20:03

Hallo, glaubst du nicht das durch die Vibrationen der Beton im Laufe der Zeit "zerbröselt".
Bin zwar kein Experte und es gibt einige Maschinen die sogar ganz ohne "Schalung" mit einem Spezialbeton hergestellt werden aber das sind Mischungen die mit herkömmlichen Beton nicht viel gemeinsam haben.

Ich werd dir mal die Seite raussuchen, ich wollte mir von denen vor einiger Zeit eine Portalfräse Gießen lassen und der Preis ist sehr interessant. Es stimmt auch die Geometrie schon und die Befestigungen für die Linearführung wird auch hergestellt.
:mrgreen:

nachtfalke0126
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Re: Eigenbau Beton-Stahlfräse ca 600x2000x400

Beitrag von nachtfalke0126 » 29.04.2018, 20:14

Mineralguss heißt das Material, die Seite ist:

https://www.cnc-technik-mueller.de/mineralguss/

Klingt sehr interessant, besonders von der Stabilität. :dh

FerdinandFräs
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Re: Eigenbau Beton-Stahlfräse ca 600x2000x400

Beitrag von FerdinandFräs » 29.04.2018, 23:17

Servus,
PaulMucCNC hat geschrieben:
29.04.2018, 14:58
Budget plane ich erstmal 3000-4000€
Das habe ich am Anfang auch... :roll: :lol:
Je nachdem was Du vorhast sehr sportlich (vor allem bei der Größe) aber eventuell machbar
PaulMucCNC hat geschrieben:
29.04.2018, 14:58
Wegen KUS und Elektronik hab ich mir noch keine konkreten Ideen.
Konstruier die Maschine unbedingt komplett durch bevor Du was kaufst, das spart dir Geld und Nerven. Bei 2m Länge brauchst Du ziemlich sicher einen amtlichen Spindeldurchmesser wegen dem Durchhang durch die Schwerkraft, angetriebene Muttern würden auch mehr als Sinn machen...
Oder Du nimmst Zahnstangen (je nach Anspruch)
nachtfalke0126 hat geschrieben:
29.04.2018, 20:14
Mineralguss heißt das Material
Mineralguss sollte für eine ordentliche Packungsdichte und Formfüllung gerüttelt werden, die Verarbeitung ist nicht ganz ohne.
Quellvergussmörtel ist extra für sowas gemacht. Der läuft rein, entlüftet sich selbst und geht dank Quelldruck in die Ecken. Haben schon einige ohne Probleme gemacht

Auf jeden Fall viel Spaß beim bauen :dh

Gruß, Dennis

django013
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Re: Eigenbau Beton-Stahlfräse ca 600x2000x400

Beitrag von django013 » 30.04.2018, 07:03

Moin Paul,

Deine Materialliste erscheint mir eher wie zusammen gewürfelt, als durchgeplant.
Das Portal aus 12,5mm starken Rohren zu bauen scheint erstmal sinnvoll ;)
... aber die 30er Platten halte ich für völlig überdimensioniert und die 50er Rohre für die lange Achse als völlig unterdimensioniert.
Dein Budget kannst Du nur halten, wenn Du Dich in Deiner Firma aus dem Regal bedienen darfst. Wenn Du alles selber kaufen musst, solltest Du genauer hinschauen, wo das Geld hinfließt.
Jedes Kilo an Stahl, das Du nicht brauchts, schmälert Dir nur Dein Budget.
Genauso sieht es mit den Linearschienen aus. 30er Schienen auf allen Achsen - das hört sich nach Goldscheißer mit Durchfall an. Passt meiner Ansicht nach aber nicht zu einem knappen Budget.

Wie Dennis schon schrieb - auf der 2m langen Achse solltest Du die angetriebene Welle abhaken und statt dessen an angetriebene Muttern denken. Am besten gleich auf Gantry gehen, dann kannst Du den Rahmen auch mit dünnen Rohren steifer bauen.

Mir scheint, als hättest Du Dir nur von anderen Bauberichten Details rausgepickt, ohne zu überlegen, ob die für Dich passen. Deshalb solltest Du Dir mal Gedanken über den Kräftefluss beim Fräsen machen.
Wenn Du Stahl bearbeiten willst, solltest Du mit min. 1kN Fräserkraft rechnen.
Die Fräserkraft wirkt einmal auf das Werkstück und zum anderen auf den Fräser.
Vom Fräser geht die Kraft über den Z-Schlitten, das Portal und den Portalwangen bis zu den Wagen der Y-Achse, bzw. der KGS-Mutter.
Vom Werkstück geht die Kraft über die Aufspannung, die Kopfplatten über die KGS bis zur KGS-Mutter bzw. seitlich eben zu den Linearführungen und Wagen.

Von den 50er Röhrchen im Sockel sind bloß die oberen notwendig. Die unteren Röhrchen kannst Du gleich im Regal liegen lassen. Bringen Deiner Konstruktion wenig sinnvolles.

Wenn Du Dir die Biegeformel mal anschaust, dann siehst Du, dass die Biegelänge gleich 3mal in die Formel eingeht. Somit dürfte einsichtig werden, dass die 50er Röhrchen eher ein schlechter Witz sind.
Also entweder konstruktiv ändern, oder hier auch 12,5er Wände vorsehen.
Besser noch: eigene Belastungswerte festlegen und dann ausrechnen!

Gruß Reinhard

Michael B.
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Re: Eigenbau Beton-Stahlfräse ca 600x2000x400

Beitrag von Michael B. » 30.04.2018, 11:16

Hi,
Neben den genannten Konstruktiven Mängeln mächte ich noch auf ein paar andere Punkte hinweisen:

- Vibrationen:
Ich weis nicht wie bewandert du mit Fräsbearbeitungen von Stahl bist, aber wenn du dir mal solch eine Bearbeitung in Live ansiehst und dann auch mal die Vibrationen in einer 10T Konstruktion spürst die noch am Boden durch Schwingungsdämpfer etc. ankommen, dann sollte man hier besonderes Augenmerk drauf legen. Das macht sich auch deutlich sichtbar in den Ergebnissen später.

In diesem Fall würde ich fir empfehlen möglichst viel Masse als Schwingungsdämpfer an die obligatorischen Stellen zu packen. Sprich Maschinenbett und Z Achse.

- Steifigkeit:
Wie du richtig erkannt hast brauchst du eine hohe Steifigkeit, sonst wird es nicht mehr wie Kratzen. Gute Werte sind hier 80N/µ Biegesteifigkeit oder aufwärts. Ich habe das auch schon etliche Male durch die FEMA gejagt und du wirst bei deiner aktuellen Kostruktion auf 10-20N/µ kommen. Mehr wird das nicht. Grund:

In allen Achsen massive Konstruktionsfehler.
Damit du dir das mit einfachen Mitteln selbst testen kannst, nimm dir ein Stück Papier, falte es in die entsprechende Form deiner Achse und schau wie es sich verformen lässt. Das ist quasi eine "Low Cost FEMA".

Deine Z Achse muss als U ausgeführt sein damit sie auch bei Belastung in Y Richtung nicht nachgiebt, wenn du Rippen in die Innenseite einbauen kannst, dann tu das, das versteift auch nooch mal ein Stück weit. Aktuell würdest du da Verbiegungen im 0,5mm Bereich erleben. Oder mehr.

Deine X Achse, bzw genauer die Portalseiten musst du als Kasten allseitig geschlossen ausführen. Damit erreichst du die max. Steifigkeit. Hier lohnt es sich auch auf 150mm Breite zu gehen an beiden Seiten. Der Abstand der beiden Wagen auf der Y Achse (2m bei dir) sollte mindestens 0,75 x Höhe deines Portals sein. Damit bekommst du eine halbwegs vernünftige Proportion hin die deine Kräfte nicht unnötig erhöht.

Die 4 Stängelchen in der Y Achse kannst du vergessen. Das wird so nix auf die Länge. Du willst an der Stelle das Durchhängen gegen die Gravitation verhindern und du willst die Belastungen durch die Bearbeitung aufnehmen. Vernünftigerweise müsstest du hier Rechteckrohr mit der Höhe der Endplatten nehmen (10mm Weniger das du nur am Ende aufstehst) und diese zwischendrin noch mit Querrippen (Selbes Rohr) versteifen. Optimal währen noch 45° Diagonalstreben aus dem selben Rohr gegen die Verschiebung.

Dein X Achse (Portalbalken) hat das selbe Problem, völlig unterdiemensioniert. Rechteckrohr 250x100 oder ähnlich währe gut. Besser ist es wenn der Portalbalken relativ hoch ausgeführt ist, damit wird die Z Achse meist noch mal steifer.

Und wie gesagt Gewicht schadet hier absolut nicht. Also lieber nicht sparen.

Zu deinen Linearschienen: 20er reichen völlig aus, da kannst du schon einen Kleinwagen dranhängen, an einen Wagen, und du hast 4 pro Achse. Bei den 30ern kannst du fast eine LKW Zugmaschine dranhängen. Deine Konstruktion ist aktuell knapp 5000 x Weicher als die Schienen. Mit den oben genannten Verbesserungen bist du immer noch bei 200x weicher als die 20er Schienen an Steifigkeit haben.

Zu den KGTs, die Forenkollegen hier haben dir ja schon die Angetriebene Mutter genannt. Das selbe würde ich auch empfehlen. Und du solltest eher 2 KGTs in der Y Achse (2m) nutzen, damit sich dein Portal nicht verzeiht, den auch wenn die Linearführungen sehr leichtgängig sind. Verkanten mögen sie dennoch nicht. Und bei einer steifen Konstruktion passiert das extrem schnell.

Aber um dir generell mal ein Tipp zu geben: Mach die Maschine deutlich kleiner, damit bleibst du eher in deinem Budget und du hast nicht so empfindliche Konstruktive Stellen, die schwierig im Nachhinein auszubessern sind. Mein Tipp: 500x750mmx200mm Verfahrwege (X Y Z).

Gruß Michael

Edit: Mal im Anhang eine Konstruktion aus Quellvergussbeton die für die Stahlbearbeitung gedacht und ausgelegt ist. Verfahrwege 500x400x400mm Steifigkeit 120N/µm. Gewicht so wie sie zu sehen ist 1,1t . Die Schienen sind bei beiden Achsen 350mm auseinander. Auch hier nur 20er Schienen.
Montage.JPG

PaulMucCNC
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Re: Eigenbau Beton-Stahlfräse ca 600x2000x400

Beitrag von PaulMucCNC » 30.04.2018, 12:07

Guten Morgen,

Vielen Dank für die Kritik.

Mein Gedanke hinter dem Grundprinzip war/ist die Stahlteile Eben und Winklig zu fräsen/zu lassen alles zusammen zu schrauben und dann alles mit Beton + Kunstharz mit Glasfasermatten/Mineralguss auszugießen das Erhöht das Gewicht mindert dadurch Vibrationen und Verhindert das die Fräse durch den Raum Wandert.

Ich hab bis jetzt kein geschlossenes Portal geplant weil ich es nicht für Ratsam halte eine ca 1,5tonnen Fräse im Abstand von 2 m auf 50x50mm Stahl zu stellen.

Was wäre eine Sinnvolle Größe mit Y verfahrweg 1m ?

Ich Denk an eine Fräse wie bei AlexCnc nur mit Beton versteift.
Maschienen:
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Michael B.
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Re: Eigenbau Beton-Stahlfräse ca 600x2000x400

Beitrag von Michael B. » 30.04.2018, 15:01

Hi,
Das musst du entscheiden was für dich noch akzeptabel ist.
Fakt ist, desto größer desto teurer um die Erforderliche Steifigkeit hin zu bekommen. Ich würde dir empfehlen die minimale Verfahrwege zu wählen die du brauchst.

Griß
Michael

django013
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Re: Eigenbau Beton-Stahlfräse ca 600x2000x400

Beitrag von django013 » 30.04.2018, 15:53

Moin Paul,

also soweit wie Michael würde ich jetzt nicht gehen und alles als falsch bezeichnen.
30mm Stahl ist mächtig als Portalwange. Wenn ich mich recht entsinnne, hat Alexoc keine so fetten Portalwangen.
Rechteckrohre mit 12,5mm Wandung für den Portalträger halte ich auch nicht für unterdimensioniert. Damit lässt sich was anfangen. Insbesondere da Dein Portal ja nur 600mm breit ist.
... und die Z-Achse lässt sich auch nachträglich noch versteifen, wobei es natürlich besser ist, wenn man es gleich von Anfang an richtig macht ;)

Die Vibrationen beim Fräsen hast Du immer. Je nach Werkzeug sind die unterschiedlich heftig.
... und ja, man spürt die Vibrationen auch an einer Profimaschine in TTT in den Füßen.

Ich gehe mal davon aus, dass Du die Fräse als Hobby betreiben willst. Wenn Du einen gewerblichen Einsatz anstrebst, solltest Du Dir lieber ne gebrauchte Deckel o.ä. anschaffen.

Wenn Du die Fräse von Alexoc als Referenz nehmen willst, dann schau sie Dir noch genauer an.
Insbesondere auch seinen Baubericht hier im Forum. Er hat auch eine FEM zu seiner Fräse erstellt.
Seine Fräse ist gut ausgelegt - vergiss einfach den Beton und gut ist.
Wenn Du die Hohlräume mit Quarzsand (zu 90%) füllst, hast Du eine weit bessere Dämpfung, als mit Beton ausgegossen.

Was die Steifigkeit einer Portalfräse angeht, so ist das Portal und die Z-Achse das wichtigste. Wenn das Portal richtig ausgelegt ist, dann ist es völlig Schnuppe, ob die Y-Achse 800mm kurz oder 4m lang ist. Die Unterkonstruktion des Sockels ist wichtig. Die Länge macht keinen Unterschied in der Steifigkeit. Nur eben bei den Kosten.

Wenn Du sparen willst, würde ich vorschlagen, Du nimmst für die untere Portalschiene und die Z-Achse 25mm Linearschienen. Für die obere Portalschiene tut es auch eine 15mm Schiene und für die Y-Achse bist Du mit 20mm Schienen gut dabei. Wenn Du dann Schienen mit leichter Vorspannung nimmst, sind auch die Vibrationen schon etwas geringer. Schienen mit Laufkäfig sind gleichmäßiger im Ablauf, kosten dafür etwas mehr.
Auch bei den KGS lohnt sich der Griff zur leichten Vorspannung. Evtl. auch eine Doppelmutter. Beides würde ich einer höheren Genauigkeitsklasse vorziehen.

Aber nochmal: leg Dir Deine Grenzwerte (Schnittkraft, Genauigkeit, Werkstückgrenzen, etc.) fest und rechne Dir die Maschine durch. Ich gehe mal davon aus, dass Ihr in der Lehre auch was über Statik gelernt habt. Also einfache Knotenrechnung. Wenn Du das einmal machst, dann bekommst Du auch ein Gefühl für Profile und Wandstärken.
Ich mache es so, dass ich mir immer den schlechtesten Fall vornehme. Den rechne ich durch und weiß dann, wie groß der Fehler im ungünstigsten Fall wird.

Gruß Reinhard

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