EG Freesmachine

[random12349]

Hoi allen,

Na mid-januari hier geholpen te zijn aan een adres voor het vlakken van de x-as wil ik een build log bijhouden om ervaring te delen en ook jullie input mee te nemen.

Specificaties
- bereik: 400(y) x 300(x) x 300(z)
- te frezen materiaal: alu, staal
- geleiding: Hiwin 15mm (4x 520mm, 2x 640mm)
- ballscrews: 16mm TBI motion
- spindle: TBD, BT30 of TeknoMotor
- Motoren: TBD, wellicht O-drive driver met hobby outerrunner brushless motoren en encoder

Achtergrond, CAD ontwerp
Eigenlijk loopt dit project al jaren. Zo heb ik de geleiding al 4 jaar in huis, maar wegens verhuizing en andere gebeurtenissen heb ik pas eind vorig jaar besloten er echt voor te gaan.
Het was een moeilijk keuze om voor EG te gaan. Ik heb zelf geen uitgebreide werkplaats of kennissen met metaalbewerkingsmachines waardoor de meer traditionele aanpak al snel duur wordt. EG is een stuk flexibeler qua ontwerpen en bouwen en heeft zeker ook voordelen (e.g. damping), echter is het traject voor een goed resultaat (stijfheid, afwerking) niet zo duidelijk. Er is veel over te vinden (hier en op cnczone.com) en daardoor lastig door de bomen het bos nog te zien. Er zijn ook veel keuzes die gemaakt dienen te worden m.b.t. materiaal, type epoxy en de verhoudingen.
Een vraag die ik ook moeilijk kon beantwoorden is, hoe stijf dient het geheel te zijn? Uiteindelijk heb ik een ontwerp gemaakt op basis van een Youngs modulus van 30 GPa. Door gebruik te maken van FSwizard om cutting forces uit te rekenen voor verschillende cases, heb ik als doel gesteld: een stijfheid in elke richting die resulteert in maximaal 10um uitwijking bij 100N (i.e. 1e7 N/m).
Met het huidige ontwerp zit ik daar nog een factor 2 boven in onderstaande configuratie:


EG mix
Om tot de juiste mix te komen heb ik verschillende test staafjes gemaakt (250x25x40mm) en de Youngs modulus bepaald. Ik heb uiteindelijk het volgende gebruikt:
- 1-3 mm split van de Bauhaus, zelf gewassen en gedroogd - rel. volume 100%
- zilverzand Bauhaus (0.1 - 1mm), zelf gedroogd - rel. volume: 40%
- alumina 44-75 um (via OTS-store.com, maar ook lokaal wel te verkrijgen) - rel. volume: 26%
- 10% epoxy (Epoxy Resin L + Hardener GL 2 via r-g.de)
Dit resulteerde in:

Berekening is volgens:


Ik zou verwachten dat de Youngs Modulus constant is; dat meet ik niet, echter zie ik wel dat hij convergeert naar 27GPa. Het niet constant zijn kan wellicht deels komen door de inklemming die niet optimaal was (paar stevige lijmklemmen)?
Het reproduceerde in ieder geval wel en omdat ik minimaal 27GPa behaal heb ik de keuze gemaakt bij deze mix te blijven.

X-as
Ik heb daarna besloten het in fases aan te vliegen. Zo heb ik het hoofdontwerp in CAD gemaakt, maar niet alles gedetailleerd uitgewerkt om ervaring per as mee te nemen voor de volgende fase.

Voor het maken van de mal van de x-as had ik de keuze uit:
- mdf zelf op maat zagen, met e.g. decoupeerzaag en/of afkortzaag.
- mdf op maat bestellen
Uiteindelijk heb ik voor optie 2 gekozen, en dat was een goeie keuze! Alles haaks en eenvoudig met wat schroeven in elkaar te zetten; prijs 95,- incl. levering


Er zat best wel wat werk in de gaten boren en het handmatig tappen in de stalen inlegdelen (die heb ik trouwens bij Misumi besteld) en het schoonmaken van alle bouten en moeren (ik heb ze voor de zekerheid ontvet en met loctite vast gezet).



Het mdf heb ik trouwens bekleed met zelfklevend transparant kaftpapier; het verwijderen van de mal was daardoor super simpel. Er bleef wel wat kaftpapier zitten aan de mal, maar die is relatief eenvoudig te verwijderen.

Ik had mij verkeken op de hoeveelheid werk om het geheel te mengen. Ik heb ook niet eerder met zo'n hoeveelheid EG gewerkt. Ik heb gemerkt dat het moeilijk is een gevulde bouwemmer goed te mengen. Na de eerste emmer heb ik het in kleinere batches gedaan, maar toch ben ik wel 6 uur bezig geweest voor een totaal van zo'n 31L. De volgende keer zal ik vooraf eerst alles afwegen en dan pas de epoxy aanmengen.


Ik heb het geheel handmatig aangedrukt en als extra voor vibratie een handschuurmachine gebruikt die ik op een houten balk heb gezet --> een soort van vibratienaald. Ik dacht dat dit voldoende was, maar na alles gevuld te hebben merkte ik dat er toch veel beweging in de mix zat bij het aandrukken met de hand; i.e. rechts drukken, links ging het omhoog --> lucht? Herkenbaar wellicht?
Toen heb ik besloten het aan te drukken met hout/gewichten. Dit resulteert in een niet heel fraaie onderkant, maar ach, het is de onderkant en met gips heb ik het wat fraaier gemaakt.
Voor de Y-as zit ik er nu over te denken een vibratie tafel te maken.




Om het geheel verder uit te harden heb ik een oven gemaakt van EPS en het geheel op zo'n 55°C 15h laten uitharden:


Er zat zo'n 0.7mm verloop in de bovenkant; die heb ik laten vlakken (slijpen). Aangezien ik klus op zolder heb ik afgelopen weekend het blok van
100kg naar boven verplaatst. Nu is de volgende stap de Y-as. Hierover meer in de volgende post.

Vragen en/of opmerkingen hoor ik graag!

Groeten,
Jasper

P.s. Ondertussen heb ik aardig wat foto's aan mijn album toegevoegd, zie https://cnczone.nl/app.php/gallery/album/1589

[WillyH]

Mooi, bedankt voor de build log! Mag ik wel hopen dat jouw zolder bestand is tegen dat (toekomstige) gewicht?

[lordprimoz]

Top dat het gelukt is met slijpen. Ik heb de basis van mijn machine ook zelf de mix gemaakt voor de EG. Voor de y-as wilde ik dit nog een keer en heb ik een kant en klare mix gehaald. Alleen epoxy erbij.

Ik heb destijds dit spul besteld:
https://www.moertelshop.com/SILIMIX-282-guenstig-kaufen
Versturen ze gewoon met de post, de postbode kom het niet zo waarderen

[Arie Kabaalstra]

ik zag net de foto van de basis.. da's een flinke unit!..

zelf loop ik ook al een poosje met 't idee van een EG Frame in mijn hoofd... ik denk dat het eerst een draaibankje wordt.. gewoon om eens te kijken hoe't gaat.. Lamineren met epoxy heb ik genoeg gedaan.. maar een frame storten.. da's andere koek..
de truc met het kaftpapier.. da's een mooie!..

[stef110]

Ziet er goed uit! Ik heb zelf ook de silimix282 gebruikt en enkel de epoxy toe gevoegd.
Ik heb ze gemixt in batches van 25kg silimix (1zak) en ongeveer 6kg epoxy in een metel kuip en gemixt met een hand beton mixer ging mirakels.

Succes met de verdere bouw!

Stef

[random12349]

Mooi, bedankt voor de build log! Mag ik wel hopen dat jouw zolder bestand is tegen dat (toekomstige) gewicht?

Nieuwbouw woning met betonvloer dus dat moet goed komen :) Ik zie nog wel op tegen het weer moeten verplaatsen; ik verwacht niet nog 5jaar in dit huis te wonen.. maar goed, voor het omhoog tillen had ik een katrollen systeem gemaakt, die kan ik dan weer gebruiken en omlaag is eenvoudiger.

Top dat het gelukt is met slijpen. Ik heb de basis van mijn machine ook zelf de mix gemaakt voor de EG. Voor de y-as wilde ik dit nog een keer en heb ik een kant en klare mix gehaald. Alleen epoxy erbij.

Ik heb destijds dit spul besteld:
https://www.moertelshop.com/SILIMIX-282-guenstig-kaufen
Versturen ze gewoon met de post, de postbode kom het niet zo waarderen

Ziet er goed uit! Ik heb zelf ook de silimix282 gebruikt en enkel de epoxy toe gevoegd.
Ik heb ze gemixt in batches van 25kg silimix (1zak) en ongeveer 6kg epoxy in een metel kuip en gemixt met een hand beton mixer ging mirakels.

Succes met de verdere bouw!

Stef

Wellicht wel de moeite waard voor de z-as; het zelf drogen kost veel tijd en ik had uit kostenoverweging en omdat ik las dat toevoegen van alumina veel kan bijdragen (50GPa haalbaar) gekozen voor de huidige mix. Met de huidige mix zit ik nu op 10 euro per 25kg versus 35 euro incl. verzending. Hebben jullie ook meetdata om de Youngs modulus te vergelijken?

@Lordprimoz, hoe heb jij de y-as gedaan?

ik zag net de foto van de basis.. da's een flinke unit!..

zelf loop ik ook al een poosje met 't idee van een EG Frame in mijn hoofd... ik denk dat het eerst een draaibankje wordt.. gewoon om eens te kijken hoe't gaat.. Lamineren met epoxy heb ik genoeg gedaan.. maar een frame storten.. da's andere koek..
de truc met het kaftpapier.. da's een mooie!..

Een draaibankje klinkt ook als een leuk project! Ik zou zeggen, gewoon doen :)

[random12349]

Y - as


Ik ben nog aan het kijken hoe ik de y-as ga doen. Bovenstaand is nu het idee.

Y-as deel B & C
Ik wil B en C maken uit 15mm (of 20mm) Alu Tooling plate 5083 (link): vlakheid <0.13mm/m oftewel <26um over de gehele plaat (ong. 200mm breed).
Met een dikte van 15mm kan ik ong. 10mm aan reklengte aanhouden voor de M4 bouten (bovenste sledes) en 9.6mm voor M5 (onderste sledes). Is dit voldoende? Ik dacht dat er een bepaalde vuistregel was om e.g. 2x D aan te houden voor de minimale reklengte, maar kan deze niet terugvinden

Het was ook even zoeken naar de juiste term voor het gereedschap om verzinkte gaten te boren: uiteindelijk gevonden en besteld kopverzinkfrees (180°)

De twee delen (B en C), maak ik dan met M6 bouten aan elkaar, waarschijnlijk met behulp van insert maar dat moet ik nog uitzoeken.


Y-as deel A
Ik twijfel nog over de delen A, D en E en dit is afhankelijk van of nabewerking (e.g. vlakken) nodig is.
Ik zit te kijken naar bijv. geslepenstaal van telmastaal (maar ook bij veel andere te verkrijgen): https://www.ttlgroup.nl/wp-content/uplo ... r-2018.pdf

Werkstof 1.2842 heeft de volgende toleranties:

Toleranties:Dikte + 0,05/-0 mm, Breedte +0,2/-0 mm, Lengte +5 mm

(alle overige werkstoffen hebben meer dan 0.05 op de dikte en daarmee zonder extra bewerking niet OK voor A)
Nu is de vraag, wat is de vlakheid specificatie? Daar begint het onduidelijk te worden voor mij.
- Op pagina 48:

Evenwijdigheid:max. 0,006 / 1000 mm

- Op pagina 49:

Evenwijdigheid (Parallelität)De evenwijdigheid ligt binnen de toelaatbare maattoleranties.Afwijkingen hierop kunnen bij bestelling worden aangegeven.

- Op pagina 49:

Vlakheid en RechtheidDe vlakheid- en rechtheidafwijkingen zijn in de onderstaande tabel aangegeven. Deze worden per stuk langs de lengte en breedte rich-ting met een voelmaat gemeten. Het proefstuk ligt daarbij op een vlakke plaat

en dan een tabel met data 0.3 (zonder eenheid) bij een dikte > 20.4, breedte < 100.4. Ik ga ervan uit dat de eenheid van de dikte en breedte mm is, maar wat de eenheid in de tabel, mm/m?

Als ik kijk naar definitie van vlakheid en evenwijdigheid vindt ik:


Klopt mijn conclusie dat vlakheid altijd kleiner dient te zijn dan evenwijdigheid? Echter rijmt dat totaal niet met de waardes hierboven, 6um/m evenwijdigheid, 0.3 mm/m(?) vlakheid

Mogelijk dat een echte mechaan hier wat licht op kan werpen?

Y-as deel D
Waarschijnlijk ook alu tooling plate, dikte afhankelijk van minimale reklengte benodigd voor de bouten.

Y-as deel E
Wat raden jullie aan aluminium of staal?

Aluminium heeft een vlakheid van 10um/200mm (€126,-link, terwijl staal nabewerking nodig heeft (50um/200mm, €326,- link of je betaald de jackpot (€695,-, link).

[Arie Kabaalstra]

Toen ik de Beagle bouwde, werkte ik in een gereedschapmakerij.. als een stuk staal niet vlak was.. dan gooide je het op de slijpmachine, wel eerst uitvullen met folieband, omdat je anders 't staal vlaktrekt op de magneet , en ie na het slijpen gewoon weer terugspringt..

ik heb ervoor gekozen de X-as geleidingen op het zadel te monteren, en niet onder de tafel, daarmee krijg je een tafel waarbij je tot over de rand kan komen met de frees.
Bovendien is het zadel een stuk dikker dan de tafel.. dus ook stijver.

[bartL]

Met een dikte van 15mm kan ik ong. 10mm aan reklengte aanhouden voor de M4 bouten (bovenste sledes) en 9.6mm voor M5 (onderste sledes). Is dit voldoende? Ik dacht dat er een bepaalde vuistregel was om e.g. 2x D aan te houden voor de minimale reklengte, maar kan deze niet terugvinden

Hier is niet een algemene regel voor maar is doorgaans bedrijfsspecifiek. Over het algemeen wordt in dynamische omgevingen 3-5xD gehanteerd. Nu is me niet helemaal duidelijk hoe je ze monteerd maar als je ze in een alu plaat schroeft wordt het lastig de reklengte te halen omdat de afschuifsterkte van de draad dan mogelijk al eerder bereikt wordt.

Klopt mijn conclusie dat vlakheid altijd kleiner dient te zijn dan evenwijdigheid?

Nee, vlakheid geldt voor een enkel vlak. Evenwijdigheid geldt voor het betreffende vlak tov een referentievlak.
Bij evenwijdigheid betekent het niet dat de vlakheid erbij opgeteld wordt. Het kan dus zijn dat de vlakheid ruimer is getoleerd dan de evenwijdigheid.

[random12349]

Toen ik de Beagle bouwde, werkte ik in een gereedschapmakerij.. als een stuk staal niet vlak was.. dan gooide je het op de slijpmachine, wel eerst uitvullen met folieband, omdat je anders 't staal vlaktrekt op de magneet , en ie na het slijpen gewoon weer terugspringt..

ik heb ervoor gekozen de X-as geleidingen op het zadel te monteren, en niet onder de tafel, daarmee krijg je een tafel waarbij je tot over de rand kan komen met de frees.
Bovendien is het zadel een stuk dikker dan de tafel.. dus ook stijver.

Ik vraag mij of dat een stijver geheel oplevert. Voordeel van geleiding op de tafel is dat het pad in x en z altijd gelijk is en kort is.

Ook in dit geval kan ik over de rand van tafel komen:

In beide gevallen, met dezelfde geleiding lengte en tafel afmetingen, haal je volgens mij hetzelfde bereik.

Alternatief is (paint knip en plakken):


Volgens mij is met de geleiding op de tafel gemonteerd stijver in de x en z richting.. Indien ik het verkeerd heb, hoor ik het graag!

Minimale reklengte

Hier is niet een algemene regel voor maar is doorgaans bedrijfsspecifiek. Over het algemeen wordt in dynamische omgevingen 3-5xD gehanteerd. Nu is me niet helemaal duidelijk hoe je ze monteerd maar als je ze in een alu plaat schroeft wordt het lastig de reklengte te halen omdat de afschuifsterkte van de draad dan mogelijk al eerder bereikt wordt.

Bedankt! Hoe bepaal ik of het 3 of 5 dient te zijn? Veilige optie zou dus 5x D zijn.
Ik had het op deze manier bedacht, zie:


Klopt het dat bij monteren in aluminium met inserts deze stelregel dan wel te gebruiken is?

Vlakheid & evenwijdigheid

Nee, vlakheid geldt voor een enkel vlak. Evenwijdigheid geldt voor het betreffende vlak tov een referentievlak.
Bij evenwijdigheid betekent het niet dat de vlakheid erbij opgeteld wordt. Het kan dus zijn dat de vlakheid ruimer is getoleerd dan de evenwijdigheid.

Om het beter te begrijpen: bij evenwijdigheid dient het vlak dat evenwijdig wordt getolereerd met een referentie binnen de evenwijdigheid tolerantie te vallen. M.a.w. en zie ook onderstaande afbeelding
De tolerantie spec is 6 um/m volgens die brochure.
Dan wordt 1 kant van het werkstuk aangenomen als referentie (bijv. A), terwijl het vlak aan de andere kant (vlak B) dan binnen twee evenwijdige vlakken met tussenafstand van 6um moet liggen. M.a.w. vlak B ligt binnen twee evenwijdige vlakken met tussenafstand 6um en om daaraan te voldoen dient vlak B ook een vlakheid te hebben kleiner dan 6 um ?
Of kan de vlakheid groter zijn dan 6um, zoals vlak B* in onderstaande afbeelding. Echter, dan voldoe je toch niet aan de evenwijdigheid tolerantie? Of wordt daar een gemiddelde o.i.d. voor genomen?
Het zegt alleen niks over vlak A, vlak A zou ook vlak A* kunnen zijn (zie afbeelding hieronder) met een vlakheid > 6um. Echter, ik zou het werkstuk ook kunnen omdraaien en dan geldt de tolerantie voor vlak A t.o.v. een referentie lijn gebaseerd op vlak B.

Plaatje:



Ik hoop dat het een beetje te volgen is :) In ieder geval bedankt voor de moeite.

Groeten,
Jasper

[serum]

Mooi project! inspirerend! Heb je geen meetplaat? kan je zelf met blauw en je nieuw verworven hobby, schrapen, de boel vlakken en parallel maken. Mijn ervaring is dat je niet altijd krijgt wat je besteld als het op nauwkeurigheid aankomt.

Normaliter heb je meer stijfheid als er minder ruimte zitten tussen de onderlinge karretjes in x/y. Je kan de flenskarren ook andersom vastschroeven, dus een bout met de kop op de flenskar ipv de kop in het materiaal. Ik heb 20mm lineaire geleiders en de bijbehorende karren zitten met M5 vast op de bout die erdoor moet. Als je ze andersom gebruikt, zoals jij hier toepast, gebruikt je M6 bouten. (ze hebben dus M6 draad ipv de gebruikelijke M5 die normale wagens uit de 20 series gebruiken)

Als je in staat bent om referentievlakken te frezen/slijpen geniet je nog iets meer torsiestijfheid in de constructie. In de handleidingen van lineaire geleiders staat dat 1 tegen een dergelijke hoekreferentie aan moet liggen. Zijn er hier weinig die het zo doen hoor. Maar de profs doen het wel.

[Arie Kabaalstra]

Ik heb de runners onder de hoeken van mijn tafel staan, ze komen nooit buiten de basis, als je de rails aan de tafel hebt, dan hangt op de uiterste standen op de X as je hele tafel als een arm aan je frame te trekken..
ik heb gevallen gezien waarbij dat op een (conventionele) machine tot afwijkingen leidde..
Bridgeport deed het bij de VMC 800 waarvan het ontwerp van mijn machine van afgeleid is niet anders. lange geleidingen, en de runners aan de tafel.. die basis is stabieler dan een tafel die overhangt.

[random12349]

Mooi project! inspirerend! Heb je geen meetplaat? kan je zelf met blauw en je nieuw verworven hobby, schrapen, de boel vlakken en parallel maken. Mijn ervaring is dat je niet altijd krijgt wat je besteld als het op nauwkeurigheid aankomt.

Normaliter heb je meer stijfheid als er minder ruimte zitten tussen de onderlinge karretjes in x/y. Je kan de flenskarren ook andersom vastschroeven, dus een bout met de kop op de flenskar ipv de kop in het materiaal. Ik heb 20mm lineaire geleiders en de bijbehorende karren zitten met M5 vast op de bout die erdoor moet. Als je ze andersom gebruikt, zoals jij hier toepast, gebruikt je M6 bouten. (ze hebben dus M6 draad ipv de gebruikelijke M5 die normale wagens uit de 20 series gebruiken)

Als je in staat bent om referentievlakken te frezen/slijpen geniet je nog iets meer torsiestijfheid in de constructie. In de handleidingen van lineaire geleiders staat dat 1 tegen een dergelijke hoekreferentie aan moet liggen. Zijn er hier weinig die het zo doen hoor. Maar de profs doen het wel.

Bedankt!
Ik heb geen vlaktafel/meetplaat, wel een rei en wat meetgereedschap. Een tijdje geleden heb ik wel gekeken naar schrapen e.d., maar dat is mij te veel werk. Ik kies er dan voor om weer naar de slijpboer te gaan. Ik wil eerst kijken naar wat er op basis van toleranties mogelijk is, maar verwacht dat ik uiteindelijk toch naar de slijper moet.

Andersom vastschroeven is inderdaad ook een idee. Het is mij alleen niet duidelijk of dat qua krachten goed gaat met bouten in het aluminium (welke lengte nodig, aanhaalmoment e.d.) of dat bijv. inserts nodig zijn. Het monteren wordt ook lastiger; uiteindelijk vast draaien dient dan zonder rail te gebeuren. Ik ga mij eens meer verdiepen in boutverbindingen (e.g. https://www.wurth.nl/media/downloads/pd ... rialen.pdf en de calculators op https://werktuigbouw.nl/)

Ik heb de runners onder de hoeken van mijn tafel staan, ze komen nooit buiten de basis, als je de rails aan de tafel hebt, dan hangt op de uiterste standen op de X as je hele tafel als een arm aan je frame te trekken..
ik heb gevallen gezien waarbij dat op een (conventionele) machine tot afwijkingen leidde..
Bridgeport deed het bij de VMC 800 waarvan het ontwerp van mijn machine van afgeleid is niet anders. lange geleidingen, en de runners aan de tafel.. die basis is stabieler dan een tafel die overhangt.

Goed punt en dat zie ik ook als nadeel van dit ontwerp. Wellicht dat ik er wat aan kan rekenen om te bepalen hoe groot dit effect is.

Groeten,
Jasper

[Arie Kabaalstra]

als je de metalen strippen in je basis wat verder uit elkaar had gelegd, dan verbreedt je daarmee je basis, en daarmee vergroot je de stabiliteit.. omdat het zadel van je machine op die manier een grotere basis heeft, en dus de tafel een kortere arm, het berekenen van de optimale constructie is schuiven met de getalletjes.. een centimeter of 2 hier, scheelt een newtonmetertje daar,

Zoals ik altijd pleeg te zeggen "Een optimale constructie is de som van de minst beroerde opties"

'k zou zeggen.. zet de rails voor de Y-as zo ver mogelijk naar buiten.. voor het draagvermogen maakt dat niet uit.. 't ligt aan de onderkant toch volop in de EG.. niet heel veel aan het handje dus..

Ik heb in het verleden met een Fadal VMC 15 gewerkt, die ook een tafel had de rails aan de onderkant had.. je beperkt hiermee wel de slag van de machine, maar op zich, omdat de machine een breed zadel had, was ie wel heel stabiel.. 't was een oud beestje.. mijn toenmalige werkgever, Kevin Damen had die machine ooit min of meer in een opwelling gekocht, de prijs was ernaar, en ik heb daar toch prettig mee gewerkt.
't was een zuivere machine..

er zijn wel meer machines met een soortgelijke opbouw, doorgaans is de slag van de tafel minder lang dan de tafel zelf.. dat kan een voordeel zijn, maar ook een nadeel..

maarja.. zoals Johan Cruijff het al zei "elk voordeel heb ze nadeel"