Portaalmachine of SCARA robot?

Alle in grote lijnen opgebouwde aluminium, stalen en houten cnc-machine`s

Moderators: audiomanics, Moderators

Plaats reactie
gertjn
Berichten: 3
Lid geworden op: 04 feb 2022 21:23

Portaalmachine of SCARA robot?

Bericht door gertjn »

Hoi allemaal,

ik kom er steeds vaker achter dat het toch wel erg handig zou zijn om zelf een machine in mijn werkplaatsje te hebben staan. Frezen van houten platen, wellicht modelschuim in de toekomst, lasersnijden, contoursnijden van textiel, FDM 3D printen, noem het maar op; steeds blijkt dat een portaalmachine toch wel erg handig zou zijn.

Nou is mijn budget en ruimte uiteraard beperkt (bij wie niet? ;) dus ik ben me eerst aan het oriënteren wat ik precies wil.

Een portaal(frees)machine is eigenlijk alleen logisch op 2500 x 1250 mm formaat, zodat volle multiplex platen er op kunnen, toch? Met als alternatief een 1250 x ... mm waarbij de platen doorgeschoven kunnen worden door de machine. Zo'n machine zou prachtig zijn, maar ook gruwelijk in de weg staan als ik m maar af en toe gebruik. Onder een schuine hoek zetten zou wellicht kunnen, maar dat werkt voor diverse materialen (bijv textiel) lastig om goed op de plek te houden denk ik. Wegkantelen tijdens opslag en vlak zetten tijdens gebruik is dan wellicht de beste optie.

Als alternatief ben ik me eens gaan verdiepen in SCARA robots (2 draaipunten verticaal, 1 Z-as, dus eigenlijk een 2.5 assige machine). Ingevouwen neemt deze niet zoveel ruimte in, en ik zou m bijvoorbeeld op mijn lastafel kunnen monteren als ik wil frezen. Gek idee? Komt natuurlijk wat extra besturing bij kijken, maar zo te zien is er wel wat te vinden. Daarnaast ziet het er 100x cooler uit ^^

Het topic 'beginnen met zelfbouw - wat komt daar bij kijken?' is een mooie start, maar eigenlijk zoek ik naar rekenmethodes en/of vuistregels om te bepalen welk type geleiding, frame, aandrijving e.d. welke prestaties kan geven. Ik snap dat een Hiwin rail van 55 mm een stuk beter resultaat geeft dan eentje van 15 mm, maar hoe bepaal ik welke ik 'nodig' heb?

Als ik het goed begrijp zijn deze specs belangrijk:
- Stijfheid in X, Y en Z richting (portaal) of (theta1 en theta2 rotaties, Z translatie (scara) tussen werkstuk en verspanend gereedschap / spindel -> dat moet ik toch nog kunnen berekenen
- Spelingen / backlash in geleidingen (bijv Hiwin of ondersteunde ronde as (portaal) en glij- of kogellagers (scara)) en aandrijvingen (kogelomloopspindel, tandheugel (portaal) en tandwielen of tandriem (scara))
- Gewichten (portaal) en rotatietraagheden (scara) in diverse richtingen
- Snelheid en vermogen van (servo) motoren
- Snelheid en vermogen van spindel

En dat zou zich moeten vertalen naar deze outputs:
- Toleranties van houten werkstuk in diverse richtingen
- Freessnelheden zoals voeding, draaisnelheid, snijdiepte en - breedte (evt beperkt door eigenfrequenties?)

Aangezien ik de machine slechts af en toe verwacht te gebruiken is freessnelheid van minder belang dan toleranties ;)

Nou heb ik tijdens mijn studie wel systeem- en regeltechniek gehad, maar dat is wel erg diep weggezakt... daarom mijn vraag, zijn er rekenmethodes of vuistregels die jullie me kunnen aanbevelen om deze opties naast elkaar eerlijk te kunnen vergelijken?
Gebruikersavatar
Markus
Donateur
Berichten: 1004
Lid geworden op: 01 sep 2007 22:43
Locatie: Aduard, Groningen
Contacteer:

Re: Portaalmachine of SCARA robot?

Bericht door Markus »

Als je weinig ruimte hebt is dit misschien een oplossing , de CNC boven je werktafel of lastafel aan de muur bevestigen

24276

Scara is natuurlijk een oplossing maar dan wordt het software deel ingewikkelder. In de hobby en profi wereld gebruiken mensen XYZ (
cartesiaanse) besturingen. Daar kunnen meestal nog 2 assen bij.

Veel gebruikt zijn

Mach3
Eding CNC
Linux CNC
Masso
GRBL

Dat zijn bordjes (of interfaces voor je PC) met software/firmware die G-code afkomstig van CAD pakket zoals bijvoorbeeld Fusion360 omzetten naar stuursignalen voor je stappenmotor of servo drives.

Alleen bij Eding CNc heb ik ooit gelzen dat je er ook mee zou kunnen 3D printen, als je echter kijkt naar de vele features van bijvoorbeeld Marlin 3D printer bordjes en de fantastische compabilteit met de meeste Slicers (Cura, Prusaslicer) dan is het wellicht beter aparte besturingen te gebruiken voor CNC frezen en 3D printen.

Scara is niet cartesiaans maar polair en je zult dus software moeten hebben dat van jouw favoriete CAD naar polair omzet. Is dat er wel ?, hoe werkt dat ?, en hier vind je weinig mensen die je daar mee kunnen helpen.

Ik zou daarom van Scara wegblijven als je snel en makkelijk met ondersteuning van velen aan de slag wilt.
Scara heeft bovendien het nadeel dat de nauwkeurigheid afhankelijk is van de positie, ver weg is onnauwkeuriger dan dichtbij.

Geleidingen:
Als je naar de belastings specs kijk van de meeste blok geleidingen (vierkante wagens op vierkante rails) dan is 15mm rail (11380 Newton bij Hiwin) al zat voor kunststof , Hout en aluminium bewerking. Dikkere kunnen meer krachten aan, dus mogelijkheden om harder in hardere materialen te frezen, maar zijn ook meteen zwaarder waardoor je acceleratie gaat afnemen, of je gebruikt dikkere motoren.

Maar jouw voorbeeld van 55mm geleidigen hebben wel een groot voordeel ten opzichte van de meest gebruikte methode van bouwen: namelijk geleidingen op aluminium profiel vast schroeven. 55mm geleidingen zijn veel steviger/stijver en zijn en veel rechter en vlakker. Aluminium profiel is over het algemeen niet zo recht en vlak en de trillingsdemping is een stuk slechter dan staal. In lichte toepassingen kunnen 55m geleidingen meteen ook het frame zijn, geen aluprofiel verder nodig.

Maar goed, ik heb Hiwin 65mm geleidingen liggen, en daar weegt een wagen al 12 kilo en kwa belastings specs kan ik mijn hele auto op een wagen zetten zonder problemen, een beetje overkill voor de hobby werkplaats.

Tandheugel --> omkeerspeling (backlash) wordt alleen gebruikt bij hele lange machines, lage resolutie spelingslose vertraging nodig
Goedkope klasse C7 kogelomloop spindels met 5mm spoed (heel veel gebruikt) --> omkeerspeling --> C5 met 2 moeren of met 1 moer met voorspanning is veel beter
Tandriemen --> snel (maar niet krachtig) maar lage resolutie , gebruik dan een closed loop stappen motor of een servo
Goedkoop stijheid en massa --> gebruik epoxy of UHPC beton
Stappenmotoren 2 tot 3 nm houdkoppel maat Nema 23 is voor de meeste mensen genoeg
Servo --> 180watt JMC servo (soms met tandriem vertraging) is meestal genoeg
Freesspindel --> meeste mensen gebruiken 1Kw tot 2,5Kw hoogfrequent spindel 20000 rpm merk Chinees

Ik weet niet van een of andere complete caclulatie methode voor alles. Stijfheid kun je vaak in je CAD laten simuleren (verbuiging vs kracht)
Voortstuwkrachten kun je uitrekenen met calculaties die hier op het forum reeds gedaan zijn bijvoorbeeld kogelomloop berekeningen

https://www.cnczone.nl/viewtopic.php?p=76540#p76540

Greezt,

Markus
Laatst gewijzigd door Markus op 13 apr 2022 19:29, 4 keer totaal gewijzigd.
Gebruikersavatar
hugo stoutjesdijk
Donateur
Berichten: 11995
Lid geworden op: 02 mar 2011 17:04
Locatie: elst (u)
Contacteer:

Re: Portaalmachine of SCARA robot?

Bericht door hugo stoutjesdijk »

gertjn schreef: 13 apr 2022 14:36 Nou is mijn budget en ruimte uiteraard beperkt (bij wie niet? ;) dus ik ben me eerst aan het oriënteren wat ik precies wil.
de mensen die over onbeperkt ruimte en middelen bezitten zijn meestal niet degene die iets creatiefs met eigen gebouwde machines kunnen of willen verzinnen. (al zijn ze er volgens mij wel, maar heel goed verstopt) :mrgreen:

Als alternatief ben ik me eens gaan verdiepen in SCARA robots (2 draaipunten verticaal, 1 Z-as, dus eigenlijk een 2.5 assige machine). Ingevouwen neemt deze niet zoveel ruimte in, en ik zou m bijvoorbeeld op mijn lastafel kunnen monteren als ik wil frezen. Gek idee? Komt natuurlijk wat extra besturing bij kijken, maar zo te zien is er wel wat te vinden. Daarnaast ziet het er 100x cooler uit ^^
Iets met kinematisch model en de besturing lost dat stukje voor je op, geen verstand van, volgens mij kan LinuxCNC en ook EdingCNC met zo'n kinematisch model werken.
Het topic 'beginnen met zelfbouw - wat komt daar bij kijken?' is een mooie start, maar eigenlijk zoek ik naar rekenmethodes en/of vuistregels om te bepalen welk type geleiding, frame, aandrijving e.d. welke prestaties kan geven. Ik snap dat een Hiwin rail van 55 mm een stuk beter resultaat geeft dan eentje van 15 mm, maar hoe bepaal ik welke ik 'nodig' heb?

Nou heb ik tijdens mijn studie wel systeem- en regeltechniek gehad, maar dat is wel erg diep weggezakt... daarom mijn vraag, zijn er rekenmethodes of vuistregels die jullie me kunnen aanbevelen om deze opties naast elkaar eerlijk te kunnen vergelijken?
Voldoende uitdagingen om een post-werktuigbouw cursus te gaan volgen, en teveel om hier zomaar een antwoord te vinden heb ik zomaar het vermoeden. ;-)

Maar spannende oplossingen en uitdagingen houden we hier meestal wel van, dus zullen er wel wat mooie discussies losbarsten, nuttige en heel veel nutteloze.
Ik denk trouwens dat een scara oplossing niet beperkt hoeft te zijn tot 2.5 assig.
Ik ben voor meer techniek op school, maar dan wel vanaf groep 1 basischool.
Gebruikersavatar
DaBit
Donateur
Berichten: 11018
Lid geworden op: 05 dec 2012 13:48
Locatie: Oss

Re: Portaalmachine of SCARA robot?

Bericht door DaBit »

LinuxCNC bied in ieder geval ondersteuning voor SCARA en PUMA. Voor zaken als hout en modelschuim lijkt zo'n ding me prima te doen.
De belangrijkste wet in de wetenschap: 'hoe minder efficient en hoe meer herrie, hoe leuker het is'
gertjn
Berichten: 3
Lid geworden op: 04 feb 2022 21:23

Re: Portaalmachine of SCARA robot?

Bericht door gertjn »

Bedankt voor jullie reacties, leuk om te zien dat er meteen verschillende meningen zijn over het al dan niet bouwen van een Scara :lol:

Interessante oplossing, een CNC portaal aan de muur hangen... moet de tafel wel stijf aan de muur vastzitten, maar dat zou kunnen ja. Wel minder flexibel met de locatie van de tafel. Naja, om over na te denken!

Ik denk dat ik me toch maar eens ga verdiepen in LinuxCNC dan. Een vriend zit er al over na te denken het te gaan leren voor zijn retrofit, kunnen we het wellicht samen gaan 'leren'. In principe wil ik een NC bestand uit SolidWorks CAM (standard) halen, die ofwel direct in LinuxCNC ofwel via vertaalprogrammaatje met kinematisch model naar de juiste coördinatie omgezet wordt. Ik zou een eenvoudige scara van wat restmaterialen kunnen maken om te kijken hoe die workflow gaat en dan upgraden naar een volwaardige machine als dat goed draait.

Ik heb toevallig nog 2 servos liggen (400 en 600W, geïntegreerde drives, Kinco MD types), zou ideaal zijn om in te kunnen bouwen :)

De berekening van toleranties en freessnelheden op basis van machine stijfheid, massa e.d. ga ik me zelf maar eens in verdiepen dan... Als ik het goed samenvat gelden deze vuistregels wel toch?
- Backlash / speling zorgt voor slechte toleranties, voornl als tijdens het frezen van richting wordt verandert (van X -> oplopend naar X -> aflopend). Daarnaast risico op trillingen (maar niet eigenfrequenties die je kunt berekenen) waardoor freessnelheden beperkt zijn? Kort gezegd: dit moet je beperken, maar kun je moeilijk aan rekenen?
- Stijfheid van machine -> betere toleranties en beter regelbaar systeem, dus hogere freessnelheden.
- Gewicht van Z-as / portaal / machine: werkt dit positief doordat de eigenfrequentie van de behorende vrijheidsgraad verlaagd wordt? Toch een beetje contra intuïtief, voor mijn gevoel zou ik het liefst een (stijve) lichtgewicht (composiet 8) ) machine maken die snel reageert op de aandrijving enzo, maar als gewicht inderdaad een voordeel is kan ik maar beter lompe stalen profielen gebruiken?

Bedankt voor de formule voor motorkoppel -> freeskracht Markus, is nuttig!

Hmm, als alternatief op deze berekeningen zou ik ook een vergelijking kunnen maken tussen een bekend type portaalfrees (ik las iets over open source machines?) en een scara robot: als de (omgerekende) stijfheid en gewicht / rotatietraagheid hetzelfde zijn zou ik vergelijkbare resultaten moeten kunnen verwachten...

Wordt vervolgd...
Gebruikersavatar
Markus
Donateur
Berichten: 1004
Lid geworden op: 01 sep 2007 22:43
Locatie: Aduard, Groningen
Contacteer:

Re: Portaalmachine of SCARA robot?

Bericht door Markus »

Kwam deze nog tegen

Je CNC aan de muur



Greezt,

Markus
Gebruikersavatar
hugo stoutjesdijk
Donateur
Berichten: 11995
Lid geworden op: 02 mar 2011 17:04
Locatie: elst (u)
Contacteer:

Re: Portaalmachine of SCARA robot?

Bericht door hugo stoutjesdijk »

Markus schreef: 21 apr 2022 14:43 Kwam deze nog tegen
Je CNC aan de muur

Greezt,
Markus
Best stevige niet ondersteunde geleidingen. De onderdelen zien er ook wel degelijk uit.
Alleen die spiraalsnoeren gaan dan weer ergens dubbel zitten.
(wel grappig dat die machine als je even de deur uit bent opeens veel vlugger gaat werken :lol: )
Ik ben voor meer techniek op school, maar dan wel vanaf groep 1 basischool.
gertjn
Berichten: 3
Lid geworden op: 04 feb 2022 21:23

Re: Portaalmachine of SCARA robot?

Bericht door gertjn »

Zo, late reactie!

Ja, ziet er ook wel nuttig uit. Deze dubbele niet-ondersteunde geleidingen per as zijn eigenlijk 'goed uitgevoerde' versies van een 'iets minder goed' ontwerp, toch? Maakt het idd wel wat betaalbaarder. Ik hoop trouwens dat zijn assen nog recht zijn nadat hij er op is gaan zitten? :P
FreesKever
Berichten: 624
Lid geworden op: 15 apr 2019 01:01

Re: Portaalmachine of SCARA robot?

Bericht door FreesKever »

Hier nog een vergeliking tussen de "onefinity" en de "X-Carve"

https://www.youtube.com/watch?v=PTHxVfXPgDs

Prijzen zijn blijkbaar verlijkbaar, maar die Onefinity ziet er veel beter uit.

Die X-carve is eigenlijk te slap voor alles behalve een laser snijder of pen (snij?) plotter.
Die Onefinity lijkt me goed genoeg voor houtbewerking.
Met die vrij dikke ronde assen is het ook vrij gemakkelijk een goede afdichting te maken en de geleidingen schoon te houden (van binnen).
Alleen de kogelomloopspindels vervuilen nog relatief gemakkelijk.

Zelf zou ik gaan voor MGR20 die tegen iets stevigs geschroefd zijn maar ik ben meer geinteresseerd in metaalbewerking dan houtbewerking.

Een tussenweg tussen deze twee is de "Print NC"
Een stuk steviger dan de X-carve.
Zelfbouw, je kunt voor een groot gedeelte zelf beslissen hoe stijf je hem maakt.
Wel erg spartaans opgebouwd. Het plastic wil je vervanen voor iets beters, en voor de motoren zou ik de steunen gebruiken waar spindel lagers en de motor montage flens in een blok zijn geintegreerd. (Of tandriemen gebruiken en de motoren dan in de kokers stoppen waardoor de machine compacter wordt).
https://wiki.printnc.info/en/home
Plaats reactie