Zelfbouw 4de/5de as

[Psylocke]

Beste leden van dit forum,

Al een hele tijd heb ik de gedachten om voor mijn bestaande 3-assige freesmachine een 4/5-as te gaan bouwen. Onlangs ben ik begonnen met het ontwerpen in Fusion360. Een beetje afgekeken van andere zelfbouwers en bestaande beschikbare producten. Ik ben technisch goed onderbouwt en heb geen moeite met uitdagingen. Het spreekwoord "komt tijd komt raad" past goed bij me. Echter is het zo ondanks mijn technische achtergrond geen ervaring met het bouwen van cnc besturingen.

Op dit moment ben ik aangeland bij het eindontwerp van de 4/5-as en moet ik motoren enz. gaan selecteren. Ik heb op diverse fora veel onderzoek gedaan en denk dat de volgende onderdelen voor mij zouden kunnen passen.

Motoren: https://www.leadshine.com/product-detai ... LA80F.html
Drives: https://www.leadshine.com/product-detai ... C750F.html
Besturing: https://www.linuxcnc.org
Harmonic drives: https://www.harmonicdrive.net/products/ ... 50-100-2uh

Op dit gebied ben ik een groentje en heb ik graag hulp.
Zou bovenstaande combinatie werken?
Weten jullie waar ik ergens de leadshine spullen kan kopen?
Veiligheid vind ik belangrijk, maar hoe?
Hardstops, softstops hoe kan ik deze koppelen aan de besturing?
NUC, raspberry pi of pc? Welke ethercat master?

Het zijn vele vragen die ik in de komende tijd hopelijk met jullie hulp ga beantwoorden.
Hierbeneden het voorlopige ontwerp. Voor het idee, de grootste diameter is 250mm. De lengte is 516mm. De opspanplaat heeft een diameter van 250mm. De gebruikte Harmonic Drives zijn van het type: SHG-50-100-2UH.

Met vriendelijke groet,
Frank

[Psylocke]

Bijna vergeten. De harmonic drives heb ik gebruikt gekocht. Het zijn joekels en hoop hiermee ook voldoende stabiliteit te krijgen.

[hfjbuis]

Frank,

Aller eerst welkom op het forum.

Dit project is een hele (dure) kluif om aan te beginnen zonder CNC ervaring.

De door jou gekozen leadshine motor en driver heb ik, behalve bij leadshine, niet kunnen vinden, ook niet met google.

In het portal heb je rechts een aantal bedrijven die de site sponsoren. Daar kun je een servo motor/driver combinatie vinden die past bij wat je zoekt. Niet onbelangrijk, deze bedrijven kunnen je ondersteunen bij problemen.

Veiligheid is belangrijk en het begint met een electromagnetische schakelaar die er voor zorgt dat na spanningsverlies het zaakje alleen met een druk op de knop weer geactiveerd kan worden. Deze schakelaar kan ook gebruikt worden als noodknop en/of om het zaakje uit te schakelen bij een storing gedecteerd door de driver/linux/openen van een deur, etc. Dan heb je een schakelaar met 5 aansluitingen nodig (240V).

Meest gebruikte eindschakelaars zijn metaal/magneet detecterende of mechanische schakelaars. Normaal kies je voor NC schakelaars waarbij je moet bedenken dat je de elektronische types meestal niet in serie kunt zetten. Niet alle controllers kunnen overweg met NO en NC door elkaar dus houd het allemaal hetzelfde om problemen te voorkomen.

Als je niet wilt besturen via een parallelpoort, moet je ook een passend bord zoeken. Linux is niet mijn ding, maar Mesa wordt veel gebruikt hiervoor.
Ik denk dat de besturing/bob/controller voor de eerste 3 assen ook de besturing/bob/controller voor de 4e en 5e as bepaald.

Daarnaast moet je ook een CAD/CAM systeem gebruiken wat een 4e/5e as ondersteund en die past bij de Linux CNC.

Huub

[Psylocke]

Hoi Huub,

Bedankt voor je reactie, alle informatie is welkom. Mijn uiteindelijke doel is 5-assig simultaan frezen binnen een redelijke tolerantie.

Dit project is een hele (dure) kluif om aan te beginnen zonder CNC ervaring.

Ik denk dat ik dit niet onderschat. Voor het bouwen van deze 4/5-as denk ik rond de €5000 uit te komen. Hier heb ik in elk geval rekening mee gehouden.

• Harmonic Drives: €1250,00

• Motoren: €1000,00

• Drives: €1000,00

• Besturing/Elektra: €1000,00

• Aluminium/Staal: €500,00

• Diversen: €250,00

Wat betreft mijn eigen kennis en kunde ben ik denk ik niet helemaal duidelijk geweest en zal van de week zoals het hoort me nog even netjes voorstellen in dit forum. Mijn kennis van verspanen en gebruik van cnc machines is goed/zeer goed. Ik ben werkzaam in deze branche. Mijn oorspronkelijke achtergrond is elektrotechniek. Echter heb ik geen verstand van het zelf bouwen van een cnc besturing.

De door jou gekozen leadshine motor en driver heb ik, behalve bij leadshine, niet kunnen vinden, ook niet met google.

Ik kan de Leadshine spullen ook niet vinden en ga hun maar eens proberen te mailen. Niet geschoten is altijd mis zullen we dan maar zeggen. Het gaat mij hierin met name om de maatvoering. Ik zoek compacte motoren, de hoogte van de motor voor de c-as is een uitdaging. Dit om mijn 4/5-as ook compact te houden. De motoren van Leadshine hebben een optische encoder en zijn hierdoor in de hoogte compacter.

Veiligheid is belangrijk en het begint met een electromagnetische schakelaar die er voor zorgt dat na spanningsverlies het zaakje alleen met een druk op de knop weer geactiveerd kan worden. Deze schakelaar kan ook gebruikt worden als noodknop en/of om het zaakje uit te schakelen bij een storing gedecteerd door de driver/linux/openen van een deur, etc. Dan heb je een schakelaar met 5 aansluitingen nodig (240V).

Meest gebruikte eindschakelaars zijn metaal/magneet detecterende of mechanische schakelaars. Normaal kies je voor NC schakelaars waarbij je moet bedenken dat je de elektronische types meestal niet in serie kunt zetten. Niet alle controllers kunnen overweg met NO en NC door elkaar dus houd het allemaal hetzelfde om problemen te voorkomen.

Hierin zal ik waarschijnlijk dus eerst een keuze moeten maken van de besturing voordat ik hiermee aan de slag kan. Ik ga in het ontwerp in elk geval ruimte vrijmaken voor het kunnen plaatsen van sensoren zowel voor de veiligheid als voor de softstops, met name de B-as is dan belangrijk omdat deze mechanisch geen 360° mag draaien.

Als je niet wilt besturen via een parallelpoort, moet je ook een passend bord zoeken. Linux is niet mijn ding, maar Mesa wordt veel gebruikt hiervoor.
Ik denk dat de besturing/bob/controller voor de eerste 3 assen ook de besturing/bob/controller voor de 4e en 5e as bepaald.

Nou het is niet perse dat ik iets anders wil als anders. Ik zie bijvoorbeeld dat veel MESA boards lastig te verkrijgen zijn. Ik ben nog niet helemaal overtuigd van LinuxCNC hoor, maar zie wel dat hier erg veel mogelijkheden zijn. Neem nu het aansturen van de drives via Ethercat en in de toekomst van mijn huidige machine de ATC aansturen. Ik weet oprecht niet of de tijdsinspanning opweegt tegen de voordelen die deze besturing zou kunnen opleveren.

Daarnaast moet je ook een CAD/CAM systeem gebruiken wat een 4e/5e as ondersteund en die past bij de Linux CNC.

Dat klopt inderdaad. Dat doe ik gelukkig al en gebruik hiervoor Fusion360. Op dit moment alleen 3-assig frezen en 2-assig draaien. Hier ontbreekt gelukkig geen ervaring en kan ik dit mooi inzetten voor de hele bouw van dit project.

Zijn er zelfbouwers die al gewerkt hebben met LinuxCNC in combinatie met Ethercat drives?

Groet,
Frank

[FreesKever]

Marco Reps heeft LinuxCnC met Ethercat aan de gang gekregen.
https://www.youtube.com/watch?v=FEPfznStd0s

De harmonic drives zeggen een tolerantie te hebben van 1arcmin. Wat is dan de toegevoegde waarde van een 23bit encoder op je motor?
611Nm voor die dingen is ook veel meer dan je zinvol op een (kleine) 5-assige machine kunt gebruiken, maar wel stevig en vermoedelijk ook stijf (ik heb het verder niet vergeleken). Wat is de overbrengingsverhouding van die harmonic drives? 1:50 of 1:100 ofzo vermoedelijk. Ik zou er zelf waarschijnlijk een stuk kleinere motoren op monteren. Met 60mm motoren kun je vermoedelijk ook grotere acceleratie behalen dan met een 80mm motor.

Wat het ontwerp betreft...
Als je kan zou ik de 5e as verder laten zakken, zodat je werkstuk dichter in de buurt van de hartlijn van de 4e as komt. Hoe dichter je werkstuk bij de hartlijn komt, hoe minder invloed die 1arcmin afwijking de nauwkeurigheid beinvloed. En er moet ook nog een opspanmogenlijkheid tussen. Een belangrijk punt is waar je de motor voor die 5e as zet, en die zie ik nog niet op de tekening. Een optie is om hem aan de linkerkant bij het grote lager te zetten met een tandriem overbrenging. Dat maakt het gemakkelijker om de ronde tafel te laten zakken.

Ik begrijp ook niet waarom je aan het "losse" uiteinde een lager met zo een grote diameter hebt gezet. Ik zou zelf eerder denken aan een lager met een asdiameter van 30 tot 50mm.

Nog iets om over na te denken:
Nu heb je 6 radiale T-gleuven getekend, wat wel "klassiek" en gebruikelijk is op verdeeltafels. Ik denk echter dat het handiger is om de T-gleuven parallel aan elkaar te zetten. Dan heb je meer mogenlijkheden om "niet ronde" onderdelen (of b.v. een machineklem) op te spannen.

Wat is de funktie van de 2 rechthoekige blokken links en rechts naast de draaitafel? Een van de opspan truucs voor zo een tafel is om "hele lange" T-gleuf moeren te gebruiken. Die kan je dan fixeren met een borgschroef en een stuk laten uitsteken aan de zijkant van de tafel, maar nu kan dat niet omdat die 2 blokken in de weg zitten.

[Psylocke]

FreesKever, ik had een uitgebreide reactie gemaakt, toen ik deze wilde versturen moest ik opnieuw inloggen en was alles weg. Wellicht had ik even het concept moeten opslaan in de tussentijd Dan nu alvast een deel van de reactie en een verse nieuwe start

Marco Reps heeft LinuxCnC met Ethercat aan de gang gekregen.

Begrijp ik het nu goed dat je in principe met elke pc en Linux(CNC) en Ethercatmaster geïnstalleerd via de lan poort zonder extra hardware alles drives in het systeem kunt aansturen?

De harmonic drives zeggen een tolerantie te hebben van 1arcmin. Wat is dan de toegevoegde waarde van een 23bit encoder op je motor?
611Nm voor die dingen is ook veel meer dan je zinvol op een (kleine) 5-assige machine kunt gebruiken, maar wel stevig en vermoedelijk ook stijf (ik heb het verder niet vergeleken). Wat is de overbrengingsverhouding van die harmonic drives? 1:50 of 1:100 ofzo vermoedelijk. Ik zou er zelf waarschijnlijk een stuk kleinere motoren op monteren. Met 60mm motoren kun je vermoedelijk ook grotere acceleratie behalen dan met een 80mm motor.

De harmonic drives hebben een overbrengingsverhouding van 100:1 en zijn forse jongens. Ik denk zoals de meeste zelfbouwers dat je wil voorkomen dat een en ander gaat trillen en dat je in de basis van het ontwerp opnieuw moet beginnen. Ik erken dat ze ook een maatje kleiner hadden mogen zijn. Echter bedenk dat het geheel straks totaal een 200kg gaat wegen en dat dit geplaats wordt op een machine van 3,5T.
Er is idd nauwelijks toegevoegde waarde van de 23bit encoder. Echter voor mij was de bouwhoogte van de motor dat wel. De motors met dit type encoder zijn lager als de motoren met andere encoders. Even een paar voorbeelden: Leadshine 750W, 80x80mm, 90,9mm hoog. De Delta 750W, 80x80mm, 138,3mm hoog. De Lichuan 750W, 80x80mm, 150mm hoog. Als ik iets over het hoofd zie hoor ik dat graag.

Het ontwerp ga ik aanpassen en zal daar dan binnenkort een afbeelding van plaatsen. Motoren van 750W naar 400W. De 5e-as verder laten zakken. De tafel met parallel t-gleuven tbv van een centrum spannende machineklem. Motor links voor de 5de-as met tandriem overbrenging. Ook zal dan meteen verklaart worden waarom ik een groot lager gebruik. En de "blokken" op de 5e-as zitten.

Hoe breed zou een tandriem en minimale diameter van de pulley moeten zijn voor een motor van 750W en een motor van 400W.

Wordt vervolgt..................

[hfjbuis]

Hoe breed zou een tandriem en minimale diameter van de pulley moeten zijn voor een motor van 750W en een motor van 400W.

Met een 2Nm servo op een pulley van 200mm is de belasting 2kg. De keuze van de riem is wel belangrijk. Hoe minder elastisch, hoe nauwkeuriger te positioneren en de soort vertanding mag/moet voor positioneren zijn. Elke mm rek en speling wordt 1:100 door gegeven, dat scheelt een slok op een borrel.

Mijn DC300 draaibank met 500W servo motor loopt op een 10 mm getande riem. Die trek je echt niet kapot, ook niet met een 1000W servo. Als de ruimte beperkt is, zou je een lager vermogen servo kunnen overwegen. Deze servo's kunnen kortstondig een piekbelasting (3X) aan dat is mooi meegenomen.
Door de 1:100 overbrenging is ook de invloed van de massatraagheid beperkt. Dat maakt het tunen een stuk eenvoudiger.
Ik zou de pulleys zo groot mogelijk houden, dan is er minder invloed van rek/speling en de belasting op de riem is kleiner.

[P1-Engineering]

Ik zou zelf beginnen met de aansturing, de software, goed werkende te krijgen, dit is het lastigste deel. Het bouwen van de daadwerkelijke 4de - 5de as is vergeleken daarmee relatief eenvoudig.
Voor de kinematics, als je het goed wilt doen wil je een besturing met TCP ondersteuning, en dan kom je al snel op LinuxCNC.

http://linuxcnc.org/docs/html/motion/5- ... atics.html

Als je voor LinuxCNC gaat zou je kunnen beginnen door onderstaande eens te bekijken:

[youtube]https://www.youtube.com/playlist?list=P ... 2bTvz8CsiX[/youtube]

Als je lid bent van z'n Patreon krijg je ook alle cad data en Linux configuraties. Dit kan zeker in het begin de leercurve een stuk minder stijl maken.

[hfjbuis]

De harmonic drives hebben een overbrengingsverhouding van 100:1 en zijn forse jongens.

Bij een max servo motor toerental van z'n 3000 RPM zal de as met 30 RPM draaien. Dat is flink langzamer dan de assen die op de YouTube filmpjes te zien zijn.

[serum]

Auw, dat van die wegvallende teksten door opnieuw inloggen oid herken ik. Moet je voorstellen als dat bij Arie gebeurt, die is per post rap een uurtje zoet. Er is ook geen professionele 5 assige machine die harmonic drives gebruikt. Ik vond het voor mijn 4e as te langzaam. (maar ik wilde er ook licht mee kunnen draaien), dat zou nu op 500a 600rpm moeten lukken. Die HD's zijn goed voor robots maar in een wereld van vlotte, korte bewegingen (adaptief/trochoidaal) zou ik op zoek naar een andere aandrijving. (en het is geen gezeik om het zeiken, geen aanval op je project, neem aan dat je dit hebt overwogen).

Weet niet of je ook axiaallagers in je ontwerp gebruikt, maar die kunnen je op gebied van stijfheid behoorlijk stabiliteit geven, zeker als je de voorspanning erop kan instellen. Met verbazing kijk ik naar het reusachtige getal voor de kN wat zo'n klein lagertje met een bidi van 10mm kan hebben, laat staan als je er een grootformaat voor pakt.

[Psylocke]

Hoi Serum en hfjbuis,

De vertwijfeling sloeg toe toen ik jullie reacties aan het lezen was.

Bij een max servo motor toerental van z'n 3000 RPM zal de as met 30 RPM draaien. Dat is flink langzamer dan de assen die op de YouTube filmpjes te zien zijn.

....Er is ook geen professionele 5 assige machine die harmonic drives gebruikt. Ik vond het voor mijn 4e as te langzaam. (maar ik wilde er ook licht mee kunnen draaien), dat zou nu op 500a 600rpm moeten lukken. Die HD's zijn goed voor robots maar in een wereld van vlotte, korte bewegingen (adaptief/trochoidaal) zou ik op zoek naar een andere aandrijving....

Als ik nu ga rekenen heeft mijn c-as straks inderdaad een maximale snelheid van 30 rpm. Als nu mijn gemiddelde productje een diameter heeft van 100mm dan heb ik het toch goed dat:

De omtrek van mijn product = 100mm x pi = 314mm
Afgelegde afstand = 314mm x 30 rpm = 9420mm/min
De c-as kan dus 9420mm/min afleggen. Een product wat kleiner of groter in diameter is geeft in verhouding ook een kleinere of grotere afgelegde afstand.

Nu ga ik staal frezen met een 2-snijder met een diameter van 12mm. Richtwaardes leverancier voeding per tand 0,07mm en snijsnelheid 25m/min.
Het aanbevolen toerental van de frees wordt: (25 x 1000)/(pi x 12) = 25000/37,7 = 663 rpm
De aanbevolen voeding wordt dan: 0,07 x 2 x 663 = 93 mm/min.

Nu ga ik aluminium frezen met een 2-snijder met een diameter van 10mm. Richtwaardes leverancier voeding per tand 0,13mm en snijsnelheid 200m/min.
Het toerental van de frees wordt: (200 x 1000)/(pi x 10) = 200000/ = 6370 rpm
De voeding wordt dan: 0,13 x 2 x 6370 = 1656 mm/min.

Dit zijn richtwaardes en natuurlijk afhankelijk van veel factoren. Ze zijn echter ruim binnen de 9420mm/min wat ik zou kunnen halen. Wellicht begrijp ik dat dan niet helemaal goed, maar wat zou dit dan moeten zijn?

Ik begrijp ook als we het gaan hebben over positioneringssnelheid, versnellen en vertragen dat dit geen topper is maar hobbymatig prima. Mijn huidige 3-assige 38 jaar oude professionele freesmachine haalt 12000mm/min. Lijkt mij dus nog steeds redelijk in verhouding met de zelfbouw 4e/5e-as. Adaptief en trochoïdale freestrategieën zijn wat mij betreft dan ook voor de professionals onder ons.

Weet niet of je ook axiaal lagers in je ontwerp gebruikt, maar die kunnen je op gebied van stijfheid behoorlijk stabiliteit geven, zeker als je de voorspanning erop kan instellen. Met verbazing kijk ik naar het reusachtige getal voor de kN wat zo'n klein lagertje met een bidi van 10mm kan hebben, laat staan als je er een grootformaat voor pakt.

Ik gebruik geen axiaal lagers omdat dit door het gebruik van deze harmonic drives niet noodzakelijk is. In de harmonic drives zitten zeer stabiele kruislagers. Ik gebruik op de niet aangedreven zijde van de zelfbouw een radiaal lager puur ter ondersteuning omdat ik graag 400mm bereik tussen de wangen wil hebben.

[cncjohn]

Waarom serum zegt dat profesionele machines geen harmonic drives gebruiken snap ik ook niet
We hebben hier meerdere 5assige portaal frees machines staan met allemaal harmonic drives voor de B en C as
Het zijn dan ook geen draaibanken
We hebben ook nog wel machines met een extra A as (wat hier dan vaak een 4e as genoemd wordt) die hebben dan wel planetaire vertragingen om meer snelheid te kunnen maken
Die 30 omw/min lijkt me prima voor wat je er mee wil
Ben wel zeer benieuwd hoe je de kinematica voor elkaar gaat krijgen
Ga me ook is verdiepen in Linux cnc om is te kijken wat daarmee mogelijk is

[Psylocke]

Ik zou zelf beginnen met de aansturing, de software, goed werkende te krijgen, dit is het lastigste deel. Het bouwen van de daadwerkelijke 4de - 5de as is vergeleken daarmee relatief eenvoudig.
Voor de kinematics, als je het goed wilt doen wil je een besturing met TCP ondersteuning, en dan kom je al snel op LinuxCNC.

http://linuxcnc.org/docs/html/motion/5- ... atics.html

Als je voor LinuxCNC gaat zou je kunnen beginnen door onderstaande eens te bekijken:

[youtube]https://www.youtube.com/playlist?list=P ... 2bTvz8CsiX[/youtube]

Als je lid bent van z'n Patreon krijg je ook alle cad data en Linux configuraties. Dit kan zeker in het begin de leercurve een stuk minder stijl maken.

Dankje voor de tips en links. Ik ben er steeds meer op gebrand om Leadshine spullen te gaan gebruiken. Echter is de verkrijgbaarheid lastig. Ik heb inmiddels een e-mail naar Leadshine gestuurd maar helaas nog geen reactie ontvangen. Als ik ze ergens kan bestellen hoor ik dat graag van jullie!!
Als ik de motoren en drives heb ga ik direct aan de slag. Het is zo goed als zeker dat ik met LinuxCNC ga beginnen en neem dan de leercurve voor lief. Zolang ga ik nog even door met het ontwerp. Ik heb daarom nog geen echt einddoel gesteld qua tijd. Wellicht voor de kerst van....

[Arie Kabaalstra]

Op de Constructie heb ik weinig aan te merken.. de 3D tekening ziet er goed uit.. het lijkt dat je de "wieg" gewoon uit een groot stuk Rond hakt?

Ik heb zelf een 5 Asser ontwerpje op mijn harde schijf die uit Platen Koudgewalst is opgebouwd, voor het mooie zou ik ze nog willen slijpen...
en dat gaat ook prima..

Alleen de Besturing.. LinuxCNC.. 't is niet slecht, en op mijn eigen machine heb ik 1 as minder.. maar die draait al jaren tot volle tevredenheid op EdingCNC.
(nou moet ik ook wel toegeven dat ik "onbezoldigd ontwikkelingsmedewerker" Bij EdingCNC ben, dat wil zeggen.. Ik heb de nodige dingen uitgetest, en bedacht.. en momenteel zit ik ook weer op 2 schermen tegelijk Code Te Knopselen, een bibliotheek aan Draai -Cycli.. even een andere tak van sport.. maar de Freesbank ontkomt er ook niet aan.. en dan neem ik meteen de 4de as, en eventueel de 5de as mee.. )