Eerste CNC (low-budget) ontwerpfase

[MrEighteen]

Beste CNC'ers

Na heel veel te hebben gelezen en vooral ook te hebben geleerd van dit forum zit ik nu in de ontwerpfase van mijn eerste CNC. Mijn budget is beperkt, maar ik wil er toch het beste uit halen. Ik ben nu net klaar met het ontwerp van mijn z-as en ik ben benieuwd wat jullie er van vinden en sta open voor op of aanmerkingen.



Zo moet hij er uit gaan zien. In deze afbeelding zit er een kress in, maar mijn doel is om er uiteindelijk een HF spindel van Chai in te stoppen. Als we even de kress weg halen ziet hij er als volgt uit:

Met deze opstelling heb ik een bewegingsvrijheid in de z-richting van 100mm. Wat mij een beetje zorgen baart is dat tussen het einde van het onderste pillowblock en het einde van de houder waar de kress in zit 80mm zit die dus niet ondersteunt is. Gaat dit niet heel erg trillen? De precision round rail is 13mm diameter en 25mm lang (daar gaat nog een klein stukje af voor de houders). De pillowblocks staan 120mm uit elkaar (uiterste van de bovenste tot uiterste van de onderste). Hierdoor hou ik 250mm - 120 mm - 2x houder = ongeveer 100 mm over. De platen zijn van aluminium en ik zat zelf te denken aan een dikte van 8mm, maar dit kan dikker als dat nodig is. Wat denken jullie?

Verder vroeg ik mij af of een bewegingsvrijheid van 100mm niet wat veel is... Want ik zie mij zelf niet zo gauw een werkstuk van 100mm hoog opspannen en volgens mij steekt het freesje sowieso niet 100mm uit de spankop, dus is het niet verstandiger om bijvoorbeeld voor 80mm te gaan en dan of mijn pilowblocks 20 mm verder uit elkaar te zetten voor meer stabiliteit, of mijn precision round rail in te korten met 20 mm.

Verder is de schroefdraad een trapezium TR16x4 en de motor is een nema23 3Nm

Hier nog even een plaatje van de assembly in zijn hoogste stand:


Ik ben heel benieuwd wat jullie er van vinden en of jullie nog tips hebben voor aanpassingen.

[skillalot]

Zeker dikker alu nemen dan 8mm. Ik heb zelf 15mm gebruikt, en ik gebruik ondersteunde assen van 16mm. Die profielen geven nog wat extra stijfheid. Zeker als je een 80mm hf spindel van chai wilt gaan gebruiken, want die heb ik ook. Als je kijkt wat een z-as dan weegt inclusief spindelmount (ik heb die van stappenmotor.nl) dan is dat behoorlijk wat... Als je geen ondersteunde assen neemt zou ik ook 16mm als minimaal nemen. En kijk ook goed naar hoe je de lagering van de spindel gaat doen, als je later wilt upgraden naar kogelomloop kun je daar nu misschien alvast rekening mee houden zodat het later zo uitwisselbaar is.

Verder zou ik je z-hoogte zeker niet te beperkt maken. Wil je ooit nog een keer een 4e as erbij maken, dan kom je met die 100mm al te kort. Ik neem aan dat er een plaat op je frame komt waarop je je onderdelen opspant. Daaroverheen maak je als het goed is een "spoilboard", oftewel nog een plaat die beschadigd mag raken, en die je op zijn tijd een keer opnieuw vlakt, zodat je ondergrond goed blijft. Maak je nog een keer een vacuumtafel ertussen om dingen makkelijker op te spannen, etc etc etc.
In principe kan 80mm genoeg zijn voor je, maar het beperkt zeker de mogelijkheden voor extra uitbreidingen die je later misschien wilt hebben, dus denk daar eerst goed over na alvoor je een beslissing neemt.

[MrEighteen]

Voor de lagering had ik het volgende bedacht:



Twee lagers die zowel axiale krachten als radiale krachten kunnen opvangen ingeklemd in een aluminium blokje. Daar doorheen de as en dan vastgezet met een moer (met lock-tight of zo'n moer met van dat plastic er in). De z-as zit maar op 1 punt ingeklemd omdat deze niet zo lang is en de zwaartekracht hem toch wel naar beneden houdt. Bij de andere assen heb ik aan de andere zijde nog een naaldlager waardoor de as wel in radiale richting is ondersteund maar vrij kan bewegen in de axiale richting zodat ik geen problemen krijg met uitzetting. Het is inderdaad de bedoeling later over te gaan op trapeziumdraad. Doe ik de lagering dan goed zo ?

Verder bedankt voor de tip om voor 15mm aluminium te gaan, dat ga ik zeker doen. In eerste instantie ga ik wel voor de niet-ondersteunde 13mm as, omdat ik die al heb liggen. Gewoon eens kijken wat er gebeurd. Mocht ik toch veel doorbuiging krijgen dan kan ik altijd nog overgaan op 16mm ondersteunde as. Voor de y-as heb ik wel 16mm ondersteunde as gekocht. Ik zal er in mijn ontwerp rekening mee houden dat ik genoeg ruimte heb om alsnog 16mm ondersteunde as te kunnen plaatsen (dus ik maak de onder en bovenplaat wat breder). Ik denk dat ik dan ook maar voor 100mm bewegingsvrijheid ga. Hoeveel heb jij op jouw machine?

[Markus]

ik zou juist het deel waar de stappenmotor aan bevestigt is laten bewegen. Nu heb je stechts een stuk alu plaat dat de Kress vasthoud, zet je de kresshouder op het andere deel dat kan het moeilijker buigen, tevens zit er dan veel meer gewicht op het bewegend deel (assen+stappenmotor+kress) en dat helpt weer de omkeerspeling van de moer.

TR16x4 heeft het nadeel dat de moer groot is, TR14x4 kan je simpel afdraaien naar 8 mm en dan aan beide kanten lageren met een axiale lager en een sinterbronzen radiale lager, en dan heb je nog 2 asklemmen nodig.

Das goedkoop en makkelijk. Zassen die een lange rijweg hebben hebben het nadeel van de hefboomwerking waardoor er relatief veel kracht komt op waar de Zas verbonden is met de X as en de boel gaat slingeren.

Zou de bewegingsvrijheid 100mm of kleiner houden en de 4de as probleem oplossen door de mogelijkheid de gehele Xas los te maken en omhoog te kunnen schuiven.

Greezt,

Markus

[MrEighteen]

@Markus
Dat idee van de x-as omhoog verplaatsen is wel een goeie. Verder kan ik natuurlijk sowieso de x-as zo hoog plaatsen dat hij in de uiterste positie net boven het freesbed uitkomt.

Heb je misschien een plaatje van de constructie die jij bedoelt? Ik heb het wel eens voorbij zien komen, maar ik zie niet helemaal in waarom dat een stijfere constructie zou zijn. Verder zorgt de spindel al voor aardig wat gewicht en trapeziumspillen hebben al wat wrijving dus ik wil het niet te zwaar maken voor mijn 3Nm motortjes. Ik kan de backlash ook bijstellen met zo'n anti backlash nut (heb ik ook al).

trapeziumdraad heb ik al dus ik moet toch voor 16x4 gaan en lagers heb ik ook al,... dus denk je dat mijn idee voor de lagers ook zou werken? Of heb ik daarin een denkfout gemaakt.

[Markus]

Dis een van de eerste die ik ooit maakte lang gelee, nog zeker voor verbetering vatbaar, de stijfheid zit um dus in de stalen assen. Bij een later model heb ik nog een Alu plaat aan de voorkant gemonteerd dat de Trapezium Spindel beschermde, maar tevens voor meer stijfheid zorgde.

De lagering van de trapeziumspindel werd gedaan door een radiale kogellager aan de binnenkant en een axiale aan de buitenkant en dat dus voor beide uiteinden van de Spindel en dan kwamen daar asklemmen op en een moer om de boel op te spannen.

Deze frees gebruikte op de Zas een 1,2 Nm motor van Vexta (uit mijn hoofd), geloof dat ik daarmee 70 Kilo druk kon zetten, je hoeft je dus helemaal geen zorgen te maken met je 3Nm motor.

Wat jij bedoeld is 2 Angular Contact bearings gebruiken en die tegen elkaar opspannen. Dat is heel gebruikelijk bij dit soort constructies, alleen weet ik niet tot welke maximale diameter je TR16x4 kan afdraaien, ik schat 10mm. Dan heb je 2 x 7000B Lagers nodig maar die hebben een buitendiameter van 26mm, best wel groot.
Je idee is dus prima, maar meestal worden de lagers tegen elkaar aan geperst zoals bijvoorbeeld in een FK10 Spindel Fixed Side Kogellager eenheid




Greezt,

Markus

[MrEighteen]

Ik heb zelf het gevoel dat, omdat mij assen zo dun zijn (13mm), ik misschien meer stijfheid haal uit de 2 pilowbearings in het midden van de plaat vastgemaakt, dan de assen die aan de uitersten van de plaat zijn vastgemaakt, maar dat is puur een gevoel en niet echt ergens op gebaseerd. Later ga ik waarschijnlijk wel nog over op supported rail en dan is het waarschijnlijk wel verstandiger ze aan het bewegende deel vast te maken.

Ik heb deze lagers aangeschaft met het idee ze te monteren zoals in mijn plaatje. ze hebben een binnendiameter van 10mm en buitendiameter van 19mm.

Groefkogellager eenrijig 61800 2RS

Ze kunnen zowel axiaal als radiaal en kunnen 600N hebben (60kg), maar er staat niet duidelijk bij of dit axiaal of radiaal is. Voor de Z-as is dat dan misschien wel een beetje weinig, maar voor de overige assen moet dat toch wel kunnen aangezien die niet zwaar belast worden? Ik denk dat ik het gewoon even ga proberen op de manier die ik had bedacht omdat ik daar de spullen voor heb liggen en mocht het niet werken of snel stuk gaan dan moest ik toch al andere lagers aanschaffen. Wat is eigenlijk het nut van de lagers tegen elkaar aan persen tegenover mijn ontwerp?

[MrEighteen]

Ik heb nog eens nagedacht over de optie om de rail aan de andere kant te monteren. Qua vibraties van de bovenplaat tegenover de onderplaat gaat het geen verschil maken en al is het maar een beetje, de rail zal toch extra stijfheid geven aan de bovenplaat, dus ik heb er toch voor gekozen om het ontwerp om te draaien. Als volgt dus:



Het bereik is nu ongeveer 90mm. De motor zit wel nog steeds op de onderplaat omdat ik toch niet te veel extra gewicht op de bovenplaat wil krijgen i.v.m. wrijving van de trapeziumspil. Nu verder met de rest van de machine

[MrEighteen]

Even een update van mijn ontwerp tot nu toe. Als het goed is, is alles nu zo'n beetje ontworpen en gaat mijn eerste machine er als volgt uitzien:





Veel beslissingen op ontwerpgebied zijn helaas gebaseerd op het (zeer lage) budget. Onder anderen de trapeziumspillen, de niet ondersteunde y-as en het feit dat het geen portaalfrees is. Ik heb wel geporbeerd zoveel mogelijk rekening te houden met verbeteringen in de toekomst. Zo wil ik later de spillen gaan vervangen voor kogelomloopspillen en de niet-ondersteunde z-as vervangen voor een wel ondersteunde variant. Verder wil ik het geheel later ombouwen naar een portaalfrees waarbij de y-as helemaal opnieuw ontworpen wordt met wel-ondersteunde geleiding en 2 kogelomloopspillen met 2 motoren. De x en z-as zitten aan de voorkant van het aluminium profiel (80x80) gemonteerd wat natuurlijk meer ruimte inneemt, maar wel de mogelijkheid geeft om ze makkelijk naar boven te kunnen verplaatsen. Dit ook weer met het oog op het later nog kunnen aanpassen van de machine.

Feedback is uiteraard welkom, maar hou er wel rekening mee dat het allemaal om laag budget gaat en dure aanpassingen op dit moment niet echt mogelijk zijn.

Hopelijk heb ik met dit ontwerp toch een leuk machientje om mee te beginnen en eens te leren hoe je moet werken met een cnc-frees.

[Sjuul]

Ik zou niet gaan voor die profielen, het zelfde kan ook gewoon met twee aluminium platen, zet je er ook nog een aan de achterkant zodat je een doosje hebt, de voorkant kun je mooi afwerken met een plexiglas plaat.
Zo blijft alle troep mooi binnen en is ook nog eens behoorlijk stijf.


Kwaliteit = inzet x budget
Dus alles kan goedkoper, maar dan moet je er gewoon langer over nadenken

Sjuul

[MrEighteen]

@Sjuul
Dank voor je advies, alleen ik begrijp niet helemaal wat je bedoelt. Heb je misschien een voorbeeldje of een schetsje? In mijn eerste ontwerp was het aluminiumprofiel ook een aluminium plaat, maar na wat berekeningen kwam ik er achter dat dat toch voor een behoorlijke doorbuiging zou gaan zorgen. Met die profielen heb ik voor bijna hetzelfde geld minder dan 1/10e van de doorbuiging tegenover 1 aluminiumplaat van bijvoorbeeld 15mm dik. Maar wat je precies bedoelt met dat doosje is me niet helemaal duidelijk. Ik ben erg benieuwd en sta helemaal open voor nieuwe/betere ideeën.

[Sjuul]

Ik heb ongeveer dezelfde gemaakt maar dan uit mdf
Waarom en hoe kun je hier lezen.
Ik heb zwevende geleidingen gebruikt maar die wat jij wilt gebruiken zijn icm een xtra dwars plaatje beter.
De zij en achter wanden maken het erg stabiel en je hebt genoeg vlees om her en der naderschakelaars in te bouwen.
Als ik het nog eens moest doen zou ik de zijwanden zo hoog maken dat deze boven de Z en Yas uit steken zodat je alles kunt dicht maken met een plexiglas kap.
scheelt herrie, troep en is ook nog veiliger




Sjuul