Genauigkeit von Profilen... [Archiv]

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sonic

21.06.2004, 00:07

Hi,

ich hab mal ne Frage an die Praktiker. Wie genau lässt sich mit Profilmetallen arbeiten, z.B. Alu-Vierkantrohr? Soweit ich weiß werden die ja tiefgezogen, also relativ genau und gerade, oder?

Kann ich solche Profile als Führung für einen Schlitten mit Kugellager nehmen, wenn ich eine Genauigkeit von 0,01mm anpeile?

Ich hab vor mir ein paar kleine Maschinchen herzustellen, und da wollte ich solche Profile benutzen. Ich mein nicht die dafür vorgesehenen Boschprofile oder ähnliches, sondern Material aus'm Baumarkt.

Gruß, Sonic

treckertom!

21.06.2004, 09:01

Es handelt sich bei dem im Baumarkt ausgestellten Ware um Strangguss.
Das flüssige Aluminium wird durch eine Matritze gepresst.
Mehr:
http://www.alcoa.com/global/en/home.asp
Eloxiertes (=elektrisch [Oberflächen]Oxidiertes) Material hat höhere Oberflächenfestigkeit.
Es gibt auch härtbare Aluminiumlegierungen. Aber nicht im Baumarkt.
Bezugsmöglichkeiten für Profile u.A. in den gelben Seiten.
Die meterbezogenen, realen Toleranzen der Baumaktware sind größer als 0,01 mm.
Ohne mechanischen Bearbeitung und vorheriges spannungsarm machen der Materials lassen sich die Toleranzen nicht realisieren.
Auch dürfte die Oberflächenfestigkeit (für Kugelumlaufschuhe, abrollende Wälzlager) unzureichend sein.
Nimm besser geschliffenes Rundmaterial aus Stahl.
C60 sollte es schon sein. Bekommt mensch aber nicht unbedingt im Baumarkt.
Aber vielleicht liege ich komplett flasch.
Was soll bewegt werden?
Massen?
Grobkonzept?

www.ina.de
www.fag.de
www.skf.de
angeguckt?

sonic

21.06.2004, 16:46

[..]
Ohne mechanischen Bearbeitung uns vorheriges spannungsarm machen der Materials lassen sich die Toleranzen nicht realisieren.
Auch dürfte die Oberflächenfestigkeit (für Kugelumlaufschuhe, abrollende Wälzlager) unzureichend sein.

Naja, ich hab die Idee mit den Profilen von diesen CNC-Selbstbauseiten.
Soweit will aber noch gar nicht, und Linearführungen kann ich mir nicht leisten. Deswegen hab ich die Idee mit den Profilen aufgegriffen...

Nimm besser geschliffenes Rundmaterial aus Stahl.
C60 sollte es schon sein. Bekommt mensch aber nicht unbedingt im Baumarkt.
Aber vielleicht liege ich komplett flasch.
Was soll bewegt werden?
Massen?
Grobkonzept?

Geschliffener Rundstahl hab ich mir auch schon überlegt, bekommt man glaub ich beim Conrad. Bronze könnte ein Mittelweg sein, oder?

Also meine Führungen sollen auch gar nicht so lang und groß werden.
Als erstes will ich aus zwei einfachen Linearführungen einen kleinen Kreuztisch bauen und mit einem Gewindestab per Hand antreiben. Trapezgewindespindeln sind mir zu teuer und oversized. Für meine Zwecke müsste das reichen. Wenn das mechanisch so klappt, wollte ich zwei, bzw. 3 digitale Messschieber mit Nullpunkteinstellung an die Führungen bauen. Später eventuell Schrittmotoren + Getriebe für CNC-Steuerung.

Weiter wollte ich mir eine wirklich simple und kleine Drehmaschine bauen, ähnlich der Minidrehbänke die die Modellbauer zum bearbeiten von Motorwellen nehmen. Ca. 20cm lang...

Also insgesamt keine großen Teile, einfacher mechanischer Aufbau, leicht und günstig verfügbare Teile. Hauptsache die Werkzeuge sind genauer als ich mit der Hand arbeiten kann.

Bearbeiten will ich eigentlich nur Holz, Kunststoffe und evt. weiches Aluminium. Nur kleine Teile, Hauptsächlich Platten.
Herstellen will ich Teile für Roboter und andere Spielereien.

Wenn ich auf 0,1mm komm dann reicht mir das auch schon...

Gruß, Sonic

www.ina.de
www.fag.de
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angeguckt?

BlackBox

21.06.2004, 16:58

Hi Sonic,

bzgl. Linearführungen, Profilen etc. kannst Du dich mal bei

www.hobbyshop24.com und http://top-toolshop.de/index.html umschauen.

Oberflächengehärtete Rundstähle (meist 8..12mm) findest Du auch recht günstig in alten Scannern oder Druckern. Teilweise sind auch die Gleitlager recht gut verwendbar. Ich habe für meinen Kreuztisch (ist noch lange nicht fertig) alte ScanmakerII ausgeschlachtet. Für den Antrieb will ich den original Zahnriehmenantrieb verwenden. Ich hoffe damit auf 0,1mm Wiederholgenauigkeit zu kommen.

sonic

21.06.2004, 21:45

So, ich hab jetzt mal ein PDF gemacht wie ich mir das jetzt vorstelle.
schauts euch mal an...

www.thenetalive.de/elektronik/lf1.zip

gruß, sonic

Manf

21.06.2004, 22:40

Günter49

21.06.2004, 23:12

Günter49

21.06.2004, 23:25

Noch eine kleine Ergänzung: den Vorschlag von Manfred mit den Rohren finde ich gut. Dazu eine Führung in Linearkugellagern (z.B. bei Conrad Best.-Nr 221959-68, leider teuer: ca. 10€/Stk.)
Günter

sonic

21.06.2004, 23:27

Sehr schöne Zeichnung (wirklich) aber:
Die Führung der horizontalen Kugellager die beide gegen die weit auseinanderliegenden Längsträger gespannt sind, sollte man abändern.

Besser wäre eine feste Einsapnnung auf einer Schiene und ein Mitlaufen auf der anderen. Dann kann man die Führung lokal fest spannen ohne die langen Schienen zu biegen.
[..]
Manfred

Ja, hab ich auch schon mal so als Lösung gesehen. Aber da ergeben sich wieder andere Probleme.

Aber meine Zeichnug ist zugegeben nicht ganz vollständig.
Die Schienen werden später so auf eine Platte geschraubt, das man mit zusätzlich angebrachten Gewindestangen den Verzug ein bisschen augleichen kann. Außerdem ist die von dir beschriebene Gewindestange etwas Unterhalb der Mitte des "Trägers" angebracht.

Beim Zusammenbau will ich erst den Rahmen locker verschrauben, dann die langen Schrauben der seitlichen Kugellager anziehen. Danach die Gewindestange, und dann erst die oberen Träger festschrauben.
Dadurch hoffe ich das sich die seitlichen Kugellager ein kleines bisschen nach innen "verziehen"

Ich muss da echt nochmal drüber nachdenken, die Führung ist ja schon sehr wichtig für die Genauigkeit. Das mit den Runden Stangen, naja, ich hab gedacht die würden sich unter dem Druck des Bohrers/Fräsers + Bauteil vielleicht nach Unten durchbiegen. muss ich alle nochmal überdenken...

Gruß, Sonic

sonic

21.06.2004, 23:43

Habe mir gerade deinen Entwurf angesehen und gleich ein paar Fragen dazu:

1. Wird das seitliche Spiel durch die beiden Gewindestangen an den Enden des Schlittens eingestellt?

2. Wenn ja, wie befestigst du dann die beiden oberen Querträger?

3. Treten die senkrechten Kräfte immer nur mittig auf?

4. Wenn nicht, besteht dann die Gefahr, dass der ganze Schlitten kippt?

5. Sind die senkrechten Kräfte immer nur nach unten gerichtet? Wenn z.B. ein Bohrer beim Bohren von Blechen hakt, wird das Werkstück - und damit der ganze Schlitten - nach oben gezogen. Schwalbenschwanzführungen nehmen auch solche Kräfte auf. Im Fall deiner Konstruktion wäre ein weiterer Satz Kugellager unter den Führungen nützlich.

Viel Erfolg,
Günter

Servusle,

zu deinen Fragen:

1) Ja so hatte ich mir das gedacht. Das Spiel der Zugstange/Mutter (noch nicht in der Zeichnung) will ich entweder mit 2 per sprengring gegeneinander geschraubten Muttern oder ähnliches Lösen, auf alle fälle zwei mutter gegeneinander...

2) Das hab ich noch nicht ganz raus, aber da find ich auch noch ne Lösung.

3) Ich bin mir noch nicht sicher, ob ich das Wergzeug verfahren soll oder den Bohrer. Auf alle fälle 2 achsen über kreuz für x,y. im letzteren fall treten die kräfte dann nur mittig auf.

4) Die Besteht, deswegen will ich die enden der Führungen jeweils lagern.

5) Das stimmt natürlich auch. Das muss ich noch irgendwie verhindern...

das ganze sollte eigentlich nur ein konzept sein, ob das so möglich ist, keine fertige maschine, aber eure anregungen bringen mich da immer weiter, hat also geklappt ;-)

mein ziel ist es halt ein paar werkzeuge zu haben die unglaublich viel nutzen, aber möglichst wenig kosten. und unglaublich viel ist in vergleich mit dem arbeiten per hand doch möglich, oder?

gruß, sonic

treckertom!

23.06.2004, 15:30

Ich muss da echt nochmal drüber nachdenken, die Führung ist ja schon sehr wichtig für die Genauigkeit. Das mit den Runden Stangen, naja, ich hab gedacht die würden sich unter dem Druck des Bohrers/Fräsers + Bauteil vielleicht nach Unten durchbiegen. muss ich alle nochmal überdenken...

In der Tat. Ansatz bei solchen Gedanken:

Wie hoch ist die maximale Belastung durch Masse des Werkstücks und Spankräfte der Werkzeuge?

Wie stark *darf* sich der Tisch dann durchbiegen?

Daraus läßt sich dann das erforderliche Profil bestimmen.

Tipp: geschliffenes Rundmaterial als Führung der Wälzlager, Rund mit den Wälzlagern in x und y-Richtung "einkoffern". Das wird dann dein "Festlager". Die andere Seite braucht nur in y-Richtung "eingekoffert" werden, um abheben zu verhindern (Loslager). Diese Rundmaterialien mit hochkant gestellten Flachmaterial unterstützen. Kann auch (abgekantetes) Blech sein.

Das *Flächenträgheitsmoment* eines _Flachmaterials_ ist bestimmbar zu

Flächenträgheitsmoment I = Breite x Höhe^3 / 12

Je höher die Wert, desto biegeunfreundlicher ist der Querschnitt.
Du siehst: Die Höhe geht (bei Flachmaterial) zur dritten Potenz ein.
Mehr:
http://de.wikipedia.org/wiki/Fl%E4chentr%E4gheitsmoment
Mehr Tabellen:
http://www.fbm.fh-aalen.de/Profumit/Fachinhalte/lernhypertext/Tabellen/querschnittsdaten/querschnittsdaten.html

/Beispiel
Brettschichtholzbalken 12/30, hochkant gestellt

Trägheitsmoment:
I = 12cm × (30cm)³ / 12
I = 27000 cm^4

?maximale Durchbiegung?

Für die Verformung eines durch Streckenlast beanspruchten Trägers gibt es die folgende Berechnungsformel. Sie beschreibt
nicht die Funktion der Biegelinie sondern nur den Extremwert, der uns eigentlich auch nur interessiert:

Durchbiegung f =
(5 × Flächenlast q × Trägerlänge l^4) / (384 × Elastizitätsmodul E × Widerstandsmoment I) [cm]

Ohne genau nachzuvollziehen, wie die Formel entsteht, kann man doch erkennen, dass die Verformung proportional zur angreifenden Flächenlast q ist. Das heißt, bei doppelter Last ergibt sich auch eine doppelte Verformung. Die Länge eines Trägers geht in 4. Potenz ein. Ein 2 Meter langer Träger wird sich bei ansonsten gleichen Verhältnissen also 16 mal so viel durchbiegen, wie ein 1 Meter langer. Materialfestigkeit und Querschnittsform beeinflussen die Gesamtdurchbiegung genau so wie die Krümmung.
5 / 384 hat etwas mit dem Integrieren zu tun und wird geglaubt!
E ist das so genannte Elastizitätsmodul, Kennwert für den Widerstand, den ein Werkstoff einer elastischen Verformung entgegensetzt. Ergo Werkstoffabhängig.

Zum Bleistift:
Stahl: 210.000 N/mm²
Aluminium: 50.000 - 70.000 N/mm² (bestenfalls nur 1/3 von Stahl)
Titan: 105.200 N/mm²
Kunststoffe: 200 - 15.000 N/mm2

Mehr Werte:
http://www.fbm.fh-aalen.de/Profumit/Fachinhalte/lernhypertext/Tabellen/werkstoffdaten/werkstoffdaten.html

Die Einheit cm wird nur erreicht, wenn zuvor alle Einzelwerte entsprechend
umgerechnet sind:

q [kN/cm] z. B. 2,8 kN / m = 0,028 kN / cm
l [cm] 8,40 m = 840 cm
E [kN/cm²] für BS16 -> E = 1350 kN / cm²

I [cm4] b x h^3/12 = 12 x 30^3 /12 = 27000 cm^4

f = (5 × 0,028 × 840^4) / (384 × 1350 × 27000)
f = 4,98 cm
Mehr:
http://www.imb.rwth-aachen.de/lehre/publik/Umdrucke/mb3-5.html
oder mit Suchmaschine nach "widerstandmoment", "Werkzeugmaschinenbau", "Gestaltungshinweise" fahnden.
Oder sich eine bessere, historische Werkzeugmaschine (Schlittenkonstruktion einer "Drehbank") genauer angucken. (Bei den modernen ist alles verkapselt)
Beispiel/

Verfahrgeschwindikeit im Eilgang?
Daraus Beschleunigungskräfte errechenbar. Wg. der Formel siehe in einem besseren Physikbuch nach.
Wie stark darf die Schlittenmimik beim Verfahren nachgeben?
Nachschwingen?
mechanische Dämpfung?
elektrische An- und Abfahrrampen bei Eilgang?

sonic

25.06.2004, 09:21

In der Tat. Ansatz bei solchen Gedanken:

Wie hoch ist die maximale Belastung durch Masse des Werkstücks und Spankräfte der Werkzeuge?

Wie stark *darf* sich der Tisch dann durchbiegen?

Daraus läßt sich dann das erforderliche Profil bestimmen.
[..]

Ja, damit schlage ich mich grad herum. TMII sag ich nur ;-)
Eigentlich hatte ich gehofft ich müsste mich nicht bis zum Satz von Castigliano vorkämpfen.

Ich glaub aber nicht das für meine Zwecke genaue Berechnungen nötig sind. Die würden doch sowieso durch die Toleranzen von dem von mir bezahlbaren Material relativiert.

Die Lagerreaktionen sind in meinem Fall sowieso durch die eingesetzten Motoren begrenzt. Bis meine Motoren es Schaffen eine Stahlwelle durchzubiegen wird's noch ein bisschen dauern.

Die Gewichtskräfte der Bauteile, werden wahrscheinlich nie die 500g überschreiten. Ich will ja für den Anfang erst mal ein Working Model haben, mit dem ich eventuell die Teile für weitere Maschinchen besser bearbeiten kann. Werkzeug wird ne Art Proxxon sein.

Soll halt möglichst einfach und günstig sein.

Trotzdem Danke, jetzt hab ich die Formel für's Durchbiegen endlich verstanden ;-) By the Way, sobald was integriert wird glaub ich es grundsätzlich ;-)

Gruß, Sonic

treckertom!

25.06.2004, 10:11

Wie stark *darf* sich der Tisch [bei Last] durchbiegen?
Daraus läßt sich dann das erforderliche Profil bestimmen.

Ja, damit schlage ich mich grad herum. TMII sag ich nur ;-)
Eigentlich hatte ich gehofft ich müsste mich nicht bis zum Satz von Castigliano vorkämpfen.

Gemach, gemach. Der Steiner'sche Verschiebesatz reicht doch aus.
Und (bei gleichmässigen Querschnitten) noch bequem zu erexxeln.

Ich glaub aber nicht das für meine Zwecke genaue Berechnungen nötig sind. Die würden doch sowieso durch die Toleranzen von dem von mir bezahlbaren Material relativiert.

Nun. Die Durchbiegungen kommen zu den Materialtoleranzen noch hinzu.

Die Lagerreaktionen sind in meinem Fall sowieso durch die eingesetzten Motoren begrenzt. Bis meine Motoren es Schaffen eine Stahlwelle durchzubiegen wird's noch ein bisschen dauern.

Ein ordentlich untersetztes (Riemen)Getriebe schafft alles. Dauert nur etwas länger.

Die Gewichtskräfte der Bauteile, werden wahrscheinlich nie die 500g überschreiten.

Das ist nicht viel. Kommt aber darauf an, wie groß die Trägerlängen werden.

Ich will ja für den Anfang erst mal ein Working Model haben, mit dem ich eventuell die Teile für weitere Maschinchen besser bearbeiten kann. Werkzeug wird ne Art Proxxon sein.

Warum das Rad neu erfinden?
ePay bietet nix gebrauchtes?

Soll halt möglichst einfach und günstig sein.

Beides wird schwierig. Vor allem bei der geforderten 0,01mm Genauigkeit.

sonic

25.06.2004, 13:15

[quote=sonic]
Ich glaub aber nicht das für meine Zwecke genaue Berechnungen nötig sind. Die würden doch sowieso durch die Toleranzen von dem von mir bezahlbaren Material relativiert.

Nun. Die Durchbiegungen kommen zu den Materialtoleranzen noch hinzu.

Is klar, nur meine ich das die Durchbiegung bei max. 300mm Verfahrweg und Träger mit QS von 25cm² im Vergleich zu den Toleranzen vernachlässgbar ist. 0,1mm Toleranz würden mir ja schon genügen.
Außerdem soll der Schlitten einer Achse sowieso extra gelagert werden. Der Antrieb wird somit entlastet.

Warum das Rad neu erfinden?
ePay bietet nix gebrauchtes?

Weils Spaß macht! ;-)
Ebay hat schon gbrauchte Sachen. Aber entweder nicht in meinem Preisrahmen oder die Maschinen waren schon im WK2 im Einsatz und sind 4m lang :shock:

Der Spaß steht halt im Vordergrund. Außerdem, späterer Umbau auf CNC ist mit den meisten EBAYsachen nicht möglich oder zu teuer...

Gruß, Sonic