Wat vraagjes over lineare geleiding

Alle geleidingen bijv blok of linear, kogel enz Maar ook lagers kunnen hier besproken worden.

Moderator: Moderators

Plaats reactie
demian
Berichten: 108
Lid geworden op: 04 apr 2020 17:20

Wat vraagjes over lineare geleiding

Bericht door demian »

Beste allmaal,

Ik ben bezig een cnc machine te ontwerpen op basis van aluminum extrusie profiel.
Afmetingen van de tafel zullen ca 3.00m x 1.25m worden, ontwerp is enigszins gebaseerd op de AVID CNC machine.

https://www.avidcnc.com/images/CRP4896r ... go_480.jpg

Nu wil ik de exacte breedte gaan bepalen van de brug, en kom ik op geleiding en wagentjes waarvan voor mij de maat nog onbekend is.

Is het zo dat 20mm profiel voldoende is, het is wat ik het meest tegenkom in voorbeelden namelijk.
Ik weet nog niet waar ik het profiel ga bestellen, maar ik zou ook graag over cad bestanden beschikken van dit profiel en wagentjes zodat ik het netjes in kan tekenen, iemand die weet welke leverancier zowel profiel als cad bestanden heeft ?
(ik zie dat Damen die heeft van HINWIN, maar ik vind ze nog al aan de prijs)

Laatste vraag voor wat het profiel betreft, kan ik 2 profielen van 1500mm achter elkaar plaatsen of ga ik dan problemen krijgen bij de overgang?
benkr
Donateur
Berichten: 7136
Lid geworden op: 16 jun 2012 16:32
Locatie: Tilburg

Re: Wat vraagjes over lineare geleiding

Bericht door benkr »

demian schreef: 24 jan 2022 16:22 Beste allmaal,

Ik ben bezig een cnc machine te ontwerpen op basis van aluminum extrusie profiel.
Afmetingen van de tafel zullen ca 3.00m x 1.25m worden, ontwerp is enigszins gebaseerd op de AVID CNC machine.

https://www.avidcnc.com/images/CRP4896r ... go_480.jpg

Nu wil ik de exacte breedte gaan bepalen van de brug, en kom ik op geleiding en wagentjes waarvan voor mij de maat nog onbekend is.

Is het zo dat 20mm profiel voldoende is, het is wat ik het meest tegenkom in voorbeelden namelijk.
Ik weet nog niet waar ik het profiel ga bestellen, maar ik zou ook graag over cad bestanden beschikken van dit profiel en wagentjes zodat ik het netjes in kan tekenen, iemand die weet welke leverancier zowel profiel als cad bestanden heeft ?

Laatste vraag voor wat het profiel betreft, kan ik 2 profielen van 1500mm achter elkaar plaatsen of ga ik dan problemen krijgen bij de overgang?
Als jij spreekt over 20mm profiel, bedoel je dan 20mm aluminium extrusie profiel, of 20mm brede lineaire geleidingen?

Vrijwel elk bekend merk lineaire geleidingen heeft CAD bestanden van de rails en de wagentjes, dat geldt zeker voor HiWin, Bosch-Rexroth, Igus, IKO, NSK, INA, THK en nog veel meer.

Als je je lineaire geleiding wil laten bestaan uit meerdere delen dan kan dat wel, maar dan moet je de vlakken die tegen elkaar komen wel goed vlak (laten) slijpen. Bij het monteren is het dan wel echt belangrijk dat ze echt precies in elkaars verlengde worden gemonteerd en gefixeerd.

Waar je zeker ook over na moet denken is hoe je je portaal wil gaan verplaatsen. Hier zijn meerdere opties voor die worden gebruikt, Kogelomloop spindels, tandheugel aandrijvingen, tandriemen om er een paar te noemen.
Het meest worden kogelomloop spindels gebruikt op de wat kleinere machines, tot zo ongeveer 1 a 1,5 meter, kom je daar boven dan krijg je al heel snel last van een soort van vibratie in je spindel. Een oplossing hier voor is het gebruik van zgn. aangedreven moeren, hierbij staat je KO spindel stil en draait de KO moer. Een andere oplossing is het gebruik van zgn. tandheugels, die zijn verkrijgbaar in koppelbare lengtes, dus die kun je eigenlijk zo lang maken als je wil. Nog een andere manier is dus het gebruik van tandriemen, maar ook hier kleven nadelen aan, zeker als ze echt lang gaan worden.

Ik snap dat je die AVID machines interessant vindt, maar bedenk dat zo'n grote machine aardig wat redelijk duur aluminium profiel in zich moet hebben om tot een stabiel geheel te komen. Bedenk ook dat de combinatie van aluminium profielen met daar bovenop een stalen lineaire geleider vragen om problemen is, reken ven beide het lengteverschil maar eens uit bij slechts 10 graden temperatuur verandering, iets wat gedurende een dag / week / maand / jaar toch met regelmaat gebeurd.
Beter is het denk ik om een degelijke stalen basis te bedenken die je helemaal met boutverbindingen en goede lijm in elkaar zet. Bij lassen krijg je weer allerlei spanningen in je constructie die je eigenlijk niet wil hebben. En, ook niet onbelangrijk, dat aluminium profiel is factoren duurder dan staal, bovendien is het, anders dan je zou verwachten, niet recht, haaks en vlak.
demian
Berichten: 108
Lid geworden op: 04 apr 2020 17:20

Re: Wat vraagjes over lineare geleiding

Bericht door demian »

Ik heb een budget van ca 5000 / 6000 euro voor het bouwen van een machine, dat er een flink bedrag in profielen gaat zitten weet ik, is op zich geen probleem, al vind ik het niet erg als ik minder hoef uit te geven.

Qua staal en dan bouten, ik heb 2 jaar geleden hier ook wel eens een draadje gestart, en toen werd staal (in ieder geval in combinatie met lassen) afgeraden, wat jij ook doet. Het is me duidelijk waarom dat is en dat is akkoord. Bouten is een optie, maar ik begreep ook uit het eerdere draadje dat stalen kokerprofielen ook niet perse recht en haaks zijn, dus dan loop ik nu tegen de zelfde problemen aan.

Al het aluminum vervangen door staal kan wel, maar als het dan nog steeds niet recht is, waar ik ben dan mee bezig.. :D

De bedoeling is om met tandheugel te gaan werken, Nema 34 closed loop stappen motoren, met of zonder vertraging, daar ben ik nog niet uit.
Ik zal voornamelijk plaatmateriaal gaan frezen (MDF, multiplex) soms ook hout. Ik wil bij plaatmateriaal in 1x door 18mm dik heen kunnen frezen, daar moet de stevigheid van de machine op gebaseerd zijn. Ik denk dat een stappen motor rechtstreeks op tandheugel niet nauwkeurig genoeg is, ik weet niet of ik met microstepping beter af ben als met een vertraging.
xander janssen
Berichten: 484
Lid geworden op: 08 jan 2009 08:53
Locatie: België

Re: Wat vraagjes over lineare geleiding

Bericht door xander janssen »

demian schreef: 24 jan 2022 17:18. Ik denk dat een stappen motor rechtstreeks op tandheugel niet nauwkeurig genoeg is, ik weet niet of ik met microstepping beter af ben als met een vertraging.
Microstepling geeft geen verbetering in nauwkeurigheid. Wel een rustigere loop, maar weer ten kosten van koppel. Overbreng i ng, indiengoed gemaakt geeft betere nauwkeurjgheis, met extra koplel maar weer ten kosten van snelheid.
FreesKever
Berichten: 274
Lid geworden op: 15 apr 2019 01:01

Re: Wat vraagjes over lineare geleiding

Bericht door FreesKever »

Met een mechanische vertraging verhoog je de kracht en resolutie.
Met een tandwiel en tandheugel heb je al snel een verplaatsing van 30mm of meer per omwenteling van het tandwiel.

Met microstepping heeft maar een zeer beperkt nut. Je motor levert er niet meer koppel door.
Verhogen van resolutie is ook maar zeer beperkt, omdat de motor "elastisch" is. De rotor draait tenslotte alleen maar in het magneetveld van de stator.
Dat een stappenmotor met microstepping minder koppel levert klopt niet.
Er staat een veel nagepraatte tabel op internet, die hele lage koppels geeft bij hoge waardes van microstepping, maar die tabel wordt verkeerd geinterpreteerd. Ik maak een tweede bericht om de details uit te leggen, zodat je het gemakkelijk over kunt slaan als het je niet interesseert).

Ik zou dus zeker een mechanische overbrenging toevoegen.
En je hoeft het wiel niet opnieuw uit te vinden.
Het is een standaard onderdeel en je kunt ze voor lage prijzen kopen bij Aliexpress.
Richtprijs is ong. EUR 60 voor een overbrenging zoals hieronder getoond.
Nog een motor en tandriem erbij en je kunt hem zo tegen een tandheugel aanduwen.

Wel diep nadenken of je rechte of schuine tanden wilt.
Ik zou zelf zeker schuine tanden kopen. Het is wel iets duurder, maar het geheel loopt stiller en is nauwkeuriger. Bij rechte vertanding is er een kans dat je de tanden terug kunt zien in je werkstuk. Het prijsverschil is ook niet zo heel groot.
Nema34_Gear_TimingBelt.jpg
De afmetingen van de railzen worden bepaald door de sterkte (en de prijs natuurlijk).
20mm is ongeveer standaard, omdat het bijna altijd sterk genoeg is en de 15mm variant niet veel goedkoper is.
Voor echte getallen raad ik je aan om in de Hiwin katalogus te kijken (of beter: in het merk geleiding dat je wilt kopen)
Als richtwaarde, een Hiwin lagerblok voor een 20mm rails kan een dynamische belasting hebben van ong. 18kN
Als het portaal van je frees dus op vier lager blokken staat en meer dan 500kg weeg dan wordt het tijd om naar zwaardere railzen te gaan kijken.
Er komen ook nog wat krachten bij voor de verspaning, uitleinfouten, temperatuurs invloeden en de stand van de planeten.

Prijsverschil tussen 20mm en 25mm valt nog wel mee, maar 30mm en zwaarder begint snel fors prijzig te worden.
Je hebt niet voldoende permissies om de bijlagen van dit bericht te bekijken.
FreesKever
Berichten: 274
Lid geworden op: 15 apr 2019 01:01

Re: Wat vraagjes over lineare geleiding

Bericht door FreesKever »

Stappenmotoren en microstepping.

Als je een stappenmotor op je buro legt, en stroom door een wikkeling stuurt, dan blijft hij gewoon stil staan.
De motor levert ook geen koppel. Hij ligt namenlijk gewoon op je buro, en er is niets op de as aangesloten.

Een experiment, dat je in gedachten of in het echt kunt uitvoeren:
Maak iets op de as (b.v. een stuk van een koppeling, of een handwiel) zodat je redelijk wat grip hebt op de as.
Stuur nu een DC stroom door de stappenmotor die laag genoeg is zodat je met het handwiel nog rond kunt draaien.
(Ik vermoed 500mA of 1A voor een Nema 23 motor)

Als je nu de (meestgebruikte 200 stappen per omwenteling) motor met de hand verdraait, dan zijn er 50 posities waarbij de motor blijft staan als je hem los laat. Dat zijn dus 4 hele stappen.

Als je het handwiel los laat, dan levert de motor geen koppel. Ook al loopt er stroom door de motor.
Als je aan het handwiel draait (Links of rechtsom maakt niet uit) dan voel je dat de motor tegenwerkt. Hij wilt terug naar z'n begin stand.
Een 2-fase stappenmotor (de meest gebruikelijke) lever het maximale koppel bij een fase verschuiving van 90 graden tussen het magneetveld van de rotor, en het magneet veld van de stator. Dit is dus precies 1 hele stap. Het is een 50 polige (BLDC) motor en 200/50 = 4.

Als je de motor een hele stap rechtsom draait, dan levert hij koppel linksom.
Als je de motor een hele stap linksom draait, dan levert hij koppel rechtsom.
Het koppel is sinusvormig met de fase verdraaiing.
Bij een fase verdraaiing van 180 graden (dus 2 hele stappen) is het koppel dus weer 0, maar het is een instabiele stand. De motor blijft daar uit zichzelf niet staan. Als je daar het handwiel los laat, dan gaat hij terug naar zijn beginstand, of hij gaat verder naar de volgende stabiele stand. (50 stabiele posities per omwenteling).

De rotor wordt dus aangedreven door het magneetveld in de stator, en het koppel van de motor is een funktie van de motor stroom en de fase verschuiving tussen de magneet velden van de rotor en stator.

-------------------------
En nu de veel geqoute grafiek:
Die grafiek gaat ervan uit dat je microstepping probeert te gebruiken om een hogere resolutie te halen.
Maar zoals boven al beschreven, de rotor hangt elastisch in het magneetveld van de stator, en kan een hele stap achterlopen.
Als je dus microstepping wilt gebruiken om de resoltuie te verhogen, dan kan dat alleen als de motor veel minder koppel hoeft te leveren.
Een sinus gaat onder een hoek van 45 graden door de nul doorgang heen (Horizontaal hoekvedraaiing, vertikaal geleverd koppel)
Als je dus 32 voudige microsteppintg wilt gebruiken om de resolutie 32x te verhogen, dan werkt dat alleen zolang je onder 1/32 van het maximaal te leveren koppel van je motor blijft. Je motor kan wel meer koppel leveren (Het maximale koppel wordt door de motor stroom bepaald), maar als de motor meer koppel levert, dan is ook de fase hoek tussen de magneetvelden van rotor en stator groter, en ben je die extra resolutie dus weer kwijtgeraakt.

In de praktijk wordt microstepping dus voornamenlijk gebruikt om de motor soepeler te laten draaien, omdat de richting van het magneetveld in de stator in kleinere stapjes wordt veranderd. In plaats van "Bonk, Bonk, Bonk", krijg je "tik, tik, tik, tik, tik, tik, tik, tik, tik, tik, tik, tik, tik, tik, tik, tik, tik, tik".


-------------
Tegenwoordig worden stappenmotoren met aktieve terugkoppeling "closed loop" veel gebruikelijker.
Die hebben een aantal voordelen en zijn zeker het prijsverschil waard.
Hier is de motor sturing in staat om het fase verschil tussen de rotor en stator te meten, en de motorstoom aktief bij te regelen.
In rust kan hierdoor de motorstroom worden teruggebracht, wat zorgt voor een hoger rendement.
Bij een lagere motor stroom lopen ook de verschillende standen van de microstepping vloeinder in elkaar over, waardoor deze motoren met regeling nog een stuk stiller zijn, dan de motorsturingen die alleen microstepping gebruiken.
Ik heb zelf een paar van deze regelingen in gebruik, en het "typische stappenmotorgeluid" is bij deze motoren vrijwel afwezig. Je hoort meer de kogels in de lagers en kogelomloopspindels dan de motor zelf.
Gebruikersavatar
serum
Donateur
Berichten: 4958
Lid geworden op: 08 mar 2008 20:37
Locatie: Zwolle

Re: Wat vraagjes over lineare geleiding

Bericht door serum »

https://www.rs-online.com/designspark/s ... rostepping

Met closed loop encoder motoren gaat de driver altijd tegensturen als er een afwijking in positie tav gecommandeerd wordt gedetecteerd, binnen de perken van het kunnen. Hoe hoger de gebruikte spanning, hoe lager de wervelstromen en hoe beter je stepper in staat is op hogere toerentallen nog wat koppel over te houden. En hoe lager de inductie van de motor (gaat hand in hand met een lagere weerstand) hoe beter de motor geschikt is voor hogere toerentallen. Juist die hogere toerentallen is de achilleshiel van de meeste stappenmoren.

Met de huidige prijzen van de 200 en 400w servo's zou ik die ook overwegen.

Ik ben geen fan van aluminium profielen. (Zijn standaard niet recht). Bij een tandheugel zou ik persoonlijk niet kiezen voor een snaar, eerder voor een planetaire reductie. Maar gezien het budget zit je denk ik vast aan de snaar. tenzij je wat tweedehands op de kop kan tikken. Gebruik altijd schuine ipv rechte vertanding. Dat loopt evenrediger en stiller.
demian
Berichten: 108
Lid geworden op: 04 apr 2020 17:20

Re: Wat vraagjes over lineare geleiding

Bericht door demian »

Bedankt voor de gedetailleerd antwoorden en uitleg, erg leerzaam. :-)

Schuine tandheugel gebruiken lijkt me een goed idee, ik ga kijken of dat dat haalbaar is.
Schuin en dan uit 2 stukken lijkt me heel lastig te realiseren, dus dat zal dan een gehele lengte worden uit een stuk.

Qua geleiding, ik zal de verschillende merken eens met elkaar vergelijken.

Dank ook voor de tip voor een planetaire reductie, misschien kan ik mijn budget wat hoger stellen, het is niet helemaal zwart wit,
ik wil het wel goed aanpakken. Mijn huidige machine ben ik om meerdere reden niet helemaal tevreden over (zelfbouw ding overgenomen van iemand), dus ik voorkom graag alle problemen die ik nu wel heb.
Plaats reactie