Erfahrungssuche: Welchen Motor/Steuerung für meine Fräse

Hi!

Ich bin gerade dabei mir eine CNC-Fräse zu bauen.

Im Anhang befindet sich ein Bild von der Konstruktion, für einen kleinen Eindruck.

Dimensionen:
Länge x Breite x Höhe =

Trapezpindeln:
X und Y = 18x4
Z = 12x3

Muttern sind diese hier:
http://www.igus.de/wpck/default.aspx?Pagename=DryLin_Anti_Backlash_Muttern&CL=DE-de

Der Motor in Z fährt mit dem Z-Schieber (im bild Transparent dargestellt) hoch und runter.
Die Trapezmutter für Z ist an der senkrechten großen Platte vom Y-Schieber befestigt.
Spindel wird die China-Spindel wassergekühlt in 2,2kW.
Alumaterial ist alles 15mm dick.



Was empfehlt Ihr für Leistungswerte bei der Steuerung?

Software soll Mach3 werden.

Danke Euch!

Gruß
Morris

Hi!

Super, was Du da baust, Du musst dann aber schon hier einen Baubericht schreiben! Aber Vorsicht: Fräsenbau kann süchtig machen

Ich empfehle Dir, das TripleBeast zu kaufen, oder die Platine alleine samt der 3 Endstufen dazu. Dazu bietet sich Sorotec als Händler an, der Hersteller Benezan ist nämlich Grosshändler, außerdem bitte aufpassen, die Preise dort sind ohne Steuer angeführt. Sehr vertrauenswürdiger Händler, rasch, günstig und kompetent - ich habe dort schon viel gekauft. Schau Dir dort das Driveset TripleBeast oder das Driveset 556 Pro Digital an. Dazu musst Du, wie bei allen anderen auch, noch für Kosten fürs Gehäuse und weitere Innenleben kalkulieren.

Soll es billiger sein, gibt es ein Projekt auf der Zerspanungsbude, das aus der an sich untauglichen Chinasteuerung (mit dem Toshiba TB6560-Chip) ein ganz nettes Produkt macht. Elektronik-Kenntnisse vorausgesetzt. Sei Dir aber bewusst, dass mit etwa 30Volt nicht diesselbe Leistung zu erwarten ist, als mit 48V. Von Modellbauern hört man auch immer wieder Gutes von der Letmathesteuerung. Ich halte es allerdings schon für sinnvoll, gleich etwas Anständiges zu kaufen. Würde auch sehr gut zur 2.2kw-Spindel passen?

Lg, Heini

Hallo,

von Steuerungsseite her würde ich mal sagen: 2 bis 3Nm Motoren mit passenden Endstufen (z.B. Leadshine M542 kann ich dir da sehr ans Herz legen).

Die Seitenwangen der Konstruktion würde ich aber aus Steifigkeitsgründen nochmal überdenken falls damit mehr als Holz gefräst werden soll.

Viele Grüße

Christian

Wäre auch bei der Triple Beast ... ! - Hauptsache man kann die Treiber bei 48 v versorgen ...bei niedriger Spannung leidet die Performance!!!


->>>>>EIN KRITIKPUNKT<<<<<-
bei Y und Z achse sind die Schienen von der Toleranzseite her sehr ungünstig verbaut! - Ich sehe allerdings die Teiltrennung nicht genau ... kann sei, daß es bei der Z achse doch noch geht ...!
( bei der Y Achse hast Du eine Komponente ( Traverse) auf einem Strangpressprofil verbaut - ungeplant nehm ich an .... das Profil ist im oberen hundertstelbereich toleriert so, dass Schwankungen in der Höhe, Dir hier eine hinreichend genaue Tolerierung innerhalb der beschädigungsfreien Belastung Deiner Kugelbüchsen eigentlich unmöglich machen sollten! Zumindest werden sie drunter leiden!!!


Gruss Hj

Hi!

Also das Ganze ist ein Studentenprojekt (Maschinenbau).
Da das Ganze privat finanziert wird (vom Studenten ), sollte die Steuerung und das ganze Projekt möglichst günstig sein....

Zur Kritik an der Konstruktion:
Die Traverse besteht aus 40x120 Profil (Ausführung schwer)
Die Traversenstützen bestehen aus 160x40 Profil (Ausführung schwer)

Habe gerade erst gesehen, dass in der CAD-Zeichnung noch 120er Profile als Stütze dargestellt sind. Hab ich vergessen zu tauschen.

Die Profile sind mit dem unteren Grundrahmen verschraubt und mit Winkeln noch ein mal verbunden.
Ist schon echt stabil das Ganze!
Ich wollte die Stützen und die Traverse jedoch noch mit verdichtetem Quarzsand füllen, um das Gewicht zu erhöhen, Vibrationen zu vermindern und die Stabilität zu steigern.
Sollte es dann noch Probleme beim Fräsen geben (die Maschine wird nur Alu und Holz sehen), werde ich die Stützen noch weiter stabilisieren.


Zu dem Verbau der Rails auf den Profilen:
Auf der Ober- und Unterseite der Traverse sind (wie Du schon erkannt hast) die Rails befestigt.
Um die Traverse ist dann wieder ein "Kasten" gebaut, der dann verfährt und an dem die Halterung für die Z-Achse befestigt ist.
Dieser Kasten ist schon fertig. Spannungen gibt es dort keine und lässt sich butterweich verschieben.
Sehr sanfter Lauf trotz der Rails!
Ich werde nächste Woche aber mal 1-2 Bilder posten, wo ich mit der Bügelmessschraube das Profil vermesse.


Zur Steuerung:
Also ratet Ihr mir definitiv eine hohe Spannung zu wählen?
Ich hatte bisher immer die "Komplette CNC Schrittmotor Steuerung für 3Achsen+3 Motoren 3Nm" vom cncshop . at im Auge. Was haltet Ihr davon?

Gruß
Morris

Steuerung

Steuerung

Hallo Morris

Schau mal Hier nach:

http://www.planet-cnc.com/

Gruß Peter

Hallo!

Wenn das ein Maschinenbauprojekt ist, dann müsstet ihr doch das erforderliche Motormoment ausrechnen können

Welches Material wollt ihr Fräsen? Maximale Zustellung? Maximale Positionier- und Verfahrgeschwindigkeit? Was wiegt wie bewegte Masse? Welche Spindel?


MfG
Korbi

PS
Ich/Wir (mein Kollege und ich) schlagen uns im Moment mit dem gleichen Projekt rum. Wir wollen für die Projektarbeit auf der Technikerschule eine CNC-Portalfräsmaschine konstruieren. Allerdings müssen wir nur Z- und Y-Achse berechnen... und selbst da nicht alles. Sonst würde es einfach dem Rahmen sprengen.
Wir berechnen die Momente die auf den Fürhungswägen anliegen und die dimensionierung von divieren Bauteilen. Unter anderem auch, welches Drehmoment unsere Motoren aufbringen müssen.
Das schwirigste dabei ist allerdings die Vorschubkraft zu berechnen bzw. zu ermitteln.

Hi!

Ja das passt ja super!
Fräsen wollen wir wie gesagt maximal Alu. Stahl wird die Maschine nur von Weiten sehen
Die genauen Legierungen kann ich nicht benennen, da die genaue Legierung ja nicht im Vornherein abzusehen ist.
Es wird aber wohl auf kostengünstiges Aluminium hinauslaufen, was man überall leicht bekommt.

Zustellung würde ich mal sagen max 1mm.
Über Positionier- und Verfahrgeschwindigkeiten kann ich auch nichts aussagen. Denn die hängen ja auch immer stark von den Maschinenparametern ab. Da muss man dann einfach mal in der Praxis sehen, was möglich ist.
Da auf der Maschine aber nie Lohnarbeit anfallen wird, sind hohe Geschwindigkeiten nice to have aber nicht wirklich nötig.

Der Z-Schieber wird mit Motor (der sich ja auch selber bewegen muss) schätzungsweise etwa 10kg wiegen. Davon die Spindel befüllt mit Kühlflüssigkeit etwa 6,5 (laut Internetrecherche).
Der Y-Schlitten wird mit Z-Scheiber zusammen etwa 12 Kg wiegen.

Der Y-Schlitten ist jedoch durch die Linearführungen abgestützt und muss nur verschoben werden, während der Motor in Z-Richtung die "kompletten 10Kg bewegen" muss.

Spindel in Z ist Trapez 12x3. In Y Trapez 16x3.
Muttern sind spielfreie Kunststoffmuttern von Igus.

Also wenn Du mir näherungsweise Soll-Werte geben könntest, wäre das echt klasse.
Wobei ich vermute, dass Dir dazu noch einige Parameter fehlen?

DAs mit er Kunststoffmutter ... Ließ dich mal durchs Forum...

Spindel... Trapezgewindespindeln... die bekommt man gerichtet und ungerichtet... wenn Du Kannst geh davon weg . Schlechter wirkungsgrad erfordert evtl. größeren Motor und evtl. auch bessere Endstufen / Netzteil als bei KGT - ich wuerde die Kosten lieber in Richtung KGT verteilen und evtl die Motoren Endstufe / Netzteil ein kleiner wählen! Haste Mehr von!

Also zu Deiner Z Masse 10 KG

Motor hat sagen wir bei einerdrehzahl X ein Moment welches er treiben kann ( Datenblatt)

Jetzt mach Dir eine Excel Tabelle und trage diese Kurve dort als Tabelle ein

anschließend hast Du eine Spindelübersetzung aus der Du die aus dem Moment resultierende Axialkraft bekommst

Die in jedem Fall / 10 KG * 9.81m/s^2 ~ Sicherheit sein muss.

Auch Dein Haltemoment sollte in der Lage sein das Gewicht der Spindel in position zu halten

Jetzt kannst Du aus der Grenzkennlinie und der bewegten Masse ( und Massenträgheit der Spindel ( duerfte aber nicht zu groß sein))

eine Hochtaktrampe Deines Motors ablesen die noch nicht zu SChrittverlusten führt ... allerdings kann man diese Rampe in den meisten

Controllerprogrammen langsamer oder schneller einstellen um fein zu tunen!!

Nur um Euch ein gefühl zugeben ... ein Stepper mit 2 Nm max Moment an einer 16x 5 Spindel quetscht einen Daumen schonmal ganz ordentlich blau - vergisst man nicht so schnell!!!

2Nm/0.008m = Ftan = 250N

Ersatzschaubild für die Spindelübersätzung = Schräge Ebene mit x = 2*Pi*0.008m (Wirksamer Spindelumfang ) und y 0 0.005m ( Steigung) = i = 1:10

Bei einem ( eher hypothtischen) Spindelwirkungsgrad von eta 80% wirken also etwa 250N*i*eta ~2000 Newton axial!!! Stell Dr vor Du legst Deinen Finger mal zwischen 2 Aluplatten und stell zwei Erwachsene Personen oben drauf! Macht man nicht !! Tut ausserdem höllisch weh!

Wenn man diese Efahrung ( nur die Rechnung ) jetzt mit der Excel Tabelle von oben verknüpft kriegt man eine Aussage der Vorschubkraft in Abhängigkeit von der Verfahrgeschwidigkeit
Wenn man jetzt noch die Reibung / Verschiebe Wiederstandskraft in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit ermitteln ( und den Wirkungsgrad des Spindeltriebes kennt kann man die für die Zerspanung zur Verfügung stehende Kraft berechnen. Wenn diese zu klein .....!

Ok - heißt aber im Umkehrschluss, dass ich mit 2Nm wahrscheinlich schon mehr als gut bedient bin, richtig?

Ja von den Trapezspindeln werde ich wohl erst mal nicht weg kommen.
Kugelumlauf ist einfach viel zu teuer.
Aber an so einer CNC kann man ja die nächsten 100 Jahre noch optimieren und verbessern und wenn dann auch mal die Finanzierung nicht mehr so schwierig ist, ist auch das sicher möglich.

Schön wäre es halt, erst mal eine kleine Fräse zu haben, mit der man Hobby-mäßig schon mal einigen Kleinkram basteln kann. Wahrscheinlich wird das Gerät dann sowieso max 1 mal im Monat angeschmissen und dafür sollte es dann auch reichen.

Ich habe die Muttern von Igus jedoch schon hier (hatte die vorher auf einer Messe getestet) und die machen auf der Spindel schon einen super Eindruck.
Ein wirkliches Spiel ist nicht zu "ertasten". Nur der Wirkungsgrad wird durch den Kunststoff sicher deutlich gebremst.
Aber das wird er ja auch bei 2 verspannten Muttern aus Messing etc.

Danke erst mal für Deine ausführliche Erklärung!!!

Genau das was ich meine!

1 eine Trapezgewindespindel und speziell mit der IGUS Mutter HAT KEINE 80% ETA

2. Die Spielfreiheit wird ganz schnell abnehmen - Vorteil - dann nimmt der Wirkungsgrad zu

3. Trapezgewindespindeln sind nur dann richtig günstig wenn man die Endenbearbeitung selber machen kann
( Kost für beide Enden so zwischen 40 und 60 Euro/ Spindel)

4. Ansonsten Gibt es Trapezgewindespindeln gerichtet und ungerichtet letztere wackeln wie ein Kuhschwanz und die 2 Nm Motore sind GANZ SCHNELL AN DER GRENZE weil die Spindeln radial klemmen es sei denn die Maschine loddert genauso im Takt und die Muttern haben die Möglichkeit die Spindelbewegung mit auszugleichen!!!!

EIne Rechnung:

Kugelumlaufspindel 16x5 gerollt IT7 10 cm kosten 5 Euro geschliffen und gehärtet ansonsten unbearbeitet
Trapezgewindespindel in 16x3 7e 10 cm kostet etwa 3,6 Euro (ob gerichttet oder ungerichtet weiss ich nicht)

Jedenfalls ist die Trapezgewindespindel eher ein Fall für 3Nm Stepper was bedeutet die Stepper kosten / Stück 12 EUro mehr
Falls die endstufen ( Board ) nicht reichen kosten die besseren auch nochmals 20 Euro mehr + 40 Euro Interfacekarte und das Netzteil duerte acuhnochmals 50 Euro mehr ausmachen
Sind alles in Allem möglicherweise 100..150 Euro mehrkosten.... Hätteste jetzt Rotguss Flanschmuttern genommen Stück 15 Euro wuerden dich nochetwa 30 - 50 Euro von KGT trennen

Kann nur für mich sprechen ... Trapezgewindespindeln habe ich nur an meiner Styroschneide und auch das nur weil Präzision da nicht von Nöten ist!!!

Ja mit den 3Nm Schrittmotoren hatten wir uns eigentlich auch schon "abgefunden"

Die Bearbeitung der Spindeln können wir selber vornehmen.
Die Muttern von Igus sind auch günstig zu haben und bei der voraussichtlichen Nutzung dauert der Verschleiß auch etwas

Zu Zeit haben wir 60 Euro kosten für alle Spindeln mit Muttern!
Das ist mit Kugelumlauf auf keinen Fall möglich.

Ok - heißt im Umkehrschluss aber, dass Du der Meinung bist, dass die 3Nm Motoren reichen.
Danke Dir!

Ohne EUre Spindeln zu kennen wuerde ich ( ohne Gewähr) mit Ja schätzen ... aber um es besser zu wissen ... Ihr habe doch bestimmt Zugang zu einem Drehmomentenschlüssel - mit SChleppzeiger ... damit könnt Ihr das exitente Reibmoment Mutter / Spindel ermitteln Weiter könnte ihr die Spindel mal auf einen Messisch / Granitplatte legen und schauen ob sie überall in jeder Winkelposition eben aufliegt!!

Ansonsten Wenn Ihr in der Industrie anfragt ... es soll auch noch Firmen geben die Studentenprojekte sponsorn und wenn einer eine alte Spindel rumfahren hat ... besser als das was Ihr habt ist so ziemlich alles!

Hallo,
habe diese Steuerung im Einsatz, funktioniert einwandfrei.
Du mußt halt ein wenig löten.
Dafür recht günstig habe die Platine für ca.15€ zu haben.
Den Rest gibt es bei Reichelt oder Conrad !!

http://www.cnc-papst.de/

Gruß Thomas

Danke!

Noch mal zur Auslegung des Schrittmotors.
Am meisten belastet wird wohl der Antrieb der Z-Achse.
Die X- und Y-Achsen müssen ja "nur" antreiben. Das Gewicht wird ja als Rollreibung auf die Führungen verlagert.

Das Gewicht der Z-Achse lastet jedoch komplett auf der Gewindespindel.

Nun habe ich folgende Formel gefunden:

Antriebsmoment = (Axiallast x Steigung x Wirkungsgrad) / 2Pi

Der Wirkungsgrad von Trapezgewindespindeln soll sich zwischen 0,4 und 0,5 bewegen (Kugelumlauf 0,8).

Wenn ich nun das Antriebsmoment berechne mit
Axiallast = 120N
Steigung = 3mm
Wirkungsgrad = 0,4

Komme ich auf (120*3*0,4)/2*PI = 22,91Nmm
22,91Nmm / Spindelradius (6mm) = 3,82N
hört sich ja erst mal nicht so schlecht an.

Aber kann ja eigentlich nicht sein, denn wenn der Wirkungsgrad steigt, muss das erforderliche Moment ja sinken, aber nach der Formel steigt es ja
Hab ich da ne falsche Formel!?

Was bei DIr nicht eingeht ist der Spindeldurchmesser !

Schau Dir meine Formel von oben nochmals an

Wenn Du ein Moment hast ist das als ob auf dem Wirkduchmesser der Spindel eine tangentiale Kraft angreift diese Kraft kannst Du über die schiefe Ebene Untersetzen
Die eintriebsgröße ist der Spindelumfang die austreibende Größe ist die Spindelsteigung wenn eine 16er Spindel einen Umfang von 50mm hat und eine Steigung von 5mm

Hast Du eine Weguntersetzung von 10:1 ( die Physikformelsammlung gibt als Formel an F1= F2*h/(2pi l) ( F2 Tangentialkraft; h Steigung ;l abgewickelter Umfang)

wenn Du die umstellst:

Dann gehst Du mit der Gewichtskraft in den Prozess rein ... und die Tangentialkraft * dem WIrksamen Spindelradius gibt wiederum das Moment nach dem DU suchst .... Ideal ohne widerstandsmoment betrachtet)

ETA ist der Wirkungsgrad - dieser wird bezogen auf Ausgangsleistung zu Eingangsleistung ( Paus / Pin) = eta
wenn Du aber statisch rechnest hast Du keine Drehzahl - also auch keine Leistung egal wie viel Moment Du ansetzt ( 2*Pi*M*n) = P

Was Du betrachten möchtest ist, ob wieviel Moment Dein Motor braucht um z.B.die Zachse zu heben.

Ich versuche mal eine Diskussionsgrundlage herzuhypothetisieren... wenn ich komplett falsch liege berichtige mich jemand!:

F zachse sei Masse zachse * Gravitationskonstante a ( F=m*a Newton)

Fzachse erzeugt zwischen Mutter und Spindel eine Friktionskraft,

die wir mal näherungsweise beschreiben als Fzachsereib = Fzachse*mu ( glaube auch Newton - allerdings ist mu Materialabhängig bezogen auf die Ringfläche mit der Mutter ( Traganteil abh. von Belastung)und Spindel berühren * Gangzahl Mutter)

Das duerfte dann eine tangentiale Kraftkomponente ergeben welche mit den Wirkdurchmesser multipliziert ein Widerstandsmoment ergibt. (Momentenkomponente 1.)

Bei Deiner Kunststoffmutter die teilweise untermaßig ist duerfte da noch Kraft bzw Reibung aus anderen Richtungen dazukommen, dass das Ganze nicht mehr berechenbar ist!

Empirisch duerftet Ihr das aber leichter haben, dreht die Spindel in die Mutter - Spindel durch ein Brett mit loch gesteckt und die Mutter mit Spannmitteln auf dem Brett festgemacht. Brett mit dem nach unten raushängenden Spindelende an einer Tischkante festklemmen unten an der Spindel ein Gewicht mit Draht festmachen ... z.B. 10 Liter Wasser = 100 Newton ... Drehmomentenschlüssel mit 1..5 Nm
und Schleppzeiger beschaffen ( Hochschullabors haben so etwas und wenn es ein Schulprojekt ist...) den Schlüssel am oberen Ende festmachen und vorsichtig ( die Drehmomentenschlüssel sind teuer und kostbar!!! nicht überlasten) die Spindel einmal ganz runterlassen ( maximalwert aufschreiben ( Schleppzeiger)) und dann die Spindel mit dem Gewicht wieder ganz hoch drehen ( VORSICHTIG) dann habt Ihr für beide Fälle den Maximalwert den Ihr an Moment aufbringen müsst und könnt mit geeigneter Sicherheit drauf aufbauen!!!

Allerdings ist Widerstandsmoment ncht das Hauptproblem bei SChrittmotoren. Da die Motoren nicht selbst kommutieren sondern fremdgetaktet werden muss der Motor dem Takt auch hinterherkommen können ! Somit ist die Trägheit einer großen Masse oder die Massenträgheit einer rotierenden Masse ein Nachteil für die Dynamik da der Motor damit langsamer beschleunigen kann, ohne Schritte zu verlieren ....
WIe schnell seht Ihr an der Grenzkennlinie im Datenblatt des jeweiligen Motors!

Hallo!

Ein kleiner Versuchsaufbau hat ergeben, dass ein Schrittmotor mit 2Nm ausreichen müsste und sogar noch Sicherheiten bietet.
3Nm reichen somit auf jeden Fall aus.

Da der Preisunterschied meistens nicht wirklich groß ist, wird es die 3Nm Version. Dann ist man einfach auf Nummer sicher.

Nun habe ich hier 3 Steuerungen gefunden/in die nähere Auswahl genommen.

Gibt es da Erfahrungen?
cncprofi.eu und cncshop.at so wie diese von cncshop.at

Die 1. ist am Teuersten.
392€ für 3xMotor (3N, 3A), Netzteil (24V, 14,5A), Not-Aus-Schalter, 3 Nockenschalter, einzelne Endstufen, Vorbereitung für 4. Achse
Die 2.
349€ für 3xMotor (3N, 2A), Netzteil (27-33V, 8A), Konfig.-File für Mach3
Die 3.
389€ für 3xMotor (3N, 2A), Netzteil (27-33V, 8A), Konfig.-File für Mach3 und externen Endstufen

In der 1. sind noch Kupplungen dabei. Außerdem die Vorbereitung für die 4. Achse die sicher irgendwann mal folgen wird.
Die 2. und 3. sind sehr ähnlich. Unterschied sind wohl die externen Endstufen, die mich persönlich auch mehr anmachen....

Wie ist Eure Meinung dazu?

Gruß
Morris

Für Kupplungen die taugen zahlst DU / Stück auch schon 15Euro (ich habe Deine jetzt nicht gesehen !)

Zugelassener Notausschalter mit Kontakt ist acuh knapp 20 Euro

EInzelne ENdstufen haben den Charm ... wenn mal ws kaputt geht braucht man nur eine austauschen!!!

ANsonsten wirst Du sehr wahrscheinlich in der Ausstattungsvariante nicht weit unter 400 Euro kommen

Hatte 120 für die Stepper
150 für die Endstufen
40 für Parallelinterfaceplatine
und 70 fürs Netzteil gerechnet
dann geht bei denen der Notaus wohl billicher über den Tisch ... oder es sind keine Kabel dabei!!

DIe erste hängt aber wie ich sehe nur an 36V die 2. an bis zu 30V genauso die Dritte DIe Spannungslage ist sofern die Endstufen das können verbesserbar

Ja ich hatte auch schon mal so eine Rechnung aus einigen Komponenten aufgestellt.

- Stepper 3xmind 39€ + Versand = 125€
- Endstufen 3x 54€ = 162€
- Interfaceplatine 40€
- Netzteil = 76€

Da lohnt es sich dann schon mehr gleich nen Komplettsatz zu kaufen.
Dafür gehen da dann aber bis 50V !

Hallo,

24 Volt sind ein bisschen mager. Ändert zwar nichts am Haltemoment der Motoren, doch mit um die 50V oder höher lässt sich erheblich mehr Geschwindigkeit erreichen.
Ich würde eher an der Unterstützung für eine 4. Achse sparen falls du nicht gerade auch noch eine Drahtschneidemaschine steuern möchtest (bei den meisten bezahlbaren CAM Programmen die eine zusätzliche Drehachse unterstützen ist entweder X oder Y feststehend, kann also durch umklemmen gelöst werden und benötigt keine zusätzliche Endstufe)

Viele Grüße
Christian