5-Achs-Fräse mit Raspberry Pi

[Falko]

Hallo Wsk8,

Ich kenne mich mit dem raspberry ganz passabel aus, gerade arbeite ich aber daran noch mehr Erfahrungen damit zu machen. Programmieren kann ich auch.

Da wir das Projekt in einer AG bauen, können wir zahlreiche Personen fragen. Mit dabei sind auch Informatik- und Physiklehrer, die wir fragen können. Außerdem kenne ich in meinem Freundeskreis auch mehrere Personen (u.a. ein Maschinenbauer), die uns evtl helfen könnten.
Das Thema Unterstützung ist also kein Problem.
Außerdem ist das Projekt ja auch dazu da, eben genau solche Dinge (CNC,......) zu lernen

Ich hoffe das hilft dir ein wenig weiter.
LG
Falko

[Wsk8]

Nehmts mir nicht übel, aber fangt lieber mal mit ner 3-Achs Fräse an. Damit könnt ihr euch schon Jahre beschäftigen. Und wenn dabei mal was vernünftiges rausgekommen ist, kann man es ja um die 2 weiteren Achsen erweitern.
Bei 3 Achsen bewegt man sich bereits im 3D Raum. Damit sind wohl bereits ~70% der durchschnittlichen Abiturienten überfordert. Mit 4 oder 5 Achsen wird das nochmal GAAANZ anders. Ein 3D-Drucker ist hier absolut ungeeignet als Beispiel.
Und wo wollt ihr überhaupt Tools zur Generierung von 5-Achsen Maschinencode bekommen? Entsprechende Firmen zahlen für Lizenzen garantiert 4-5 stellige Beträge pro Monat!

Es gibt vergleichsweise sehr wenig 3-Achsen open source Fräsen. Das sind jahrelange Projekten von Leuten, die garantiert keine Anfänger sind. Von 5 Achsen habe ich aber trotzdem noch nie was gehört.

Wenn ihr euch keine realistischen Ziele setzt, endet dieses Projekt genauso wie 96% aller anderen. Entweder hört man nach 2 Monaten nichts mehr, weil jeder bereits die Lust verloren hat, oder ihr produziert etwas total kontraproduktives und verliert dann auch die Lust weil nichts funktioniert.

Ich habe schon so viele große Ankündigungen gehört und am Ende war es alles heiße Luft.

Just my 2 cents...

mfg

[i_make_it]

@Wsk8: 5-Achs Fäsen heist ja nicht automatisch simultanes 5-Achs Fräsen. Man kann ja auch mit vorgehaltenen Achsen fräsen. Da geht dann auch mal ein Schrägverzahntes Zahnrad, was mit 3 Achsen etwas schwierig wird.
Allerdings befürchte ich, das hier simultanes 5-Achs Fräsen gemeint ist.
Ein 3-D Cad Programm ist ja anscheinend vorhanden (ob es auch die entsprechenden Dateiformate unterstützt bleibt mal offen)
Eine Maschinensoftware die 5 Achsen unterstützt, wäre z.B. mit Mach3 zu beschaffen.
Bei der CAD-CAM Kopplung mit dem maschinenspezifischen Postprozessor dürfte es dann aber scheitern.
Der Marktvergleich ist zwar schon 4 Jahre alt, aber anhand der aufgerufenen Preise (die Paar wo überhaupt Listenpreise genannt sind), kann man sich mal überlegen welcher Entwicklungsaufwand (in Mannstunden) hinter so was steckt.
http://www.werkzeug-formenbau.de/wp-...me-wf3-12-.pdf

Also der Bau einer 5-Achs Fräse geht schon, aber mann sollte halt von 3-Achs Fräsen mit 2 Zusatzachsen als vorgehaltene Achsen ausgehen.
Ich denke nach der Mechanik kommt es eventuell noch zu einer Punktsteuerung oder einer Streckensteuerung.
Ob eine 2 oder 2,5-D Bahnsteuerung in der Zeit drin ist wage ich zu bezweifeln.
Wenn man von 36 Wochen (bis Ende Februar) ausgeht und täglich 2 Stunden bei 2 Personen, kommt man auf 1008 Mannstunden.
Nimmt man an Wochenenden täglich je 6 Stunden statt 2, dann kommt man auf 1584 Mannstunden.
Wobei ich aber davon ausgehe, das wegen Klausuren, Ferien etc. das Pensum nicht durchgehalten wird.
Also eher unter 1000 Mannstunden.
Momentan steht ja noch kein Konzept sondern nur eine 3-D Zeichung die nicht zu gebrauchen ist.
Also muß man von null ausgehen.
Ich gehe jetzt einfach mal von einem Portal aus, da ich es letztes Jahr so gemacht habe.
Frässpindel und damit die maximal möglichen Schnittkräfte berechnen.
Spindel-/Motorbefestigung, Z-Achse Dimensionieren, Z-Führungen und Z-Antriebsspindel, Z-Motorwahl.
Y-Schlitten, Y-Achse, Y-Führungen, Y-Antriebsspindel.
Portalständer, X-Achsen, X-Führungen, X-Antriebsspindeln, X-Motor.
Da ist man schon mal 60-80 Stunden am Rechnen (inklusive Schraubenberechnungen)
Da ja die Kaufteile mit reinspielen und da ja neben den technischen Daten auch die Preise, kann man da ohne
Marktwissen gut 50 Stunden für Recherche rechnen.
Dann die Detail und Einzelteilkonstruktionen, auch mit CAD dauert das seine Zeit. Da gehen gerne 40 Stunden drauf (kommt drauf an wie fitt man in seinem CAD Programm ist)
Gerne werden bei der mechanischen Konstruktion auch so Sachen wie Energieführungsketten, Endschalter, ggf, Enkoder, Schleifringe etc. einfach vergessen.
Was dann noch mal Umbauten oder Neukonstruktionen erfordert.
Kauft man sich Motortreiber zusammen, spart man Zeit, will man das auch noch selbst machen kann man bei der Leistungsklasse viel Zeit verbrennen.
Will man eine Steuersoftware selbst schreiben, hat man viele Teilgebiete zu beachten.
von der Motorregelung als kombinierte Positions-, Geschwindigkeits- und Drehmomentsregelung uber die Bahnregelung von 3 bis 5 Achsen bis zum Parser für den G-Kode.

Ich schrieb ja schon in meinem ersten Post "ambitioniertes Projekt".
Meine größte Anlage hatte 18 NC Achsen, da war die Maschinen Software noch nicht fertig als wir die Anlage beim Kunden montiert hatten.
Da waren 2 Programmierer 4 Monate lang etwa 60 Stunden die Woche dran, und es war nicht unsere erste Maschine.
Sprich es gab schon genug Module und Funktionsblöcke die fix und fertig eingebunden werden konnten.
Also über 2000 Mannstunden von Programmieren, die zusammen schon 40 Jahre auf dem Gebiet gearbeitet haben.
Deshalb ist meine Einschätzung für Rookies halt sehr zurückhaltend.
Aber als Schulprojekt wird es wohl eine Dokumentationspflicht geben und die nächste Klasse macht dann halt weiter.

[Darunag]

Und wo wollt ihr überhaupt Tools zur Generierung von 5-Achsen Maschinencode bekommen? Entsprechende Firmen zahlen für Lizenzen garantiert 4-5 stellige Beträge pro Monat!

Autodesk stellt da zum Glück seine Produktpalette für Schüler kostenlos zur Verfügung. Wir werden also mit Inventor HSM arbeiten.

[i_make_it]

Autodesk Inventor HSM unterstützt 3+2 Fräsen.
Also vorgehaltene Achsen.
Simultanes 5-Achs Fräsen geht nur mit Autodesk Inventor HSM Pro.
Den Postprozessor muß man trotzdem erst mal an die Maschine anpassen.
Out of the Box geht da nichts.

Am besten wäre, wenn Ihr mal zusammenschreibt, was ihr selbst entwickeln wollt, Was Ihr gedenkt fertig zuliefern zu lassen und welche Produktionsmittel euch zur Verfügung stehen.
Euer Maschinenbauer kann euch da Weiterhelfen, Stichwort: VDI 2221 "Methodik zum Entwickeln und Konstruieren technischer Systeme und Produkte".

- Schülerforschungsprojekt
- 2 Personen (mit einem Freund zusammen)
- Zeit: ca 3/4 Jahr, bis nächsten Februar (2017)
- Wenn man von 36 Wochen (bis Ende Februar) ausgeht und täglich 2 Stunden bei 2 Personen, kommt man auf 1008 Mannstunden.
- Nimmt man an Wochenenden täglich je 6 Stunden statt 2, dann kommt man auf 1584 Mannstunden.
- Wobei ich aber davon ausgehe, das wegen Klausuren, Ferien etc. das Pensum nicht durchgehalten wird.
- Also eher unter 1000 Mannstunden.
- UNterstützung: Informatik- und Physiklehrer in meinem Freundeskreis auch mehrere Personen (u.a. ein Maschinenbauer)
- 5-Achs-Fräse.
- 200x200x200mm Arbeitsraum (maximale Fräsbereich soll 20x20x20 cm betragen)
- Metallbearbeitung Stahl (Werkstoff wird entweder Aluminium oder Eisen sein)

- Geld: 2500€ auf jeden Fall, vielleicht sogar das doppelte
- Unser Ziel ist eine minimale Toleranz, wir denken da an 1mm oder sogar eher weniger.
- Nach DIN ISO 2768-1 ist die Toleranzklasse f (fein) bei 100 bis 300mm angegeben mit +/- 0,2mm
- m (mittel) mit +/- 0,5mm und c (grob) mit +/-1,2mm.
- Führungen: 20mm Unterstützte Rundführungen (http://www.kampundkoetter.de/de/20mm...wagen-400.html)
- Motoren: http://www.omc-stepperonline.com/dow...HS45-3504S.pdf
- Der Fräskopf, den wir verwenden, ist wassergekühlt


- Steuerung soll über das 7'' Touchdisplay von Raspberry
- Habt ihr eine Idee, wie man den Raspberry programmieren muss?
- Ich kenne mich mit dem raspberry ganz passabel aus, gerade arbeite ich aber daran noch mehr Erfahrungen damit zu machen. Programmieren kann ich auch.
- Der Raspi ist das Herzstück des gesamten Projekts, er soll visualisieren (per Touchscreen), aber auch alle 5 Schrittmotoren ansteuern und justieren.
- einen GCode-File o.ä. auf einem Usb-Stick hat. Alle GCode-Dateien sollen ausgelesen werden und auf dem screen angezeigt werde. Anschließend kann man eine Datei auswählen, woraufhin diese gefräst wird.

[Darunag]

Wir haben Inventor HSM Pro, habe vergessen dass es auch die normale Version gibt

Um zurück zu den Schnittkräften zu kommen: In welche Richtung wirken die? Axial, Radial oder was dazwischen?

[i_make_it]

Um zurück zu den Schnittkräften zu kommen: In welche Richtung wirken die? Axial, Radial oder was dazwischen?

Iin alle Richtungen, da das beim Werkzeug vom Spanwinkel abhängt und von der Geometrie von Haupt- und Nebenschneide.
Und beim Zerspanen selbst,davon ob man Gleichlauf oder Gegenlauf fräst und davon wie die Seitliche und Tiefenzustellung ist (wiederum abhängig von der Werkzeuggeometrie.
Da ist aber egal, da man für jede einzelne Achse (bezogen auf das Maschinen Koordinatensystem) immer mit der maximal möglichen Kraft rechnen muß.
Also nimmt man zum Beispiel eine Bohroperation mit dem maximalen Bohrerdurchmesser und ausgespitzer Querschneide. Damit erhält man ein Zugkraft nach Z- wenn sich der Bohrer reinzieht.
Nimmt man den selben Bohrer mit maximalem Verschleiß und ohne ausgespitzte Querschneide, Oder einen Fingerfäser, bekommt man eine Druckkraft nach Z+.
Die maximalen Werkzeugdurchmesser ergeben sich zum einen aus den Spannzangen (Ausnahmen sind Werkzeuge wie Messerköpfe) und dem Drehmoment der Frässpindel.
Geht man vereinfacht vor, kann man aus dem Drehmoment und einem Werkzeugradius eine Kraft ermitteln die man in X und Y sowohl für + als auch für Minus nimmt-, da geht man von einem Spanwinkel von 0° aus.
Jetzt kann man die selbe Kraft auch einfach für Z+ und Z- nehmen und ist fertig.
Natürlich kann man es genau machen und sich die Spanwinkel aller möglichen Werkzeuge betrachten und dann per Vektorzerlegung die Kraftanteile in Achsrichtung ermitteln.
Da kommt mann dann näher an die Realität, aber braucht sehr viel mehr Zeit.
Und etwas Reserve schadet nicht.
Allerdings sollte man beim Bau einer Werkzeugmaschine auch was über die Schnittkräfte wissen und auch was für Resonanzen auftreten können (Stichwort: Rattermarken)

Unten Rattermarken, oben keine.

Ich schlage vor, das Ihr als erstes ein Gespräch mit eurem Maschinenbauer sucht und etwa 4-6 Stunden einplant.
Denn euch fehlt da einiges an Grundlagenwissen zum Bau von Werkzeugmaschinen. Das zu vermitteln ist remote im Rahmen eines Forums nur sehr schwer und vorallem langsam möglich. Mit einem Fachman vor Ort ist das direkt, interaktiv sehr viel schneller zu bewerkstelligen.
Der wird euch auch nicht ad hock das vermitteln können was man in minimal 4 Semestern (Maschinenbautechniker) lernt, aber er kann sehr schnell auf eure Vorstellungen eingehen und diese korrigieren, sowie euch mit Suchbegriffen und Infos versorgen, mit denen Ihr dann zielgerichtet selbst Rechersche betreiben könnt bzw. zu eurem Physiklehrer gehen könnt.
Parallel zur technischen Mechanik solltet Ihr auch unbedingt festlegen was an Elektrik/Elektronik und vorallem an Software fertig zugekauft wird und was Eigenentwicklung werden soll.
Denn da ergeben sich eure Tasks die Ihr frühzeitig mit eurem Informatik Lehrer klären müsst.
Ganz gut ist es einen Plan B zu haben, eventuell Evulations und Schülerversionen als Zukauf planen und sagen wenn genug Zeit bleibt beginnt man mit einer Eigenentwicklung. Denn den Aufwand für die Entwicklung einer eigenen Maschinensoftware sollte man nicht unterschätzen.
Wenn Ihr euch vom Raspi verabschiedet, und auf Arduino schwenkt, könnten Ihr euch an fertigen Systemen wie z.B. Marlin orientieren, das ist immerhin eine fertige 3-Achs CNC die G-Code verarbeitet.
Bsp.: http://www.golem.de/news/anleitung-s...10-116331.html

[Falko]

Hallo,

ich denke ihr habt Recht, dass wir uns nichts zu Großes vornehmen sollten. Wir haben ja auch insgesamt nur ein 3/4 Jahr Zeit um etwas gutes zu bauen...
Euer Tipp mit der 3-Achs-Fräse ist definitiv gt und daher werden wir uns auch wahrscheinlich daran halten. Irgendwann demnächst wird dann wieder eine ungefähre Skizze folgen.

LG
Falko