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Große Portalfräse in Planung - offene Fragen...

Beitrag 20.03.2006, 15:08 Uhr
Guest_Ueberbach_*
Themenstarter

Gast



Ich plane momentan eine Portal-Fräse für den Schuleinsatz. Idee ist die Fräse schon während ihres Entstehungsprozesses als Projekt für Schülergruppen nahe zu bringen ? um so besser versteht man später bei der Benutzung wie die Maschine eigentlich arbeitet.

Die Maschine kommt nachher im Bereich rapid prototyping für Kunststoffe, Schaumstoffe und Holz zum Einsatz, soll also voll 3D fähig sein und einen Verfahrweg von 200cmX200cmX200cm bieten. Momentan habe ich hierzu jedoch noch einige Fragen ? vielleicht hat hier jemand die passenden Antworten:


Grundaufbau
Wie Verwindungssteif/Schwingungssicher sind die großen Linearfürhungen (z.B. Isel) im Praxiseinsatz? Dadurch, dass ich große Verfahrwege und somit eine große Portalspannweite habe bin ich mir etwas unsicher. Leider lebe ich nicht in Deutschland und somit ist der Kontakt nur über Vertragshändler möglich.


5-Achsen Steuerung
Hat bereits jemand Erfahrung mit einer rotierenden Spindel an einer 4. und 5. Achse? Welche Software kann man benutzen?



Pneumatische Spannzangen für Werkzeugwechsler
Was hat der Markt an bezahlbaren Spannzangen zu bieten?


Software
Ich schwanke momentan noch zwischen einigen Ansätzen. Warscheinlich wird es MasterCAM... oder hat jemand eine andere Interessante Lösung die vielleicht auch preislich weniger ins Gesicht fällt ?! ;-)



Gruß,
André
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Beitrag 20.03.2006, 15:23 Uhr
Zoppo
Zoppo
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Mitglied seit: 03.04.2004
Beiträge: 13

Hi, herzlich Wilkommen hier im Forum.

Da hast du aber was großes vor mit der Fräse.

Ich kann dir hier zwar nicht helfen, aber hier gibt es ja welche, die auch schon eine selber gebaut haben.

gruß

Jürgen
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Beitrag 20.03.2006, 16:17 Uhr
uli12us
uli12us
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Beiträge: 5.008

Also erstmal solche Dimensionen kriegst du nur mit ausreichend Masse hinlänglich Stabil. In dem Zusammenhang kannst du Isel komplett vergessen. Ich sag mal aus dem Bauch raus, Mindestgewicht der ganzen Konstruktion wenigstens 10 Tonnen. und die Führungen und Spindeln mindestens 50er Baugrösse.Bei den Gewichten ist dann natürlich auch ne Profisteuernung vonnöten. Ob da jetzt Siemens, heidenhain, Fanuc oder was auch immer drauf steht macht nur marginal was aus.
Bei dem bisher schon nötigen Aufwand nach billigwerkzeug wie Spannzangen und so zu suchen ist komplett sinnlos. Und als Schule kommt man auch recht günstig an Profi 3DSoftware wie Catia, ProE, Tebis oder Unigraphics ran.
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Beitrag 21.03.2006, 05:21 Uhr
Guest_Ueberbach_*
Themenstarter

Gast



Schonmal Danke für die Antworten!
Das Gewicht ist kein Problem... das gute Stück muss nur Stabil und Verwindungssteif genug sein. Die X-Achse wird aller Voraussicht nach auf einen beweglichen Tisch ausgelagert und das Portal fest mit der Machinenkonstruktion verschweißt. Somit ein Stabilitätsproblem weniger!

Ein großes Fragezeichen schwebt jedoch noch um die um 2-Achsen drehbare Spindel... warscheinlich werde ich selbsttragende Kugellager benutzen und die Achsen über Zahnräder nebst einem kleinen Getriebe antreiben. Oder hat jemand eine effektivere Idee?

Ein Ansatz war die Verwendung von Servo Motoren mit einem Getriebe - zwecks Geschwindigkeit. Denke mit der richtigen Übersetzung und kräftigen Motoren (jede Spindel einzeln besetzt) sollte es klappen.


Bei Gelegenheit werde ich die ersten 3D Konstruktionszeichnungen posten.
Als Software kommt bei Planung sowie später bei der Verwendung der Maschine CATIA zum Einsatz - meiner Meinung nach eines der handlichsten Tools für komplexe Aufbauten.

Gruß,
André
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Beitrag 21.03.2006, 10:40 Uhr
uli12us
uli12us
Level 8 = Community-Ehrenmitglied
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Beiträge: 5.008

Um eine Profisteuerung mit Servomotoren wirst du ohnehin nicht rumkommen. Um solche Massen zu beschleunigen und abzubremsen ist halt mal Leistung nötig. Das grösste und gewichtigste Problem ist dabei die Höhe. Schliesslich musst du erstmal ca 3m hoch und anschliessend wieder runter und dabei soll das Werkzeug natürlich an der Stelle bleiben wo es hingehört. Und der Gabelkopf schluckt wahrscheinlich auch nochmal nen halben Meter. Für solche Belastungen sind Kugellager aber nicht geeignet, da brauchts schon richtig grosse Rollenlager. Oder noch besser wären Gleitlager.
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Beitrag 21.03.2006, 20:53 Uhr
TBL
TBL
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Beiträge: 600

2mx2mx2m Verfahrweg. Naja.

Isel: Komplett vergessen. Gute Erfahrungen habe ich mit den Führungssystemen von THK, NSK und IKO, alle drei sind aus demselben japanischen Stammhaus entstanden. Von NSK und THK bekommen Sie auch relativ günstig fertige Kugelumlaufspindeln mit Lagern, Ihnen werden sicher auch die gerollten C5-Spindeln reichen, geschliffen muß es nach meiner Erfahrung erst sein, wenn man Metall bearbeitet.

Ich selbst habe auch eine tonnenschwere Portalmaschine mal gebaut, eigentlich gehört sie mir noch, aber auch ich "lebe" - leider und garantiert nur noch kurze Zeit - in Deutschland. Mein Portal habe ich damals verschraubt, um es ausrichten zu können, das ging mit Stellschrauben recht gut, die Schrauben sind M20 aufwärts.

Überlegen Sie sich, wie Sie Ihre Maschine justieren wollen. Schweissen gibt Verzug. Die Führungen verzeihen keine Parallelitätsfehler, bei 0.025-0.05 ist allerspätestens Schluß.

Überall, wo Führungen usw. draufkamen, habe ich die Teile hobeln lassen, es gibt einige Firmen, die (noch) solche Langhobler haben, das war deutlich günstiger als fräsen lassen.

Schienenführungen nicht einfach auf ebene Platten draufschrauben, das geht nur bei ordentlicher Überdimensionierung, weil die Schrauben mittels Reibung sonst die Querkräfte abfangen müssen, besser ist eine formschlüssige seitliche Stütze.

Schienenführungen müssen Sie ausrichten! Die sind biegsam wie jeder andere Stahlstab auch. Ich hab mir ein langes Lineal gekauft und anhand dessen mittels Messuhr ausgerichtet, dauerte Wochen.

Auch ich hab en Tisch in Längsrichtung gefahren, also die Y-Achse. Die X-Achse fuhr auf dem Portal hin und her (ca. 800mm) und auf diesem Schlitten die Z-Achse. Einen vormals vorgeshenen 5-Achs-Ausbau hab ich dann bleiben lassen, dieser wäre in massiven Kegelrollenlagern gelaufen.

Bei Ihnen heisst das, daß der Tisch vorn und hinten je die 2m braucht, 4m Baulänge, Alternative ist die Gantry-Bauweise.

Drehachsen realisiert man meist mit Schneckentrieben, wobei man zwei Schnecken (90oder 180 Grad versetzt) möglichst spielfrei anstellt, das wird nicht reichen, eine Schnecke drückt mittels Federpaket.

Für Ihre Werkstoffe brauchen Sie Drehzahl und Vorschub nicht zu knapp, nachrechnen! Aus meiner Sicht werden Sie die Vorschubmotore direkt an die Spindeln (bzw. Zahnriemen 1:1) ankoppeln müssen, d. h. Sie landen da im Bereich um oder deutlich über 1kW, auch die Frässpindel braucht Drehzahl, ich hab damals dann aus Kostengründen (ISEL Direktantrieb am Anfang....) einen Drehstrommotor mit FU betrieben und mittels Zahnriemen und geschränktem Trieb auf die Frässpindel, übrigens auch Spannzange.

Spindelsteigung hier mindestens 10mm.

Schon jetzt: Brauchen Sie Kühlmittel? Auf alle Fälle gibt's Späne, ich hab die abgesaugt bzw. mit Druckluft weggeblasen. Führungen und Spindeln abdecken, auch wenn die Hersteller was anderes behaupten, der Staub kommt rein. Aber nicht die teuren Blechteleskope der fertigen Maschinen kaufen, die sind recht teuer, man kann das auch mit übereinandergelegten Blechen (lasergeschnitten) erreichen. V2a rostet nicht.

Zu dem Thema auch ein gutes Buch, man sieht auch in Maschinen rein: Fachkunde Modellbau, Technologie des Modell- und Formenbaus, aus dem Europa-Verlag.


Elektrik. Ihre Maschine braucht Endschalter, Kabelverlegung schon zu Anfang planen. Wie erfolgt die Positionsrückmeldung. Die häufig recht günstige Methode mittels Enoder auf dem Motor bzw. der Spindel funktioniert recht gut und reicht für Sie sicher aus.

Steuerung. Ich hab meine selbst gebaut, ging vor vielen Jahren mit einem Z80 los und läuft heute auf (zeitgemäßen) Pentiums. Dabei lernt man Programmieren, vor allem hardwarenah und auf Maschinenebene und kann sich nach Lust und Laune Funktionen dazuschreiben, auch die ganze Elektronik habe ich mir damals selbst gebaut. Muß man sich überlegen. Ich war lange Zeit nicht so schnell wie industrielle Steuerungen.

Was sagt die Gewerbeaufsicht?


Wünsche viel Erfolg. Sie werden ein wenig Geduld und 'Geld brauchen.
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Beitrag 22.03.2006, 06:19 Uhr
Guest_Ueberbach_*
Themenstarter

Gast



Danke für die vielen Tipps! So ein "Monster" benötigt gleich einen ganz anderen Planungsaufwand.


Führungen:
Auf THK habe ich hier recht guten Zugriff - Meines Wissens gibt es in Malaysia neben diversen Händlern auch eine kleine lokale Produktion bzw. zumindest eine Firmenniederlassung mit Lager.
Dem Aspekt der verziehenden Führungen habe ich bislang nur wenig Beachtung geschenkt - jetzt im Nachhinein klingt es trotzdem logisch!
Schmutz auf den Spindeln ist wirklich ein Problem! Eine vorab gebaute kleine Portalfräse hat im Nachhinein eine Art Spaltkanal bekommen, welcher über Gummiabstreifer arbeitet. Den Staub hat es natürlich trotzdem nicht draußen gehalten. Den Tipp mit der Fürhung werde ich gleich umsetzen...


Die großen Maschinenteile werde ich als Auftragsarbeit an einen Contractor abgeben, welcher mir hoffentlich die benötigte Genauigkeit liefern kann. Arbeitskraft ist zwar billig, jedoch ist es um so schwieriger entsprechende Facharbeitskräfte zu finden.

Was soll die Gewerbeaufsicht sagen - das Projekt ist für eine Schule. Die ganze eingesetzte Software wird legal käuflich erworben und lizenziert.
Was den Platz angeht, so sind wir hier bestens ausgestattet! Hoche Decken, großer Raum bieten genügend Platz für Bau sowie auch die Verwendung der Maschine mit vollem Verfahrweg. Späne werden über Luftdruck und eine zentrale Absaugung beseitigt... bei der 5-Achsen Steuerung stellt sich jedoch die Frage für die ideale Positionierung. Eventuell eine 2. Z-Achse nur für die Absaugeinrichtung!
Kühlung/Ölschmierung wird vorerst nicht gebraucht - primär soll die Maschine Kunststoff und Holz bearbeiten.


Grundplatte:
Welches Grundmaterial verwendet man am besten für den Frästisch? Um Stahl die nötige Verwindungssteifigkeit zu geben muss man schon eine extrem massive Platte verwenden. Lohnt sich eventuell eine Marmor/Steinplatte?

Wie stellt man die gesamte Konstruktion am besten auf? Am Boden mit Hilti Dübeln und schweren Bolzen anschrauben oder eine dynamische Gummigepufferte Lagerung?


Elektrik:
Für die Entschalter habe ich irgendwo noch einen Sack mit induktiven Näherungssensoren hier rumliegen. Kein Verschleiss und meiner Meinung nach hohe Betriebssicherheit...

Programmieren stellt kein Problem dar. Ich arbeite seit langem im Bereich der Datenbankentwicklung und Human Interfaces mit verschiedenen Sprachen. Trotzdem würde ich die Steuerung warscheinlich von vorne herein auf eine Profisteuerung festlegen - um die Fertigungszeit zu verkürzen und von vorne herein kompatibel zu den heutigen Standards zu bleiben.

Die ganze Verkabelung soll möglichst einfach erfolgen. Leistungsführende Teile werden über Schleppketten und Ölflexkabel verlegt, Steuerungselemente über ein BUS-System zwecks einfacherer Verkabelung zusammengeführt. Zwei zentrale Schaltschränke am Rücken bzw. an der Seite der Maschine (einer für Leistungsteile, einer für Steuerungsaufgaben) sollen die Maschine möglichst kompakt und transportabel halten.




Haben Sie vielleicht ein paar Bilder von der selbst gebauten großen Maschine? Mich würde wirklich der Grundaufbau interessieren!
Vielen vielen Dank für die Denkanstöße - werde die Zeichnungen wohl nocheinmal überarbeiten.
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Beitrag 22.03.2006, 21:18 Uhr
TBL
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Dann noch ein Tip, die Z-Achse hat ein ordentliches Gewicht, das sollten Sie ausgleichen. Also Kette obenrum und hinten ein Gewicht mit auf- und abfahren.

Sonst passiert Ihnen, daß daß die Taverse umso weiter nach vorn "kippt" infolge des Biegemoments, je weiter Sie in der Mitte sind, legen Sie also den Schwerpunkt in die Mitte, dann ist Ruhe.

Ob Sie die Maschine festschrauben oder entkoppeln, das ist eine Frage, ob Ihre Umgebung Vibrationen, die sich auf das Fundament übertragen, auch abkann. Früher zu konventionellen Zeiten war es Usus, die Maschinen auf dem Fuindament auszugießen, auszurichten und festzuschrauben. Wenn aber dann eine Exzenterpresse in der Nähe stand....

Wenn Sie entkoppeln, dann schenken Sie die dämpfende Wirkung des Untergrunds her, schonen diesen aber auch. Bei Ihrer Maschine wird es reichen, wenn Sie diese schlicht mit justierbaren Füßen auf den Boden stellen.

Höhe genug da? Dann einen einfachen Kran obendrüber mit Flaschenzug, kein Elektrozug und das Ding lassen Sie für Wartungsarbeiten gleich drüber stehen.

Brauchen Sie einen automatischen Werkzeugwechsler?

Pic muß ich mal gucken, die sind mit meinen anderen PCs alle über den Jordan gegangen, evtl. hab ich aber noch welche. Bitte ein wenig Geuld.

Die Führungen hab ich übrigens nur mit einer 1/100mm-Meßuhr ausgerichtet, ein Lineal gekauft (war preiswert) und einen sehr genauen, großen Winkel (der war teuer....). Bei den Führungen habe ich dann eine Schiene gerade ausgerichtet, diese dann als Masterschiene benutzt, die Wägen leicht festgezogen und damit hat sich die zweite Schiene ausgerichet. Dann lief der Schlitten schon mal und anhand dessen richtete sich dann die Kugelgewindespindel aus.

Granit? Kostenfrage. Wärmedehnung haben Sie da auch, Gewinde für die Führungen müssen rein, sind eingeklebte Buchsen, seitliche Abstützung ist mit dem Läppverfahren und (in der Regel vorhergehenden Schleifen) aufwendig zu machen. Ich hab ordentlich dicke Stahlplatten benutzt. Guß wäre natürlich Guß, ging damals aber nicht.
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Beitrag 23.03.2006, 09:05 Uhr
Guest_Ueberbach_*
Themenstarter

Gast



Nach momentaner Planung sollte die Z-Achse durch Gasdruckzylinder unterstützt werden. Ein Gegengewicht ist zwar einfacher zu konstruieren doch habe ich Angst, dass es bei großen Werkstücken im Weg steht. Ansonsten muss ich nach oben noch einen Ausleger für die Umlenkung anfügen... sieht ein wenig komisch aus ;-)


Ein Werkzeugwechsler ist kein muss, jedoch wenn man schonmal so ein Ungetüm konstuiert durchaus wünschenswert. Je nachdem ob ich einen Gabelkopf für die Spindel haben werde oder nicht, wird sich der Werkzeughalter als einfache Batterie entweder leicht herausschwenkbar unter dem Portal befinden (fähr also mit dem X-Schlitten!) oder leicht seitlich versetzt neben dem Maschinentisch. Um Verfahrweg zu sparen!


Nun, dann bekommt der Y-Tisch eben einen verstärkten Antrieb und ich kann preiswerteren Stahl als Grundplatte nutzen. So oder so wird die Maschine einige Tonnen auf die Wage bringen. Temperaturmäßig habe ich mit Verzug etc. an sich kein Problem - Alle Bereiche Vollklimatisiert auf konstanten 24°C.




So wie es momentan aussieht wird zeitgleich zur "großen" noch eine kleine Maschine entstehen... man ist hier wohl langsam auf den Geschmack gekommen. Hiervon demnächst vielleicht schon die ersten Bilder.
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Beitrag 23.03.2006, 21:47 Uhr
TBL
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Wenn Sie eine Traversenmaschine anschauen, dann ist die Abstützung immer ganz aussen. Jetzt bitte einmal ein Buch der Festigkeitslehre (alternativ ein CAD mit entsprechender Möglichkeit) schnappen und die Durchbiegung ausrechnen. Nun rutschen Sie die Traversen etwas rein und iterieren mal ein wenig, Sie werden etwas sehr interessantes feststellen.

Der Schwerpunkt der Z-Achse liegt vor dem Portal, damit beanspruchen Sie dieses auf Verdrehung. Je weiter Sie in die Mitte kommen, umso länger ist auch dieser Torsionsstab, d. h. umso mehr hängt Ihre Z-Achse nach vorne über und weicht von der optimalen Z-Vertikalrichtung ab. Daher das Gegengewicht, damit können Sie die Torsion komplett ausschalten, haben aber immer noch die Biegung, diese können Sie mit ausreichendem Widerstandsmoment (in der Höhe) gering halten.

Wenn Sie mal nachrechnen, das Gewicht zu fahren, das braucht gar nicht mal soviel Leistung, sehr viel geht durch die Beschleunigung der rotatorischen Massen drauf. Daher ist der Zylinder zwar ok, schont auch die Z-Vorschubspindel, aber zwingend nötig ist der deswegen nicht.
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