CNC-Fräse im Selbstbau

[raumneun]

Wenn ich es richtig verstehe, besteht das Problem entlang des gelb eingezeichneten Riemens, korrekt?
Miss doch mal mit einer Messuhr die Verformung an deinen Riemenhalterungen/Vorspanneinrichtungen während du mit verschiedenen Geschwindigkeiten Richtungswechsel fährst. Also z.B. F100-F1000 von Y-100 nach Y100 und zurück. Am besten mit einem Programm, dann hast du die Hände frei und könntest auch an verschiedenen Stellen messen.
Ich vermute, dass die Hysterese von einer zu geringen Steifikeit der "Festlager" der Riemen kommtund eine höhere Vorspannung nicht wirklich in den Riemen geht, sondern in die Verformung der Halterung. Besser als 0.6 mm sollte in dem Aufbau auf jeden Fall gehen.

Alternativ: wie sind denn die Pulleys gelagert? Direkt auf den Schrittmotoren? Die Steifigkeit/Qualität der Radiallager von Schrittmotoren variiert meiner Erfahrung nach sehr stark...

Falls du die Z-Achse in Alu ausführen willst (wovon ich keine Wunder erwarten würde, wenn die Steifigkeit der Gesamtkonstruktion nicht ebenfalls erhöht wird, v.a. vom Portal), sag Bescheid, Teile könnte ich auf meiner Maschine fräsen.

[jhg]

Je länger ich mir das anschaue, destwo weniger glaube ich, dass es sich um ein klassisches Umkehrspiel handelt. Ich würde mir wirklich noch mal genau die Führungen der Maschine anschauen. Das Verhältnis von Lagerabstand und Breite der Y-Achse ist relativ ungünstig. Das Spiel, was das Portal auf der Y-Achse hat, dürfte relativ groß sein (kann man ja mal ausprobieren, wenn du links drückst und rechts ziehst). Das Flaschenzugprinzip des Zahnriemens hilft da auch nur bedingt. Besser wäre es bei der Auslegung dieser Maschine, die Y-Achse mit zwei Antrieben zu fahren - entweder zwei Motoren oder über einen separaten Zahnriehmen gekoppelte Pulleys. Kannst du an deiner Steuereung einen vierten Motor anschließen?

[raumneun]

Je länger ich mir das anschaue, destwo weniger glaube ich, dass es sich um ein klassisches Umkehrspiel handelt. Ich würde mir wirklich noch mal genau die Führungen der Maschine anschauen. Das Verhältnis von Lagerabstand und Breite der Y-Achse ist relativ ungünstig. Das Spiel, was das Portal auf der Y-Achse hat, dürfte relativ groß sein (kann man ja mal ausprobieren, wenn du links drückst und rechts ziehst). Das Flaschenzugprinzip des Zahnriemens hilft da auch nur bedingt. Besser wäre es bei der Auslegung dieser Maschine, die Y-Achse mit zwei Antrieben zu fahren - entweder zwei Motoren oder über einen separaten Zahnriehmen gekoppelte Pulleys. Kannst du an deiner Steuereung einen vierten Motor anschließen?

Beim weiteren Betrachten muss ich Jörg Recht geben. Ich habe nur wenig persönliche Erfahrung mit der Art Führungen, gegenüber Momentenbelastung um die Z-Achse sind sie aber klassischen Linearführungen vermutlich deutlich unterlegen. Allerdings ist der Auflagerabstand pro Seite (also entlang Y) des Portals nicht so klein, was das Problem etwas vermindern bzw. wenigstens leichter lösbar machen sollte. Lassen sich die Gleitlager irgendwie vorspannen?

Zwei Schrittmotoren zu verwenden (habe ich bei meiner auch so gemacht) hilft sicher. Ich verwende Closed-Loop mit integriertem Treiber (JMC, genaue Bezeichnung müsste ich nachschauen, könnten die IHSS60-36-30 sein) mit je einer 1610er Kugelumlaufspindel. Die Laufruhe der Motoren ist fantastisch. Mit meinen alten Treibern konnte man toll Nintendo-Musik machen.
Die Achsen sind zusätzlich lose mit einem Zahnriemen gekoppelt, dass sich die Maschine nicht sofort zerlegt, wenn ein Motor mal aussteigen sollte. Das sollte man in jedem Fall vorsehen, sonst verzieht es einem das Portal aufs übelste.
Einen zweiten Motor anschließen sollte kein Problem sein. Typischerweise sind die Ausgänge der Break-Out-Boards ja per Optokoppler ausgeführt und sollten ausreichend Strom liefern um zwei Motortreiber anzusprechen. Soll heißen, DIR/STEP/EN kann man einfach parallel schalten. Vorher gleiches Microstepping einstellen und sicherstellen, dass die Drehrichtung korrekt ist
Haken (oder Vorteil) bei der Sache ist: Bei nicht sehr steifen Portalen ist die Winkligkeit zwischen X und Y Achse dann auch abhängig davon, wie die Motoren gekoppelt sind. Es gibt Controller (z.B. GrblHAL, im Übrigen sehr empfehlenswert), die mit individuellen Endschaltern pro Seite ein Auto-Squaring durchführen können.

[Titan-Jan]

Ja, die letzten Tage hab ich auch schon in die Richtung gedacht... Eigentlich wollte ich genau deswegen einen Riemen verwenden, um nur einen Antrieb zu brauchen. Aber das scheint nicht ganz aufzugehen.

"Belt-on-Belt" wäre noch etwas, was ich machen könnte. Aber da bräuchte ich dann auch zwei Antriebe für diese Achse. Und wenn ich das eh schon mache, kann ich auch gleich auf KUS wechseln, das macht den Kohl dann nicht mehr fett.

Zu den Führungen:
Genau, das sind einstellbare IGUS-Führungen. Hab eigentlich schon den Eindruck, dass die sehr spielfrei laufen. Und ja, deswegen habe ich die auch extra möglichst weit auseinander (entlang der Y-Achse) platziert. Aber ja, es stimmt auch, dass ich (mit recht viel Kraft!) eine Seite verschieben kann (um ca. 1-2mm) und die andere stehen bleibt. Also zwei Antriebe machen wahrscheinlich Sinn... Mache mir da aber schon auch echt "Sorgen" wegen Überbestimmtheit und asynchronem Lauf usw..., wie du @raumneun es beschreibst... Außerdem wird's mir dann vlt auch zu teuer... Hmmmm....

Ich betreibe die Treiber mit einem Arduino. Muss ich erst noch rausfinden, ob/wie ich da einen vierten anschließen könnte. Hätte auch gehofft, dass ich das ggf. einfach parallel zum ersten Antrieb machen könnte? Muss mich in die ganze Schaltung aber erst noch wieder reinlesen und recherchieren...

Vlt kaufe ich auch einen neuen Motor (zum Beispiel so einen Closed Loop) und setze den auf die dann neue Z-Achse und nehme den alten Motor, von der freigewordenen Z-Achse als zweiten Motor für die Y-Achse. Das wäre jedenfalls budgetmäßig vlt attraktiv...

[atomicxmario]

Meine Motoren werden auch immer noch ziemlich heiß, auch im Haltebetrieb...?

Servus! Also ich hab gestern einen Hals gefräst und die Maschine war ein paar Stunden an und sie lief immer mal wieder eine halbe Stunde lang am Stück. Die Schrittmotoren sind kalt geblieben. Ich habe jedenfalls keinerlei Temperaturanstieg gespürt - höchstens minimal. Bei den Treibern im Schaltschrank das gleiche...

Einzig der Staubsauger entwickelt Hitze im Dauerbetrieb

[jhg]

Also wenn du die Führungen "retten" willst und der Maschine zu deutlich präziserem Lauf auf der Y-Achse verhelfen möchtest, dann würde ich zwei 1204er Spindeln nehmen und die mit einem Motor über Zahnriemen antreiben. Da müsstest du lediglich die Spindeln einbauen, eine neue Motorhalterung, einen geschlossenen Riemen und ein paar Kleinteile investieren.

[Titan-Jan]

Ja, das klingt sinnvoll. Und der geschlossene Riemen wird umkehrspielfrei genug sein? Klar, der ist dann zumindest auch schon mal deutlich kürzer, als der jetzige. Und ich könnte auch eine Spannvorrichtung vorsehen...

[jhg]

Spielfrei gibt es natürlich nicht! Weder die (günstigen) KUS noch die Riemenverbindung sind spielfrei. Aber es geht ja um Minimierung. Das Prinzip mit zwei Spindeln und einem Motor ist durchaus gebräuchlich und für diese Art von Hobbyfräsen sicherlich auch genau genug.

[100WChris]

Meine Motoren werden auch immer noch ziemlich heiß, auch im Haltebetrieb...?

Wieviel Ampere hast Du an den Endstufen eingestellt? Wenn die sehr heiß werden, kriegen die eventuell zu viel ab?
Aber im Normalbetrieb können die Motoren schon recht warm werden, vor allem da bei Deiner Holz_CNC die Wären schlecht abtransportiert werden kann…

[raumneun]

Spielfrei gibt es natürlich nicht!

Dem möchte ich widersprechen Ich habe an meiner X und Y Achse pro KUS zwei Muttern, die mittels Telerfedern definiert gegeneinander vorgespannt werden. Das kostet nicht viel mehr, als nur eine zu nehmen, lässt sich nachstellen und ist tatsächlich (bis zu einer bestimmten Last, müsste ich in der Auslegung nachsehen) vollständig spielfrei. Es gibt auch spezielle Doppelmuttern, die das gleiche tun, aber mehr kosten als zwei einzelne und meist nicht nachstellbar sind.

Zu den Motoren und deren Temperatur: das hängt eigentlich nur davon ab, ob die Endstufen eine vernünftige Stromabsenkung bei 0 Drehzahl (also Haltebetrieb) haben. Schrittmotoren haben typischerweise das größte Moment im Stillstand und mit steigender Drehzahl wird es weniger. Meistens braucht man das nicht und kann gut und gerne den Strom absenken, um die Spulen zu schonen. Wenn die Motoren heiß werden, heißt das also nur, dass die Endstufe diese Absenkung nicht macht. Schlimm ist das nicht, dafür sind Schrittmotoren ausgelegt (sofern die Qualität nicht ganz unterirdisch ist), aber die können schon mal so heiß werden, dass man sie nicht mehr anfassen möchte. Schau mal in die Datenblätter der Treiber, was man da so konfigurieren kann.

Hier könnten natürlich auch noch Problem sein: Bei Richtungswechseln ist der Anlaufstrom recht groß und natürlich größer, je höher die bewegte Masse ist. Hast du einen Elko als Puffer in der Spannungsversorgung der Schrittmotortreiber?

[Titan-Jan]

Ein anderer Freund, hier vor Ort, selber echter CNC-Crack hat mir jetzt Servo-Motoren allerwärmstens ans Herz gelegt:
https://shop.cnc-technics.de/Integrated ... 33-34.html

Wenn Geld doch nur keine Rolle spielen würde...

[Titan-Jan]

Okay, hab eine Idee für die Y-Achse und bin gespannt, was ihr davon haltet.

Ich montiere den Motor (erstmal egal welchen) auf einem Podest oder einer "Brücke" hinten in der Mitte. Dort ist er nicht im Weg, da wedelt nur der Absaugschlauch herum. Und auf der Welle vom Motor sind zwei Zahnriemenscheiben. Und dann gehen jeweils nach links und rechts ein kreisförmiger Zahnriemen (gelb) und treiben jeweils eine KUS (rot) an.
So ist alles symmetrisch, ich habe nur einen Motor für die Achse, nur noch kurze Riemen, die ich auch gut spannen kann und hab einen Antrieb an beiden Seiten.
Was meint ihr?

Die Riemen müssten ca. 1000mm lang sein, das finde ich erst ab HTD-5M. Dann bräuchte ich solche, relativ kompakten AF-Zahnscheiben, davon kriege ich zwei hintereinander auf die Motorachse, wenn die mindestens 20mm lang ist.

[jhg]

Ich würde nur einen Riemen nehmen - dann brauchst du nur eine Spannvorrichtung. Von der Stabilität dürfte das völlig ausreichen.

[Titan-Jan]

Der geschlossene Riemen müsste dann halt etwa 2 Meter lang sein... das ist schon ziemlich lang oder? :-D Mal gucken, ob ich sowas überhaupt finde.

[Titan-Jan]

Quatsch, schon gefunden: https://www.ebay.de/itm/234478694299?ha ... BM2sj0vYFh

[Titan-Jan]

Ich würde nur einen Riemen nehmen - dann brauchst du nur eine Spannvorrichtung. Von der Stabilität dürfte das völlig ausreichen.

Okay, ich glaube, das ist tatsächlich die beste/vernünftigste Lösung.
So ist auch die Motorbefestigung am einfachsten.
So wäre es im Zweifelsfall auch relativ einfach (rein mechanisch betrachtet) einen weiteren Motor nachzurüsten.

[Titan-Jan]

Mal ein Update zwischendurch:

Das Upgrade der Y-Achse ist größtenteils geschafft. Habe jetzt einen Servomotor verbaut, mit der rechten Spindel verbunden und die linke Spindel dann mit einem Zahnriemen mit angetrieben.

Anfangs hatte ich ziemlich Probleme, alles einzurichten. Der Motor war teilweise etwas zu schwach und hat abgeschaltet. Als Problem stellte sich dann heraus, dass eines der beiden Kugellager im Festlager der linken Spindel beschädigt war und deswegen die Reibung ziemlich hoch war. Nun läuft die Fräse wieder. Das ursprüngliche Hauptproblem und damit die Ursache für den Umbau, ca. 1/2mm Umkehrspiel ist weg

Ein kleines bisschen Ungenauigkeit ist noch da aber das schreibe ich eher der nicht ganz soliden Z-Achse zu, die ja auch noch upgegradet werden soll.

Die Verkabelung habe ich inzwischen schon "richtig" gemacht (mit einem 7-adrigen Kabel), auf den Bildern war das noch die improvisierte Verkabelung mit dem alten Kabel (4-adrig) und zusätzlichen Einzelkabeln.

Nun muss ich nur noch die Endschalter wieder einbauen.

Tatsächlich macht nun doch die Linearführung Probleme. Nicht wegen der Genauigkeit (!) aber wegen der Reibung. In Kombination mit dem einzelnen Motor ist das nicht optimal (mit dem Riemenantrieb war das nie ein Problem!). Jetzt könnte ich entweder einen zweiten Motor verbauen (mit zweitem Netzteil über 200€). Hab mir stattdessen also vorgenommen, die Führungen für die Y-Achse doch zu ersetzen, kostet nur ca. 80€. Ein Hauptargument für die schmiermittelfreien IGUS-Führungen war für mich, dass ich so in Kombination mit dem Zahnriemen keine Probleme mit dem feinen Holzstaub habe. Aber da ja jetzt sowieso zwei schmierige KUS daneben laufen, muss ich mir wohl oder übel sowieso noch irgendeine Abdeckung oder ähnliches überlegen. Evtl. mache ich das mit diesen Bürstenleisten...
Falls ich dann nachher doch trotzdem noch auf einen zweiten Motor umrüsten muss, würde ich mich ziemlich ärgern. Dann hätte das ganze doch lieber mit zwei Motoren und zwei Belt-in-Belt-Systemen und den schmiermittelfreien Führungen probiert. Aber hey, vlt reicht's ja auch so. Ein Motor für die Achse ist mir einfach symphatischer (und ja auch deutlich günstiger). Ich bleibe gespannt und halte euch auf dem Laufenden...

[jhg]

Tu dir einen Gefallen und kauf direkt die HGR20 Rechteck Führungen. Die sind weitesgehend auch Staubgeschützt. Vor allem laufen die besser als die Rundführungen.

[Titan-Jan]

Hm, danke für den Tipp... Hab aber schon diese hier bestellt: https://www.cnc-discount.com/fuehrungen ... en-kurz/40
In 16mm Durchmesser... wird oftmals empfohlen und die kann ich mit relativ wenig Aufwand einfach ersetzen bei mir. Wird hoffentlich auch okay sein...

[sunrisebrasil]

Spannendes Projekt, bitte bleib am Ball und halte uns auf dem Laufenden!