Steifigkeit einer Fräsmaschine

Hallo,

ich habe vor mit der Planung einer 3-Achs CNC Fräse zu beginnen. Von der Stabilität soll diese so ausgelegt sein, dass man auch mit nicht zu kleinem Durchmesser in nicht zu hartem Stahl gemütlich fräsen kann. 12mm Fräser sollte keine Probleme darstellen. Nur welche Steifigkeit ist dafür nötig? Darauf beruht dann auch die Planung der Fräse. Aber ich kann mangels Erfahrung nicht einschätzen welche Steifigkeit da minimal notwendig ist.

Der Verfahrweg soll grob 800x500x200(300)mm sein. Geplant ist die Konstruktion aus Stahl Vierkantrohren zu bauen.

Ich besitze momentan eine Fräse aus Aluprofilen. Diese hat eine Steifigkeit von ca. 3N/µm bzw. verwindet sich um 0,06mm bei 200N Zug. Damit kann ich auch schon mit mehr oder weniger starken Einschränkungen und einem 5mm Fräser s235jr bearbeiten.

Nur was brauche ich mindestens um ordentlich in Stahl zu arbeiten? Ich habe schon gesucht ob ich von einer professionellen CNC Fräse Werte zur Steifigkeit finde um wenigstens mal eine Hausnummer zu haben. Leider war die Suche erfolglos. Vielleicht kann mir hier jemand weiter helfen?

Mir ist auch bewusst, dass nicht nur die statische Steifigkeit sondern auch das dynamische Schwingungsverhalten für ein erfolgreiches Fräsen in Stahl notwendig ist. Aber irgendwo muss ich mal anfangen meine Konstruktion auszulegen.

Gruß

Alexander

Hi,
du wirst auf alle Fälle ein Vibrationsproblem bekommen....
die Vierkantrohrkonstruktion kannst nämlich weitgehend vergessen!
Portal... Konsol... oder wie soll die aussehen?
Denke mal du meinst eine Portalbauweise.
Masse bringt Ruhe....
Also keine Hohlprofile...

Grüße....

Auf Youtube is einer der hat sich ein Betonbett gegossen....

https://www.youtube.com/watch?v=bqGzbKFMhSg

Der Beitrag wurde von MahoMike bearbeitet: 16.01.2017, 10:03 Uhr

Polymerbeton... und darin gleich mal die Befestigungselemente
mit eingießen....

"Unterschätze nie Macht, die zum vibrieren beim Fräsen führt"

Masse ist Klasse!
Auflagerpunkt der Führungen möglichst weit auseinander...
aber wiederum steif verbunden...

Was red ich, du machst das schon...

Good Luck!

Und dann alles auf einer Reiden bearbeitet...

Danke schonmal für die Kommentare



Da hast du recht. Ist bei der aus Aluprofilen ja auch das gleiche Problem. Dort habe ich die Profile mit Sand gefüllt. Das hat sehr viel gebracht. Hätte das bei den Stahlrohren auch so vor.
Die Bauweise soll eine Portalfräse mit oben liegendem Portal werden. Für einen verfahrbaren Tisch habe ich nicht genug Platz in der Werkstatt.
Grob soll sie so aussehen. nur auch mit dem Maschinenbett aus Stahlvierkant.
https://cncwerk.de/forum/download/file.php?...1&mode=view




Ja das wäre natürlich schön. Aber leider kein Platz und transportbedingt sollten die Einzelteile auch nicht über 200 kg wiegen. Das muss nämlich alles irgendwie über ne Treppe gelangen können.



Masse möchte ich natürlich so viel wie möglich unterbringen. Aber wie oben schon angemerkt dürfen die einzelnen Teile nicht zu schwer werden. Also wird das mit UHPC wohl nix. Hab im Cad das Maschinenbett mal ganz grob gezeichnet und komme da auf ca 170kg für den Stahl alleine. Grob überschlagen passen da dann noch 500kg Sand rein (Hohlraum ca. 380 dm³). Vorteil vom Sand ist, dass ich den auch wieder entfernen kann wenn ich das Maschinenbett bewegen muss. Außerdem wirkt der lose Sand Vibrationsdämpfend. Eventuell könnte man auch noch eine Granitplatte als Aufspannfläche verwenden. Das wäre dann auch nochmal ein deutliches Gewichtsplus am Maschinenbett.



Bin gerade noch am suchen wer so ein Maschinenbett dann bearbeiten könnte. Alle die ich kenne haben leider zu kleine Maschinen. Aber wo ein Ziel ist, ist auch ein weg. Da wird sich schon was finden lassen.


Ich hab mal mit einem Schnittkraftrecher ein wenig gespielt. Da komme ich bei von mir gewünschten Schnittdaten auf eine Spindelbiegekraft von ca. 1500N. Recht viel mehr wird wohl eh nicht möglich sein, da die Spindel eine Leistung im Bereich von 5 kW haben soll. Aber welche Verwindung ist noch ok bei dieser Kraft damit man auch ein ordentliches Ergebnis erreicht? Ist 0,01mm noch in Ordnung oder reichen auch 0,05mm? Bei den 1500N geht es ja eh nur um den Schruppgang. Der Schlichtgang erzeugt ja dann deutlich geringere Kräfte. Meine grobe Maschinenbettkonstruktion verwindet sich bei 2000N um ca 5µm. Die Simulation ist aber stark vereinfacht. legen wir mal noch 100% Sicherheit mit oben drauf. Dann bin ich bei 10µm bei 2000N. Denke das sollte schon in die richtige Richtung für meine Anforderungen gehen.

Hier mal noch ein Bild meiner sehr groben Konstruktion. Die habe ich vorallem gemacht um mal ganz grob zu sehen welche Stabilität damit erreichbar ist.

Der Beitrag wurde von Alexoc bearbeitet: 16.01.2017, 15:23 Uhr

Granit alternativ zu welchem Material ?

Ansonsten wohl ne Stahlplatte mit Gewinderaster oder Nuten. Aber das geht ja schon recht ins Detail und davon hängt die Konstruktion außen Rum nur wenig davon ab ;)

Gruß

Alex

Du solltest dich mal über das von dir erwähnte Material Granit informieren. Speziell die Dichte wird dich überraschen. so um 2.6 g/cm³

Der Beitrag wurde von nixalsverdruss bearbeitet: 16.01.2017, 19:37 Uhr

Wieso sollte mich die Dichte überraschen? Weil Stahl ca 7,8 g/ccm hat? Bei mir in der Nähe würde zb jemand eine 100x60x10cm Granitplatte mit 170kg zu einem super Preis verkaufen für den ich nicht mal 100kg Stahl bekommen würde. Deshalb diese Überlegung.

Ob eine dickere Granitplatte besser/schlechter als eine gleich schwere Stahlplatte ist muss ich im Detail dann noch prüfen. Dadurch muss ich das Portal höher setzten um den gleichen Portaldurchlass erreichen zu können. Die Granitplatte hätte aber wiederum eine geringere Durchbiegung auf Belastung als die gleich schwere Stahlplatte. Ob das ein Vorteil bei den geplanten Werkstückgewichten ist müsste ich dann auch noch überprüfen.

In erster Linie geht es mir aber darum damit ich eine Grundlage habe nach der ich meine Konstruktion auslegen kann.


"Ich hab mal mit einem Schnittkraftrecher ein wenig gespielt. Da komme ich bei von mir gewünschten Schnittdaten auf eine Spindelbiegekraft von ca. 1500N. Recht viel mehr wird wohl eh nicht möglich sein, da die Spindel eine Leistung im Bereich von 5 kW haben soll. Aber welche Verwindung ist noch ok bei dieser Kraft damit man auch ein ordentliches Ergebnis erreicht? Ist 0,01mm noch in Ordnung oder reichen auch 0,05mm? Bei den 1500N geht es ja eh nur um den Schruppgang. Der Schlichtgang erzeugt ja dann deutlich geringere Kräfte. Meine grobe Maschinenbettkonstruktion verwindet sich bei 2000N um ca 5µm. Die Simulation ist aber stark vereinfacht. legen wir mal noch 100% Sicherheit mit oben drauf. Dann bin ich bei 10µm bei 2000N. Denke das sollte schon in die richtige Richtung für meine Anforderungen gehen. "

Der Beitrag wurde von Alexoc bearbeitet: 17.01.2017, 07:14 Uhr

Hi, gib ein Maß in deine Zeichnung...
aber so sieht es stabil aus.
Nur ein paar Kleinigkeiten würde ich noch
berücksichtigen... dann könnte es perfekt sein.
So wie es jetzt aussieht, bekommst du Schwierigkeiten mit den Führungen...
die können sich aufschwingen und so zum Verschleiß beitragen.
Jetzt geht die gesamte Kraft in die Biegung der Liegenden Rohre...

Good Luck!

Da bin ja beruhigt wenn dir das bewusst ist. Ich hatte befürchtet du erliegst dem Trugschluss Granit sein besonders „schwer“ .

Die Breite zwischen den Wänden ist 700mm und die Länge 1000mm. Diese Konstruktion ist auch einfach nur mal schnell gezeichnet um grob zu sehen wie stabil das ganze wird.

Beim Berechnen der Sandfüllung habe ich mich um eine Zehnerpotenz vertan. Sind nur ca. 50kg die in die Rohre passen. 500kg kam mir auch schon etwas viel vor.

Hier könnt ihr sehen, dass ich mit meiner aktuellen Maschine durchaus auch nutzbare Ergebnisse in Stahl erzielen kann
https://www.youtube.com/watch?v=wJIV8_CLpFY

Gruß

Alex

Wie viel NM haben die Schrittmotoren der einzelnen Achsen.
Fräst super das Ding. Für eine Aluportalfräse in Stahl einwandfrei.

Haben 2Nm Haltemoment. Laut Drehmomentkurve haben die bei 1200 U/min noch 0,9Nm. Also bei einem Vorschub von 6m/min habe ich noch ca 1000N Vorschubkraft. Spindelsteigung ist 5mm. Mehr als genug für die Fräse

Gruß

Alex

Ganz übliche und normale Parameter. Funktioniert wirklich super auf dem Video.
Manche koppeln die Schrittmotoren ja nicht direkt sondern machen eine Übersetzung mit einem Zahnriemen ran um mehr Drehmoment zu bekommen. Halte ich für ziemlich unnötig.

Ab 11:06 siehst du , dass dein Fräser aufgrund unruhigen Laufes,
stumpf wird (Kante an der Tasche)
Eine vibrierende Maschine führt zu hohem Werkzeugverschleiß
zudem dürfte die Schmierung gefehlt haben...

Ansonsten respektables Ergebnis auf einer Leichtbaufräse..!


Grüße....

Lag vielleicht auch daran, dass der Fräser ab 11:06 schon mit ae 2mm gearbeitet hat obwohl 0,9mm angedacht waren. Bei der großen Tasche kurz zuvor konnte ich keinerlei Gratbildung erkennen. Werde mir den Fräser mal noch unterm Mikroskop anschauen. Interessiert mich auch sehr wie der Verschleiß genau aussieht. Wie lange kann man denn solche einen Fräser realistisch einsetzten bevor der stumpf ist?.

Gruß

Alex

Hallo Alex

Bei deinem neuen Projekt kannst du auch überlegen, den Tisch in einer Achse verfahren zu lassen und das starre Portal in zwei.
Sollte mehr Stabilität bringen.

schöne fräse hast du da gebaut!
ich habe in meiner lehre auch eine gebaut, aktuell läuft das ding leider nicht weil mir der servo der die hauptspindel betreiben soll probleme macht, ich bekomm das ding einfach nicht richtig zum laufen...
wenn ich zeit habe werde ich das mal angehen, aber der neue job...
für den sockel der maschine habe ich mineralguss verwendet, nicht ganz einfach zu verarbeiten und es waren unzählige versuche nötig, aber mit dem ergebnis bin ich ziemlich zufrieden

falls du interesse an einer mineralgusskonstruktion hast, ich hätte noch ca. 200kg sand und passendes harz, würde ich abgeben.

 IMG_2978.JPG ( 1.98MB ) Anzahl der Downloads: 80


falls interesse besteht poste ich gerne mehr bilder vom mineralguss und der fräse, aber irgendwie sind meine bilder alle zu groß bis auf das eine hier...

 fr__se2.jpg ( 592.64KB ) Anzahl der Downloads: 78

Schöne Maschine die du dir da gebaut hast. Aber ich möchte etwas mehr Verfahrweg in X und Y haben. Mineralguss kommt leider nicht in Frage weil die einzelnen Komponenten Transportbedingt nicht über 200kg wiegen sollten. Das wäre mit Mineralguss wohl nicht möglich.

Gruß

Alex

Mineralguss, Ich bin ein Hersteller aus China und war an der Herstellung vieler Produkte beteiligt, die alle aus Mineralguss hergestellt werden.
Ich kann kein Deutsch, aber ich kann mich einfach per E-Mail verständigen. Ich habe zwei Jahre lang Mineralgusstechnik in Deutschland studiert.
Heute werde ich ein paar meiner Produkte vorstellen, ich hoffe, Sie können einige wertvolle Kommentare abgeben.

Ich habe auch einige Zeichnungen auf meiner Website hochgeladen.

https://grabcad.com/library/mineral-casting...ining-centers-1