Portaalfrees van graniet... wel of niet?!

[NoXs4u]

Beste forummers,

Na het lezen van vele honderden posts op binnen en buitenlandse fora, het bekijken van talloze video’s en het zelf bouwen van een open source CNC ‘kaasschaaf’ ben ik nu toe aan een tweede zelfbouwer. Ditmaal toch maar wat serieuzer. Het bevindt zich allemaal nog in de oriënterende fase en diverse ontwerpen en materialen zijn daarbij inmiddels de revue gepasseerd (en ook weer afgeschoten ). Sinds enige tijd komt er wel steeds meer zicht op wat het moet gaan worden en hoor natuurlijk graag even jullie tussentijdse mening v.w.b. de welbekende beren op de weg.

De te bouwen machine is niet van aluminium, staal of hout dus ik hoop dat ik in het juiste subforum zit. Het plan is om een machine te bouwen van graniet. Dus geen epoxy maar echt natuursteen. Ik ben op dit idee gekomen n.a.v. een serie YT video’s van Piotr Fox Wysocki. Deze man weet met beperkte middelen een indrukwekkend resultaat te behalen. Hij woont in New Zealand maar heeft vrij recentelijk op cnczone.com ook een topic geopend. In zijn OP staan ook de video bouwverslagen. Voor zover mij bekend zijn er geen verdere granieten zelfbouw portaalfrezen te vinden dus er is ook weinig referentie materiaal.

Voor dit project heb ik een bijna 400 kilo zware granieten meettafel binnen handbereik van 1800 x 800 x 100mm met bijbehorend verrijdbaar onderstel. Ik wil deze m.b.v. 3 zaagsneden omtoveren tot een basis voor een portaalfrees volgens onderstaand model.



Bodemplaat 800x800x100 (176KG)
2x Zijkanten 1000x100x300 (83KG per kant)
Portaalbalk 1000x100x200 (55KG)
Gewenst werkbereik Y 750; X 650; Z 250

Enkele overwegingen die mij tot dit punt hebben gebracht zijn;
• De nieuwe machine moet met gemak aluminium kunnen frezen. Dit was bij mijn eerste machine eigenlijk al de bedoeling maar dat is helaas niet helemaal volgens plan verlopen.
• Staal frezen moet wel mogelijk zijn maar wordt niet de hoofdzaak.
• Het budget is beperkt tot ongeveer plusminus bijna €3000 .
• Ik wil het zonder al te veel hulp van buitenaf (bedrijven e.d.), zelf kunnen maken.
• Voldoende Z hoogte ivm plaatsing van machineklem en evt toekomstige 4de as.
• Veel massa.
• Waterbestendig.
• Graniet is weer eens wat anders... .

Aluminium extrusie profielen zie ik niet zo zitten i.v.m. gebrek aan massa en vrij hoge aanschafprijs. De volgende optie in het wensen-rijtje was staalbouw maar het bewerken, spanningsarm gloeien en vervolgens vlakslijpen gaat aardig in de papieren lopen. Toen gekeken naar epoxy graniet maar ook dat is geen goedkope aangelegenheid en daarnaast erg arbeidsintensief. Ook bij deze laatste materiaalsoort dienen de loopvlakken door een externe partij vlak geslepen te worden.

De granieten meettafel is al vlak. Daarvandaan kunnen de opstaande zijkanten relatief makkelijk zelf gevlakt worden. De granieten basis zoals die in de tekening staat, geplaatst op een industrieel onderstel gaat me ongeveer €650 kosten. Daar komen dan natuurlijk nog de nodige dingen bij, maar ik denk dat ik voor dat geld geen betere, meer solide basis kan hebben. Voor wat betreft vragen over de werkwijze verzoek ik geïnteresseerde ‘even’ de video’s van Piotr te bekijken. Wat hij doet is namelijk voor 95% toe te passen op dit plan.

Ik zag dat DaBit enkele jaren geleden ook al eens met dit idee heeft gespeeld, met de vraag waarom graniet wel of niet geschikt zou zijn. Echter, toen hij een stalen tafel kocht en een epoxy brug ging maken werd hier niet verder over door gespeculeerd. Behalve dat graniet relatief moeilijk te bewerken is zie ik zelf vooralsnog weinig nadelen. Wat is jullie mening hierover? Ben geen engineer dus hoop dat ik al jullie evt comments begrijp. Please try to keep it simple (if possible ).

Alvast dank voor jullie input!!

[Kjelt]

Even kort ben ook geen expert, bouw nu de open source portaal frees maar wat me meteen opvalt is dit:

De granieten basis zoals die in de tekening staat, geplaatst op een industrieel onderstel gaat me ongeveer €650 kosten.

Je vindt extrusie profielen te duur maar mijn complete extrusieproefielen set waren €750 dus dat argument kan van tafel?
Daarnaast zitten op de extrusieprofielen meteen de gleuven voor de montage vd lineaire geleiders dat zul je op graniet met een diamantboor moeten doen?
Wat prijs betreft:
Gewicht is natuurlijk wel een groot verschil maar wat denk je dat de zwaardere geleidingen en motoren qua geld duurder zullen zijn?
Ter vergelijk de alu OS portaal frees kost 7000 aan onderdelen, ik schat dat jouw frees met goed materiaal wel eens richting de 10000 kan gaan.

[audiomanics]

Op zich niets mis met graniet, maar wel een paar overdenkingen:
- kan je dat spul niet alleen exact vlak, maar ook echt recht (parallel) vlakken? 0,1mm kan je nog wel uitvullen, maar veel meer doet te veel van de hele constructie af..
- Kan je de schroefdraadbussen voor oa de montage van de rails nauwkeurig genoeg in het graniet boren? dat zijn er nog al wat.. ik gok zo gemiddeld 80-100
- vind je een massa van 55 kilo niet een beetje veel, om nog enigszins snel te kunnen accelereren en remmen? Het blijft niet bij de 55 kilo, er komt nog ongeveer 5-10 kilo bij voor rails, wagentjes, motor èn dan natuurlijk nog de hele Z-as met spindel etc..
- wat voor constructie had je in gedachte om die 250mm Z-as te bewerkstelligen die dan ook nog een beetje in verhouding is met de rest? (zwakste schakel..)

Deze constructie zou zich overigens prima lenen voor een bewegende tafel, maar dan wordt je werkbereik wel de helft kleiner. een "dood" bed weegt waarschijnlijk ook al iets van 50 kilo
Kees

[Bjornski1976]

Mijn interesse heb je gewekt gezien dit een goed alternatief is i.p.v. een bewegend bed, het werkbereik is zo optimaal.

De zijkanten zou ik echter bovenop de graniet vlakplaat plaatsen. Op deze manier lijkt het mij dat het beter ondersteund
wordt i.p.v. een tal boutverbindingen op een zijkant. Het vlakken van de zijkanten middels een kolomboor is heel praktisch.

De hoeveelheid gaten boren in graniet is best fors. Wellicht is het een alternatief om de zijkant op te bouwen uit melamine
plaat (meubelplaat) als mal en de boel te gieten van epoxy of normaal beton. De uitsparingen voor gaten kan je zo makkelijk
maken.

De acceleratie van de brug lijkt me direct een probleem aangezien Dabit b.v. een hele mooie machines heeft met respectabele
snelheden.

Ik ben benieuwd hoe dit verder gaat.

Who dares win!

[DaBit]

Bij mijn machine is de verhouding basis-portaal+Z kwa gewicht nog niet optimaal (grofweg 400kg basis, 150kg portaal+Z). Dus bij 1G acceleratie begint de boel te wandelen
Nu kan ik dynamisch acceleratie en maximale snelheid omschakelen met een M-code en vanuit de GUI. Ik kan dus voor normaal werk wat rustiger doen (2000mm/s^2 en 18 meter/minuut ijlgang) en de hoge acceleraties alleen inschakelen als ik ze nodig heb. Dat is maar zelden; 'standje 4000mm/s^2' gebruik ik alleen bij 3D-freeswerk in zacht materiaal.

Mijn eerste plan was een granieten basis en een stalen brug. Dat is anders gelopen, maar achteraf had ik veel liever een dik blok graniet als basis gehad dan het relatief dunne staal van mijn huidige basis. het blijft in mijn ogen een prima opzet. Granieten brug kan ook, slechts licht minder praktisch dan staal, want graniet is vrij makkelijk te bewerken.

Inmiddels weet ik ook dat een bewegende tafel voor de kleinere machines niet zo'n heel gek groter grondoppervlak oplevert. Zou ik voor een eventuele volgende zelf wel overwegen. Niet dat ik plannen heb overigens.

[hugo stoutjesdijk]

Lijkt me (mits goed uitgevoerd) een prima machine worden. Er gingen je al een paar voor.

[Sven]

Als je een omgekeerd U portaal maakt op een verder vlakke tafel bespaar je jezelf veel tijd.
Het vlakken van de bovenkant van de U zoals je die nu getekend hebt gaat monsterlijk veel tijd kosten tenzij je ervaring hebt met dat soort werk.

Als je een U-portaal maakt dan kan je je toekomstig bed gebruiken om de portaalbalk zelf vlak te maken met epoxybeton en daarna ook de voeten richten.

Maar als het je lukt een dergelijke machine te bouwen dan blijft er niet veel materiaal over dat er niet mee bewerkt kan worden...

Neem dan wel dikker materiaal dan pavel gebruikt, dat is best dun voor een portaal. Maar als de schaal van je tekening klopt dan is dat ook zo.
Oh, als je zoveel werk gaat steken in een graniet machien, zorg dat je weet dat de tafel ook echt vlak is.

Dabit had aardig wat vervolggedoe dat voortvloeide uit het toch niet vlak zijn....

[NoXs4u]

Ik zal proberen (als goed ingelezen CNC-n00b haha) jullie vragen voor nu zo goed mogelijk te beantwoorden. Ik verwijs daarbij hier en daar naar YT... dat scheelt me hoop uitleg/typ werk. Hopelijk is dat geen probleem

Je vindt extrusie profielen te duur maar mijn complete extrusieproefielen set waren €750 dus dat argument kan van tafel?

Mijn argument was te weinig massa en daarnaast zijn ze best kostbaar. Ik zei niet ‘te duur’ want dat is relatief. Als ik kan kiezen tussen extrusie profielen of graniet (waarbij graniet zelfs nog goedkoper is) en ik heb er dan tevens een uiterst solide industrieel onderstel bij, voor €100 minder, dan gaat mijn voorkeur voor nu uit naar graniet. Gaatjes boren in graniet vergt wat meer tijd maar is best te doen. Wat prijs betreft denk ik dat jij met €10000 wat hoog zit (en ik wellicht met €3000 wat laag?). Toch denk ik dat ik een aardig eind kan komen met wat ik begroot heb en daarmee een werkende machine kan bouwen. Ik kan ook wat ‘toeters en bellen’ in een later stadium toevoegen/upgraden. Dat wordt moeilijk als de basis me niet zint (zoals ik bij mijn eerste machine heb ondervonden). Het argument blijft dus nog even OP tafel

- kan je dat spul niet alleen exact vlak, maar ook echt recht (parallel) vlakken? 0,1mm kan je nog wel uitvullen, maar veel meer doet te veel van de hele constructie af..

Ik wil je vragen om even deze video te bekijken (juiste tijdstip in video is al voorgeselecteerd). Met een kolomboor, een wetsteen en geduld krijgt Piotr de vlakken parallel tot 0,01mm.

- Kan je de schroefdraadbussen voor oa de montage van de rails nauwkeurig genoeg in het graniet boren? dat zijn er nog al wat.. ik gok zo gemiddeld 80-100

Uitgaande van 4 x 1m rail van 25mm wat op graniet gemonteerd moet worden, met om de 6 cm een gaatje, dan zijn er dat ongeveer 65. Bij grotere rail (bijvoorbeeld 30mm en 8cm gat spacing) is dit minder. Qua nauwkeurigheid heb ik een paar opties. De meest voor de hand liggende is een dikke (5mm?) voorgeboorde metalen strip als boorgeleider.

Als het boutgat in de rail 7mm is en ik gebruik een M6 boutje geeft dat ook wat speling. In het (nood)geval dat een boutje echt uit lijn is met de rest kan ik de borst (het schroefdraadloze deel) wat afdraaien om zo wat extra speelruimte te creëren.

- vind je een massa van 55 kilo niet een beetje veel, om nog enigszins snel te kunnen accelereren en remmen? Het blijft niet bij de 55 kilo, er komt nog ongeveer 5-10 kilo bij voor rails, wagentjes, motor èn dan natuurlijk nog de hele Z-as met spindel etc..

Zoals ik eerder al aangaf, ik ben geen engineer. Het ligt helaas niet binnen mijn capaciteiten om hier allerlei berekeningen op los te laten. Ik moet het dus doen met wat ik zie bij anderen en aan de hand daarvan mijn eigen inschattingen maken. In dit geval heb ik als voorbeeld dezestaalbouw machine genomen die ik in een eerder stadium wilde bouwen. Deze machine gebruikt als portaalbalk een met zand opgevulde 160x80x8mm staalbalk, 400x200x20mm portaalwangen en onder de machine een stalen verbindplaat van 600x200x15mm. Het totaalgewicht van het portaal (exclusief Z constructie en spindle) was daarbij ruim 100kg. Dit werd aangedreven door een Leadshine 2NM Nema23 Hybrid Servo Closed Loop Stepper Motor en in gang gezet middels 1 1605 KOS. Daarmee worden hier al snelheden behaald van 6000mm/min. Zelf ben ik van plan om sowieso met 2 motoren te gaan werken en rond de 100kg totaalgewicht uit te komen. Dus ik zie (behalve het gaan wandelen van gehele machine? ) vooralsnog geen grote problemen mbt accelereren en remmen. Of heb ik het dan (heel erg) mis?

- wat voor constructie had je in gedachte om die 250mm Z-as te bewerkstelligen die dan ook nog een beetje in verhouding is met de rest? (zwakste schakel..)

De opensource Z-as constructie uit dezevideo spreekt me erg aan. Wellicht hier en daar wat aanpassingen. Kleine correctie mbt eerder genoemd werkbereik; de ruimte tussen basis en onderkant portaalbalk is 250mm. Er zal wat minder Z-travel overblijven.

De zijkanten zou ik echter bovenop de graniet vlakplaat plaatsen. Op deze manier lijkt het mij dat het beter ondersteund wordt i.p.v. een tal boutverbindingen op een zijkant.

Het bovenop plaatsen van de zijkanten kost me 200mm werkbereik. Dat weegt voor mij niet op tegen boutverbindingen. Tevens worden de zijkanten over een oppervlakte van 800 cm² middels 2 componentenlijm verlijmt met een sterkte van 280 kg/cm². Sterk genoeg lijkt me.

Wellicht is het een alternatief om de zijkant op te bouwen uit melamine
plaat (meubelplaat) als mal en de boel te gieten van epoxy of normaal beton.

De meettafel van 1800x800mm gaat in mijn model precies helemaal op. Alles van hetzelfde materiaal heeft daarbij de voorkeur. Het bewerken (gaten boren) is, mits goed gedaan, makkelijker dan de meeste mensen denken. Denk dat er daarom tot nu toe ook zo weinig mensen aan begonnen zijn .

De acceleratie van de brug lijkt me direct een probleem aangezien Dabit b.v. een hele mooie machines heeft met respectabele snelheden.

...lijkt je direct een probleem of lijkt je NIET direct een probleem?

Lijkt me (mits goed uitgevoerd) een prima machine worden. Er gingen je al een paar voor.

Dit is de Lang GANTRY 500. Helaas geen zelfbouwer van een hobbyist maar idd… een goede uitvoering is zeker een ding Ook Datron heeft enkele machines met graniet als basis. De bouwer waar ik in mijn eerste post naar refereer heeft ook uitvoerig gezocht naar een andere DHZ machine van graniet… zonder succes. Het enige wat hij vond was de High precision air bearing CNC lathe and grinder van Dan Gelbart. Dit zou dus, als alles doorgaat en volgens plan verloopt, de tweede granieten zelfbouw portaalfrees (ter wereld?) worden. Alleen daarom zou het al leuk zijn . Maar mocht iemand op internet toch een vergelijkbare granieten zelfbouwer vinden... graag een linkje. Ik ben geinteresseerd

Het vlakken van de bovenkant van de U zoals je die nu getekend hebt gaat monsterlijk veel tijd kosten tenzij je ervaring hebt met dat soort werk.

Kijk even naar deze video. Ik hoop dat dat je stelling beantwoord.

Neem dan wel dikker materiaal dan pavel gebruikt, dat is best dun voor een portaal. Maar als de schaal van je tekening klopt dan is dat ook zo.

Inderdaad. De portaalbalk van Piotr (Pavel?!) is 50mm dik... deze 100mm.

[audiomanics]

Met een kolomboor, een wetsteen en geduld krijgt Piotr de vlakken parallel tot 0,01mm.

Briljant! een kolomboor verbouwen tot een glijdend geheel.. Die houden we er in!

Kees

[Bjornski1976]

Bjornski1976 schreef: ↑13 apr 2018 21:32
De acceleratie van de brug lijkt me direct een probleem aangezien Dabit b.v. een hele mooie machines heeft met respectabele snelheden.

Ik bedoeld Niet

[benkr]

Als ik zijn filmpjes bekijk dan valt het mij op dat hij flink aan het schuren is pal naast zijn laser met open lineaire geleidingen, in mijn beleving doe je dat zo niet, al die troep die er af komt bij het schuren wil je zelfs niet in die ruimte hebben.
Idem is hij bezig om zijn geleiders te vlakken pal boven een van zijn wagentjes, ook hier weer strooit hij al die troep recht in dat wagentje, en dan het in dezelfde adem hebben over microns, dat wil er bij mij niet echt in.
Ja, hij bouwt hier een hele mooie machine, ik word er echt wel jaloers op zelfs, maar ik ben het niet eens met zijn werkwijze, al dat stof en troep wil je daar niet. Bovendien vertrouwt hij wel heel erg op de vlakheid van zijn granieten basis, voor mij is dat toch eigenlijk wel een punt van twijfel soms zijn die vlaktafels helemaal niet zo vlak als je zou verwachten.

Ja, ik denk dat het wel goed gaat komen met die granieten machine, spindels en geleiders van JVE er op en het hoeft inderdaad allemaal niet zo duur te worden, ik zou alleen eens heel goed nadenken of ik er wel steppers op zou gaan monteren, ik zelf denk dat echte servo's hier wel op hun plaats zijn, zijn wel flink duurder, maar zo'n machine is dat wel waard, en ook met sevo's zal het geen machine worden van 8000 Euries, verre van denk ik.

[DaBit]

Mijn machine kostte ook zo'n 3000 euro waarvan groot deel in de spindel zit. Dat kon vanwege veel andermans afval recyclen en toch ook zeker vanwege veel hulp van medeforumleden.

Het kan dus. Steen valt wel mee kwa prijs, 2e hands ijzer ook en zweet is gratis.

[NoXs4u]

Ik ben het met je eens vwb de werkwijze mbt stof e.d. Echter, de stof die tijdens het schuren in de wagentjes valt heeft geen enkel effect op de metingen die hij met de 0,001mm nauwkeurige meetklok verricht mbt de vlakheid en parallelliteit tussen de 2 opstaande zijkanten. Daarbij is hij echt zuiver aan het meten (uitgaande van de granietblok althans). In deze video is te zien hoe zuiver zijn meettafel is.

En ja... hoe zuiver is in het algemeen een meettafel? Geen idee maar ik denk dat een granieten meettafel op zichzelf een goede basis vormt voor een hobbyist als mijzelf. Ik ga/hoef geen onderdelen te produceren voor NASA oid

Qua motoren heb ik idd servos op het oog, en wel deze met ingebouwde drive.

[DaBit]

De te verwachten vlakheid van vlakplaten is onderverdeeld in klassen volgens DIN876. Zie hier voor wat meer informatie over wat je kunt verwachten.

2e hands platen zullen al dan niet wat afwijken; het spul slijt ook met gebruik. Maar je moet je afvragen hoe erg dat is. De zijkanten zullen nog wel netjes zijn; die worden niet zoveel gebruikt meestal. In het midden zou je een kleine 'kuil' kunnen hebben, maar voor precisiewerk (zeg +/- 0,05mm of beter) is daar best omheen te werken. Precisiedingen zijn namelijk meestal niet zo groot en het komt maar zelden voor dat je het op de micrometer nauwkeurig op moet spannen. En zelfs als je dat dan moet dan is je grootste probleem het zodanig opspannen dat het ook nog vlak is als je het eraf haalt.

Ik zou me niet zo druk maken. De twee zijkanten op 0,01-0,03mm parallel zien te krijgen lukt wel en is al ruim voldoende. Dat is dan 0,03mm over 650mm, dus over 100mm is dat kort door de bocht 4 micron. Lekker belangrijk...
Nog beter parallel is bonus, maar dan moeten andere zaken ook in orde zijn zoals zeer nauwkeurige rails, je rails monteren met referentierand en niet enkel vastgebout, etc.

Het belang van al die micrometers word toch zwaar overschat; het is voor 99% het poppetje achter de machine dat bepaalt of het werkstuk er goed vanaf komt of niet.