Bouwverslag aluminium CNC-portaalfrees

[Firehunter]

Inmiddels had ik de eerste bestelling al enkele dagen binnen. Nu pas tijd gehad om het uit te pakken. Deze eerste bestelling is een zogenaamde besturingsset van ImpulseCNC.nl, bestaande uit:

• 4x Stappenmotor NEMA23 3.0Nm
• 4x Leadshine DM556 driver
• 1x 48VDC 320W voeding
• 10m 4 x 0,75mm2 kabel (afgeschermd)
• 3m 6 x 0,14mm2 kabel (afgeschermd)

Deze set kostte €580,-. Ik zal alle kosten bijhouden in het startbericht. Lijkt me handig voor als iemand anders ook een vergelijkbare portaalfrees wil bouwen.
De volgende bestellingen zullen binnenkort volgen.

[Firehunter]

De volgende bestellingen zullen binnenkort volgen.

Ehm, het heeft dus even iets langer geduurd..
Maar ik heb weer een update! Vorige week heb ik voor een bedrag van €380,- bij ImpulseCNC een spindel, VFD en collets besteld. Het gaat om de welbekende 2.2kw watergekoelde spindel met bijbehorende VFD.

[Firehunter]

Ik heb er een lange periode geen tijd voor gehad, maar heb nu eindelijk weer een update over dit project. Er zijn namelijk nogal grote wijzigingen doorgevoerd in het ontwerp. Zo heb ik de zijkanten van de basis volledig weggehaald en de zijplaten van de brug zijn daarom langer geworden. Ook zijn de steppers naar achteren verplaatst, om aan de voorkant makkelijker bij de werkstukken te kunnen komen. Voordelen zijn: werkbereik is groter, constructie is simpeler en hopelijk de kosten lager. Ook kan er zo makkelijk een plaatje boven de rails en spindel geplaatst worden, om de spanen daar weg te houden.



Zodra de machine werkend is, zullen de zijkanten van de brug nog verstevigd worden. Al zit ik er ook over na te denken om de zijkanten uit staal te laten watersnijden. Maar wat zou dan een goede dikte voor de plaat zijn?

[Firehunter]

Ik ben nog even weer aan de slag geweest met het ontwerp. De zijkanten van de brug zijn nu extra versterkt.

Mijn vraag aan jullie is, zou dit zo stijf genoeg zijn? De schoor aan de binnenkant is 20mm aluminium. De verstevigingen aan de buitenzijde zijn 15mm dik. Of zou het toegevoegde waarde hebben om een horizontaal plaatje tussen de verstevigingen te doen, dus dat het er aan de zijkant uit ziet als een H?

Zoals ik in bovenstaand bericht noemde, zit ik er ook aan te denken om de grote zijplaten van de brug uit staal te laten watersnijden. Echter heb ik vrijwel geen gereedschappen om staal goed mee te bewerken. Misschien dat ik het dan maar in m'n achterhoofd hou voor een eventuele upgrade in de toekomst.



Ook nog even een plaatje van de onderkant, die hadden we volgens mij nog niet gehad.

[hrscharft]

tjah persoonlijk zou ik gewoon volledig terug gaan naar je initiele ontwerp. Dat was naar mijn idee een veel degelijkere opzet. En ik denk dat velen hier er net zo over denken.

Bijkomend is dat het ontwerp dat je eerst had een stuk eenvoudiger te bouwen is.

[skillalot]

Let er op dat bij waterstraalsnijden de gesneden kant altijd iets schuin is, is maar heel weinig, maar toch. Dat zul je na moeten bewerken wil je dat recht op elkaar kunnen bouten.
Hoe dikker het materiaal, hoe rechter het zal zijn, vooral bij dunner materiaal dat het schuin wordt.
Er zijn waterjet machines die 5assig zijn en compenseren om toch rechte producten te krijgen.
Verder is waterjet een langzaam en duur proces, zeker in staal gaat het langzaam.
Als je met staal wilt bouwen dan zou ik laten laseren.

Verder denk ik ook dat je eerste ontwerp beter was.

[ruudpg]

Ik ben het helemaal eens met de voorgaande schrijvers!
Je hebt al serieus geld uitgegeven aan steppers, drivers, een spindel en geleidingen, dus het bezuinigen op een paar alu-profieltjes zal naar mijn idee financieel niet echt het verschil meer maken, ik zou er dan maar voor kiezen om 1 maandje extra door te sparen!

[Firehunter]

Dat je schuine kanten bij watersnijden kunt krijgen, weet ik. Daarom leek het me geen probleem in dit geval, omdat op de gesneden kant niets bevestigd wordt.

Ik heb eens zitten rekenen, de besparing bij het nieuwe ontwerp zou ongeveer €100-€150 euro zijn. Alle kleine beetjes helpen, maar op een totaalbedrag van (waarschijnlijk) meer dan €3000 doet het eigenlijk ook niet zo veel.

Daarom heb ik voor het overzicht even plaatjes gemaakt van de verschillende ontwerpen die ik tot nu toe heb.

Het eerste ontwerp (nou ja, de verbeterde eerste versie):


Toen heb ik de korte recht omhoog staande 80x80 profielen en de daarop liggende profiel vervangen door 80x160 profielen als "muren". De onderliggende 80x80 profielen zijn doorlopend geworden, zonder stukjes er tussen.


Vervolgens een variatie op bovenstaande, maar dan met de rails en spindels aan de zijkanten van de 80x160 profielen. Voordeel: minder last van spanen op de bewegende delen. Het nadeel is echter dat de verstevigende schoren/driehoekjes aan de zijkant niet meer doorgetrokken kunnen worden tot bovenaan het profiel. Dit is wel mogelijk bij bovenstaand ontwerp. Zie ook mijn vraag/twijfels verderop in dit bericht.


De laatste versie, waarbij de "muren" zijn weggehaald en de zijkanten van de brug langer zijn gemaakt.


Dat jullie voor één van de eerste versies zouden kiezen, kan ik begrijpen. Maar zou het laatste ontwerp echt zoveel slapper zijn dat ik er spijt van krijg als ik voor die kies? En wat maakt de constructie van de eerste ontwerpen makkelijker? Het laatste ontwerp is, in principe, gewoon één rechte plaat tegen zowel het brugprofiel aan als tegen de rails. Terwijl er bij de eerdere ontwerpen nog weer een horizontaal plaatje tussen zit, voordat de brug en de rails met elkaar verbonden zijn. Is het niet zo dat elk onderdeeltje apart uitgemeten/uitgelijnd moet worden?

Waar ik nog mijn twijfels heb bij het 2e ontwerp, zijn de 80x160 profielen van de "muren", zeker met de hoekstukken zoals ze nu in de tekening staan. De wanden van het profiel zijn volgens mij namelijk helemaal niet zo dik. Ik ben bang dat ik daarmee veel stijfheid verlies. Zie bijvoorbeeld de gebieden in de rode cirkels in onderstaande tekening. Met de hoekstukken van 80x80x80 zal dus de helft van het profiel niet zo stijf zijn.


Dan lijkt me het laatste ontwerp zelfs nog stijver. Al zou het probleem op te lossen zijn door hogere hoekstukken/schoren aan de zijkanten.

Nog even voor de duidelijkheid, ik heb nog geen keuze gemaakt werk ontwerp dat het uiteindelijk gaat worden. Jullie hoeven me niet af te praten van het laatste ontwerp. Maar ik ben gewoon benieuwd naar de achterliggende gedachten waarom ik voor het één of het ander zou moeten gaan.

[Swake]

Die hoeken in de cirkels lijken me niet meer of minder stevig dan al de rest van dat profiel. De vertikale verbindingen tussen de wanden bvb zijn zo mogelijk nog dunner.
Natuurlijk is een volle brok aluminium stijver, maar dan is het ook iets zwaarder. Heeft dan weer, naast de prijs, het nadeel dat je brug trager zal worden bij gelijkblijvende aandrijving. Je moet natuurlijk het juiste compromis vinden.

Het is maar wat je er wilt mee doen. Je moet het bekijken als een geheel. Van dat profiel zijn ook cijfertjes gekend, hiermee moet je gaan berekenen en dan nagaan of je oplossing deugt of niet. Op het oog kom je in deze wereld jammer genoeg nergens. Veel rekenwerk hoeft het ook niet te kosten, je ziet al snel of het goed komt of niet met de onderdelen dat je koos als je weet hoeveel het bij een bepaalde belasting gaat doorbuigen.

Neem nu een brug van een zekere breedte. In het midden hangt er een Z-as aan met spindel. Hoeveel weegt dat ding en hoeveel buigt het dan door? Is dat aanvaardbaar met voldoende marge voro wat je wilt gaan maken met die portaalfrees? Tel er nu de belasting bij tijdens het frezen (zal beetje met natte vinger moeten) en bereken het opnieuw. Nu heb je al een goed idee of de hoogte van het profiel voldoende goed is.

Tijdens frezen heb je ook laterale krachten op de brug. Je duwt de frees immers meestal door het werkstuk in het horizontaal vlak. Dus die brug gaat ook in dat horizontaal vlak buigen. Hier wat aan rekenen bepaalt hoe dik de brug moet zijn.

[Sven]

maar dan is het ook iets zwaarder. Heeft dan weer, naast de prijs, het nadeel dat je brug trager zal worden bij gelijkblijvende aandrijving.

Wat ik er van begrepen heb is de massa van het portaal minder van invloed op de acceleratie dan de diameter van de spindles die het portaal moeten aandrijven. En dat laatste kan pas invloed krijgen bij kogelomloop spindles.

Gewoon lekker dik maken, die zijkanten.

[diepchess]

Firehunter, wat was er mis met dit ontwerp van je



En dan een paar platen aan de zijkanten ter versteviging?

[Firehunter]

Swake, volgens mij begrijp je niet helemaal welk profiel ik bedoel. Ik bedoel de 80x160 "muren", de profielen waar de x-as rails en spindels op zitten. In het tweede ontwerp zitten daar op de onderste helft hoekstukken van 80x80x80 tegenaan, om zo als schoren vanaf de zijkant stijfheid toe te voegen. Echter door de beperkte hoogte van deze hoekstukken, wordt de bovenste helft van de 80x160 profielen niet extra gesteund. Daarom ben ik in dat geval bang dat de bovenste helft gaat zwabberen als een parallellogram, zoals Arie Kabaalstra in een ander topic noemde.

Diepchess, dat is het eerste ontwerp wat ik had gemaakt. Naar aanleiding van reacties die ik daarop kreeg, heb ik een aantal wijzigingen doorgevoerd. Het resultaat daarvan is het ontwerp wat als eerste in het overzichtje staat een aantal berichten terug. Wijzigingen zijn bijvoorbeeld: basis verbreedt met verstevigingen aan de zijkanten, profiel is van 80x120 naar 80x160 gegaan en het werkbereik is verlengd aan de voorkant.

[diepchess]

@Firehunter, je nieuwere tekeningen staat de brug verhoogd op wat dunne plaatjes en op die oude tekening daar zit de 80x160 vrijwel direct bovenop de X-rails. Dus die oude tekening is veel betere constructie als het om de brug gaat (zelfs als het 80x80 zou zijn).

Verder heeft die oude tekening nog een extra dwarsbalk die enorm veel stijfheid brengt in de hele constructie (zoals 't open source ontwerp hier ook heeft). Die extra dwarsbalk zie je in weinig ontwerpen terug helaas, terwijl die 80x80 extrusies wel degelijk iets doorbuigen anders.

[Firehunter]

Ik had al een vermoeden dat het je om het ontwerp van de brug ging. Daarom heb ik nog twee extra versies gemaakt met de nieuwe basis, maar waarbij de brug vrijwel direct op de rails zit. Het enige verschil in de twee ontwerpen, zijn de verstevigingen voor de "muren" van de x-as. Bij de één zijn dit gewone 80x80x80 hoekstukken, terwijl het bij de andere 12mm (aluminium) platen zijn. Deze platen heb ik verlengd tot bovenaan het profiel waar de rails op zitten, om ook in de hoogte stijfheid toe te voegen.



De zijkanten zullen aan de binnenkant nog voorzien worden van aluminiumplaat.

Welke van deze twee ontwerpen lijkt jullie beter? Of misschien een combinatie van beide? De langere profielen onderaan van het linker ontwerp en de platen in de hoogte van het rechter ontwerp?