ZX45 CNC Umbau - Ideensammlung und Konzept

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petermue
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ZX45 CNC Umbau - Ideensammlung und Konzept

Beitrag von petermue » Mi 11. Jan 2017, 22:09

Hallo Zusammen,

mir schwirrt schon seit längerem immer mal wieder der Gedanke im Kopf rum, meine Fräsmaschine auf CNC umzubauen.
In letzter Zeit bin ich zwar wenig in die Werkstatt gekommen, dafür hatte ich aber umso mehr Zeit auf "blöde" Ideen zu kommen.

Also habe ich angefangen ein wenig zu recherchieren, Foren gewälzt, Blogs gelesen, andere Umbauten studiert, etc. pp.
Dabei rausgekommen ist - neben dem Beschluss den Umbau zu wagen - ein Haufen Ideen, ein paar Fragezeichen und so etwas wie ein grober Fahrplan.

Ich habe bei dem Umbau keinerlei Zeitdruck oder ähnliches, möchte aber vermeiden, dass sich das Projekt Ewigkeiten hin zieht und außer einer zerlegten Maschine nichts bei rum kommt.
Daher möchte ich nicht direkt die 120% Lösung anstreben, sondern habe mir mehrere Stufen überlegt. Jede für sich sollte dabei eigenständig lauffähig sein und die jeweils nächste Stufe quasi eine weitere Evolution darstellen - die aber nicht zwingend notwenig ist.

Bestandsaufnahme
Als Basis dient meine ZX45.
  • Trapezgewindespindeln in allen Achsen
  • MK4 Spindel
  • Getriebe
    (Komplett zerlegt und neu gelagert)
  • + Vorschub Z-Achse
    Antrieb erfolgt derzeit über einen Getriebemotor mit FU per HTD-5M Riemen.
    Die Spindel wurde dafür verlängert und neu gelagert (Loslager mit RiKuLa)
  • + DRO mit Glasmessstäben in allen Achsen
Für den Umbau habe ich mir bisher folgende Etappen überlegt:

Stufe 1: Basis CNC
  • [ ] Stepper Motoren an X-Y-Z Achse
    - [ ] Nema 34 ~8 Nm ?
    - [ ] Antrieb über HTD-5M Zahnriemen
    - [ ] Übersetzung 1:2 (HTD-5M-16Z Motor <-> HTD-5M-32Z TR-Spindel)
  • [x] Trapezgewindespindel
  • [ ] Führungen überarbeiten
    - [ ] Schmiernuten (+ Vorbereitung für Zentralschmierung)
    - [ ] Keilleisten überarbeiten
  • [ ] Endschalter/Referenzschalter
    - [ ] ? Mechanisch - Induktiv ?
  • [ ] Gewichtsausgleich für die Z-Achse
    - [ ] vmtl. per Gasdruckfedern
  • [x] Spindel Antrieb per Getriebe und Manuell
  • [ ] Steuerung über GRBL und Arduino Mega
  • [ ] Werkzeug Längensensor
Stufe 1 ist dabei noch sehr einfach gehalten, vor allem was die Steuerung angeht.
Hauptproblem sehe ich hier bei den TR-Spindeln und den daraus resultierenden Umkehrspiel.

Dennoch denke ich, dass damit die Grundlegende Mechanik für die nächsten Stufen geschaffen wäre.

Stufe 2: LinuxCNC

In Stufe zwei möchte ich dann die rudimentäre Steuerung per Arduino und GRBL eleminieren und stattdessen auf LinuxCNC umstellen.
Die ersten "Trockenübungen" mit LinuxCNC habe ich bereits hinter mir und - von dem was ich bisher gesehen habe - gefällt es mir recht gut.
Als PC würde ich mit einem Zotac Mini-ITX Mainboard mit Intel Atom und nVidia ION Chipsatz starten.
Mit ein paar Anpassungen habe ich recht brauchbare Werte im Latency Test erreicht - noch nicht perfekt, aber ein Anfang.

Ich möchte nach Möglichkeit nicht auf den parallel Port aufbauen, sondern auf Ethernet.
Daher habe ich die Mesa 7i76e Karte ins Auge gefasst, allerdings steige ich hier noch nicht ganz durch.
Ich muss mich mit diesem Thema noch weiter beschäftigen und einarbeiten, werde aber vermutlich zu gegebener Zeit eure Hilfe und Tipps brauchen.

Wenn das ganze Setup dann steht, geht's weiter mit Stufe 3.

Stufe 3: Closed Loop

In Stufe 3 möchte ich zuerst die TR-Spindeln durch Kugelgewindetriebe in allen Achsen tauschen.
Für die Z-Achse brauche ich dann vmtl. noch zusätzlich eine Bremse.

Außerdem sollen die (bereits vorhandenen) Glasmessstäbe angebunden werden und so ein Closed-Loop realisiert werden. Ob und welche Zusatzkarten ich da für die Mesa brauche, muss ich noch in Erfahrung bringen.

Stufe 4-n

Weitere Ideen für folgende Stufen wären:
  • Spindeldrehzahl steuerbar machen
    a) Getriebe im Fräskopf eleminieren und durch Riemenantrieb und FU ersetzen
    b) Getriebe schaltbar machen (Stellmotoren, Servos o.Ä.) + FU
  • Spindel auf SK o.Ä umbauen.
  • Zentralschmierung
  • ...



Weitere Gedanken und Fragen

Das bisher geschriebene ist wie gesagt erstmal ein grober Entwurf, von dem was ich mir bis jetzt so "zamgesponnen" habe.
Ich denke aber, es zeigt ganz gut wohin die Reise gehen soll.

Mir gehts jetzt primär um zwei Dinge:
1. Konkretisierung der Stufe 1
2. Eine generelle Meinung/Einschätzung zu meinen bisherigen Überlegungen


Ich bin im Moment dabei die Stufe 1 noch weiter zu spezifizieren und auch langsam die ersten Komponenten und Materialien auszusuchen und zu besorgen.
Außerdem fange ich dann auch an meine Überlegungen ins CAD zu klopfen.

Die erste Entscheidung bei der ich Hilfe benötige ist die auslegung der Motoren und Treiber.
Zum einen kann ich absolut nicht einschätzen, wie groß ich die Motoren dimensionieren muss und zum anderen weiss ich nicht was von den einzelnen Angeboten zu halten ist.
Rein aus dem Bauch raus und durch das was ich bei anderen Umbauen abgeschaut habe, würde ich auf Stepper mit mindestens ~8Nm Haltemoment gehen.
Den Antrieb der Achsen möchte ich außerdem über HTD Zahnriemen übersetzen und das ganze auch so designen, dass die Übersetzung bei Bedarf geändert werden kann bzw. auf andere Gegebenheiten abgestimmt weden kann (z.B. TR-Spindeln zu KGT).

Bei eBay gibt es einige Angebote in der Form "Stepper + Endstufe + Netzteil" für Wahlweise 1-N Achsen.
Die Anbieter sind letztendlich immer Wantai-Motor oder Longs-Motor.
Als Endstufen kommen hier scheinbar Klone der Leadshine Produkte zum Einsatz z.B. "DM860A".
Was ist von diesen Angeboten zu halten? Taugen die Motoren und Endstufen etwas oder ist das kompletter Müll?
Im Detail würde mich auch interessieren ob jemand selbst Erfahrungen damit hat.
Möglicherweise sind die Stepper ja von der Leistungsfähigkeit zwar nicht mit "Qualitätsherstellern" zu vergleichen, aber möglicherweise lässt sich das durch eine größere Dimensionieren der Motoren wieder kompensieren.
Denn zumindest Preislich sind die Angebote natürlich schon sehr attraktiv (auch mit ~12Nm Steppern).

Das wärs nun fürs erste, weitere Fragen kommen sicherlich noch.

Wow... doch ganz schön viel Text geworden.

:hi:
Viele Grüße, Peter
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Re: ZX45 CNC Umbau - Ideensammlung und Konzept

Beitrag von Doc Alex » Mi 11. Jan 2017, 22:17

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petermue
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Re: ZX45 CNC Umbau - Ideensammlung und Konzept

Beitrag von petermue » Mi 11. Jan 2017, 23:09

Hi Alex,

ja das Dokument kenne ich bereits. Danke für's zeigen.

Bringt mich nur leider nicht allzu viel weiter, da Servoantrieb aufgrund des Preises ausscheidet.

Da du ja, wimre, auch schon länger einen Umbau deiner Maschine planst: hast du dir schon Gedanken darüber gemacht, wie viel Kraft für das Verfahren der einzelnen Achsen notwendig bzw. sinnvoll ist?
Wenn ja, wie und zu welchem Ergebnis bist du gekommen?
Viele Grüße, Peter
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Re: ZX45 CNC Umbau - Ideensammlung und Konzept

Beitrag von stefangtwr » Mi 11. Jan 2017, 23:18

Ich hab einem Freund geholfen eine F45 auf KU Spindeln umzubauen - Schrittmotoren hat er vorher schon angebaut, das sind recht kernige Teile mit 8A oder so, 2:1 Untersetzt, kann ich mal nachfragen.

Mit Trapezspindeln lief die erträglich gut, Gleichlauffräsen war halt nicht drin, mit den Kugelumlaufspindeln fährt die echt gut,

Gasfedern hatte er dran, dann aber weggebaut, der Motor hebt die Z-Achse problemlos ohne. Der Kugelspindelumbau ist halbwegs Aufwändig, im Idealfall hast du eine zweite Maschine auf der du die Anbauteile fräsen kannst, während die F45 zerlegt ist. Ich hab die Anbauteile damals bei mir in der Werkstatt gefräst.

gruß
Stefan

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Re: ZX45 CNC Umbau - Ideensammlung und Konzept

Beitrag von Doc Alex » Mi 11. Jan 2017, 23:24

Na ja, Preis ist relativ:

Einer dieser 400W servos kostet ca. 100-120€ (neu aus Lager) der servoinverter ist für 250€ zu kriegen.

Dabei ist dann: multiturn encoder, Bremse, Bremchopper

Dafür brauchst Du dann keine teure Mesa Karte sondern nur ein Ethernet interface. Die Antriebe sprechen direkt Ethercat. Durch Multiturn encoder brauchst Du auch kein Homing und keine Endschalter.


Gute Stepper, stepperendstufen, Stromversorgung dafür, Mesa karte muss für closed Loop mit FPGA sein kosten ja auch ne Kleinigkeit. Rechne doch mal beide Alternativen aus.

Stepper verleren halt bei Gesvhwindigkeit Moment. Siehe das Dokument.

Kraft? Ich denke, dass die gezeigten Motoren mit guter Reserve dimensioniert sond. Das Drehmoment ist angegeben. Ich rechne mit 5mm kugelspindeln bei 2 facher untersetzung.

Vg

Alexander
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mercruiser
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Re: ZX45 CNC Umbau - Ideensammlung und Konzept

Beitrag von mercruiser » Mi 11. Jan 2017, 23:26

Gute Ansätze, doch warum Stufe 1-3 ? :nixweiss:

Warum machst Du es nicht gleich richtig, ist doch viel zu viel alles 3mal zu machen ?

An Kugelumlaufspindeln kommst Du bei einen CNC Umbau sowieso nicht vorbei, klar kann mach auch das Umkehrspiel
von Trapezgewindespindeln mit der Steuersoftware berechnen lassen, ist in meinen Augen aber Murks wenn man genau arbeiten will.

Dann gleich ne richtige Steuerung (Triple Beast oder einzelne Endstufen) einfach mal mit Sorotec sprechen.

Ob Linux CNC oder Mach3 ist Geschmacksache, nur bei Mach3 hast Du deutlich mehr Möglichkeiten für Erweiterungen.

Uwe :hi:

Sync
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Re: ZX45 CNC Umbau - Ideensammlung und Konzept

Beitrag von Sync » Mi 11. Jan 2017, 23:59

Erweiterungsmöglichkeiten inwiefern? Proprietäre externe Motioncontroller über USB? Finde ich deutlich eingeschränkter.

Doc Alex
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Re: ZX45 CNC Umbau - Ideensammlung und Konzept

Beitrag von Doc Alex » Do 12. Jan 2017, 10:36

Also ich hab das so vor:

Schaltschrank aufbauen
Pc fertig konfigurieren
Motoren anschließen
Testen.

Wenn motoren laufen

Kugelgewindespindeln bestellen
Alle Befestigungsteile fräsen
Und auf einen Schlag umbauen.

Das minimiert die Zeit ohne Fräse.

Ist aber nur mein Ansatz

Vg

Alexander
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neptunier
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Re: ZX45 CNC Umbau - Ideensammlung und Konzept

Beitrag von neptunier » Do 12. Jan 2017, 16:47

hallo,
ich habe eine zx45, schon teilumgebaut gekauft. bei mir sind nema23 mit 4A verbaut, billige china motoren von cnc-profi. die sind direkt an kugelumlaufspindeln geflanscht. damit erreiche ich 2000mm/min eilganggeschwindigkeit.
in z war die originale trapezspindel verbaut, und der gleiche nema 23 4a motor mit 5:1 übersetzung. das war nichts, die achse lief mit maximal 300mm/min. ich habe dann eine steinmeyer kus mit 10mm steigung verbaut, die vorhandene übersetzung gelassen und jetzt läuft die z achse sicher mit 1700 mm/min. ringkerntrafo 64V und digitale endstufe. bei einem neubau würde ich die z achse natürlich nicht so übersetzen, der motor dreht jetzt für 1700mm/min schon 850U/min, was für einen schrittmotor am oberen limit ist.

das problem mit den trapezspideln ist das sie neben umkehrspiel auch viel höhere reibungskräfte haben. dadurch muss! man die motoren viel stärker auslegen um einigermassen erträgliche geschwindigkeit zu haben und das kostet geld. wenn du direkt kus verbaust brauchst du keine teuren riesen motoren endstufen netzteile. bene hat in der ecke geschrieben das schwalbschwanzführungen eh nur mit maximal 3000mm/min bewegt werden sollen, weil sie sich sonst zu stark oberflächlich erwärmen. ich bin mit meinen 2000mm/min schon zufrieden, ist ja keine riesen maschine.

ich würde also im ersten schritt auf jeden fall kugelumlaufspindeln einbauen, und lieber an den motoren sparen und weniger geschwindigeit haben. um höhere drehzahlen und damit verfahrgeschwindigkeiten zu erreichen braucht man bei schrittmotoren dann auch höhere spannungen, über 50V. die endstufen und netzteile mit höherer spannung sind wesentlich teuer als endstufen bis 50v. falls du die maschine dann später schneller haben wolltest kannst du leicht motoren etc wechseln.

ich weiss nicht von wo du bist aber falls du nähe des saarlandes sein solltest kannst du gerne vorbeikommen und dir meine maschine ansehen. ich kann auch ein video mit den verfahrgeschwindigkeiten machen.

grüße
michael

HeinzHerbert
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Re: ZX45 CNC Umbau - Ideensammlung und Konzept

Beitrag von HeinzHerbert » Do 12. Jan 2017, 16:59

mercruiser hat geschrieben: An Kugelumlaufspindeln kommst Du bei einen CNC Umbau sowieso nicht vorbei, klar kann mach auch das Umkehrspiel
von Trapezgewindespindeln mit der Steuersoftware berechnen lassen, ist in meinen Augen aber Murks wenn man genau arbeiten will.
Uwe :hi:
Auch nicht mit den Glasmassstäben, die er für einen closed-loop Betrieb nutzen möchte?

Grüße,
Georg
1.) Heb's wenn's pfuust!
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3.) Rede erst, wenn es besser ist als Schweigen.

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