Svenska ElektronikForumet

Nu är det dags för ännu en fräs-relaterad tråd från mig.

Som ni redan vet håller jag på att bygga en BT30 spindel, den kommer jag temporärt montera på min nuvarande Julafräs men tanken var från början att med ny spindel behövs en ny fräs i samma klass som spindeln.

Jag har från och till under en längre tid ritat olika fräsar, först funderade jag på en svetsad stålkonstruktion, sen funderade jag på EG, sen en svetsad stålkonstruktion med EG fyllnad. Sen läste jag i krilles tråd om ett billigt gjuteri(Lyrestads Gjuteri). Jag kastade iväg ett mail till de och jag fick ett pris på 30-35kr/kg + moms om jag bygger en egen fysisk modell(lite trä, spackel och klarlack så är det fixat), så nu är jag inne på spåret att gjuta en stomme.

Kan tillägga att det kommer troligen kommer dröja minst ½-1år innan jag faktiskt börjar bygga en ny fräs(eller så kanske jag ger upp, det får tiden utvisa). Spindeln ska vilket fall som bli klar först, sen måste designen på fräsen bli klar med, kombinera det med att jag jobbar 07-16 på vardagar så finns inte så mycket tid över.

Nu till min första fråga, "pre-tensioning" av kulskruvar.

För att få en så styv konstruktion som möjligt och även högre precision hade jag tänkt att sträcka ut kulskruven mellan 2 fasta block. Jag har läst mig till att under normal operation brukar kulskruvstemperaturen öka med delta 2-3 grader, vi kan räkna med 3 grader. Säg att skruven är 500mm, det betyder att skruven expanderar 17µm (500 * 0.0000115 * 3), vi kan säga att vi vill sträcka ut skruven 20µm. Det handlar om en 25mm skruv med 5mm stigning, den har en snittyta på 350mm2(värdet har jag fått från en Steinmeyer katalog), elasticiteten på materialet(young's modulus) är 210000N/mm2(också ett värde jag fått från Steinmeyer katalogen). Det krävs 2940N kraft att dra ut skruven (210000 * ( 0.02 / 500 ) * 350). Med 25mm skruv kan jag få en ändbearbetning med diameter 20mm för kullagrena, vinkelkontakt är the-way-to-go, jag är inte gjord av pengar så högprecitionslager har jag inte råd med, men universalmatchade 7304 lager känns vettigt, ett lager tar upp 19000N i dynamisk belastning, eftersom vi vill ha så lång livslängd som möjligt på lagret så kan vi räkna med 20% av det värdet, då ligger vi väldigt nära gränsen, så jag väljer då 2 lager. Jag använde sen SKF's kullagerkalkylator, med de belastningarna kommer jag få en förväntad livslängd på 26000h (axiell belastning 2000N(1500N per lager på förspänningen, sen 500N extra per lager för fräskraft och dyl), 3000rpm och lite andra värden). Det kommer inte alltid gå i 3000rpm, eller alltid belastas med 2000N/lager, men kan vara bra som ett beräkningsvärde(jag menar, 15000mm/min(5mm stigning * 3000rpm) är ju inte fel som snabbmatning).

Nu till mina frågor, delade bara med mig om lite beräkningar om någon mer är intresserad av sträckta kulskruvar, förklarade jag för dåligt eller om jag räknade fel så säg till!

Jag har gjort designen såhär, behöver jag det 3:e lagret som ni ser i blocket vid motorn? Min tanke är att det kan vara bra att ha om det blir för varmt och kulskruven expanderar mer än de 3 grader jag har räknat med, gör det det får jag glapp i hela skruven, men har jag då det lagret så får jag inget glapp. De 3 graderna har jag läst mig till används i produktionsmaskiner. Vad är era tankar kring det? Kan det vara bra att ha eller ska jag skippa det extra lagret?
Hur ser designen ut överlag?

Med utsträckta kulskruvar, när temperaturen ökar, då expanderar inte skruven/stigningen förändras inte utan förspänningen minskar bara mellan blocken, är det rätt tänkt? Eller blir det även en stigningsförändring?



Kan även visa hur jag hade tänkt fräsen, det är inget slutgiltigt och jag kan fortfarande ändra allt. Det ni ser i bilderna väger runt ~520kg, så färdig design lär väl landa runt 700kg, förutsatt att jag fortsätter på det spåret jag kör på nu, inte gör den mindre/större.
Förresten, vad heter denna typen av fräs? Jag har fått för mig att det heter L-formad eller C-formad fräs, stämmer det?

[edit: rubriken fixad för att underlätta sökning senare - hcb]

Låt mig börja med att säga att det är glädjande att du tränger ner så djupt i problem osv innan du "sätter spaden i backen". Jag har läst om din spindel exvis. Jag tror tyvärr att denna egenskap, att ordentligt undersöka, inte är så vanlig nuförtiden. Men jag är gammal... pensionär.

Hursomhelst... Jag gillar en hög ambitionsnivå

Men förspänd kulskruv... om jag kollar på min Mikron så är alla skruvarna förspända med tallriksfjädrar men skruvarna används INTE för positionsangivelse utan bara för förflyttning. Frågan är vad ska du använda din fräs till? Kommer du någonsin att köra den så att du behöver ta hänsyn till skruvens värmeutvidgning? Troligen inte. Vill du ha noggranhet så ska du ha separat mätning via exvis glasskalor och återföring till servosystemet. För du har väl inte tänkt att köra det där muskedundret med stegmotor?!

Slutsatsen, enligt min mening, är att din försträckning/förspänning av kulskruvarna är overkill. Och hur du än gör så det tredje lagret behöver du inte.

Vid närmare eftertanke så är det naturligtvis tillräckligt med ett lager i vardera änden OM du förspänner skruven. Styvheten i lagerparen, om du gör som du ritat, har du ingen nytta av eftersom du inte har några tvärkrafter på skruven.

Håller helt och hållet med GunnarW
Det tredje lagret är overkill.
Har jobbat mycket med CNC maskiner i mitt arbete som industrielektriker och sett många olika lösningar.
Bl.a. en med ett "flytande" lager i ena änden och fasta lager på motorsidan.
Nästan uteslutande glasskalor för positioneringen.
Edit: glömde tillägga att jag nog aldrig sett att man sätter en mutter i änden på kulskruven

Tack för svaren!

GunnarW: Jag har funderat på glasskalor men har kommit fram till att det har jag inte råd med, skalor jag har råd med är kinaskalor men då tror jag det blir minst lika bra med bara kulskruv/servo med ~17-bits encoder(känner dock att jag måste läsa på mer ellära och dyl för att kunna bestämma upplösning på encoder/single eller multi-turn osv.)

Jag är absolut inte orolig över positionsfelet jag får med värmeutvidgning, var mer att jag var lite osäker på hur det funkade så jag ville veta. Tanken var först att köra med ett vanligt kullager på supportsidan men jag gillar att ta den lite extremare vägen, på både gott och ont. Har jag tagit vatten över huvudet? Ja, det återstår att se!

Nej, blir absolut inga stegmotorer! Det lutar år 750w servomotorer(2.4Nm, överbelastningsbara till ~7Nm), större/kraftigare får inte plats och mindre blir för klena. Accelerera ~130kg(Y-axeln) i 1G(9.8m/s2) kräver 1.2Nm från motorn vid 85% verkningsgrad. Då har jag inte räknat med momentet som krävs för att rotera den förspända skruven men det är ca 0.3Nm. Så 1.5Nm för att bara accelerera Y-axeln, då har jag 0.9Nm "kvar" att kunna bearbeta med och det är ca 1000N i kraft ut på axeln. Grejen är ju den att det kräver 1.2Nm att accelerera axeln, men när den kommit upp i fart (vilket inte tar många tiondelars sekund) så behöver den inte alls lika mycket kraft, och att överbelasta ett servo är ju inga problem så 750W känns vettigt. Hur mycket kraft som går åt för att bara förflytta axeln när den är uppe i hastighet vet jag faktiskt inte, men det är ju betydligt mindre(Om jag inte tänker fel så är det ju bara förlusten av friktionen som den måste driva, med tanke på Newtons andra lag).

Vad ska jag använda fräsen till? Grejen är den att det är inte vad jag ska använda den till utan ha designat och byggt en pjäs som håller hög precision och stabilitet är mer givande än kvalitén på bitarna den spottar ut, när den sen dock spottar ut riktigt fina bitar blir det ju ännu mer givande!



PTC: Då blir det att plocka bort det lagret. Jag känner till att det ofta används en fast sida och en supportsida, men med båda sidor fast, där skruven är förspänd mellan de får man en styvare sammanställning. Hur mycket det faktiskt gör i verkliga sammanhang vet jag faktiskt inte, har bara teoretisk kunskap om det.

http://www2.steinmeyer.com/content/cnt_ ... 014/iso_en

sätter en mutter i änden på kulskruven

Så är det på min gamla CombiMill på X (kanske på Y också)

Förstyvnings fjädrarna på gjutgods underdelar ser vanskliga ut för mig.

Får förutsätta att det kan bli drag spänningar i de......

Finns ingen rörelse mån någonstans spräcker mitten biten eller hela gjutgods slår sig ?

Tala med gjuteriet eller försök få tag på en Karlebo Gjuteriteknik handbok.


http://www.sgf-ghs.com/nyheter.html

"Beställs via Svenska Gjuteriföreningen, tel 036 - 30 12 06, karin.tubbin@swerea.se . Pris 980 SEK."

Mer rimligt pris ? ingen till salu.......

http://www.bokborsen.se/page-start?main ... edsearch=1



Eller låna på bibliotek.

GFEF: Hur menar du nu? När man gjuter bygger man väl inte in några spänningar, alt. väldigt lite spänningar? Och att den ska vara styv, det är ju tanken, eller har jag fått något bakom foten?



Är det någon som vet hur man räknar ut hur mycket värme en kulskruv och kullager genererar under belastning?

När jag skrev ovan så svarade jag bara på frågan om kulskruvarna, och vad det gäller värmeutvecklingen i dem (ursäkta om du tycker jag nedvärderar ditt bygge, det är inte meningen) i en aldrig så välgjord hobbymaskin måste vara obetydlig kanske rent akademisk.

Vad jag inte kommenterade, eftersom du inte frågade, var dina förstyvningsfjädrar. Som GFEF påpekar så kan man inte göra så. Det kommer garanterat att spricka inne vid "navet". All gjutning där värme är inblandat, speciellt då gjutning av metaller är förenat med mer eller mindre (oftast mer) formförändring. Läs om gjutning eller hellre fråga de som vet hur sånt här ska utformas, förslagsvis gjuteriet.
Gör följande överslag/reflektion: När man gjuter gjutjärnet är det kanske 12-1300grader (jag vet inte exakt) och sedan stelnar det efter x graders tempsänkning, men KRYMPNINGEN slutar ju inte i o m detta utan den fortsätter från kanske 1000grader. Den temperatursänkningen (ner till rumstemp) * utvidgningskoeff. resulterar i våldsamma spänningar som mycket väl kan få materialet att brista. Maskingods avsett för sånt här får f.ö. ofta ligga ute i flera år innan det överhuvudtaget bearbetas, bara för att utjämna spänningar som på annat sätt är svåra att utlösa.
Alltså: tänk om!

Jag tycker det verkar svårt att förspänna en 25mm kulskruv i ett stativ som bara väger 500kg. Stor risk att stativet böjer sig. Ska du då spänna skruven innan du slipar gejdrarna? Men då böjer ju sig stativet tillbaka om skruven blir varm så att förspänningen minskar...
Jag tror mest på att använda relativt grova skruvar och en fast och en flytande lagring.

Maskinypen du ritat kallas väl bäddfräs. Bordet rörligt i xy och spindelhuvudet rörligt i z på fast pelare, till skillnad från en knäfräs där bordet rör sig xyz eller en portalfräs där spindeln rör sig xyz eller i alla fall i yz.

GunnarW: Jag tycker absolut inte du nervärderar det! Är det nått som är fel ska det rättas till. Felen beror ju på min okunskap och jag är ju här för att lära mig något.

Ang. att jag inte frågade om gjutningen var för jag inte trodde det skulle vara något problem, och jag förstår fortfarande inte varför det skulle vara det. Expanderingen i materialet är ju linjär så den blir väl bara mindre? Det enda jag kan tänka mig i så fall är de grova punkterna där ribborna möts svalnar långsammare och därför skapar spänningar. För fackverk används ju även i proffs maskinerna när de gjuter. Om du orkar får du gärna förklara det för mig. Jag har ingen kunskap(alt. vääääldigt begränsade kunskaper) om metallgjutning.

Jag känner även till att man kan lägga ut grejjer i regn och rusk för att få bort spänningar, men trodde inte det behövdes på gjutna detaljer. Jag hade tydligen fel.



bobobo: Det känns som ett vettigt motargument faktiskt. Isåfall får det bli att skippa den förspänningen.

Tack för förklaringen av frästyper förresten!

Låt mig börja med att säga att det är 50 år sedan jag läste om gjutning osv på Teknis... men jag plockade nu fram min gamla Karlebo handbok och läste där att ju tunnare fjädrarna är ju mer krymper de och ju större risk är det att de brister vid avsvalningen.
Materialet krymper alltså OLIKA mycket beroende på geometrins utseende och olika godstjocklekar osv. osv. och det är ju det som skapar spänningarna i materialet.
Det är ju ett faktum att man gjuter maskinstativ, med fjädrar... men det ligger säkert MYCKET erfarenhet bakom HUR det ska se ut och göras och av vilket material. Gjutjärn är ingalunda bara gjutjärn.
Det är oxå ett faktum att gjutjärn för detta ändamål SKA ligga och åldras (ju längre desto bättre) för att stativet, bordet eller vad det nu kan vara ska förbli dimensionsstabilt efter det är färdigbearbetat (Det brukar benämnas "Välåldrat gjutjärn")(Stål åldras inte i denna mening av att ligga ute i regn och rusk, det bara rostar) (Det är för övrigt inte "regn och rusk" som är grejen utan förmodligen de långsamma temperaturväxlingarna mellan dag och natt och mellan årstiderna) .
Jag vet inte, men har aldrig hört talas om att man kan avspänningsglödga gjutjärn som man gör med en stålkonstruktion. En avspänningsglödgad stålkonstruktion är ju, om det är korrekt gjort, praktiskt taget spänningslös. En av anledningarna (kanske den viktigaste i detta sammanhang) till att man använder just gjutjärn i maskinkonstruktioner som dessa är att det har mycket goda dämpningsegenskaper. Det är ett, i jämförelse med stål, dött material. Vad det beror på är långt över min kunskap, det är ju "bara" (i princip i alla fall) några % kol som skiljer gjutjärn från stål

Alltså, jag upprepar, jag har INTE kunskap om hur det ska göras, men det ska göras av fackmän, BASTA, om det ska bli bra. Hur bra och billiga det gjuteriet du nämnt är har jag inte en aning om, men KAN de gjuta det du vill ha?

Slutligen TROR jag att det är lättare att uppnå ett bra slutresultat på den färdiga maskinen om man tillverkar den i epoxigranit...

Och förspänd skruv tror jag fortfarande INTE på, men gör du SÅ så räcker det fortfarande med ETT lager i vardera änden!

Ställer mig tveksam till att någon maskinbyggare har tid att låta gjutjärnsdelar ligga i flera år innan montering. Numera är det snabba ryck, rita, gjut, slipa, kör.

Tja jag vet inte... Det är visserligen tio år sedan jag köpte en maskin senast, en mellanstor HAAS (som man kan tycka vad man vill om) men de gjutna stativdelarna hade legat i sex år mellan gjutning och bearbetning om man utgår från att maskinen inte stått i flera år innan jag köpte den ny. Jag håller med om att det låter lite otroligt med så lång åldring, men att godset får ligga och åldras är det nog ingen tvekan om...

Det tillhör nog undantagen. Jag vet i alla fall en maskinbyggare som beställer gjutgodset när order till maskinen är lagd. Ungefär 2 månader senare börjar maskinen byggas upp på det nyslipade stativet. Gjuteriet gör någon form av värmebehandling som ska minska spänningarna, heter det, och det fungerar tydligen tillräckligt bra.

De kör det väl det i en kammare som växlar temperatur snabbare än moder Natur, forcerad åldring...
Men epoxigranit är nog att föredra, bl a Röders och Mikron kör väl bara på det numera.

Att skita i skalor tror jag kommer att fungera utmärkt. Vi kör numera bara på skruven eftersom att skalorna
pajat flera gånger och vi fräser ner på ett par um över nästan 1 m. Men skruvarna är då mjukvarujusterade
med hjälp av laserinterferometri, före den kalibreringen slog det upp mot 100 um på 1 m. LinuxCNC har
väl stöd för sådan justering och också att man kan kompensera snedheter i maskinen i mjukvara.

Det är förspända skruvar på de Okuma-fräsarna men Moores jiggslip som skulle hålla under 1 um körde
utan det och det var dessutom med vanlig skruv och mutter som alstrar mycket mer friktionsvärme än
kulskruv. Tror inte det blir ett problem för vanlig prismatisk fräsning, möjligvis i 3D körning där skruvarna
hela tiden går.