Gammal verkstadsfräs byggs om till CNC-fräs

[bit96]

Jag startar nu en tråd om att bygga om en gammal verkstadsfräs till en CNC-fräs.




Jag har under flera månader av och till följt andra trådar om fräsbyggen bl.a. här på forumet och nu beslutat mig för att gå till handling.

Jag vill kunna fräsa stål, aluminuim, plast, kretskort, skyltar, m.m. Med andra ord så vill jag kunna fräsa allt, om det går.

Jag har valt mellan två alternativ, antingen bygger jag en helt ny CNC-fräs, eller så konverterar jag den gamla fräsen.

Jag har tillgång till egen verkstad med fräs, svarv, svets m.m. men håller på och bygger till huset och annat så hela verkstaden är full av byggmaterial, lådor och andra grejer.
I praktiken kan jag alltså inte svetsa där inne, det är knappt att man får plats.

När jag dessutom redan har en fräs med massor av tillbehör och verktyg, så föll sig valet naturligt att förse den gamla fräsen med modern CNC-teknik.

Den bör duga till tyngre fräsning, och om projektet blir lyckat så kan jag sedan lättare bygga en mindre CNC-fräs, mer anpassad till kretskortsfräsning, gravyr och liknande. Även den gamla gedigna Munktell-svarven har jag tänkt bygga om till CNC-svarv. Och Arboga-borrmaskinen, och kallsågen, och ...

Men, vad skall då göras?

Även om jag kan lite av varje så är det en del nytt att lära sig. Begrepp som man som nybörjare stöter på är:
CAD, CAM, DXF, G-kod, MACH, EMC, breakoutkort, driv-kort, stegmotor, kulskruvar, backlash, m.m. m.m.
Jag tycker jag börjar få koll på det mesta nu, men många frågor återstår.

Som vanligt i ett projekt så hoppar man mellan olika delmoment och utför dom inte i "rätt" ordning.
Bl.a. har jag beställt några Gecko-drivkort (G251) eftersom dom reades ut. Jag har även på Ebay ropat in några stegmotorer (Nema 23, 3Nm) eftersom dom var billiga. Från jojje här på forumet har jag beställt ett par BO-kort till Gecko-korten (hans sista exemplar). Detta gjordes innan jag vet om det kan användas till den gamla fräsen eller inte.

Men som jag ser det så måste man ta vara på ett tillfälle när det dyker upp. Grejerna kan användas till en mindre nybyggd fräs, eller så kan de säljas vidare.

Min fråga till andra insatta och intresserade är:
Hur kraftiga stegmotorer behöver man ha till en sån här fräs?
Jag har ännu inga direkta uppgifter med moment, tyngder, friktion m.m. att ge er, men om nån har byggt eller sett något liknande kanske man kan få en uppfattning mellan tummen och pekfingret i alla fall.

Jag har alltså beställt stegmotorer på 3Nm. Jag har sett stegmotorer på 8Nm och 12Nm för överkomliga priser.
Jag tänkte även växla ner ca 4-6 ggr med tandrem och tandkugghjul, så som lilluffe har gjort med sin Jula-fräs.
http://elektronikforumet.com/forum/view ... hp?t=27612


Tvärmatningen är ganska lätt att vrida runt med "ett par fingrar", även sänkning och höjning går ganska lätt.
Det är nästan så att man kan ge vevhjulen lite fart, men bara nästan.
Längdmatningen är däremot lite trögare.

Naturligtvis skall matningen med trapetsgängor och lax-spår (eller vad det heter) putsas, slipas och smörjas.

Jag förstår att detta är mycket grova subjektiva beskrivningar, men tips och råd emottages ändå tacksamt.

[Mizzarrogh]

"
Men som jag ser det så måste man ta vara på ett tillfälle när det dyker upp."

Joo du... och nu har jag ca två lastpallar med "bra att ha prylar" bara inomhus... (Funderar just nu över förlängningskablar så man kan svetsa ute på stenbron... )


Men, Jo, låter jojje svara själv ang korten, men som jag uppfattat saken är de egentligen litet för klena till "fullskalemaskiner" av detta slag, har själv funderat i liknande banor, men tänkte då använda DC motorerna från surplus-center (US) ihop med rejäla servodrivare (blev dock lagt på is sedan), men, summan av de svar jag fick här var att skillnaden mellan servon och stegmotorer var rätt marginell i praktiken i de sammanhang som oftast avhandlas här, på detta och liknande forum.

Edit: Vad som verkar mest kritiskt vad gäller motorstyrka är väl egentligen mer förhållandet faktisk matningshastighet rellaterat till vridstyrka.

[bit96]

Mizzarrogh: Jaså, bara två lastpallar?
Nåja, jag skall inte starta en "mättävling"

Jag har istället gjort andra mätningar och kommit fram till följande fakta.

Matning: 700 x 200 x 240
Det finns ytterligare några mm, men jag skall undvika att köra ut helt mot
ändlägena eftersom det går lite tyngre att skruva där.

Glapp i skruvarna (själva glidspåren verkar dock helt glappfria)
Längd 0.95 mm
Bredd 0.25 mm
Höjd 0.05 mm
Glappet är uppmätt på skalorna på rattarna.

Trapetsskruvar, diameter x stigning
Längd: 28 x 5
Bredd: okänt x 5 (sitter dolt inuti)
Höjd: 24 x 5, dock är ratten vinkelnedväxlad 50%, alltså 2.5 mm/varv

Spindeln har 12 fasta lägen, från 35 till 1300 varv/minut.

Mekaniska längdmatningen har 12 fasta lägen, från 0.08 till 1.20 mm/spindelvarv. Den skall dock kopplas bort.

Vridmoment på matningsskruvarna.
Detta försökte jag mäta upp med en momentnyckel. Den med "knäpp-inställning" gick inte att skruva ner till under ca 12 Nm.
Den enklare med en visare fungerade, men gav knappt utslag. Skalan har en delning på 5 Nm. Jag uppskattar momentet till ca 1-2 Nm. Nära ändlägena, ca ett halvt varv kvar, steg momentet, men inte över 5 Nm.

Nu vet jag inte hur pålitlig en sådan här momentmätning är, men det verkar positivt iallafall.

Geckokorten ger max 3.5 A. Nemamotorerna klarar 4.2 A, så jag kan inte köra dom på max (3Nm).

Säg att jag får ut 2.25 Nm, det borde räcka till att vrida skruvarna.
Om jag sedan växlar ner 5 ggr, med tandrem, får jag ca 10 Nm.
Det borde räcka både till matning och att fräsa lite grand.

Jag har fräst och matat manuellt och vet att det kan gå väldigt tungt. Det borde kanske gå att mäta upp med momentnyckeln på samma sätt.

Så tills vidare antar jag att det kommer fungera. Det är bara glappet jag måste åtgärda.

[bit96]

Vilket vridmoment får man på längdmatningsstegmotorn om man kör fräsen på max?

Fräsen klarar max 1300 varv/min, max matning 1.2 mm/varv. Det ger en matning på 1560 mm/min (1300 x 1.2).
Skruvens stigning är 5 mm/varv. Skruven snurrar alltså 312 varv/min (1560 / 5).
Eller, skruven snurrar 5.2 varv/sek (312 / 60).
Geckodrivaren G251 gör 10 microstep (pulser) per helsteg, Nemamotorn har 200 helstegsteg/varv.
Alltså krävs 10400 pulser/sek (5.2 x 200 x 10).

Vid 10400 pulser/sek har vridmomentet sjunkit till ca 0.33 Nm enligt motorns datablad.
Om tandremsnedväxling sker med 5 ggr. så får man ett vridmoment på ca 1.6 Nm.
Detta bör räcka till matning, men inte mycket blir över till fräsing.

Om man sänker matningen då?

Sänker man matningen till hälften så blir det 5200 pulser/sek med ett vridmoment på ca 0.75Nm (enl. datablad).
Nedväxlat 5 ggr ger det 3.75 Nm.

Sänker man matningen till en fjärdedel så blir det 2600 pulser/sek med ett vridmoment på ca 1.6Nm (enl. datablad).
Nedväxlat 5 ggr ger det 8 Nm.

I ovanstående beräkningar har inte hänsyn till förluster tagits.
Dessutom vet jag inte om databladen menar helstegpulser eller mikropulser. Är det helstegspulser (som jag tror)
så blir det 1040, 520 resp 260 pulser/sek. Då får man ut ca 2 Nm för alla tre pulsvärdena istället.
Med nedväxling bör jag ligga på ca 10 Nm.

Normalt är matnigen mekaniskt kopplad till spindeln, så om spindeln körs långsammare så blir också matningen
långsammare. Detta gäller inte vid CNC-styrning (kanske kan man gör sådana inställningar) utan där är matningen
oberoende av spindelns varvtal.

Slutsatsen av mina förenklade beräkningar är att Geckokorten och Nemamotorerna bör kunna användas för att köra matningen på fräsen, samt att fräsa långsamt och prova försiktigt.

[bit96]

Här kommer mer beräkningar.

Vilken effekt klarar tandkugghjul och tandrem att överföra?



Enligt conrad.se klarar hjulen en effekt på 500 W, och remmen upp till 300 W.

(Sök på: conrad.se -> Radiostyrd och modellbygge -> Tekniskt modellbygge -> Kugghjul/drev)

Effektberäkningar för 3 olika stegmotorer på 3, 8 resp. 12 Nm.

3 Nm x 5.2 varv/sek x 2pi = 98 Watt
8 Nm x 5.2 varv/sek x 2pi = 261 Watt
12 Nm x 5.2 varv/sek x 2pi = 392 Watt

Hjulen bör alltså klara sig, men remmen får jobba hårt med största motorn och max matning.

Slutsatsen blir att hjul och remmar från conrad.se duger.

[H.O]

Vid 10400 pulser/sek har vridmomentet sjunkit till ca 0.33 Nm enligt motorns datablad.
Om tandremsnedväxling sker med 5 ggr. så får man ett vridmoment på ca 1.6 Nm.
Detta bör räcka till matning, men inte mycket blir över till fräsing.

Men, om du har 5:1 utväxling för att få 5ggr högre moment så måste ju motorn snurra 5 gånger så fort också... Då blir det 1560rpm eller 52kHz för att bibehålla 312rpm på skruven - vad har motorn för moment då?

Spontant känns en NEMA23 motor alldeles för liten till en så pass stor maskin men kan man leva med väldigt långsam (snabb)matning så kanske det går. Det beror ju såklart också om man har tänkt köra en 6mm pinnfräs i aluminium eller en 120mm planfräs i rostfritt...

/Henrik.

[tecno]

Jag hadde utan tvekan gått på minst 86:or om man nu ska stegisar, allt hänger ju på vad som ska göras med maskinen. Den spindeln ger heller inga höga varvtal så val av verktyg är viktigt.

Har ett liknande projekt på G men har inte kommit till 'skott'

[Gimbal]

Tittade på remmar och hjul hos conrad.se, Remmar 9.5mm breda, hjulspår 14mm. Ser inte det lite missanpassat ut, eller hittar jag inte rätt prylar?

[bit96]

Tack för alla synpunkter.

H.O:
Nu är denna primitiva beräkning baserad på vad fräsen klarar max, och att spindeln är mekaniskt kopplad till matningen. Det var bara för att få ett "worst case".
Sex av dess tolv fasta varvtal ligger under 200 varv/min.
Sex av dess tolv fasta matningar ligger under 0.3 mm/spindelvarv.
Det är nog inte att tänka på att varva upp stegmotorn till 1560 varv/min, det ligger nog på max vad den klarar.

tecno:
Jag tror också att jag senare byter till kraftigare stegmotor om hela konceptet funkar. Men då måste jag också köpa nya drivare, ca $140 istället för $37. Och tre motorer för £60 istället för £20. Det blir mer än 4000:- extra plus frakter. Och det drar säkert iväg med andra kostnader också.

Gimbal:
conrads remmar och hjul är lite veka. Men med de motorer o.s.v. som jag valt duger det tills vidare. Större hjul och remmar kostar flera hundra/st.


Jag börjar nog ändå som jag tänkt. Jag vill gärna se att de funkar först. Dessutom måste jag lära mig Cad/Cam/G-kod/Mach3 m.m. så det duger att öva på.

Eftersom skruvarna har ganska mycket glapp så måste det fixas först. Går inte det så vill jag inte lägga ut för mycket pengar i onödan.
Om skruvarna går att fixa så går de säkert tyngre och då tvingas jag ändå att uppgradera. Och då skaffar jag kanske kulskruvar istället. Men det blir senare.

[Bosen]

större hjul och remmar kan bli ganska billigt. Prata med någon som grejjar massa med bilmotorer och se om du kan få loss lite kamremsdrev och sen kan du köpa nya kammremmar på biltema för en spottstyver. Jag har själv en topp till en 16v opel liggandes med två lika stora remhjul och en kamrem....

[tecno]

Tack för alla synpunkter.

....Jag tror också att jag senare byter till kraftigare stegmotor om hela konceptet funkar. Men då måste jag också köpa nya drivare, ca $140 istället för $37. Och tre motorer för £60 istället för £20. Det blir mer än 4000:- extra plus frakter......

Det blir 'dyra' läropengar, om nu fräsen är mekansikt OK med lite handpåläggning här och där så kliv över 'fjutt' steget och köp rejäla don på en gång.

[bit96]

Tipsen strömmar in. Trevligt.

Bosen:
Jag har tänkt i dom banorna med kamremshjul men inte undersökt det än.
Jag har haft en Opel en gång i tiden och kört av remmen, det blev lite arbete med ventilbyte. Om jag nu får fräsen att fungera så tänkte jag fräsa ut nya kraftigare tandhjul. Så får fräsen så att säga "uppgradera sig själv". Jag har en delningsapparat så det skall nog inte vara alltför svårt.

tecno:
Eftersom jag redan beställt motorer och Geckokort (allt ganska billigt) så vill jag gärna prova detta först. De kan alltid användas till annat eller säljas.
Jag har en liten fyrkutters listhyvel (för trä) som de skulle passa utmärkt på. Det är mycket skruvande när kuttrar och anhåll skall ändras vid ompostning.
Men om jag ser det positivt så får jag erfarenhet.
Men du har på sätt och vis rätt. Om glappen går att fixa och jag sätter på rejäla don så får jag en rejäl "modern" CNC-fräs som kan utnyttjas maximalt.

[H.O]

Risken är bara att det inte kommer att fungera alls och du tvingas att uppgradera för att över huvud taget få det att fungera...

Jag har inga "hard facts" att komma med utan bara vad som "brukar" användas. NEMA23 motorer är vad som brukar används på maskiner som du lyfter med en eller två händer. Här har du en maskin vars bord i sig troligen väger minst 4-5ggr så mycket... Jag gillar det faktum att du faktiskt har försökt mäta hur vilket moment som behövs men jag tror ändå att du underskattar vad som krävs för att det verkligen skall fungera. Men visa gärna att jag har fel.

Nya stegmotorer och drivare är MYCKET bättre än gammla men jag har för mig att det, på de äldre Bridgeport maskinerna sitter NEMA42 motorer på 8Nm eller nått sånt - och då är det med kulskruvar som är ca dubbelt så effektiva som trapets-gängade skruvar. En sådan maskin verkar vara i samma storleksklass som din - om inte mindre...

Och, som du säger, 1mm i dödgång/glapp är riktigt illa....

[bit96]

H.O:
Ok, jag ska försöka visa att du har fel.
Statistiskt sett är ju chansen 50% att det funkar. D.v.s. antingen funkar det eller så funkar det inte...
Fast jag tror att den funkar så till vida att den går att styra, men inte att den klarar av att fräsa något tyngre.

Ja hur mäter man vridmoment egentligen utan dyr utrustning. Det enda jag kom på var att använda en momentnyckel.

Som vanligt så handlar allt om pengar, hade jag tillräckligt så köpte jag naturligtvis rejäla kulskruvar och större motorer och drivkretsar. Eller varför inte en helt ny CNC-fräs...

Men det är ju vägen till målet som är en utmaning. Att få en gammal fräs att bli CNC-styrd och lära sig all mjukvara lockar.

[Stingh]

bit96,

Har du tittat på http://www.motioncontrolproducts.co.uk/ doms säljer en del styrkort och stegmotorer som jag själv funderar på att använda till den större Jula fräsen på 270 kg. Priserna här verkar OK och det blir ingen tull och moms som grejorna från USA.

Någon som har erfarenhet av deras styrkort?

Stingh