Lekker prutsen!

[Dwarsligger]

Hoi jongens,
Hoewel ik besloten had mijn tijd en aandacht minder op dit forum te richten, wat best gelukt is, en wat meer op m'n studie technische natuurkunde, heb ik toch besloten een onderwerpje aan te maken voor het bouwproject wat ik aangegaan ben.
Al een tijdje was ik onderdelen aan het verzamelen voor het bouwen van een EG CNC freesbank met servo's, kogelomloopspillen en -geleidingen en de hele reutemeteut. Dat project blijft financieel steken voorlopig (student... ). Toen kreeg ik een mooi aanbod voor een HBM 250-550 draaibank van de eenvoudigste orde, van een nerd-maatje die hier ook actief is. Een draaibank is wel handig natuurlijk, dus doen! Leuk formaat dat nog in m'n werk/ hobbykamer past.

De bank eenmaal thuis uitgestald begon het meteen te kriebelen. leg er eens een kogelomloopspindel naast, een servomotortje hier en daar, ontwerp en passant een toolturret in CAD en het virus laaide gelijk weer in volle vaart op. Een passie voor mechaniek met de kennis en handigheid om het werkelijk te maken, 'dit gaat gebeuren' !

Sfeerimpressie.

Draaibank in zijn nieuwe habitat:
Merk op dat groene dingetje naast de oscilloscoop. Ook bij de draaibank gekocht voor een mooie prijs. 'Harmonic drive', welke zijn nut ergens wel gaat bewijzen.


Een suzan for scale:


Al gauw past er dan een kogelomloopspindel waar ongeveer voorheen het trapezium-ish draad zat.
Het potje waar de kogelomloop nu op staat is voor een handbediend centraal smeersysteem. Perfect voor dit.


En blijkt dat een 2 kW AC servomotor van Allen Bradley ook wel gaat passen als spil aandrijving. Nooit meer pulleys wisselen, nauwkeurig schroefdraadsnijden, indexeren (C-as). Overbrengingsverhouding 1:2 ongeveer.


Het langssupport geklokt, geconstateerd dat het instabiel aandoet. Slede er af geschroefd en daar onder blijkt dat men in China een compleet ander idee heeft van 'precisie schrapen' dan ik in Europa gewend ben...

en:


Voorlopige stappen:
- De langsslede 'blueprinten' daarbij gelijk de haaksheid van de dwarsslede in het oog houdende.
- De spil as nieuw maken, spil huis lagerpassingen uitkotteren tot er 71910 lagers in passen. Deze lagers hebben een grotere binnendiameter, wat een veel grotere stijfheid van de spil oplevert.
- Röhm 160 'spie vertanding' klauwplaat direct op betreffende spil as (heb ik nog liggen)
- Vaste lager blokken maken en moerblok maken voor de langsbeweging, servo motor bevestiging.
- Kogelomloopspindel vinden: Geslepen, voorgespannen 12 x 2~3 met een slag van ongeveer 160~200mm
- Ienieminie AC servomotor (ong. 50~80 W) voor de dwarsslede.
- Spil huis parallel aan de langsgeleiding zetten (weer schrapen - meten - schapen - meten etc...)
- Spil motor bevestiging/ verstelling maken.

Met dit onderwerp hoop ik jullie een beetje op de hoogte te houden van mijn 'lekker prutsen' project.
Hoewel ik niet van het beginnersniveau ben op dit gebied sta ik zeker open voor suggesties, commentaar en vragen.

Groet, Bart

[hugo stoutjesdijk]

Leuk, hebben we weer een leerzaam feuilleton.

Ik begrijp dat die studie technische natuurkunde eigenlijk hobby is.

[DaBit]

Volgens mij is een stappenmotortje voor die dwarsslede veel handiger. Servomotor is met encoder en kabelaansluitingen automatisch toch lomper, en het hoeft toch niet snel grote afstanden af te leggen.

Ik had voor mijn A-as met draaimogelijkheid een vertraging van iets meer dan 1:4 in de planning. Motor kan 3000rpm, dus dan hou je 750rpm op de as over wat me zat lijkt en kun je mooi grote riemschijven gebruiken.

[Dwarsligger]

Klopt, soms zo goed als altijd is het studeren m'n hobby

Ik zet er geen stappenmotor, maar een servomotor op want:
a: ik heb al 5 of 6 allen bradley servo drivers. 1 servomotor kopen is goedkoper dan 1 stepper + driver.
b: servomotoren zijn veel koppelvaster op toeren (dynamischer).
c: stappenmotoren microsteppen is net zoiets als iets ophangen tussen twee veren en dan verwachten dat het nauwkeurig op die positie blijft. Niet 'gedefinieerd' zoals de terugkoppeling van een servo.

Een 50 of 100 W servomotor kost niet heel duur en ze zijn best compact. Bijvoorbeeld een yaskawa SGMAH-A5 of -01 77 resp. 94 mm lang, beide 40mm vierkant. Die passen onder het weggehaalde stuk waar voorheen de tandwielen en gedeelde moer van de langsslede in zitten. Met een tandriem 1:1 of 1:1,5 iets in die trend naar een 'vaste steunlager' blok. Voila.
De AB 2kW servo kan 4000 rpm aan, en ik wil aan de spil toch 1500 rpm halen. Dat is al een stuk lager dan de Röhm (4600 rpm) en de draaibank (2000) kunnen hebben. Voor spillagers begin ik maar eens met simpele 61910 (6910) kogellagers alvorens ik er 71910 hoekcontact precisielagers in plaats. (voor veel te veel geld )

Momenteel bezig met de kunst van {blauwen, 'vegen', schrapen} -repeat...

[DaBit]

c: stappenmotoren microsteppen is net zoiets als iets ophangen tussen twee veren en dan verwachten dat het nauwkeurig op die positie blijft. Niet 'gedefinieerd' zoals de terugkoppeling van een servo.

Je bent slachtoffer van de 'servo goed stepper slecht' religie. Het vreemde is alleen dat ik de eerste nog tegen moet komen die me meetresultaten kan geven waaruit blijkt dat dat ook zo is.
Trek zelf eens een paar plotjes van het dynamische gedrag en stijfheid van de positionering van de stappenmotor en een vergelijkbare servo. Ik denk dat je daarna bovenstaande uitspraak wel wat zult nuanceren....

Zeker bij oudere drives en lage-resolutie encoders (En alles <2500-lijns valt daaronder als je 't mij vraagt...) is de stijfheid van de positionering ronduit waardeloos omdat de bandbreedte van de regellus laag is. Daar ga jij een kogelomloop aan knopen die net zo efficient lineaire beweging in rotatie omzet dan andersom en een slede met amper massa. Statisch gaat dat hartstikke mooi positioneren, maar zo gauw er verstoringen geinjecteerd worden in het systeem door die hakkende beitel zou het nog wel eens tegen kunnen vallen.

[Dwarsligger]

Uhm, ik zie mezelf niet als slachtoffer van iets met steppers/ servo's en al helemaal niet iets met een religie...
Ik zeg simpel dat micro stepping zoiets is als positioneren tussen twee veren. Oké, een servomotor heeft ook een bepaalde afwijking van de wenswaarde, waarvan ik benieuwd ben hoeveel dat nu echt is, dynamisch.
Het koppel van een servo blijft vooral mooi vlak over het hele toeren bereik, wat bij een stappenmotor toch even tegenvalt.
Terugkoppeling met 'hoge' resolutie encoders is niet zo'n probleem. de A/B heeft 1MHz ingang vóór quadrature (4MHz na) Dus een 20.000 line encoder is op 3000 rpm geen direct probleem.
Ik heb de servo's eenmaal en ben benieuwd hoe strak ik het krijg.

Tenslotte is het maar een simpel draaibankje, om lekker mee te proberen. :)

[Arie Kabaalstra]

Je bent slachtoffer van de 'servo goed stepper slecht' religie.

Dapper.. om zoiets van iemand die je niet kent te roepen...
Ik denk dat het prima gaat komen met Servo's op deze machine..

[DaBit]

Uhm, ik zie mezelf niet als slachtoffer van iets met steppers/ servo's en al helemaal niet iets met een religie... Ik zeg simpel dat micro stepping zoiets is als positioneren tussen twee veren.

Ja, da's met alle manieren van positioneren zo....

Ik ben misschien tegen jou een beetje gemener dan tegen een ander, maar ik verwacht van iemand die technische natuurkunde studeert met een onderschrift als het jouwe eigenlijk toch uitspraken op een iets hoger niveau dan dat.

Oké, een servomotor heeft ook een bepaalde afwijking van de wenswaarde, waarvan ik benieuwd ben hoeveel dat nu echt is, dynamisch.

Een brushless permanent-magneet servomotor is vrij vaak een 8-polige motor, een stappenmotor kun je zien als 50-polige brushless PM-servo die bovendien meer koppel levert. De veren waar jij over spreekt zijn dus bij een servomotor niet alleen ruim 6x zo lang, maar ook slapper.

Het is bij een servomotor dus vrij gemakkelijk om de as van z'n geprogrammeerde hoek af te krijgen, en het is echt aan het regelsysteem om dat te voorkomen. Dat regelsysteem heeft echter beperkingen; de bandbreedte van de stroomlus (en daarmee het correctie-koppel) is zeker met oudere drives al erg eindig, en daar bovenop komen nog de snelheidslus en positioneringslus welke ook allemaal een fasemarge aan moeten houden, ook bij plotselinge faseverschuivingen veroorzaakt door resonanties. En dus al bij lage frequenties het A=1 punt bereiken. Met een lage-resolutie encoder krijg je ook nog te maken met veel ruis op je snelheidssignaal en groffe terugkoppeling van je positie.
En de allergrootste: een regellus kan pas reageren als er een fout is.

Als je een freesmachine bouwt heb je er minder last van; dan heb je nog een bult massa die je helpt (F=ma). Maar mijn brug+Z-as weegt samen 150kg ofzo en met een 12mm frees in staal moeten de regellussen alsnog goed aan de bak. De X-as word gestuurd door een 750W AC-servo die een stuk slomer is dan de 400W servo's op de Y-assen en die heeft maar 50kg aan massa van spindel+Z-kolom om 'm te helpen. Daar is het nog erger, en aanpassen van de overbrenging helpt maar deels. Achteraf had ik moeten kiezen voor een kleinere spoed op de kogelomloop en eventueel een veel lichtere motor. Groter is niet perse beter, integendeel zelfs. Maarja, deze had ik....

Met een draaibank zou een servo en geslepen kogelomloop voor het bewegen van de slede wel eens een wat minder optimale keuze kunnen zijn dan je nu denkt. Enig voordeel van een draaibank is dat je niet zo heel veel kracht axiaal op de kogelomloop hebt volgens mij, dus het zou per ongeluk wel eens goed kunnen gaan.

Het koppel van een servo blijft vooral mooi vlak over het hele toeren bereik, wat bij een stappenmotor toch even tegenvalt.

En waarom is dat erg dan?

Ik zal eens een heel onconventionele stelling de lucht in slingeren: 'een nauwkeurige trapeziumspindel plus stappenmotor is een betere oplossing voor het positioneren van de dwarsslede dan een kogelomloopspindel plus middenklasse servomotor'.

Ik zeg niet dat je het moet doen, ik geef je wat om over na te denken.

[Arie Kabaalstra]

nou ben ik natuurlijk helemaal een ongeletterde.. maar simpel gesteld.. een Servo mag dan een "langere veer" zijn.. die Encoder knipt em toch gewoon in kleine stukkies?.. daar is ie voor.. .. en electronica is tegenwoordig zo snel dat je dat niet eens merkt..

[Leo.D]

Voor spillagers begin ik maar eens met simpele 61910 (6910) kogellagers alvorens ik er 71910 hoekcontact precisielagers in plaats.

Gewone kogellagers hebben radiaal speling en dat ga je terug zien in het draairesultaat.
Gezien de draaggetallen, lage toerentallen, en kosten is een kegellager een betere keuze. Wel moet er dan enige voorspanning op de lagers staan wat eenvoudig te realiseren is met een paar borgmoeren voor lagers of een Spieth-nut, vergelijkbaar met precision lock nuts

Vereist wel een extra afdichting aan klauwzijde.

[DaBit]

nou ben ik natuurlijk helemaal een ongeletterde.. maar simpel gesteld.. een Servo mag dan een "langere veer" zijn.. die Encoder knipt em toch gewoon in kleine stukkies?.. daar is ie voor.. .. en electronica is tegenwoordig zo snel dat je dat niet eens merkt..

Als je d'r maar genoeg geld in stopt klopt dat. Je kunt hele leuke servo's kopen waarvan de drives met ongelofelijk hoge lusbandbreedtes en encoder-resoluties werken. Die dingen kunnen volledig gecontroleerd 100x per omwenteling van stilstand uit accelereren tot volle hoeksnelheid en weer terug naar 0. Maar de kans dat wij stervelingen die servo's in handen krijgen is vrijwel 0. Wij hebben normale drives met hooguit 15kHz PWM-frequenties en vaak nog lager, motoren die daar kwa zelfinductie en rotorinertie bij passen, en encoders met hooguit 10000 pulsen per omwenteling. En de natuurwetten fop je niet; zeker op lage snelheden is dat gewoon te krap om het kwa stijfheid te winnen van een stappenmotor; de reactie van de elektronica is te traag omdat-ie onvoldoende informatie binnen krijgt en onvoldoende snel de reactie op kan bouwen.

Doe maar gewoon een simpele test als je me niet gelooft: zet je servo op positie X, en geef een zwieper aan de as met duim en wijsvinger. Doe nu hetzelfde met een stappenmotor die op positie staat. En huiver. Ja okee, dan moet de tuning van de servo beter zou je zeggen. Nu, spendeer daar een week aan en maak de boel zodanig agressief dat die servo fluitend op positie staat. Win je het nu van de stappenmotor? Met wat geluk moet je er nu meetgereedschap bijpakken in plaats van dat je het met het blote oog al ziet, maar die stappenmotor gaat nog steeds winnen.

Servos hebben dus ook forse nadelen ten opzichte van steppers. Serieuze fabrikanten weten dat. Emco deed het huiswerk en koos er destijds voor om 5-fasen steppers te monteren op de kleine machines, toendertijd waarschijk een veel prijzigere oplossing dan brushed DC servomotoren. Tormach doet tientallen jaren later het huiswerk, en kiest voor closedloop steppers. Daar hebben ze technische redenen voor dus, niet enkel commercieel.

Kogelomloop vs trapeziumdraad idem. 95% van de zelfbouwers hier, inclusief ikzelf, zou waarschijnlijk beter af zijn met een nauwkeurige trapeziumspindel op z'n Z-as dan een kogelomloop. De trapeziumdraad past prima binnen de eisen die aan levensduur en snelheid gesteld worden, het rendementsprobleem is met de lage mechanische vermogens die wij nodig hebben makkelijk op te lossen, en de positionering is een stuk stijver want axiale krachten van boren/frezen leveren weinig tot geen koppel op de motor op en dan heb je daar dus ook geen last van 'die twee veren'. Dwarsslede draaibank: zelfde verhaal.

[Dwarsligger]

Ik ben misschien tegen jou een beetje gemener dan tegen een ander, maar ik verwacht van iemand die technische natuurkunde studeert met een onderschrift als het jouwe eigenlijk toch uitspraken op een iets hoger niveau dan dat.

Hierop wil ik even reageren, maar daarna wil ik er liever over op houden aangezien het niet veel constructiefs lijkt toe te voegen aan dit onderwerp.
Waarom dénk jij dat je streng/ gemeen tegen mij dient te zijn? Kun je aub een verklaring geven voor waarom je denkt de zuivere waarheid te weten? Kom liever met een uitleg, verklaring en/of onderbouwing in plaats van je mening, daar kan ik veel meer mee en kunnen we weer als gelijkgestemden discussiëren.
Kort gezegd: geen gebitch in de zandbak aub.

Een brushless permanent-magneet servomotor is vrij vaak een 8-polige motor, een stappenmotor kun je zien als 50-polige brushless PM-servo die bovendien meer koppel levert. De veren waar jij over spreekt zijn dus bij een servomotor niet alleen ruim 6x zo lang, maar ook slapper.

De veerweg is langer en het systeem is slapper, juist. Maar niet juist is dat de positioneernauwkeurigheid per sé hoger is. Een servo heeft de terugkoppeling (definitie van servo) wat dit mogelijk maakt.

Ik ben het eens met je stelling dat de regellus een eindige snelheid heeft en dat dit gauw tegen beperkingen aan kan lopen. De allen bradley drivers waren destijds van redelijk hoge klasse, ik denk dat daar nu nog wel wat 'van over' is. Dit ga ik graag uitvinden door er mee te pielen. Het onderwerp heet ook niet voor niets 'Lekker prutsen'.

De load inertia in verhouding met de motor inertia is inderdaad een belangrijke factor, Hier zal ik wel aandacht aan besteden, maar met deze kleine servomotoren is het al aardig netjes op elkaar afgestemd.
In systemen waarbij de load inertia een factor hoger is zal het inderdaad moeilijker zijn om een stabiel systeem te creëren, als daarbij ook nog eens stick-slip (conventionele geleidingen) een rol spelen.
Ik ben het met je eens dat een stappenmotor statisch heel stijf is. Hoe verhoud zich dat dynamisch?
De kogelomloopgeleidingen hebben geen speling en zo goed als geen stick-slip in verhouding tot trapezium, daarom ga ik daar voor in ieder geval.

Gewone kogellagers hebben radiaal speling en dat ga je terug zien in het draairesultaat.

Mee eens! Daarom zet ik ze axiaal een béétje onder voorspanning, dan fungeert het een beetje als hoekcontact lager met zo'n 3 tot 5 graden contacthoek. Gewoon voor tijdelijk 'proof of concept'. Een paar tientjes voor een set ipv. 180,- voor een set.
Kegellagers waarbij de asdiameter 50 mm is past niet in het gietwerk. Met de dun-ring lagers gaat het wel, vandaar mijn keuze. Hoe dikker de as, hoe stijver de spil. Dat geeft veel meer stijfheid aan de opspanning.

Momenteel is het een asje van 35mm en de afstand lagervlak - klauwplaat vlak is 110mm. met een HMB 'spiraal' klauwplaat. De (grotere) Röhm 'spiëen' klauwplaat steekt 82 mm uit over die zelfde afstand: Minder arm om een buigend moment op te wekken.

Hier even een idee voor een turret met wat houders.
Houders zijn 45mm diameter, bedoelt voor standaard 12 mm beitels. Een 'oversize' houder (voor 14 mm) ook getekend, als het nét wat groter moet. 20,5mm doorsteek voor binnendraai beitels en bijvoorbeeld een morse conus doorlaat.

De turret plaat heeft Hirth-achtige vertanding voor de rotationele en axiale positionering.


Hier is de 'Hirth vertanding' met 6 posities.



De klemming zal zijn met een pakketje schotelveren en een luchtcilinder om hem vrij te drukken. Roteren met een klein motortje in het turret huis. Nog even uitzoeken met wat voor aandrijving en overbrenging.

De toolholders had ik bedacht te positioneren met 3 paspennen. Hiermee is een goede herhaalnauwkeurigheid en centrering te behalen.


Mvg, Bart

[Arie Kabaalstra]

En de natuurwetten fop je niet

"Joh!".. vertel mij wat.. ik rij motor..

Die enorme hoeksnelheden waar je over rept bij die "unobtainium" Servo's.. op onze kleine machientjes?.. Boeie!. denk ik dan.. de meeste van ons hebben spindels met spoed van minimaal 3 mm(Tr 12x3) of 4mm(kogelomloop 16x4).. ik geloof dat ik hier met 12x2 Kogelomloopjes echt een uitzondering ben.. daarom loopt mijn machientje "slechts" 3 meter ijlgang.. maar dan staan mijn steppertjes van 1.6 Nm dus wel 1500 toeren te fluiten..

't valt me eigenlijk vooral op dat je met een felheid uit de hoek komt.. die ik op cnczone alleen gezien heb bij mezelf.. als het ging over Mach vs USBCNC..

[DaBit]

't was wat feller dan nodig, sorry.

Maar als ik dit:

b: servomotoren zijn veel koppelvaster op toeren (dynamischer).
c: stappenmotoren microsteppen is net zoiets als iets ophangen tussen twee veren en dan verwachten dat het nauwkeurig op die positie blijft. Niet 'gedefinieerd' zoals de terugkoppeling van een servo.

lees zonder enige nuancering of definitie van randvoorwaarden van iemand die technische natuurkunde studeert met in z'n onderschrift

F=E*M*2*pi/P F=m*a P=M*ω I=1/2m*r² f=(P*L^3)/(3*E*I) etc. It's engineering... use it!

dan kan ik daar niet zo goed tegen. Elke gek z'n gebrek. Dan heb je de theoretische bagage en basiskennis, en doe je er niks mee.
Magoed, nogmaals sorry.

Voor de verdere rest: het topje van de stepper vs servo ijsberg is hierboven al gepost. In mijn topics vind je diverse plaatjes van de reacties van mijn eigen servos, en van steppers heb ik ze ook. Je kunt ook zien hoeveel moeite er nodig was om de oudere servos te laten presteren.
Op die meetresultaten, en een hele berg theoretische en praktische kennis van regellussen, drive-elektronica en motoren zijn mijn beweringen gebaseerd.

Heb ik daarmee de wijsheid in pacht? Nee.
Maar van mensen die iets anders vinden zie ik graag meetresultaten of hout snijdende theorieen om dat te onderbouwen, alleen komen die op de een of andere manier nooit.