Frage zum richtigen Konstruieren von Führungen

[Sepp O.]

Salve

Ich weis dass meine Frage nicht ganz hier her gehöhrt aber vieleicht kann mit trotzdem jemand von euch helfen.

Ich will mir eine Gravier-Fräse bauen.

Mit dem Erstellen des Programier-/Simulierprogrammes bin ich bald fertig und mache mich danach an das Erstellen des Steuerungsprogrammes.

Da ich aber vor dem Erstellen des Steuerungsprogrammes die Gravier-Fräse zumindest fertig geplant und berechnet haben will, stellen sich mir ein paar grundlegende Fragen.

Die 1. ist wie ich es anstellen soll dass die Führungen exakt parallel verlaufen.
Denn wenn die Führungen nicht parallel sind, macht das zwar beim Gravieren nichts, aber beim Fräsen bekomme ich dann keine geraden Flächen hin.

Weis jemand wie man am das am Einfachsten hinbekommt ohne dass man sich ein Laserinterferometer zulegt?

Als Führung hatte ich vor Rundführungen zu verwenden.
Denn da kann man am Einfachsten das Spiel möglichst klein halten.

mfg Sepp

[HannoHupmann]

Indem man stabil bau und sich die Kräfte die auf die Führung wirken ausrechnet und dann das passende Material raussucht. Passend heisst welches das Biegemoment abfangen kann. Wir hatten dazu schon mal einen Thread im Forum

[Klingon77]

Hi,
die parallelität der beiden Führungen kannst Du relativ einfach überprufen/einstellen.
Du baust deinen Schlitten mit nur einseitiger Führung. Darauf setzt Du eine Meßuhr und tastest den Abstand der anderen ab. Geht auf 1/100 mm genau, vorausgesetzt Du hast die bereits eingehänge Führung entsprechend gebaut z.B. Linearlager.

Dann die gegenüberliegende Lagerung befestigen.

Gruß, Klingon77

[Sepp O.]

Salve

@HannoHupmann
Das hat die Steifigkeit und Stabilität damit zu tun dass man keine Windschiefen Führungen will?
Außerdem weis ich wie man dynamische und statische Kräfte berechnet.

@Klingon77

Komme ich also nicht um sündteure Linearlager herum wenn ich ohne unbezahlbares Werkzeug auskommen will?

Weist du zufällig wo ich als Österreicher preiswerte Linearlager herankomme?

mfg Sepp

[Klingon77]

Jo,

Kugelgelagerte Führungen weisen keinen "Stick-Slip Effekt" auf.

Hört sich kompliziert an, ist aber schnell erklärt.

Bei herkömmlichen Führungen hat man eine große Kontaktfläche.
Ist ja auch gewollt - wegen der auftretenden Kräfte.

Diese Flächenberührung hat aber die unangenehme Eigenschaft, daß sie sich, wenn die Last aus der Ruhe in Bewegung versetzt werden soll, "wehrt".

Man dreht also an der Kurbel (oder lässt durch einen Motor drehen).
Eine Kraft baut sich auf, die den Schlitten verschieben will.
Das Material der Beweglichen Elemente hat eine gewisse "Dehnung".
Ergo --> es passiert erstmal nichts an der Führung/Schlitten

Die Kraft wächst, weil ja weiter gedreht wird.

Übersteigt nun die ausgeübte Kraft einen gewissen Level, "springt" der Schlitten ein Stück vorwärts und läuft dann mit weiterer Kraftausübung ruhig weiter.

Wohlgemerkt, wir sprechen hier um ggf. 1/1000mm bis 1/10mm. Je nach Steifigkeit der Maschine.

Dies kann man mit Linearführungen umgehen, da sie keine Gleitreibung sondern Rollreibung aufweisen. Dafür ist die Flächenbelastung nicht so hoch.

Eine andere, aber aufwändige Möglichkeit diesen "Stick-Slip-Effekt" auszuschließen, oder zu minimieren ist der, daß man in die Führung vor dem Start Öl presst. Also eine aktive Ölpumpe. Dies ermöglicht dem Schlitten quasi auf einem Ölbett zu "schwimmen".
Das Öl muß aber wieder aufgefangen, greinigt und dem Kreislauf zugeführt werden.

Wenn Du keine so großen Belastungen hast (Gravierfräse nimmt ja kaum Material ab) und die Ausladung nicht zu groß ist, schau mal bei Conrad nach. Dort gibt es auch passende Silberstahlwellen. Denk aber daran, unbedingt eine Abdichtung der Linearfürhungen einzubauen!


Was anderes:
Hast Du dir schon Gedanken um die "Spielfreiheit" der X und Y-Achse gemacht?

Teure Lösung: Kugelumlaufspindeln (manchmal günstig in EBAY)

Alternative (nur ein Gedanke, habs noch nicht versucht):
Du steuerst ja mit einem "Rechenknecht".
Findet nun ein Richtungswechsel statt; z.B. in der X-Achse (also von vorwärts nach Rückwärts) ermittelst Du vorher mit oben beschriebener Meßuhr wieviel Spiel in Deiner Gewindespindel steckt, und lässt den Rechenknecht einfach das Spiel rausrechnen.

Beispiel:
Der Schlitten fährt nach links
Der Schlitten stoppt und soll nun nach rechts fahren.
Vorab hast Du ein Gewindespiel von 0,08mm ermittelt.
Allen Maßen, die nun in der Richtung nach rechts angefahren werden sollen, werden 0,08mm zugeschlagen.

Noch ne Möglichkeit:
Stichwort: Vorgespannte Muttern --> mußt Du aber nun mal im Netz nachschlagen, da ich zur Arbeit muß. Nur soviel vorab: Wird wahrscheinlich klemmen, da die handelsüblichen Gewindestangen zu ungenau gefertigt sind.

Gruß, Klingon77

[Sepp O.]

Danke für deine Hinweise.

An den Stick-Slip Effekt hatte ich gedacht, doch ich hatte gehofft dass er durch gute Schmierung und eine geeignete Materialwahl nicht all zu stark ausfällt.
(Zumindest im Werkzeugeingriff.)

Du hast aber recht, dass dieser Effekt bei Linearwälzlager kaum messbar ist.
Doch bei solchen Lagern kann man im Allgemeinen das Spiel nur sehr schlecht vermeiden.
Außerdem sind solche Lager meißtens ziemlich empfindlich gegen Schmutz.
Was die Steifigkeit solcher Lager angeht, habe ich leider keine Erfahrung.
Aber da vermutlich keine allzugroßen Kräfte auftreten werden, wird das wohl die besste Lösung sein.

Was die Active Pressluft-/Hydrauliklager angeht ist dass doche eher etwas für den HSC-Bereich.
Für eine Bastelanwendung ist dass doch etwas zu viel Aufwand.

Was die Spindel angeht, so hatte ich mir gedacht dass ich für den Anfang versuche mir selbst eine Trapezspindel zu drehen.
Falls dass nichts wird, kann ich immer noch eine Spindel kaufen.
Um das Umkerspiel zu verringern habe ich 2 Konzepte die ich noch austesten muß.

Bei der 1. Version verwende ich eine geschlitzte Messingmutter die ich mittels Federvorspannung zusammendrücke.

Bei der 2. Version werden 2 Muttern verwendet.
Die 1. Mutter wird fix befestigt und die 2. Mutter wird nur gegen Verdrehung gesichert gelagert.
Zwischen die beiden Muttern kommt eine starke Feder die die beiden Muttern gegen die Gewindeflanken presst.

Da es bei einer selbstgedrehten Spindel unweigerlich zu Steigungsfehlern kommt, muss ich sowiso abschnittsweise den mittleren Steigungsfehler ermitteln.

Weiters muß ich auch noch die Umkehrgenauigkeit ermitteln.
Da ich vor habe das die gesamte Steuerung und Regelung mittels Mikrokontroller zu machen, werde ich sowiso noch einiges zum Grübeln haben.
Ich werde nur nicht zeitkritische Aufgaben wie das Visualisieren der Statusdaten und das Übermitteln ganzer Befehlsabschnitte mit dem PC erledigen.
Ich habe mit dem PC zu viele schlechte Erfahrungen gemacht um alle Aufgaben mit dem PC zu erledigen.

Des Ganze werde ich aus Stahlformrohren bauen, da sie Biegesteifer sind als Aluminium.
Die Statischen Teile werde ich noch zusätzlich mit Sand füllen um die Schwingungen besser schlucken zu können.
Am liebsten würde ich das Ganze auf einer tragenden Wand monieren um mehr Platz zu haben und damit die Späne weniger Probleme machen.
Doch da muß ich erst schaun ob ich da nicht Probleme mit den Schwingungen bekomme.

Was das Fertigen von Teilen angeht habe ich als Maschinenschlosser genug Erfahrung.
Leider liegen meine Fähigkeiten mehr im Bereich Reperatur, Restauration und Vorrichtungsentwicklung /-bau.
Diese Gravierfräse wird meine erste Werkzeugmaschine mit höheren Genauigkeitsanforderungen.

Der Grund dafür dass ich mir eine Gravierfräse bauen will ist der, dass ich zwar die Möglichkeit habe einen Kopier-Gravierer, rustikale (aber genaue) Fräsen und Drehbänke zu kostenlos zu verwenden, aber dazu muß ich immer einen Termin vereinbahren und dann 40 km weit fahren.

Da ists also nichts mit schnellem Anfertigen von Kleinteilen.
Und um mir eine Fräse zu kaufen ist der Füllstand meiner Geldbörse zu niedrig.
Außerdem währe dass keine Herausforderung.

Ich danke dir nochmals vielmals für deine Hilfe.

mfg Sepp

[Klingon77]

Hey,
hört sich alles in allem sehr gut an!

Denke, daß du das hinbekommst!!!

Stahlrohr mit Sand - Darauf bin ich noch nicht gekommen. Gut!

Die Idee mit den beiden Muttern und Federgegendruck halte ich für einen ausgezeichneten Ansatz!

Wenn Du eine Geschlitzte Messingmutter nimmst, wird Deine Spindel nicht "speilfrei", da aufgrund unterschiedlicher Druchmesser an der Welle (auf die Länge zu erwarten) das Ding (wenn zu eng eingestellt) klemmt und an anderer Stelle "wackelt".

Halte mich bitte mal auf dem laufenden. Hört sich echt interessant an!

Gruß, Klingon77

[Sepp O.]

Salve

Ich werde dich gerne auf dem Laufenden halten.

Doch die ersten Erbebnisse der Hardware werden noch ziemlich lange brauchen.

Die Programiersoftware habe ich zwar inzwischen größtenteils fertig (es fehlen nur noch ein paar Feinheiten und Zusatzfunktionen) aber die gesamte Regelungs und Steuersoftware fehlt noch.

Außerdem muß die gesamte Gravierfräse erst geplant und durchgerechnet werden.

Und da ich nebenbei noch arbeite muß ich froh sein wenn ich ende nächsten Jahres etwas habe dass einer Gravierfräse ähnelt.

mfg Sepp

[Klingon77]

hi,
freue mich auf Deine Lösungen und Beschreibungen (Bilder?).

Was die Zeit angeht, geht es mir nicht besser als Dir.

Allerdings arbeite ich gerade andersherum. Baue zuerst an der Mechanik und dann geht es elektrisch weiter. Habe ein wenig Erfahrung mit der C-Control M-Unit.

Gruß und Spass beim basteln...

Klingon77

[Richard]

Salve
Die Programiersoftware habe ich zwar inzwischen größtenteils fertig (es fehlen nur noch ein paar Feinheiten und Zusatzfunktionen) aber die gesamte Regelungs und Steuersoftware fehlt noch.
mfg Sepp

Moin moin,

Hört sich gut an!

Kannst Du für die Steuerung nicht einfach die Elecktronik von/aus einen Plotter verwenden? So etwas sollte man für beinahe lau bekommen können, der Plotter selber darf ja (mechanisch) defeckt sein. :-)

Gruß Richard

[Marvin_MAV]

Hallo Sepp O

da Du dich offenbar intensiver mit der Problematik auseinandersetzen willst, empfehle ich Dir ein intensives Studium von "Peters CNC Ecke" http://5128.rapidforum.com/.
Und speziell:
http://5128.rapidforum.com/area=107
Da geht es um den Selbstbau von z.B. Portal-Fräsen.

In dem Forum haben einige Mitglieder den UHU entwickelt. Das ist eine Steuerungsplatine um DC-Servo-Motoren mit den gängigen CNC-Softwaren zu steuern.
http://5128.rapidforum.com/area=255

Google doch auch mal nach "MACH 3". Das ist eine fertige Software zum Steuern von CNC-Maschinen der Klasse Do it Yourself bis zu Ggroßen Profi-fräsen.

Stöbere einfach mal dort.
Eine ganze Welt wird sich Dir erschließen.

Zum Thema günstige Linearführungen:

20mm Silberstahlwellen mit Bronze-Lagern sollten meiner Meinung nach für die Geringen Kräfte die beim Gravieren auftreten ausreichen. Beispiele:

http://www.team-haase.de/pages/2000_beschreibung.html
http://www.cnc-step.de/html/cnc_frase_preise__gunstig__cnc.HTM

Zum Thema ausrichten/Parallelität:
erste Führung fest montieren. Zweite bleibt derweil lose. Schlitten der mechanisch mit der Festen und der Losen führung verbunden ist auf linken Anschlag schieben. Damit ist der Befestigungspunkt für die noch lose Führung an dieser Stelle definiert. Schlitten zum rechten Anschlag fahren. Auch dort ist der Befestigungspunkt nun definiert. ehemals lose Welle an den Punkten fixieren, et voila, beide sind nun parallel. Prüfen durch verschieben des Schlittens: Er lässt sich sauber und ohne große Kraft verschieben: alles ok.
Er lässt sich nicht ohne große Kraft verschieben: Gehe zurück zu Punkt 1.

Auch wenn es ein Bischen knapp und witzig geschrieben ist, hast Du hoffentlich verstehen können was ich meine. Im Prinzip das selbe Verfahren wie in einem anderen Beitrag mit einer Messuhr beschrieben. Nur eben ohne Messuhr :-)

Ich hoffe ich konnte mit den Links ein wenig helfen.

Achja:
http://www.igus.de/main_fs.asp?KATALOG=XIGLIDUR&GO=START_DryLin&PRGR=56
Das sind zwar keine Kugelumlauf-Lineareinheiten, aber deshalb auch deutlich günstiger!

Grüße
Marvin_MAV