X 365 mm Y 240 mm Z 80mm
1999: nach dem Umbau der Spindellagerung ergab sich eine Verkleinerung der Verfahrwege: X 340 mm Y 220 mm Z 80 mm
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Die Schneide Maschine
für thermisch |
Am
Anfang stand die Frage:
" Kann man selber eine NC Maschine bauen?"
Ja, man kann!
Im Laufe der Zeit haben wir 7 verschiedene Fräsen gebaut.
Zwei Fehlschläge inbegriffen. Mit geringen Mitteln zum Erfolg?
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Nach dem ersten, gescheiterten Versuch, setzten wir uns zusammen und entwickelten eine neue Mechanik. Hierzu wurden Alu und Stahl eingesetzt. Trapez- Gewindespindeln und als Antrieb verwendeten wir Elektromotoren mit Positionsgeber. Die ursprünglichen Abmaße, hatten eine zu hohe Durchbiegung zur Folge. Durch Zufall fanden wir in einer Zeitschrift für den Eisenbahnmodellbau eine H-Brücken zur Steuerung von Schrittmotoren. Erste Versuche erwiesen sich als erfolgreich. Wir gingen von den E-Motoren ab und nahmen Schrittmotoren. Hergestellt wurden die Einzelteile in den Mittagspausen beim Arbeitgeber. Benötigte Maschinen und Werkzeuge: Bohrwerk, Säulen-Bohrmaschine, Ständer-Bohrmaschine, Handwerkzeuge und Reibahlen.
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Auszug aus der
Einzelteilliste: Dewa-Buchsen, Spindeln T10 X 2 X 1000, Alu
20 X 200 X 800 für Einzelteile Verfahrwege: X 365 mm Y 240 mm Z 80mm 1999: nach dem Umbau der Spindellagerung ergab sich eine Verkleinerung der Verfahrwege: X 340 mm Y 220 mm Z 80 mm |
Nach
längerem
Überlegen sprach ich (Thorsten) mit einem Werkzeugmacher.
Er meinte "...bau doch in TTT".
Was ist TTT? Die Antwort: Tausend Tonnen Technik!
Eine Fräse aus blankem Flachstahl (Passfedern Material) sollte mit einfachsten Mitteln herzustellen sein. Der Einsatz einer Drehmaschine beschränkte sich auf die Herstellung der Spindel und Kupplungen. Diese kann man sich aber auch in einer Lehrwerkstatt anfertigen lassen. Benötigte Werkzeuge: Winkel, Säge, Bohrer, Flachsenker, Gewindeschneider M3, M4, M5, M10 X1 für die Spindelmutter. Materialien bekommen Sie zum Beispiel im Metallgroßhandel oder bei Industrie-Reparaturwerkstätten.
Wer Interesse an einen Bauplan hat, oder Infos benötigt E-Mail senden an: thoradam1970@freenet.de
Zum Bau der Fräse
Nach langem Überlegen begann ich mit einem Versuchsaufbau aus blankgezogenem Flachstahl. Die einzelnen Flachstähle wurden entsprechend einer Skizze mit Bohrungen und Gewindebohrungen versehen. Zwei Flachstähle wurden auf eine Grundplatte montiert und dienten als Führung. Auf eine andere Montageplatte setzte ich kleinere Flachstähle um eine seitliche Führung zu erhalten. Eine Gewindespindel M6 diente als Antrieb. Diese wurde mit einer einfachen Kugellagerung und einer starren Kupplung mit dem Motor und der oberen Montageplatte über eine Mutter verbunden. Bei den Vorbereitungen des Versuchs kam die Frage nach den Reibkräften auf. Es stellte sich heraus, dass sie nicht so stark zum Tragen kommen, wenn man die Steppermotoren über eine Rampe anfährt. Nach geglücktem Versuch entschloss ich mich einen Zeichnungssatz zu erstellen (FRS 04). Nach diesem Zeichnungssatz entstand mit kleinen Änderungen die Fräse. Ich begann mit dem Bau des X-Y Schlittens ohne Untergriff, der bei den geringen Belastungen und dem Eigengewicht nicht notwendig ist. Der Arbeitsbereich sollte bei ca. 100 x 100 mm liegen. Heraus kam aber ein maximaler Arbeitsbereich von 140 x 160 mm nach Anbau der Endschalter und überfahren von ca. 30% über die Führungen hinaus. Nun begann ich einen Rahmen zu bauen, der den Z Schlitten mit der Proxon Fräse E-Mot 12 V aufnehmen sollte. Den X-Y Schlitten stellte ich in den Rahmen. Und die kleine Fräse war fertig.
Das Problem mit den Kupplungen
Beim Aufbau der Spindeln mit Lagerung und Motoren, stellten wir immer wieder fest, dass die gekauften Spindeln verbogen waren und nur durch mühsames Richten einigermaßen zum Laufen zu bringen waren. Bei Verwendung von starren Kupplungen übertrug sich der Schlag bis in die Motoren. Hier brachte eine flexible Aufhängung Abhilfe (eier rum!!!). Also, mal wieder Kataloge wälzen!!! Und ich wurde fündig (Dacht ich auch nur). Flexible Kupplungen aus dem Schiff-Modellbau-Bereich. Fix eine komplette Kupplung besorgt und ausprobiert. Wieder nix. Aus der Schwerindustrie kannte ich aber das Prinzip einer Bogenzahn-Kupplung. Sie kann Axial-, Radial- und Winkelversatz ausgleichen. Aber wie kriegt man eine Kupplung von ca. 250 mm Durchmesser verkleinert??? Während eines Gespräches mit einem Freund erfuhr ich von Balgen-Kupplungen die früher in Radios verwendet wurden, zum Übertragen einer Drehbewegung auf ein Poti mit Axial- und Radialversatz. Ich versuchte in vielen Radio- und TV-Geschäften eine Balgen-Kupplung zu bekommen. Leider war in allen Geschäften die Antwort "So etwas wird heute im Digitalzeitalter nicht mehr gebraucht". Aber das Glück war doch auf meiner Seite. In einem alteingesessenen Geschäft konnte man mir helfen. Aus einer Krimskrams-Kiste hervorgezaubert bekam ich eine sehr verstaubte, aber funktionierende Balgen-Kupplung. Die Kupplung stellte sich aber als zu weich heraus. Die hohen Verdrehkräfte hält die Balgen-Kupplung nicht lange aus. Alles von vorne. Ich begann selber eine Kupplung zu konstruieren. Sie sollte einfach in der Herstellung sein, kleine bis mittlere Drehmomente (bis ca. 1 Nm) übertragen können und bei Axial-, Radial- und kleinerem Winkelversatz, bei möglichst kleiner Bauform, einwandfrei funktionieren.
Die Kreuz-Kupplung
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Ein Kreuz aus zusammengeschweißtem 5
x 5 mm Keil-Stahl bildet das Herzstück der Kupplung. Zwei
Kupplungsklauen gleichen den Versatz aus. Bei einem Kreuz von 5 x 5 mm
kann ein Axial-Ausgleich von ca.2 mm, ein Radial-Ausgleich von ca. 2 mm
und ein Winkel-Versatz von ca. 3° ausgeglichen werden.
Um einen ruhigeren Lauf zu bekommen, verwenden wir bei den neueren Kreuzen, Kunststoff der selbstschmierend ist (Teflon). Das Kreuz wird aus einer 16 mm starken Platte gefräst. Diese Kupplung kann auch größere axiale Versätze ausgleichen 4 mm Axial |
Umbau der Fräse 04 zur Fräse 06
entstand durch das Bedürfnis nach größeren Verfahrwegen. Die X = 160 mm, Y = 160 mm und Z = 80 mm waren einfach zu klein. Nach dem Umbau und einigen Verbesserungen der Mechanik entstand ein Verfahrweg von X = 370 mm, Y = 280 mm und Z = 80 mm. Die Grundplatte habe ich (Thorsten) in einer Lehrwerkstatt anfertigen lassen. Das restliche Material welches benötigt wurde hatte ich noch vom Bau der Fräse 04 liegen. Anstelle der metrischen M10 X 1 Spindeln (zu großer Verschleiß) habe ich Tr 10 X 2 Spindeln eingesetzt. Des weiteren verwende ich nun Motoren mit 200 Voll Stepps, in Halbsteppbetrieb. Dadurch ergibt sich eine theoretische Auflösung von 0,005 mm pro Halbschritt.
Die Kugellagerung
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Um die Spindeln möglichst spielfrei zu lagern verwende ich zwei Rillenkugellager. Diese werden über einen Distanzring auf Abstand gehalten und gegeneinander verspannt. Das erste Lager sitzt mit dem Innenring gegen einen Absatz auf der Welle. Lager Nummer zwei wird durch eine Mutter mit Hilfe des Distanzringes mit dem Ersten verspannt. Hierdurch wird das Spiel aus den Lagern genommen. Achtung nicht alles Spiel herausnehmen sonst bewegt sich nichts mehr. Die Abwälzgeschwindigkeit der Kugeln im Lager verringert sich durch die Neigung der Rollachse der Kugeln. |
Vorteile: Spiel kann gegen Null gebracht werden. Geringere Reibung durch kleinere Umlaufgeschwindigkeit. Nachteil: Lebensdauer der Lager verringert sich geringfügig.
Die Fräse 05 ist eine Weiterentwicklung der Fräsen 01, 02, und 03. Als Führungen verwendeten wir Silberstahlwellen mit einem Durchmesser von 20 mm. Die Seitenteile, die wichtigsten Teile, sind aus 40 mm dickem Stahl gefräst. An dieser Stelle einen Dank an die Lehrwerkstatt. Gelagert sind die Seitenteile auf DU-Buchsen die wesentlich günstiger als Linearkugellager sind und nur geringfügig schlechtere Gleiteigenschaften als ein Kugellager haben, und zu dem noch sehr Schmutz unempfindlich sind. Die Spindeln sind gerollte Tr 10 x 2 Spindeln. Hieraus ergibt sich eine Kraftuntersetzung von 1:15,7. Die Motoren mit nur einem Haltemoment von 23,0 Ncm beschleunigen den X Y Schlitten mit einer schweren Oberfräse im Eilgang bis auf 1,2 m/min. Fräsen ist mit bis zu 800 mm/min ohne Probleme möglich. (im Dauereinsatz)
Die Fräse 05 verbesserte Holger immer wieder! Den Durchlass der Fräse hat er nochmals um 90 mm erhöht. Damit hat er die Möglichkeit einen Teilkopf aufzubauen um auch auf runden Flächen zu Gravieren. Des weiteren hat Holger noch Alu-Profilschienen auf die Grundplatte aufgeschraubt um eine Art Nutentisch zu bekommen.
Nun kann ich mit dem Bau meiner neuen Fräse beginnen. Nach einigen Problemen die an Fräse 05 aufgetaucht sind, und wir sie soweit verändert haben, dass alle Änderungen in die neue Fräse 10 einfliesen können.
Die wichtigsten Änderungen:
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DU Buchsen 23 / 20 / 15 Den Schlitz in den Buchsen haben wir mit einer Diamant Trennscheibe von Proxxon vergrössert, für eine leichtere Montage. |
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Hier
der Lagertopf für die DU - Buchse Die Bohrung d 23 ist an die Welle und Buchse angepasst Welle 19,98 mm Buchse 2 x 1,5 mm Bohrung 23,0 Spiel 0,02 mm |
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Die DU Buchsen und Lagertöpfe eingebaut in den Y Z Schlitten. |
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Der weitere Zusammenbau
| Bein Zusammenbau zeigte sich, dass die
Masshaltigkeiten der Teile zu wünschen übrig
ließen.
Hier musste ich mit Hilfe von Ausgleichbuchsen die Fehler beheben. Das ergab einen weiteren Vorteil. Die
Demontage ist wesentlich leichter geworden um später
verschlissene Spindelmuttern aus zu tauschen. |
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In den X Schlitten habe ich
auch Lagertöpfe eingesetzt um das Spiel zu minimieren.
Auch ein Ausrichten ist jetzt möglich geworden. |
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Teilzusammenbau
X Schlitten Y Schlitten mit Aufnamen für den Z Schlitten |
Der Z Schlitten
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Der Z Schlitten ist nach dem Umbau der Lagerung auf eine Gesamtlänge von 530 mm, ohne Motor, gekommen. Vorteil der Anordnung ist das kleinere Kippmoment der Z Achse. Der Umbau war recht einfach. Grundelement (Aluteile) haben sich nicht geändert. Sie wurden nur getauscht. Der maximale Verfahrweg ist 140 mm. Neben dem neuen Z Schlitten stehen noch die Originalteile des Z-Schlitten. |
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Um
eine höhere Genauigkeit zu bekommen ist die Spindel mit einem
2:1 Getriebe untersetzt. Sollte die Kraft vom Motor nicht ausreichen
kann ein 3:1 Getriebe eingesetzt werden.
Bei den ersten Versuchen haben wir Verfahrgeschwindigkeiten von 4000 mm/min ohne Probleme hin bekommen. Es fehlte aber noch der Spindelmotor. Mit Motor sollten dann immer noch 1500 mm/min möglich sein. |
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Durch Einsetzen einer zweiten Spindelmutter kann das Spiel eingestellt werden. Sie wird durch zwei Flachstähle gegen Verdrehung gesichert. Mit Hilfe der zwei M3 Schrauben wird das Spiel eingestellt. |
Der Y Schlitten
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Hier
setze ich eine Tr 16 x 4 mm Spindel ein. Durch den
größeren Durchmesser der Spindel sollten die
Schwingen verhindert werden das noch an der Fräse 05 zu
beobachten ist. Von den Kupplungen zu den Spindeln nehme ich abstand,
da diese zuviel schwinungen vom Motor aus der Spindel
übertragen und so mit auf die Mechanik und letztendlich auf
den Fräser. Zusätzlich hole ich mir mit dem Getriebe
wider die Genauigkeit, die durch die Höhere Steigung sonst
verloren geht.
Neben Effekt ist das der Motor ein doppeltes Drehmoment bekommt. Und mit der Spindel also
ein Getriebeverhältnis von |
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