Nog een kleine houten portaal voor/door een beginner

[arjanw]

Ik lees al een poosje mee op dit forum. Graag zou ik een cnc frees willen bouwen voor verder hobby-matig en experimenteel gebruik. Zoals meer ICT'ers hier heb ik verder weinig kaas gegeten van het werktuigbouw-vakgebied dus hanteer ik het motto 'beter goed gejat dan slecht bedacht'. Bij het ontstaan van het opensource topic heb ook ik mij voorgenomen deze machine te bouwen.

In dat topic werden echter al snel bedragen van tussen de 4k en 6k genoemd. Hoewel ik volledig achter de genomen keuze's sta (ik heb ook niet de kennis die te weerleggen) en de machine een prima prijs/werkbereik/kwaliteit verhouding zal hebben kan ik het niet verantwoorden voor de vrouw, noch mezelf om dergelijke bedragen uit te gaan geven. Zeker niet daar we vorig jaar een huis gekocht hebben, nog meerdere verbouwingen/klussen naderen en er ook ander gereedschap aangekocht moet worden (welke wel weer kunnen helpen bij de bouw van een cnc).

Ik heb lang getwijfeld om in plaats van een kolomboor maar een HBM BF 16/25 aan te kopen. Deze zou in een verdere toekomst kunnen helpen bij het bouwen van een opensource portaal-variant, en tot die tijd dienst doen als kolomboor en als tool om andere tools/jigs mee te maken (met name voor houtbewerking, denk aan bovenfrees-tafel, zwaluwstaart jigs, etc).

Het topic van hungryarie heeft het enthousiasme voor een zelfbouw, houten, cnc-portaal frees weer aangewakkerd. Hoewel tegen het ook daar gegeven advies in: houten plaatmateriaal zou ik heel goed kunnen verwerken met de invalzaag. Dit heeft me doen besluiten een simpele bouwmarkt/chinese kolomboor te halen, en het budget voor een niet-CNC BF25 te gebruiken voor een wel-CNC zelfbouw. Met de tools die ik dan zelf heb (invalzaag, kolomboor, haakse slijper, draadtappen van lidl) zou ik denk ik alles, behalve het afdraaien van spindels, zelf kunnen doen.

Creatief jatwerk + mijn (mogelijk onjuiste) interpretatie van diverse commentaar op diverse machines heeft tot het volgende ontwerp geleden:



Alle plaatmateriaal uitgevoerd in 18mm dik plaatmateriaal, waarschijnlijk een multiplex of betonplex
Alle bevestigingen uitgevoerd met 10mm 'kruismoeren', gemaakt van 10 mm Aluminium rondstaf. Daarin m5 boutjes.
Alle assen uitgevoerd met SBR 12 Geleidingen, en 14x3 trapezium spindels
Spindel moeren uitgevoerd in HDPE, draad zelf te tappen met een stukje extra trapezium draad omgevormd tot tap.

Moge duidelijk zijn dat bovenstaande keuzes vooral ook van hungryarie's ontwerp gejat zijn.


X As, 600mm geleiding
Y As, 600mm geleiding
Z As, 300mm geleiding


Specifiek de brug is als koker uitgevoerd vanuit het idee 'geen u-vorm te willen maken'. De afmetingen van de koker zijn hier verder willekeurig genomen. De z-as is NIET verder naar achteren/tussen wagens over X as geplaatst omdat ook hier weer een U vorm mee gemaakt zou worden.



Dit heeft helaas wel flinke verliezen op bereik X-as tot gevolg, in de achterste stand bevind de frees-as zich 271 mm voor de achterkant van het bed/de machine. Doordat de frees niet naar achter verplaatst is wordt er 78 mm aan freesbereik 'teruggewonnen' buiten/voor de machine. Dit hoeft natuurlijk geen nadeel te zijn. Zeker voor boorgaten in de kopse kant (van bijv. eigen onderdelen) kan het handig zijn materiaal aan de voorkant op te spannen. Ook is er in de 271 mm onder de brug aan de achterkant flink wat ruimte over voor een eventuele 4e as.

Hieruit volgt het volgende bereik:
X As, 78 mm Buiten + 365 binnen = 443 mm
Y As, 387 mm
Z As, 165 mm

De Opname van de kress, zoals getekend zweeft in de onderste stand 51 mm boven het bed. Daar er nu boutkoppen boven het bed uitsteken is het aannemelijk dat er ooit een 2e laag of T-Slot plaat bovenop komt, wat deze afstand dan dus kleiner maakt.

Ik heb de lagers en motors nog niet getekend omdat ik geheel van spindel / afdraaien / lager / motorkoppeling nog niet begrijp. Voor zover ik meegekregen moet er een vast lager en een los-lager toegepast worden. Maar wat houd dat precies in?

Zoals ik dit nu interpreteer:
Spindel moet aan motorkant afgedraaid worden tot precies binnendiameter van het vastlager, wat niet meer of minder is dan een lager welke axiale krachten op kan vangen en VAST op de spindel gemonteerd wordt dmv warmtepassing (=spindel in vriezer, dan met 'gewoon' met de hand lager erom)?.
Dat lager wordt verder aan de machine bevestigd door een bracket, moet dit ook vastgemaakt worden of is gewoon een kwestie van bracket met gat van buitendiameter vastlager?
In axiale richting wordt het lager dan op zijn plaats gehouden door enerzeids het frame (deksel z as, zeiwand Y as, voorste wand x-as) en anderzeids door de boutjes/ringetjes welke het lager en het bracket tegelijk tegen het frame aan drukken.

Maar het loslager dan? Als deze op dezelfde manier bevestigd wordt ('los' omsloten door bracket, tussen boutjes en frame geklemd) dan moet de spindel in axiale richting vrij kunnen bewegen. Volsta ik dan met het toepassen van eenzelfde lager (voor eenvoud), en het VERDER afdraaien van de spindel (en hoeveel?), dus kleiner dan binnendiameter van het lager? Of moet dit lager juist wel aan spindel vastgemaakt worden maar dan juist in zijn bracket vrij kunnen bewegen? (door bijv de boutjes niet aan het lager zelf te bevestigen) ?

Graag hoor ik jullie mening over het volgende:
* Keuze formaat geleidingen/spindel (eigenlijk niet gekozen, maar rechtreeks overgenomen) bij de gekozen lengtes
* Keuze koker als brug met daarbij afmetingen koker (60 mm ruimte TUSSEN opstaande wanden, 155 mm ruimte TUSSEN boven/onderkant.
* Keuze NIET 'naar achteren verplaatsen' van de Z-As
* minimale afstand frees opname / bed
* Noodzaak buitenkant/Zijkanten/Volledig dicht te maken
* In hoeverre klopt mijn interpretatie van de vast/loslagers, en vooral wat klopt er niet aan en hoe moet dat dan wel?
* Z-as geen 2e (los)lager toegepast

[Rob65]

Arjanw,

er valt me al snel op dat je de ondersteunde ronde geleidingen aan de brug vertikaal hebt gemonteerd. Aan de lange zijkanten van de bak staat de rails wel horizontaal.

Ik heb niet zulke heel goede ervaring met dit soort rails, maar zolang ik ze horizontaal monteer en netjes belast is het nog wel bruikbaar ... Zelf zou ik de rails op de bovenkant van de brug monteren.

Dan het stukje vast en los lager.
Een los lager moet kunnen bewegen. Door verschil in uitzetting van de constructie zal de spindel anders uitzetten als de constructie van de machine en dat verschil moet je op kunnen vangen door de lager iets heen en weer te laten bewegen. Dat doe je door aan de niet aandrijfkant een lager te monteren wat in het lagerblok kan bewegen.

Aan de aandrijfkant zit een vast lager dat bestaat uit 2 tegen elkaar geplaatste hoek-contact lagers. Op die manier wordt de axiale kracht op de as opgevangen in het lagerblok waar de lager in gemonteerd zitten. Door de sluitmoer op de spindel meer of minder aan te draaien stel je de axiale speling af (minimale speling en soepel draaien).

Het vaste lager komt vast aan de machine, dus niet op de vries- of verwarmingsmethode op de as krimpen want dan kan je de lagers niet meer afstellen. En altijd 2 lagers gebruiken om de axiale krachten in beide richtingen op te kunnen vangen.

En die kruismoeren van 10mm aluminium staf lijken me wat aan de krappe kant. Ik zou liever wat dikker materiaal gebruiken en M6 bouten gebruiken

Rob

[Sven]

Aan de brug zitten ze volgens mij gewoon goed, in de richting waar ze het meest belast gaan worden.

Verder nog dit, maak de onder- en zijkanten ook dicht en voeg nog wat schotjes toe. Dan wordt het een torsion box, rete stijf.

DIe zou ik lijmen met epoxy, en dan niet klemmen of schroeven maar zachtjes er tegenaan vlijen.
Zo breng je geen spanning in die zou kunnen vervormen.

[Guvner]

Wat Rob65 zegt over de plaatsing van de geleiders ben ik nog over aan het twijfelen.

Ik ben het er mee eens dat de drukverdeling beter gaat/is wanneer je hem op de bovenkant plaatst, maar wanneer je de frees over de X-as gaat verplaatsen (dus haaks op de brug) dan staan de krachten ook dwars op de rails.

Mijn idee is om de bovenste inderdaad bovenop te plaatsen, voor de druk/gewicht van je Z-as en de freesspindel die je daar op hebt hangen.

Maar de onderste ga ik waarschijnlijk toch echt vertikaal plaatsen. Op deze manier kan deze de druk weer beter hebben tijdens het verspanen.


Correct me if I'm wrong, maar ik denk dat het zo een gevalletje 'best of both worlds' is. Toch? Of niet? Zou het?

[Rob65]

Mijn idee is om de bovenste inderdaad bovenop te plaatsen, voor de druk/gewicht van je Z-as en de freesspindel die je daar op hebt hangen.

Precies dat bedoelde ik: één op de bovenkant en één op de voorkant (onder).
Dit heeft nog een groot voordeel: de bovenste rails ligt op de doos-constructie en is dus altijd recht, zonder kans op doorhangen. Je kan dan met uitvulplaatjes tussen de wagens en het portaal de boel heel eenvoudig zo afstellen dat er geen verloop in de Z-as zit.
Gewoon met de machinewaterpas eerst je bed horizontaal plaatsen en dan kijken of je portaal waterpas staat. Een beetje machinewaterpas heeft een libel met 0.02mm/m streepjes dus daar kan je je portaal goed binnen 1/100 mee parallel op je bed zetten.

Dat heb ik bij mijn eerste CNC machine fout gedaan: daar heb ik alle geleidingen (rechtgeleiding met vierkant rails) allemaal vertikaal op de machine geplaatst en het is wel even wat werk om dan alles zo te monteren dat je een echt plat XY vlak hebt zonder hobbels en gaten ... Nouja, als je enkele honderste mm afwijking een gat noemt

[Sven]

Op het moment dat je de geleiders op verschillende vlakken plaatst maak je de boel vooral ingewikkelder en waarschijnlijk minder stijf.
Gewicht van de z-as is helemaal geen issue.

De z-as moet opeens om de hoek heen zijn ztijfheid (freudiaanse verschrijving?) houden, en om de hoek nauwkeurig gebouwd worden.
De passing en afstelling wordt lastiger. En de richting waarin de ondersteunde assen belast worden wordt sowiezo al een ratjetoe, veranderd de hele tijd.

Als je de assen op hetzelfde vlak houd dan hoef je er maar voor te zorgen dat 1 vlak vlak blijft ipv twee en vlak, en haaks op elkaar komen.

[hungryarie]

Moge duidelijk zijn dat bovenstaande keuzes vooral ook van hungryarie's ontwerp gejat zijn.

Ik dacht al, die Z-as komt me bekend voor

Doordat de frees niet naar achter verplaatst is wordt er 78 mm aan freesbereik 'teruggewonnen' buiten/voor de machine. Dit hoeft natuurlijk geen nadeel te zijn. Zeker voor boorgaten in de kopse kant (van bijv. eigen onderdelen) kan het handig zijn materiaal aan de voorkant op te spannen. Ook is er in de 271 mm onder de brug aan de achterkant flink wat ruimte over voor een eventuele 4e as.

Het is zeker handig om aan de voorkant ook wat ruimte te hebben. Het nadeel daarvan is dat het je doordat de z-as uitsteekt, deze met frezen een behoorlijk moment creeerd, wat de nodige flex in je constructie gaat brengen (zeker bij houten machines).

De Opname van de kress, zoals getekend zweeft in de onderste stand 51 mm boven het bed. Daar er nu boutkoppen boven het bed uitsteken is het aannemelijk dat er ooit een 2e laag of T-Slot plaat bovenop komt, wat deze afstand dan dus kleiner maakt.

Lijkt mij prima. een spoilplate moet je er toch op zetten, dat scheelt al weer. daarnaast, als je frees te kort is kan je deze altijd nog extra plaat leggen.

Graag hoor ik jullie mening over het volgende:
* Keuze formaat geleidingen/spindel (eigenlijk niet gekozen, maar rechtreeks overgenomen) bij de gekozen lengtes

Ik ben er blij mee

* Keuze koker als brug met daarbij afmetingen koker (60 mm ruimte TUSSEN opstaande wanden, 155 mm ruimte TUSSEN boven/onderkant.

Tja een koker is natuurlijk beter dan een C profiel. Het is alleen een compromie tussen bereik en stijfheid.

* Keuze NIET 'naar achteren verplaatsen' van de Z-As

Zie mijn eerdere uitleg

* minimale afstand frees opname / bed

Zie mijn eerdere uitleg

* Noodzaak buitenkant/Zijkanten/Volledig dicht te maken

Dat is nooit verkeerd.

* In hoeverre klopt mijn interpretatie van de vast/loslagers, en vooral wat klopt er niet aan en hoe moet dat dan wel?

Rob heeft het goed uitgelegd

* Z-as geen 2e (los)lager toegepast

Heb ik ook niet. is naar mijn idee ook niet nodig voor zo'n kleine spindel die vertikaal hangt.

[arjanw]

Op het moment dat je de geleiders op verschillende vlakken plaatst maak je de boel vooral ingewikkelder en waarschijnlijk minder stijf.De z-as moet opeens om de hoek heen zijn ztijfheid (freudiaanse verschrijving?) houden, en om de hoek nauwkeurig gebouwd worden.

Dat ja. Zeker met hout en het kruismoer idee, 2 plaatjes koud haaks op elkaar geschroefd met schroefjes 1 lijn, duidelijk waar het scharnierpunt ligt :) .. Een schoor zou dan de oplossing kunnen zijn, maar die moet dan of dwars door de brug heen of 'buitenom geschoord', maar daar zit dan de Z-as, dus moet het geheel nog breder.

Ik houd het iig gewoon op de beide Y-as geleidingen op het zelfde vlak, zoals ontworpen.

Verder nog dit, maak de onder- en zijkanten ook dicht en voeg nog wat schotjes toe. Dan wordt het een torsion box, rete stijf.DIe zou ik lijmen met epoxy, en dan niet klemmen of schroeven maar zachtjes er tegenaan vlijen.Zo breng je geen spanning in die zou kunnen vervormen.

Best goed plan, zou ik de zijkant dan volledig dicht moeten maken, of is aan de bovenkant openlaten ook een optie? Op zich zou ik nog bij de moertjes die de X-as geleiding aan het bed vastbout moeten komen. Daarnaast is zo'n open vak dan ook handig om het een en ander in te kunnen bewaren.

Een los lager moet kunnen bewegen. Door verschil in uitzetting van de constructie zal de spindel anders uitzetten als de constructie van de machine en dat verschil moet je op kunnen vangen door de lager iets heen en weer te laten bewegen. Dat doe je door aan de niet aandrijfkant een lager te monteren wat in het lagerblok kan bewegen.

Aan de aandrijfkant zit een vast lager dat bestaat uit 2 tegen elkaar geplaatste hoek-contact lagers. Op die manier wordt de axiale kracht op de as opgevangen in het lagerblok waar de lager in gemonteerd zitten. Door de sluitmoer op de spindel meer of minder aan te draaien stel je de axiale speling af (minimale speling en soepel draaien).

Het vaste lager komt vast aan de machine, dus niet op de vries- of verwarmingsmethode op de as krimpen want dan kan je de lagers niet meer afstellen. En altijd 2 lagers gebruiken om de axiale krachten in beide richtingen op te kunnen vangen.

Ah kijk, sluitmoer. Dat was de missende link waardoor ik het niet snapte :) Ik heb het geheel dus nu zo getekend:
Vastlager

Hier zie je dus de spindel van 14mm, het trapezium draad loopt door tot en met het 20 mm gat in de achterkant van het bed. Achterop het bed is een lager-houder met een 30 mm gat. In dit gat zitten 2x 7200 hoekcontactlagers welke samen 18mm breed zijn wat dus goed uitkomt want dat is het plaatmateriaal ook. De beide lagers worden tezamen met de lagerhouder door de schroefjes/ringetjes tegen de achterkant van het bed geklemd.

De buitenring van de lagers zit dus geklemd tussen het bed(/achterplaat) en de ringetjes. De binnenring tussen de spindel, dat wat niet afgedraaid is en de sluitmoer geklemd aan de achterkant.

Loslager

Voor het loslager geld eigenlijk hetzelfde, maar omdat hier een enkele 6200 groefkogellager van 9 mm breed is toegepast, zit alleen de binnenring van de lager geklemd (tussen sluitmoer en spindel), de buitenring heeft dan dus nog 9 mm om te bewegen. Is dat voldoende?

Dan nog het afdraaien van de spindel. Door de maten van de lagers word hij dus eerst afgedraaid tot 10mm, waarvan een deel m10 draad krijgt voor de sluitmoer. Daarna moet de spindel nog gekoppeld worden met de motor, waarvoor spindel dus verder afgedraaid wordt. Hier 8 mm.

Ik twijfel over de maten. Op basis van http://en.wikipedia.org/wiki/Trapezoidal_thread_forms denk ik dat TR 14x3 dus 1.5 mm draad heeft, waardoor er dus 11 mm aan 'volledige' ondersteuning overblijft voor de binnenring van het lager. Tov 10mm afgedraaid is het dus een opstaand randje van 0.5 mm waartegen de binnenring van het lager geklemd wordt. Klopt dat en is dit voldoende, ik vind dat wel heel weinig? Zou ik lagers met een binnendiameter van 8mm moeten vinden (op lagerboer.nl begint het dus bij 7200 = 10 mm) en het geheel dus tot 8mm afdraaien?

ook heb ik het loslager nu dus alsnog strak tegen de binnenkant het bed aan getekend, waardoor die 9 mm ruimte dus aan een kant is. Moet ik daar dus het spindel 4.5 mm korter afdraaien (draad langer laten) waardoor het lager dus bij montage 'in het midden' in het lagerhuis komt en de 9 mm speling dus aan beide kanten heeft?

[Oscar f1]

........................................... en voeg nog wat schotjes toe. Dan wordt het een torsion box, rete stijf........................

Zeker veel meer schotten in de onderbak,
of helemaal opvullen met schotten zodat het een massieve bak word ( mijn voorkeur lekker zwaar)

[Rob65]

Ik twijfel over de maten. Op basis van http://en.wikipedia.org/wiki/Trapezoidal_thread_forms denk ik dat TR 14x3 dus 1.5 mm draad heeft, waardoor er dus 11 mm aan 'volledige' ondersteuning overblijft voor de binnenring van het lager. Tov 10mm afgedraaid is het dus een opstaand randje van 0.5 mm waartegen de binnenring van het lager geklemd wordt. Klopt dat en is dit voldoende,

klopt, trapeziumdraad heeft een diepte van spoed/2 dus draad met een 3mm spoed is 1.5 diep.
Bij TR14x3 blijft er dus 0.5mm staan. Dat vind ik als steunrand voor op het lagerblok wel erg weinig. Realiseer je dat al je freeskracht hier op komt te staan, nu blijft er over een deel van de spindel natuurlijk meer materiaal staan, dus zo heel iel is het nou ook weer niet. Maar dan kom ik meteen op een ander punt: TR14x3 vind ik wel erg iel als spindel voor een frees. Ik zou liever een dikkere spindel nemen.

Rob

[hungryarie]

In dit gat zitten 2x 7200 hoekcontactlagers welke samen 18mm breed zijn wat dus goed uitkomt want dat is het plaatmateriaal ook.

Ik zou wel zorgen dat óf de lagers uitsteken (dmv een ringetje) óf dat je een plaat neemt dunner dan 18mm. anders kan je de lagers niet goed vast zetten.

ook heb ik het loslager nu dus alsnog strak tegen de binnenkant het bed aan getekend, waardoor die 9 mm ruimte dus aan een kant is. Moet ik daar dus het spindel 4.5 mm korter afdraaien (draad langer laten) waardoor het lager dus bij montage 'in het midden' in het lagerhuis komt en de 9 mm speling dus aan beide kanten heeft?

Het ligt er maar net aan welke passing je gebruikt. bij een lospassing kan je lager ook over de spindel bewegen. Dat is alleen niet de bedoeling. het beste is dus om in het midden uit te komen. Met 4,5 mm beide kanten op heb je bij 600mm spindels meer dan genoeg.

TR14x3 vind ik wel erg iel als spindel voor een frees. Ik zou liever een dikkere spindel nemen.

Voor zo een korte lengte (600mm) is dit prima. Dikker kan natuurlijk ook, maar heeft wel weer meer massatraagheid. Daarnaast moet het ook nog in je ontwerp passen. Bij mij paste groter dan TR14 namelijk niet. (heb pas halverwege mijn build besloten trapezium te kiezen) En aangezien je Z-as ontwerp hetzelfde principe heeft als de mijne, gaat groter dan TR14 ook bij jou niet passen.

[Sven]

Voor zo een korte lengte (600mm) is dit prima. Dikker kan natuurlijk ook, maar heeft wel weer meer massatraagheid.

Ik denk dat je met trapeziumdraad sowiezo geen snelheidsmonster krijgt en dat massatraagheid vanwege grote spindlediameter geen factor van betekenis wordt.

[hungryarie]

Ik denk dat je met trapeziumdraad sowiezo geen snelheidsmonster krijgt en dat massatraagheid vanwege grote spindlediameter geen factor van betekenis wordt.

Als je met snelheidsmonster de lagere axiale snelheid bedoelt t.o.v. kogelomloop, dan heeft het verschil in axiale snelheid door een andere spoed toch niks te maken met het toerental/massatraagheid lijkt me... integendeel zelfs: een kleinere spoed zal om snel te accelereren en te vertragen een zo lage massatraagheid als mogelijk moeten hebben.
Snel accelereren is bij een kleine machine wel gewenst.

[hrscharft]

Ik denk dat wat hij bedoelde te zeggen met geen snelheidsmonster is dat je in de snelheden begrensd word door het maximale bruikbare toerental van je motoren in combinatie met de spoed van je spindels.