Afschatten freeskrachten

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

Moderators: audiomanics, Moderators

Plaats reactie
bbg
Berichten: 16
Lid geworden op: 17 sep 2017 21:59
Locatie: drachten/eindhoven

Afschatten freeskrachten

Bericht door bbg » 23 dec 2018 21:08

Ik ben bezig met een portaalfrees ontwerp. HIervoor wil ik een aantal "bierviltjes berekeningen" doen om een idee te krijgen van de te verwachten performance (voor alu). Hiervoor heb ik een (quantitatieve) inschatting van de freeskrachten nodig. Op dit forum kon ik niet veel "harde" getallen vinden (misschien niet goed gezocht..). Vandaar zal ik delen wat ik gevonden heb zodat wellicht iemand anders er ook wat aan heeft. (En als ik er flink naast zit zal ik het ook wel horen :lol: )

Afschatten met gebruik van tabelen
In hoofdstuk 1 (blz 16 ) van “Verspaningstechnologie (Deckers en Schellekens) staat een stuk over “krachten die bij het verspanen optreden”. De specifieke snijdruk kc is de hoofdsnijkracht per mm2 snededoorsnede die nodig is om het materiaal te verspanen. De specifieke snijdruk is o.a. afhankelijk van (1) de voeding (hoe hoger de voeding hoe lager de specifiek snijdruk) en (2) het materiaal (hoe lager de treksterkt hoe lager de specifieke snijdruk). Richtwaarden voor de specifieke snijdruk voor verschillende materialen en voedingen zijn bepaald met verspaningsproeven. Richtwaarden worden gegeven in tabel 1.2 van “Verspaningstechnologie”. Voor freesdiameters van 10mm en 4mm krijg ik via de tabellen freeskrachten van 280 en 42N respectievelijk. Dat is voor alu 6081 en freesdieptes van 2mm en 1mm respectievelijk.

Gebruik van FSWizard – Machinist calculator
FSWizard (machinist calculator, https://fswizard.com) is een App/online tool voor het uitrekenen van speed en feeds. De tool berekent ook de freeskrachten.
Een aantal voorbeelden:
Voor Alu 6081, D=4mm, 3-flute, 1mm diep slot wordt een freeskracht van 33N berekend.
Voor Alu 6081, D=10mm, 3-flute, 2mm diep slot wordt een freeskracht van 188N berekend.
Vool Alu 6081, D=4mm, 3-flute, 2mm diep, 0.5mm snede breedte wordt een freeskracht van 10N berekend.

Waar van uit gaan voor bierviltjes berekeningen?
In de eerste gangen zal met name veel materiaal worden weggehaald (met lagere nauwkeurigheid). Ik ga dan uit van freeskrachten in het bereik 30-200N.
In de latere gangen zal weinig materiaal worden weggehaald met hogere nauwkeurigheid (schillen). De freeskrachten zullen dan in het bereik 5-30N liggen.

diepchess
Berichten: 1113
Lid geworden op: 02 jul 2013 11:02
Locatie: Veenendaal
Contacteer:

Re: Afschatten freeskrachten

Bericht door diepchess » 25 dec 2018 06:10

bbg schreef:
23 dec 2018 21:08
Ik ben bezig met een portaalfrees ontwerp. HIervoor wil ik een aantal "bierviltjes berekeningen" doen om een idee te krijgen van de te verwachten performance (voor alu). Hiervoor heb ik een (quantitatieve) inschatting van de freeskrachten nodig. Op dit forum kon ik niet veel "harde" getallen vinden (misschien niet goed gezocht..). Vandaar zal ik delen wat ik gevonden heb zodat wellicht iemand anders er ook wat aan heeft. (En als ik er flink naast zit zal ik het ook wel horen :lol: )

Afschatten met gebruik van tabelen
In hoofdstuk 1 (blz 16 ) van “Verspaningstechnologie (Deckers en Schellekens) staat een stuk over “krachten die bij het verspanen optreden”. De specifieke snijdruk kc is de hoofdsnijkracht per mm2 snededoorsnede die nodig is om het materiaal te verspanen. De specifieke snijdruk is o.a. afhankelijk van (1) de voeding (hoe hoger de voeding hoe lager de specifiek snijdruk) en (2) het materiaal (hoe lager de treksterkt hoe lager de specifieke snijdruk). Richtwaarden voor de specifieke snijdruk voor verschillende materialen en voedingen zijn bepaald met verspaningsproeven. Richtwaarden worden gegeven in tabel 1.2 van “Verspaningstechnologie”. Voor freesdiameters van 10mm en 4mm krijg ik via de tabellen freeskrachten van 280 en 42N respectievelijk. Dat is voor alu 6081 en freesdieptes van 2mm en 1mm respectievelijk.

Gebruik van FSWizard – Machinist calculator
FSWizard (machinist calculator, https://fswizard.com) is een App/online tool voor het uitrekenen van speed en feeds. De tool berekent ook de freeskrachten.
Een aantal voorbeelden:
Voor Alu 6081, D=4mm, 3-flute, 1mm diep slot wordt een freeskracht van 33N berekend.
Voor Alu 6081, D=10mm, 3-flute, 2mm diep slot wordt een freeskracht van 188N berekend.
Vool Alu 6081, D=4mm, 3-flute, 2mm diep, 0.5mm snede breedte wordt een freeskracht van 10N berekend.

Waar van uit gaan voor bierviltjes berekeningen?
In de eerste gangen zal met name veel materiaal worden weggehaald (met lagere nauwkeurigheid). Ik ga dan uit van freeskrachten in het bereik 30-200N.
In de latere gangen zal weinig materiaal worden weggehaald met hogere nauwkeurigheid (schillen). De freeskrachten zullen dan in het bereik 5-30N liggen.
Interessant - ik had soortgelijke bierviltjes berekening gemaakt maar dan met name om de maximum RPMs te bepalen en de hoeveelheid watt effectief die de freemotor effectief dient af te geven.

Bij 4mm kwam ik al uit op 127 watt bij 2mm diep slot en 11937 rpm.

Maar ik heb alleen met de hand zitten rekenen en een rekenmachientje dus kan vol fouten zitten en 2-snijders.
Uitgaande van een Voeding Fz = 0.04 overigens.

Interessant dat je het in newtons geeft ipv wattage, hoewel dat makkelijk om te rekenen valt.

Bij 10mm kwam ik bij afname halve diameter uit op 318 watt.

Gebruikersavatar
DaBit
Donateur
Berichten: 8097
Lid geworden op: 05 dec 2012 13:48
Locatie: Oss

Re: Afschatten freeskrachten

Bericht door DaBit » 25 dec 2018 09:17

bbg schreef:
23 dec 2018 21:08
Op dit forum kon ik niet veel "harde" getallen vinden (misschien niet goed gezocht..). Vandaar zal ik delen wat ik gevonden heb zodat wellicht iemand anders er ook wat aan heeft. (En als ik er flink naast zit zal ik het ook wel horen :lol: )
Het is ook niet extreem zinvol. Die freeskracht moet je lineaire aandrijving opbrengen, maar dat is op hobbymachines maar een fractie van de energie die de acceleratie en deceleratie van de bewegende delen kost. Rotor van de motor, de spindel, gewicht van de brug plus Z-as, etc. Op industriele machines die een 125mm wisselplaatfrees door staal heen duwen is het een ander verhaal, maar wij moeten het hebben van relatief snel bewegen met relatief kleine afname per gang.

Voor de stijfheid van je frame is het constante 'hakken' van de frees van belang. Gemiddeld mag je dan wel 200N nodig hebben, maar het moment dat de tand het materiaal in verdwijnt heb je een piekje, het moment dat-ie eruit komt een dal. Om dat op te vangen heb je gewoon veel stijfheid en massa in je frame nodig ten opzichte van de freesgrootte, want die dunne torsieveren die ze 'kogelomloopspindels' noemen doen het niet voor je.

Mijn brug is 200mm diep bij een overspanning van 80cm ofzo. Dat is echt niks te gek als je ook de hardere materialen wil frezen of grotere diameter frezen (zeg >6mm) wil gebruiken.

keesfrees
Berichten: 1735
Lid geworden op: 08 jan 2008 20:25
Locatie: Grönnen
Contacteer:

Re: Afschatten freeskrachten

Bericht door keesfrees » 25 dec 2018 12:25

Ik vind dit wel een interessant onderwerp, in den beginne van mijn frezerei heb ik me dit ook regelmatig afgevraagd, hoeveel kracht het vergt om het freesje door het materiaal te duwen.
Ik doe met name zachte materialen en ondertussen heb ik er het juiste gevoel bij, maar als ik eens een bovenfrees met het zelfde freesje probeer dan sta ik er van te kijken hoeveel kracht dat vraagt.

Al met al lijkt het me een nuttige toevoeging om de kracht te kunnen meten/aflezen, maar hoe ?
De stroom meten naar de motoren ( stappen of servo) gaat niet (?)
Dus dan opnemers ergens monteren, rek/trek/druk, iemand een goed idee ?
Ja (hoor ik al denken) een opnemer moet bewegen om iets te detecteren en zou een (extra) afwijking introduceren. De vraag is dan weer hoeveel moet/zal dat zijn en zal dat (bij nafrezen) nog acceptabel zijn ?
Dat hangt natuurlijk ook weer sterk af van de toepassing.

Alle goede ideeën welkom.

Gebruikersavatar
hugo stoutjesdijk
Donateur
Berichten: 6798
Lid geworden op: 02 mar 2011 17:04
Locatie: elst (u)
Contacteer:

Re: Afschatten freeskrachten

Bericht door hugo stoutjesdijk » 25 dec 2018 13:21

Wat een rekstrook opnemer beweegt tijdens het frezen ga je niet terugvinden in je werk denk ik.
Je zou kunnen denken aan een koppel opneem plaat op de motor mount.
Lijkt me alleen signaal-verwerkings-technisch nog een hele uitdaging om dat signaal een beetje redelijk gefilterd te krijgen om reële waarden te kunnen aflezen.

Op demo niveau heb ik het wel eens live zien doen op een beurs (stand van het Fraunhofer instutuut als ik me niet vergis) die maten tijdens bewegen de verandering in voorspanning in de KO-moer.
Die verandering treed nl. op door de spoedfout die in de spil zit.
Die krachten konden ze met piëzo elementen meten, vervolgens konden ze met dizelfde piëzo elementen de voorspanning op elke locatie optimaal maken, zodat het leek alsof er geen spoedfout was. Gevolg, een zeer stille KO spil. (dat gillen van zo'n snel bewegende spil-moer kombinatie komt hoofdzakelijk door die spoed fout en gevolgd door voorspannings variatie)
Ik ben voor meer techniek op school, maar dan wel vanaf groep 1 basischool.

bbg
Berichten: 16
Lid geworden op: 17 sep 2017 21:59
Locatie: drachten/eindhoven

Re: Afschatten freeskrachten

Bericht door bbg » 26 dec 2018 10:20

DaBit schreef:
25 dec 2018 09:17
Het is ook niet extreem zinvol. Die freeskracht moet je lineaire aandrijving opbrengen, maar dat is op hobbymachines maar een fractie van de energie die de acceleratie en deceleratie van de bewegende delen kost. Rotor van de motor, de spindel, gewicht van de brug plus Z-as, etc. Op industriele machines die een 125mm wisselplaatfrees door staal heen duwen is het een ander verhaal, maar wij moeten het hebben van relatief snel bewegen met relatief kleine afname per gang.
Ik ben met je eens dat voor versnelling de freeskrachten te verwaarlozen zijn (dat doet de grote overbrenging van de spindel voor je). Echter voor nauwkeurigheid waarmee de frees het gewenste pad volgt is dat niet zo. Vandaar.

De versnelling had ik al een keer aan gerekend. Met 1605 spindels geven een forse overbrengingverhouding (0.8mm/rad). Als ik dan het traagheidsmoment van 1 motor (800 g cm2) omreken naar de equivalante massa op de translatie as kom ik op zo'n 125kg. Idem voor de spindel levert ook zo'n 46kg op. Dat zit er twee keer in. Dus totaal zo'n krappe 350kg. Het gewicht van de brug plus z-assy schat ik op een goede 20kg. Dus gaat inderdaad alle energie zitten in het versnellen van de motoren en spindels en niet in het versnellen van de payload. (dan toch maar linear motoren in plaats van spindels :lol: )

De motoren hebben een rated koppel van 2.8Nm (bij lage snelheden). Omgerekend op de lineare as (zonder verliezen mee te nemen) komt dat op zo'n 3500N. En daar hebben we er twee van. Dus die freeskrachten vallen daarbij inderdaad in het niet.
DaBit schreef:
25 dec 2018 09:17
Voor de stijfheid van je frame is het constante 'hakken' van de frees van belang. Gemiddeld mag je dan wel 200N nodig hebben, maar het moment dat de tand het materiaal in verdwijnt heb je een piekje, het moment dat-ie eruit komt een dal. Om dat op te vangen heb je gewoon veel stijfheid en massa in je frame nodig ten opzichte van de freesgrootte, want die dunne torsieveren die ze 'kogelomloopspindels' noemen doen het niet voor je.
Zo ver heb ik alleen naar de "statische" afwijking (gemiddelde kracht en stijfheid) gekeken. Als dat al niet klopt....

Maar je hebt een goed punt. Het constante "hakken" zal trillingen in het systeem brengen en kan resonanties aanslaan. Ik zal eens kijken of ik daar ook een eerste afschatting van kan maken op een bierviltje.
DaBit schreef:
25 dec 2018 09:17
Mijn brug is 200mm diep bij een overspanning van 80cm ofzo. Dat is echt niks te gek als je ook de hardere materialen wil frezen of grotere diameter frezen (zeg >6mm) wil gebruiken.
Hoe hoog is jouw brug?

Gebruikersavatar
DaBit
Donateur
Berichten: 8097
Lid geworden op: 05 dec 2012 13:48
Locatie: Oss

Re: Afschatten freeskrachten

Bericht door DaBit » 26 dec 2018 21:37

bbg schreef:
26 dec 2018 10:20
De motoren hebben een rated koppel van 2.8Nm (bij lage snelheden). Omgerekend op de lineare as (zonder verliezen mee te nemen) komt dat op zo'n 3500N. En daar hebben we er twee van. Dus die freeskrachten vallen daarbij inderdaad in het niet.
Als het stappenmotoren zijn is dat houdkoppel. Bewegend doen ze minder.
Hoe hoog is jouw brug?
Pfoe, goeie, moet ik nakijken. Ik heb 240mm tussen tafel en onderkant Z-kolom, dus zal ergens rond de 450mm zijn.
Maar eerlijk is eerlijk: mijn brug is van epoxybeton, en dat spul heeft geen bijster hoge E-modulus.

Plaats reactie