Anfänger mit einigen Grundsatzfragen. Bauart von cnc Fräsen und Portalen

[Holzdüvel]

Moin,
ich habe da so einige Fragen bezüglich der Bauart von cnc Fräsen.
Hier eine "windschiefe" Skizze der verschiedenen Typen, die ansprechen möchte. Ich hoffe man kann das erkennen, was ich da gezeichnet habe.





Ich bin ich mir nicht so ganz schlüssig warum die meisten sich für Bauweise Maschine 3 (siehe Bild) entscheiden.
Nach meinem Verständnis haben die Maschine 3 und die Maschine 1 die meiste Durchbiegeung der X Achse, also wenn das Portal die Mitte der Maschine erreicht hat.

Bei Maschine 2 könnte man ja sogar noch die Vorder.- und Rückseite schließen, und hätte so noch mehr Stabilität.
Oder wird das ganze irgendwann zu steif, so das zu viele Vibrationen auftreten könnten?
Das Gewicht spielt da sicherlich auch noch eine Rolle.





In diversen Foren ist zu gelesen, daß es immer wieder Diskusionen in Bezug auf die Torosion der Y Achse gibt.
Ich bin mir im klaren, das ich mit Sicherheit keine neuen Einfälle bezüglich der Bauweise einer Y Achse und einer Z Achse habe.
Nun habe ich mir allerdings überlegt, ob sinnvoll sein könnte die beiden Achsen so wie aus meiner Zeichnung zu konstruieren (Variante A und Variante B).




Nach meinem Verständnis müssten beide Konstruktionen eine gleichmäßige Drehung der Y Achse zur Folge haben. Egal in welche Richtung man gerade Fräst.
Es ist natürlich klar, das der Materialaufwand "enorm" ist, im Gegensatz zu den üblichen Konstruktionen.
Könnte es sein, das durch Variante A und B eine höhere Festigkeit entsteht, und damit eine größere Genauigkeit?
Dadurch, das die Spindel in der Mitte der Y Achse angebracht ist, sollte das Spiel in alle Richtungen gleich sein. Oder irre ich da?

Welche, und wieviele Wägen und Linearführungen man nun wirklich braucht, weiß ich natürlich nicht.

Variante A 4 Linearführungen mit 8 Wägen
Varainte B 8 Linearführungen und 16 Wägen. --Der Händler wird sich freuen, das Portemonnaie wird schreien!

Es ist ja auch nur so eine Idee.
Ich denke mir natürlich, dass die "standard" Konstruktionen wohl das Beste sind, denn sonst würden die ja nicht so weit verbreitet sein.


Könnt ihr mir bitte sagen, ob ich mit meiner Idee auf einem Holzweg bin, und warum.
Oder ist an meiner Konstruktion etwas brauchbares dran?


Gruß
sven

 

[Ellidelli]

Hallo Sven,
nur mal so meine Meinung dazu ich bin kein Maschinenbauingenieur! Aber ich habe jahrelang an Holz BAZ ts gearbeitet. Mit vielen oder oder großen Linearführungen wirst du keine signifikante Versteifung einer Maschine erreichen. Diese Linearführungen sind auf eine Stabile Unterkonstrucktion angewiesen. 30ger Linearführungen auf Aluprofilen halte ich für rausgeschmissenes Geld. Man sollte sich mehr auf eine steife Unterkonstrucktion konzentrieren dann kann man Geld sparen. Ich habe 6 Jahre an einer Weeke BP 145 jede Woche die Führungen abgeschmiert. Das Portal wog geschätzte 500 Kilo und wurde im Eilgang mit 80M/min Bewegt.
Dieses Portal hing an 2 30ger Führungen mit 4 wagen. Diese Führungen waren aber auf ein Überfrästes Gussbett geschraubt.
Hier mal ein Link das 4te Bild zeigt die Führungen.


HIER

 

[Holzdüvel]

Nabend Ellidelli,
danke für Deine Antwort.

Hätte ich jetzt nicht gedacht, das so etwas "zierliches", etwas so schweres und gewaltiges in schach hält und und auch noch präzise läuft.
Dann wäre Variante A also auf jedenfall ausreichend. Wenn diese Konstruktion als solches überhaupt sinn ergibt.

Gruß
sven

 

[Ellidelli]

Hi nochmal,

also die Dynamik und Präzision einer solchen Maschine ist mit unseren Hobbymaschinen in keinster Weise vergleichbar. Ich weiß wovon ich spreche!
Ehrlich gesagt verstehe ich die Konstruktion nicht ganz. Wie gesagt die Unterkonstruktion sollte steif sein. Also die Grauen Teile ordentlich dimensioniert!?

 

[Holzdüvel]

Also, Du meinst, Du verstehst die Konstruktion der Z Achse (Variante A und B) nicht? Oder was meinst Du?

Da ich noch Anfänger bin, auch im CAD zeichnen, werde ich mal versuchen meine Idee damit ein wenig anschaulicher und verständlicher dazustellen.
Das kann allerdings ein wenig dauern.

sven

 

[Christian Knüll]

Hallo,

mehr oder im Vergleich zum Unterbau überdimensionierte Führungen bringen wie Ellidelli schon geschrieben hat nichts.
Im Gegenteil: wenn die Führungen nicht perfekt ausgerichtet sind drücken sie sich gegenseitig kaputt - die Kräfte gehen dann schnell in die Tonnen wenn sie nahe beieinander liegen.

(Wäre mal eine Fleißarbeit: welche Kräfte entstehen zwischen 2 parallelen Linearführungen bei einem 2Nm Motor mit 16x5 Kugelumlaufspindel und einem Parallelitätsfehler von 0,01mm auf 1m unter der Annahme völliger Steifigkeit. Ich mag es jetzt nicht rechnen, doch ich bin sicher dass wenn es einer rechnet er es 5 mal prüfen wird weil er die gigantische Zahl erst mal für einen Rechenfehler hält. Sie stimmt aber wegen der Bedingung "völlige Steifigkeit" und ist der Grund warum eine gewisse Flexibilität in manchen Bereichen - so unerwünscht sie sonst auch ist - nötig ist um genau solche Kraftanstiege zu verhindern)

Aus dem Grund sehe ich auch stark vorgespannte Wagen kritisch - jeder kleinste Ausrichtungsfehler muss von der Maschine irgendwie aufgenommen werden, sonst steigen die Kräfte ins unermessliche.
Wenn nicht vom Wagen dann eben vom Rest der Maschine.
Auf Y mit den weit auseinanderliegenden Führungen links und rechts kommt die Flexibilität so oder so über die Maschine selbst - bringt da also nicht viel.
Auf X und Z wo sie normalerweise sehr nahe beieinander liegen und auf dem selben Träger montiert sind kann es dagegen schnell kritisch werden wenn die Auflageflächen nicht perfekt stimmen.
Da schadet ein bisschen Flexibilität im Wagen selbst definitiv nicht.

Wer steif bauen möchte sollte in erster Linie die Formeln für die Durchbiegung eines Balkens berücksichtigen.
Die Länge des Balkens geht mit der 3. Potenz in die Durchbiegung ein -> doppelte Länge einer Achse bedeutet bei ansonsten identischen Querschnitten 8-fache Durchbiegung!
Also nicht unnötig groß bauen bzw. wenn dann eben auch die Querschnitte entsprechend dick auslegen.


Christian

 

[Holzdüvel]

Moin Christian,
das habe ich verstanden.
Dann hat sich das mit meiner Idee erledigt.
Back to Basics.


Gruß
sven

 

[Holzdüvel]

Eine Frage habe ich da noch...

Warum bauen so viele die (in meinem Bild) Maschine 3 ?

Wenn ich das so richtig sehe, ist Maschine 2 wesentlich stabiler.

Gruß
sven

 

[Ellidelli]

Hallo Christian

Danke für Deine Ausführung. Wie gesagt ich bin kein Dipl.-Ing. das war meine reine Meinung ohne Anspruch auf Richtigkeit. Ich frage mich nur wenn die Führungen auf so ein Tonnenschweres Gussbett geschraubt sind wo da was nachgeben soll. Das könnten dann eigentlich nur die Schraubverbindung sein. Meine Meinung ist auch das diese Linearführungen im Hobbybereich hoffnungslos unterschätzt werden.

Sven:
Variante A und B sind doch gleich nur mit mehr Führungen? Wie gesagt durch eine Verdopplung der Führungen wird sich keine höhere Genauigkeit und Steifheit erreichen lassen.
Nur beim zusammenbau und Ausrichtung wird es wesentlich schwieriger bis das alles läuft.
Kosten nutzen. Deine Maschine 3 währe wohl Teurer. Man muss sich genau überlegen was man mit der Maschine machen will und danach Konstruieren. Aber das ist schon reichlich Diskutiert in den Ganzen Foren. Man kann nicht pauschal sagen diese oder jene Maschine ist die bessere.


Viele Grüße
Detlef

 

[Christian Knüll]

Hallo,

Warum bauen so viele die (in meinem Bild) Maschine 3 ?

Wenn ich das so richtig sehe, ist Maschine 2 wesentlich stabiler.

Einfach und wenig Materialverbrauch... und auch praktikabler, da man bequem von der Seite ran kommt.
So ein "Tunnel" wie Maschine 2 ist in der Praxis oft hinderlich.
Die Bauweise gibt es allerdings im industriellen Bereich bei Maschinen in Wohnzimmergröße.

Richtig steife Maschinen für Metallbearbeitung sehen wiederum ganz anders aus - das ist in der Regel ein großes "C" an dem oben Z hängt und unten X und Y einen Kreuztisch bilden.
Wer so ein Ding mal im Rohbau gesehen hat: mehrere Tonnen Gusseisen oder Kunststein, dennoch kaum mehr als 50mm Schienen und typischerweise Verfahrwege unter 1m.


Christian