Forum: Mechanik, Gehäuse, Werkzeug Kugelumlaufspindel für CNC-Selbstbau


von Maxim (maxim) Benutzerseite


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Ich bin am überlegen, ob ich nicht einen CNC-Selbstbau wagen sollte. Das 
hängt unter anderem natürlich von den Kosten ab. Ich möchte eine 
Maschine bauen, die bei mäßigem Einsatz (Hobbybereich) zehn Jahre hält 
und auch mal Kupfer/Alu packt. Bei der Recherche zur Mechanik habe ich 
ein relativ günstiges Angebot gefunden unter 
http://rc-letmathe.de/product_info.php?cPath=61_160&products_id=1370
Mit passenden Fest-/Loslagereinheiten kommt man auf 107€.

Taugt diese Kugelgewindespindel + Mutter etwas? Die Mutter hat keinen 
Nippel zum Schmieren. Eventuell kann man den roten Stöpsel abnehmen.

Zum Vergleich hier noch eine Alternative: 
http://www.cnc-discount.de/epages/62924595.sf/de_DE/?ObjectPath=/Shops/62924595/Products/%221605%20x%20%20%20300mm%20Kugelumlaufspindel%20komplett%22

Nachtrag: Bei der ersten Ausführung handelt es sich anscheinend um 
China-Import, siehe 
http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=xGPQH72-Jg8&feature=fvwp.

von Kai S. (kai1986)


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Hallo,

der kritische Punkt an CNC Maschinen sind die Schlittenführungen und 
nicht die Antriebsspindeln. Neben dem Preis für die Kugelumlaufspindel 
hat diese noch weitere Nachteile für einen Selbstbau. Zum einen haben 
sie eine große Gewindesteigung, was bedeutet, das der Antrieb, der sie 
positioniert entsprechend genauer sein muss, was aber im Selbstbau mit 
Schrittmotoren im Normalfall nicht gegeben ist. Professionelle Maschinen 
haben dafür extra optische Wegmesssystem, meist sogar direkt am 
Schlitten montiert.
Zum anderen haben Kugelumlaufspindeln meist keine Selbsthemmung, was 
bedeutet, dass eine Kraft auf den Schlitten die Spindel drehen kann und 
damit zusätzliches Haltemoment vom Motor erforderlich ist, um eine 
bestehende Position zu halten.
In konventionellen Fräs und Drehmaschinen sind auch keine 
Kugelumlaufspindeln verbaut, Spindeln mit Trapezgewinde. Das wird im 
Maschinenbau als Bewegungsgewinde üblicherweise verwendet.

Wie schon gesagt liegt die Schwierigkeit in der mechanischen Führung der 
Schlitten und der Steifigkeit des Aufbaus (das ist auch bei 
professionellen Maschinen für mehrer hunderttausend Euro das 
ausschlaggebende Kriterium für die Qualität). Für einen Selbstbau würde 
ich persönlich sogar mit einem normalen metrischen oder einem 
Feingewinde anfangen und es vom Platz her etwas geräumiger konstruieren, 
um eventuell später ein anderes Spindelsystem nachzurüsten.

Gruß Kai

von amateur (Gast)


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Noch 'ne Kleinigkeit, die gegen die Kugelumlaufspindel spricht:
Du darfst noch nicht mal an Dreck denken und das Ding kratzt schon.
Kugeln rollen auch über Staubkörner.
Eine Trapezschraube schiebt selbige vor sich her.

von Maxim (maxim) Benutzerseite


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Reichen Schlittenführungen auf Schienen aus? Es gibt ja qualitativ 
hochwertige Ausführungen für ca. 150€ pro Achse (2 Schienen + 4 Wägen). 
Das Grundgerüst soll zum Teil aus Aluprofilen und zum Teil aus gerfästen 
Aluplatten/Blöcken sein.

Dass die Kugelumlaufschienen kaum Selbsthemmung haben ist mir klar. Ich 
dachte nur, dass genügend starke Motoren (denke an Nema 23 mit ca. 3Nm 
Haltemoment) da keine Probleme hätten. Der eigentliche Beweggrund war 
aber die Präzision bzw. das minimale Umkehrspiel. 5mm / Umdrehung sind 
schon recht viel für CNC, da bin ich auch ins Grübeln gekommen. 
Andererseits, mit einem Schrittmotor mit 1,8°/Schritt hätte man eine 
Auflösung von 0,025mm. Das ist doch ausreichend, oder? Um diese 
Genauigkeit zu erreichen, muss der Aufbau (vor allem die Schienen) schon 
sehr solide sein.

Um Staub / Spähne auf den Spindeln zu minimieren, kann man das ja schon 
beim Design mitberücksichtigen ... Ganz lässt sich Staub natürlich nicht 
fernhalten.

Ein anderer Vorteil bei der Nutzung von Kugelumlaufschienen wäre, dass 
es dafür schon etliche "Sets" gibt. Für eine Trapezgewindespindel muss 
ich das Gewinde für die Kugellager selber abdrehen, passende Lagerblöcke 
bauen und dazu ein Kupplungsblock an die Messing-Mutter. Ich kann 
schlecht einschätzen, was das alles kosten wird. Aber der Preisvorteil 
gegenüber Kugelumlaufschienen wäre wahrscheinlich dahin. Die Blöcke 
könnte ich zuhause fräsen. Die passenden Bohrungen müsste ich machen 
lassen.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Maxim S. schrieb:
> Reichen Schlittenführungen auf Schienen aus? Es gibt ja qualitativ
> hochwertige Ausführungen für ca. 150€ pro Achse (2 Schienen + 4 Wägen).

Ja, die Profilschienen reichen für Deine Zwecke bei weitem aus. Gibt es 
mittlerweile wirklich preiswert von Romani, HiWin usw.

> Das Grundgerüst soll zum Teil aus Aluprofilen und zum Teil aus gerfästen
> Aluplatten/Blöcken sein.

Das wird schwierig. Wenn das die dünnen Strangpressprofile mit 1-2mm 
Wandstärke sind -> Alubearbeitung vergessen.
Stahl ist wesentlich günstiger. Da findet sich auch auf dem Schrott 
genug.

> Dass die Kugelumlaufschienen kaum Selbsthemmung haben ist mir klar. Ich
> dachte nur, dass genügend starke Motoren (denke an Nema 23 mit ca. 3Nm
> Haltemoment) da keine Probleme hätten.

Haben sie auch nicht. Das Haltemoment, das Du bei Kugelumlauf benötigst, 
verbraten die Trapezgewindespindeln locker durch Reibung (bis zu 40%). 
In keiner einzigen halbwegs brauchbaren CNC-Maschine auf den diversen 
Messen habe ich bisher Trapezgewinde gefunden, dafür sehr, sehr oft 
KG-Spindeln. Dreimal darfst Du raten, warum die dort eingesetzt werden 
:-)
Werden vernünftige Abstreifer montiert, dann gelangt auch kein Schmutz 
in die Muttern. Kostet natürlich etwas, aber wird beherrscht und sorgt 
für jahrelange, genaue Funktion.

> Der eigentliche Beweggrund war
> aber die Präzision bzw. das minimale Umkehrspiel. 5mm / Umdrehung sind
> schon recht viel für CNC, da bin ich auch ins Grübeln gekommen.
> Andererseits, mit einem Schrittmotor mit 1,8°/Schritt hätte man eine
> Auflösung von 0,025mm. Das ist doch ausreichend, oder? Um diese
> Genauigkeit zu erreichen, muss der Aufbau (vor allem die Schienen) schon
> sehr solide sein.

Allerdings - und die besten Schienen nützen Dir nichts, wenn der 
Unterbau aus Aluprofilen besteht.

Meine Empfehlung: Stahlgestell zusammenbraten (kann ruhig krumm sein), 
dann mit gefülltem Gießharz die genauen Flächen für jede Achse auf einer 
Referenzfläche abformen und die Achsen sauber zueinander ausrichten. 
Preiswerter und genauer geht es für wenig Geld kaum.

> Um Staub / Spähne auf den Spindeln zu minimieren, kann man das ja schon
> beim Design mitberücksichtigen ... Ganz lässt sich Staub natürlich nicht
> fernhalten.

Mehrfache vernünftige Abstreifer montieren - dann ist das kein Problem. 
Der beste Staub ist aber natürlich immer der Staub, der gar nicht erst 
auf der Spindel landet (Blechabdeckungen, direkte Absaugung am Fräser 
usw.)

> Ein anderer Vorteil bei der Nutzung von Kugelumlaufschienen wäre, dass
> es dafür schon etliche "Sets" gibt. Für eine Trapezgewindespindel muss
> ich das Gewinde für die Kugellager selber abdrehen, passende Lagerblöcke
> bauen und dazu ein Kupplungsblock an die Messing-Mutter. Ich kann
> schlecht einschätzen, was das alles kosten wird. Aber der Preisvorteil
> gegenüber Kugelumlaufschienen wäre wahrscheinlich dahin. Die Blöcke
> könnte ich zuhause fräsen. Die passenden Bohrungen müsste ich machen
> lassen.

Wenn Du CNC-Bearbeitung machen willst, dann führt mMn kein Weg an 
KG-Spindeln vorbei. Du willst ja nicht ständig nachstellen müssen und 
die 40% Energie sind im Fräser besser aufgehoben als in der Mutter. Dazu 
musst Du, um kein Umkehrspiel zu haben, zwei Muttern verspannen, was 
noch mehr Reibung erzeugt - und natürlich ein sofort zunehmendes, immer 
größer werdendes Spiel.

Ob ich allerdings die China-Spindeln nehmen würde, weiss ich nicht. In 
der CNC-Ecke berichten sie jedenfalls Übles.
Denk daran, dass davon maßgeblich die Präzision Deiner Maschine abhängen 
wird - an solchen Teilen sollte man nicht sparen. Sonst ärgerst Du Dich 
über Jahre oder zahlst zweimal.

Eine vernünftige KG-Mutter ist sowohl im Spiel einstell- als natürlich 
auch entsprechend schmierbar.

von Maxim (maxim) Benutzerseite


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Habe gerade bei einem deutschen Hersteller angefragt, was eine Baugruppe 
(Spindel, Mutter, Mutteraufnahme, Lagerblöcke) kostet. Ich bin auf alles 
gefasst. :) Aber unter 250€ wird's wohl kaum sein. Mal sehen.

von Kai S. (kai1986)


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Ich weiß nicht genau, was du damit vor hast. Da das hier ein 
Elektronikforum ist erwarten viele von einer "CNC Fräe" nur eine 
verfahrbare Einheit, die Löcher bohren kann. Wenn du aber auch 
Metallbearbeitung machen willst bist du mit einer gekauften Maschine 
vermutlich besser beraten. Für 2000-3000€ bekommt man da schon für 
Leichtmetallbearbeitung brauchbare Maschinen, die 0,01 mm 
Bearbeitungsgenauigkeit zulassen. Wenn du bereit bist 10000€ auszugeben 
bekommst du von einem Gebrauchtmaschinenhändler auch eine "Richtige" CNC 
Fräse, mit der du auch Edelstahl noch auf 0,01 mm genau (die 1 µm 
Genauigkeit schaffst du mit denen auch nach 10 Jahren Dauerbetrieb noch 
bei Alu) bearbeiten kannst. Mit einem Selbstbauprojekt landet man normal 
mit den Materialkosten nur knapp unter den Neukaufkosten mit den 
gleichen Fähigkeiten, und das auch nur, wenn man den Selbstbau gut 
hinbekommt.

Gruß Kai

von Maxim (maxim) Benutzerseite


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Kai S. schrieb:
> Mit einem Selbstbauprojekt landet man normal
> mit den Materialkosten nur knapp unter den Neukaufkosten mit den
> gleichen Fähigkeiten, und das auch nur, wenn man den Selbstbau gut
> hinbekommt.

Ja, leider sieht es so aus. Ein Überschlag der Kosten:

Gerüst aus Aluzuschnitten: ca. 250€

Linearführungen samt Wägen:
2 x 600mm @ 15mm Breite für die x-Achse
2 x 400mm @ 15mm Breite für die y-Achse
1 x 300mm @ 30mm Breite für die z-Achse
8 Wägen @ 15mm Breite
2 Wägen @ 30mm Breite
-> ca. 820€

Elektronik, Schrittmotoren, Frässpindel: ca. 450€

Kugelumlafspindeln mit Lager: ca. 450€

Das geht schon deutlich in Richtung 2000€. Ohne eine eigene Werkstatt 
wird der Bau sicher über ein halbes Jahr gehen. Echt schade.

Dann werde ich doch lieber den Kreuztisch meiner MF70 tunen (also das 
Umkehrspiel minimieren) und sie auf CNC umbauen für ca. 250€. Damit 
dürfte ich auch in einem Monat fertig sein ohne eigene Werkstatt. ;)

von Linüx (Gast)


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Maxim S. schrieb:
> Gerüst aus Aluzuschnitten: ca. 250€

Muss man überfräsen zumindest die Auflage für die Profilführung. Die 
Dinger sind so schief, dass auf 300mm getrost 0.5mm anfallen. Egal wie 
toll verpackt oder nicht. Außerdem sind die Dinger nie winklig. Und 
meist abgesätz. Da muss man zumidnest (!) die Enden überfräsen lassen.

Maxim S. schrieb:
> Linearführungen samt Wägen:
> 2 x 600mm @ 15mm Breite für die x-Achse
> 2 x 400mm @ 15mm Breite für die y-Achse
> 1 x 300mm @ 30mm Breite für die z-Achse
> 8 Wägen @ 15mm Breite
> 2 Wägen @ 30mm Breite
> -> ca. 820€

Was sollen denn das für Führungen sein? Ich hoffe es sind zumindest 
unterstüzte 
Rundlaufführungen.http://www.rodriguez.de/typo3temp/pics/rundfuehrung-rodriguez_56d180d870.jpg
Die ununterstüzten kann man ja mit der blossen Hand selbst bei 25mm 
Durchmesser auf 600mm gut sichtbar (!) durchbiegen.

Maxim S. schrieb:
> Elektronik, Schrittmotoren, Frässpindel: ca. 450€

Was zur Hölle? Für 200€ bekommst du ein 3achsiges Schrittmotorenset 
Modell Schrott mit Motoren und Treiber aus China zugesand. Motoren meist 
zu schwach, schreckliche Kennlinie. Bei ein bisschen Drehzahl kaum mehr 
Kraft und und. Du weißt, dass die Drehmomentangabe auf den Stillstand 
bezogen ist? Mit steigender Drehzahl nimmt die aber gewaltig ab. Das ist 
ja nach Motortyp und Hersteller unterschiedlich. Erfahrungsgemäß sind 
die billigeren auch die schlechteren. 
http://www.igus.de/_wpck/images/global/1_2/DryLin_Motor_Kennlinie_NEMA17.gif

Maxim S. schrieb:
> Dann werde ich doch lieber den Kreuztisch meiner MF70 tunen (also das
> Umkehrspiel minimieren) und sie auf CNC umbauen für ca. 250€. Damit
> dürfte ich auch in einem Monat fertig sein ohne eigene Werkstatt. ;)

Denk mal über eine Optium BF16 oder BF20 nach.

von Manfred Pohl (Gast)


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An den Autor: Chris D. (myfairtux) (Moderator), in Bezug auf Ihre 
Antwort vom Datum: 18.04.2013 08:22.
Sehr geehrter Herr Chris D.,
wirklich zufällig Fand ich, auf der suche nach weiterem Wissen dieses 
Forum. Ich bin beeindruckt gerade hier auf Kompetenz in Sachen cnc zu 
stoßen, damit hatte ich nicht gerechnet und das ist absolut nicht bös 
gemeint.
Meine Situation ist ähnlich der des Maxim s. .
Ich habe eine Drehbank geschenkt bekommen, und bin dabei diese auf cnc 
umzurüsten. Kugelumlaufdpindel ist klar, sowie entsprechende 
Schrittmotoren.
Die mach3-Steuerung scheint die beste, weil wohl auch günstigste
Software-Lösung.
Mir stellt sich ein ganz anderes Problem:
Ist es zu verwirklichen, dass das Werkstück dem Programm entspricht?
Programmiere ich an einer "gekauften" Maschine, dann ist es so( auf 
1/1000mm).
Wie stellt sich die Elektronische Steuerung auf die mechanischen 
Übersetzungsverhältnisse ein, wahrscheinlich nicht.
Das gleiche gilt für das Programm!
Die Antwort kann doch nur etwa dieser Art sein:
Die Meßeinheiten der Achsen müssen dem Programm die wahren Örter des 
Werkzeugs liefern( die Nullpunkte können wir hier vernachlässigen).
Danach müssen dann die Motoren, über das Programm, entsprechend geregelt 
werden.
Genauer gesagt, sollen die Motoren ausschliesslich durch ihre eigenen 
Unterteilungen(1.8°*200 = U) vom Programm, angewiesen durch die 
Wechselwirkung von Meßeinheiten und Prog. , zu den entsprechenden 
geometrischen Örtern fahren.
Somit sind wir in der Meß- und Regeltechnik und dem entsprechenden Forum 
richtig, mal so behauptet.

Doch bevor da nun etwas gekauft wird, ist sicherzustellen, dass die 
Komponenten auch zusammenrbeiten.

Nun bin ich noch ein gut Stück entfernt, von der Verwirklichung meines 
Traumes und noch nicht tief genug in die mach3 Programmierung 
eingedrungen, doch werden diese Aufgabenstellungen mit großer 
Wahrscheinlichkeit auf mich zukommen und auch auf die Anderen, welche 
den Traum von einer eigenen cnc gesteuerten Maschine träumen.

Doch dieses Thema ist so komplex, das es der Hilfe anderer Fakultäten 
bedarf. Darin liegt hier meine Hoffnung.

Die Lösung ist sehr schwer zu finden, egal ich bedanke mich einfach und 
sage erstmal Tschüss.
Gruß Manfred P.

von Stephan (Gast)


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ich werfe mal Peters CNC Ecke in die Runde.
Da gibts reichlich Inspiration.
Täusche Dich nicht. 2-3 25er Führungen, 2-3 Spindeln mit Mutter und 
Lager, da sind 1000 EURO schnell weg. Ein Eisengestell ist leider kein 
Allheilmittel. Das muss nach dem Schweißen erstmal "gekachen2 werden um 
die Spannungen raus zu bekommen. Danach werden die Auflagen geplant. Das 
geht alles nicht ohne vernüftige Fräsen. Merke: Wer eine Fräse bauen 
will, braucht eine Fräse die deutlich größer ist als jene die man bauen 
will.
Ein Alugestell / Unterbau  kann man sehr gut mit Mineralguss 
(Polymerbeton) versteifen. Ist eine sauerei, brigt aber richtig was. 
Auch die Profile habe ich damit gefüllt und versteift.

von Thorsten O. (Firma: mechapro GmbH) (ostermann) Benutzerseite


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Hallo Manfred!

> Die mach3-Steuerung scheint die beste, weil wohl auch günstigste
> Software-Lösung.

Billig ist nicht immer günstig. Welches Programm am Besten geeignet ist 
hängt auch von den Wüschen des Anwenders ab. Beim Mach3 sind Anfänger 
schnell erschlagen von der Funktionsvielfalt.

> Ist es zu verwirklichen, dass das Werkstück dem Programm entspricht?
> Programmiere ich an einer "gekauften" Maschine, dann ist es so( auf
> 1/1000mm).
> Wie stellt sich die Elektronische Steuerung auf die mechanischen
> Übersetzungsverhältnisse ein, wahrscheinlich nicht.

Von alleine stellt sich da garnichts ein. Man muss natürlich 
parametrieren, wieviel Vorschub die Motoren pro Schritt erzeugen, und 
wie schnell die Mechanik fahren kann.

> Die Antwort kann doch nur etwa dieser Art sein:
> Die Meßeinheiten der Achsen müssen dem Programm die wahren Örter des
> Werkzeugs liefern( die Nullpunkte können wir hier vernachlässigen).
> Danach müssen dann die Motoren, über das Programm, entsprechend geregelt
> werden.

Bei einer konventionellen Schrittmotorsteuerung wird nicht geregelt und 
gemessen, sondern gesteuert. Damit ergeben sich die Orte (nicht Örter) 
der Achsen automatisch, so lange die Antriebe nicht überlastet werden.

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

von Walter T. (nicolas)


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Welchen Grund hat man eigentlich, eine Drehbank im Hobbybereich auf CNC 
umzurüsten? Bei einer Fräse verstehe ich das, weil Freiformen einfach 
eine prima Sache sind.

Bei einer Drehbank verbringe ich aber meist mehr am Messen, Einrichten 
und Werkzeugwechseln als wirklich beim Späne erzeugen- da würde das 
Programmieren und Einrichten von wenigen Stücken deutlich länger dauern 
als eine Zeichnung und Kurbeln. Und Freiformen braucht man doch recht 
selten und wenn geht es sehr komfortabel mit einer CNC-gefrästen 
Schablone.

Ein fragender
Nicolas

von heinz (Gast)


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Aus dem gleichen Grund wie beim Fräsen auch. Wenn Du z.B. einen Radius 
am Teil hast kannst du den zwar auskurbeln, aber halt mit der 
entsprechenden Genauigkeit.

Zu obigen Aussagen Genauigkeit 1/1000 beim Drehen muss ich schon 
lächeln, das hast Du mit Glück als Zylinderform. Toleranzen (Wiederhol) 
liegen wohl eher bei 1/100 bis 2/100

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Hallo Manfred,

willkommen im µC-Forum :-)

Manfred Pohl schrieb:
> An den Autor: Chris D. (myfairtux) (Moderator), in Bezug auf Ihre
> Antwort vom Datum: 18.04.2013 08:22.
> Sehr geehrter Herr Chris D.,

Gleich ein Tipp: in Internetforen verwendet man üblicherweise das "Du".

> wirklich zufällig Fand ich, auf der suche nach weiterem Wissen dieses
> Forum. Ich bin beeindruckt gerade hier auf Kompetenz in Sachen cnc zu
> stoßen, damit hatte ich nicht gerechnet und das ist absolut nicht bös
> gemeint.

Es gibt dafür ja eigentlich auch andere Foren (bspw. die schon 
angesprochene Seite "Peters CNC-Ecke"), aber Elektronik und Mechanik 
überschneiden sich ja mehr und mehr.

Das meiste Wissen, welches ich besitze, habe ich von einem Kunden 
(mittlerweile sehr guten Bekannten), der pensionierter 
Maschinenbauer/Entwickler von Sondermaschinen war/ist.
Das schöne bei ihm ist, dass er sehr pragmatisch denkt: es wird 
geschaut, wie man eine gegebene Anforderung auf die einfachste und vor 
allem preiswerteste Art und Weise erreichen kann. Dazu hat er sich im 
Laufe seines Lebens eine wirkliche Unzahl an Methoden und Hilfsmitteln 
gebaut/entwickelt und verfeinert.
Dabei stellt er seine Methoden nie als die einzig wahren dar (eine 
Gefahr, die man übrigens in Foren häufig hat: eine Methode setzt sich 
durch, wird quasi "Forenkonsens" und daraufhin wird der Rest von den 
Stammschreibern regelmäßig verdammt): ist ein Vorschlag von mir (den ich 
irgendwo aufgeschnappt habe ;-) eventuell besser, diskutieren wir das 
durch und ändern das auch mal.

Aber Text in Foren ist ja geduldig und oft heiße Luft und im Gegensatz 
dazu habe ich mir mittlerweile viele seiner Maschinen angeschaut und in 
Betrieb gesehen: die funktionieren und sind einfach genial konstruiert 
und vor allem genau - der Mann weiss also, wovon er spricht :-)

Also: ich habe schon etwas Erfahrung in dem Bereich, bin aber sicher 
kein "CNC-Crack". Ich versuche aus den Rahmenbedingungen (Budget, was 
ist an Material schon da?, was wird überhaupt benötigt?) einen 
entsprechenden Kompromiss zu finden.

Dass ich dabei so eine tolle Hilfe habe, ist natürlich ein 
ausgesprochener Glücksfall.

> Meine Situation ist ähnlich der des Maxim s. .
> Ich habe eine Drehbank geschenkt bekommen, und bin dabei diese auf cnc
> umzurüsten. Kugelumlaufdpindel ist klar, sowie entsprechende
> Schrittmotoren.
> Die mach3-Steuerung scheint die beste, weil wohl auch günstigste
> Software-Lösung.

Ich verwende hier LinuxCNC (früher hiess das: "EMC"), das gibt es 
kostenlos, aber: das erfordert schon etwas Einarbeitung in Linux und 
Handarbeit. Daher würde ich Dir vermutlich auch zu Mach3 raten (auch 
wenn ich damit gar keine Erfahrung habe).

> Mir stellt sich ein ganz anderes Problem:
> Ist es zu verwirklichen, dass das Werkstück dem Programm entspricht?
> Programmiere ich an einer "gekauften" Maschine, dann ist es so( auf
> 1/1000mm).

Mir ist nicht ganz klar, wie Du das meinst. Eigentlich sollte das 
Werkstück immer dem Programm entsprechen, oder?

> Wie stellt sich die Elektronische Steuerung auf die mechanischen
> Übersetzungsverhältnisse ein, wahrscheinlich nicht.

Ah ok, das ist gemeint: doch, jede Steuerung (ob Mach3, LinuxCNC) hat 
die Möglichkeit, quasi die "Getriebeübersetzung" einzustellen. Wenn Dein 
Schrittmotor bspw. 1600 Schritte für eine Umdrehung benötigt und Deine 
Kugelumlaufspindel eine Steigung von 4mm hat, dann wäre das eine 
Auflösung von 0,0025mm pro Schritt, also vier Schritte für 1/100mm. Das 
kann man natürlich für jede Achse getrennt einstellen, ebenso 
Maximalgeschwindigkeit und Beschleunigung.
Wenn also in Deinem programm irgendwo steht: "Fahre 100mm in 
Z-Richtung", dann rechnet Mach3 das so um dass nachher die entsprechende 
Schrittanzahl ausgegeben wird (bei obigem Beispeil wären das 
100*400=40000 Schritte).

> Das gleiche gilt für das Programm!
> Die Antwort kann doch nur etwa dieser Art sein:
> Die Meßeinheiten der Achsen müssen dem Programm die wahren Örter des
> Werkzeugs liefern( die Nullpunkte können wir hier vernachlässigen).
> Danach müssen dann die Motoren, über das Programm, entsprechend geregelt
> werden.
> Genauer gesagt, sollen die Motoren ausschliesslich durch ihre eigenen
> Unterteilungen(1.8°*200 = U) vom Programm, angewiesen durch die
> Wechselwirkung von Meßeinheiten und Prog. , zu den entsprechenden
> geometrischen Örtern fahren.
> Somit sind wir in der Meß- und Regeltechnik und dem entsprechenden Forum
> richtig, mal so behauptet.

Das kann man so machen, wie Du es beschreibst. Dann hättest Du in der 
Tat eine echte Regelung. Allerdings ist der Aufwand natürlich auch recht 
hoch.
Je nach Aufwand kann man dabei die "echte" Position erfassen - z.B. über 
ein Längenmesssystem/Glasmaßstab etc. - oder man hat am Motor/an der 
Spindel einen Encoder, der quasi misst, wieviele Umdrehungen die Spindel 
bereits gemacht hat. Zweite Lösung ist preiswerter, aber man hat dort 
natürlich die Steigungsfehler der Spindel mit drin. Die getrennte 
Längenmessung dagegen kann diese erkennen und man dann entsprechend 
ausregeln.

Aber: man verwendet gerne Schrittmotoren, weil man eben keine Regelung 
möchte. D.h. man verzichtet auf die Positionserkennung (teuer!) und 
dimensioniert den Motor so, dass man sich sicher sein kann, dass kein 
Schritt verloren geht. Anhand des eingstellten Übersetzungsverhältnisses 
von Programm bis zur Spindelbewegung "weiss" dann die Steuerung immer, 
wo das Werkzeug gerade ist. Sie muss also darauf vertreuen, dass der 
Schrittmotor auch wirklich die angegebene Position erreicht hat.

Das erzeugt bei manchen ein "mulmiges" Gefühl, aber man hat das durchaus 
im Griff. Unsere Fräse wird (zumindest in den Achsmotoren) auch keine 
Regelschleife haben, dafür aber eben kräftige Schrittmotoren.

Bei Inbetriebnahme muss man dann natürlich entsprechende Obergrenzen für 
die Geschwindigkeiten und die Beschleunigungen festlegen, um 
Schrittverluste auszuschließen.

> Doch bevor da nun etwas gekauft wird, ist sicherzustellen, dass die
> Komponenten auch zusammenrbeiten.
>
> Nun bin ich noch ein gut Stück entfernt, von der Verwirklichung meines
> Traumes und noch nicht tief genug in die mach3 Programmierung
> eingedrungen, doch werden diese Aufgabenstellungen mit großer
> Wahrscheinlichkeit auf mich zukommen und auch auf die Anderen, welche
> den Traum von einer eigenen cnc gesteuerten Maschine träumen.
>
> Doch dieses Thema ist so komplex, das es der Hilfe anderer Fakultäten
> bedarf. Darin liegt hier meine Hoffnung.
>
> Die Lösung ist sehr schwer zu finden, egal ich bedanke mich einfach und
> sage erstmal Tschüss.

Ich würde für den Anfang vielleicht einfach mal bestimmen, welche 
maximalen Kräfte/Drehmomente auf die einzelnen Achsen wirken, um danach 
dann den Antrieb auslegen zu können. Man kann bei einem Riemenantrieb 
mit entsprechender Übersetzung auch schwächere Motoren verwenden, was 
dann natürlich auf Kosten der Geschwindigkeit geht.

von Walter T. (nicolas)


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Naja, meine Bauteile sind zu 99% stufenweise zylindrisch, mit 45°-Fase, 
Gewinde oder Innenbohrungen. Die wenigen Kegel, die anfallen, muß ich 
sowieso iterativ durch Tuschieren erzeugen, sonst paßt die Genauigkeit 
schon allein wegen der Werkstückeinspannung nicht.

So einmal im Jahr entsteht eine Kugel oder eine Freiform.

Beim Fräsen sieht das ganz anders aus- da kommen viele Freiformen vor. 
Aber habt ihr wirklich so viele Freiformen beim Drehen?

von Kai S. (kai1986)


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Nicolas S. schrieb:
> Naja, meine Bauteile sind zu 99% stufenweise zylindrisch, mit 45°-Fase

für die Fase benötigst du auf einer konventionellen Drehbank schon ein 
Formwerkzeug (dazu gehört auch der 45° Stahl). Auf einer CNC Maschine 
wird die Fase mit dem normalen Schrupp- und Schlichtstahl erzeugt und 
kann jeden beliebigen Winkel haben (beliebt sind auch 30° und 60° 
Fasen). Zudem hat eine Fase am Werkstück immer noch Kanten, wenn man 
einen kleinen Radius andreht ist das zum Entgraten wesentlich schöner 
als eine Fase gleicher Größe (geht natürlich nur, solange die Fase nicht 
für die Funktion benötigt wird).

@ Manfred Pohl:
Wenn du bereits eine Drehbank hast und diese nur umbauen willst, 
solltest du es dir zweimal überlegen, ob du das bestehende Spindelsystem 
austauschst. Es hängt natürlich davon ab, wie hochwertig deine Drehbank 
ist. Aber gerade beim Drehen ist der Gewinn durch Kugelumlaufspindeln 
eher gering (ihr Vorteil ist ja nur die Spielfreiheit), da auch die 
normalen Spindeln oft nur sehr wenig spiel haben. In den µm Bereich 
kommst du mit einer einfachen Drehmaschine sowieso nicht und selbst wenn 
die Maschine es fahren kann ist es bis zu einem Werkstück, das dann 
wirklich die Maße hat noch ein langer weg (Ich arbeite jetzt seit 5 
Jahren als CNC Dreher und ich kann dir sagen, dass 5 µm Schwankungen von 
Teil zu Teil bei mittelschwierigen Teilen normal sind.)
Zum Programm:
Egal welche Steuerung du verwendest (ich kenne mich da bei den kleinen 
Steuerungen nicht aus) sollte die G-Codes verwenden (nach DIN 66025). 
Damit arbeiten alle profesionellen CNC Maschinen und es ist möglich, die 
Programme zwischen Maschinen auszutauschen. Die Umsetzung des Programms 
in Fahrbewegungen auf der Maschine ist dann, wie oben schon gesagt, 
Aufgabe der Steuerung. Die hat dann die ganzen Maschinenparameter, wie 
Übersetzungen der einzelnen Achsen, Werkstücknullpunkt, Werkzeugoffsets 
und Werkzeugkorrekturen.
Wenn das gegeben ist hast du ein gut benutzbares System, das du bei 
bedarf auch mit einem Programm aus einer mehrer 10 000 € teuern CAD/CAM 
Programm füttern kannst.

Gruß Kai

von heinz (Gast)


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Auf einer konventionellen Drehbank verstellst Du den Obersupport um 
einen Kegel zu drehen. Oder bei schlanken Kegeln den Reitstock.

Mit den 5 µm bist Du aber schon sehr gut. Oder hast Automaten Stähle. 
Ich kenn bei Neusilber als mal 2/100.

Bei 4571 D etwa 100 gemessene Abweichung von der Zylinderform bei 1 µm

Schau Dir mal den Rundlauffehler von Spindellagern bei z.B. SKF an, die 
liegen schon bei 1 µm bis 2 µm

PS. wie misst Du 5 µm ?

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