Progettazione fresa 5 assi per polistirolo 3x3 metri (y1,5m)

Sezione dedicata alla tua CNC: Costruzione, descrizione, foto, accorgimenti ed errori di progettazione.
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mariolinoa1k
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Progettazione fresa 5 assi per polistirolo 3x3 metri (y1,5m)

Messaggio da mariolinoa1k » martedì 10 ottobre 2017, 14:41

Salve a tutti,
sono uno studente di ingegneria e devo realizzare una realizzare una CNC professionale con area di fresatura 3000x3000x1500mm per la mia azienda start-up (e per la mia tesi di laurea).
Non ne compro una già pronta perchè ovviamente non posso permettermela.
Entrando nel progetto, i materiali che andrò a fresare sono polistirolo ad altissima densità e (raramente) legno, il tutto per realizzare positivi per stampi negativi in vetroresina. La tolleranza a cui voglio avvicinarmi è prossima ad 2,5mm al massimo dell'errore.
Amici mi hanno consigliato di avvalermi del Mach3 perchè gestisce i 5 assi, che nel mio caso saranno, oltre che a X,Y,Z per i movimenti nello spazio, A e B per muovere la testa fresante permettendogli la rotazione dei 2 assi della stessa. Se fino a qui parrebbe tutto ok, ora veniamo ai dubbi...
Circa la meccanica, per gli spostamenti X e Y ho scartato da subito il sistema a vite perchè non credo sia idoneo per queste dimensioni (e pesi..), volendo adottare un sistema "ad ingranaggi contrastanti" usando 2 motori per asse in modo da evitare "giochi" ed avere buone prestazioni. L'asse Z, avendo un movimento di oltre 1 metro e mezzo, non saprei come muoverlo, per avere il minor ingombro possibile in altezza...
Per gli assi A e B invece stavo pensando di utilizzare il classico sistema a "C" rotante sull'asse verticale Y e sull'asse a 90° dell'asse Y.
Spero di essermi spiegato nel migliore dei modi.

In allegato uno schizzo per spiegarmi cosa ho in mente (I pilastri sono fissi a terra).

Grazie a tutti quelli che mi daranno una mano.

:)
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daniele86
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Re: Progettazione fresa 5 assi per polistirolo 3x3 metri (y1,5m)

Messaggio da daniele86 » martedì 10 ottobre 2017, 16:43

ciao,

per la movimentazione X,Y non escluderei la vite, magari con chiocciola rotante per avere una vite più snella..
'asse Z, avendo un movimento di oltre 1 metro e mezzo, non saprei come muoverlo, per avere il minor ingombro possibile in altezza...
per ottimizzare gli ingobri della Z potresti buttare un occhio qui: https://www.cncitalia.net/forum/viewtopi ... 7&start=15
si tratta di una Z telescopica che riduce sensibilmente gli ingombri, non sarà di semplice realizzazione ma fattibile..

ciao
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kylotron
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Re: Progettazione fresa 5 assi per polistirolo 3x3 metri (y1,5m)

Messaggio da kylotron » martedì 10 ottobre 2017, 18:34

Ciao, come ti è stato consigliato, sto facendo qualcosa di simile. Ho 2-3 progetto più o meno completi... sui quali ho lavorato per mesi.
Per l'ultimo sono tornato alla colonna dell'asse Z "fissa"... non telescopica, perché non ho voglia, per ora, di complicarmi la vita.

Comunque...

X, Y, date le dimensioni, andrei su guide lineari a ricircolo di sfere tipo HiWin. Nel mio caso ne uso 2 da 20 per la X e 4 da 15 per la Y (ponte con colonna passante al centro). Nel tuo caso, date le dimensioni enormi, dovresti usare almeno 2 guide da 25 sugli appoggi fissi... per quelle sul Ponte, invece, è un problema... ma 2 da 25 o addirittura 4... da 20 dovrebbero bastare. Ma dipende da quali materiali andrai ad usare per realizzare l'intera struttura.

Per la Z puoi usare benissimo 2 guide da 20 se mantieni la colonna a sbalzo.

Per quanto riguarda la movimentazione degli assi... le viti a ricircolo di sfere vanno benissimo a patto di usare la chiocciola rotante. Questo perché ti azzera quasi completamente le eventuali vibrazioni dovute all'eccessiva lunghezza di una vite rotante.
Al contrario, usando pignone e cremagliera, riduci notevolmente le difficoltà anche perché la precisione che indichi non è nulla di particolarmente complesso da raggiungere.

Per quanto riguarda i motori... come minimo dovrai usare dei Nema 34 se non addirittura più grossi. Molto dipende dalle velocità che vuoi raggiungere.

Per quanto riguarda la Testa... gli assi che hai sono B e C, ovvero "parallelo all'asse Y" e "parallelo all'asse Z"... Qui avrai qualche problema se hai la necessità di ridurre sensibilmente gli ingombri. Io ho risolto costruendo da zero un elettromandrino usando un motore "outrunner" da 2700 Watt comunemente usato su aerei radiocomandati (63mm di diametro), un albero ER20, qualche cuscinetto ed una carcassa in alluminio costruita appositamente per avere integrato l'asse B di rotazione.

Per quanto riguarda il software... Mach3 o LinuxCNC non fa molta differenza. L'importante è l'elettronica, che nel tuo caso dovrà prevedere gli encoder per la coppia di motori che monti sull'asse che poggia sui pilastri.

Bernardo
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daniele86
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Re: Progettazione fresa 5 assi per polistirolo 3x3 metri (y1,5m)

Messaggio da daniele86 » martedì 10 ottobre 2017, 19:18

cosa molto importate è avere le idee chiare anche su quale velocità impostare la macchina in lavorazione.. da qui, in base anche alle masse in gioco da muovere, dovrai fare una scelta tra passo passo o servo

non so che oggetti dovrai modellarci, ma su volumi del genere immagino qualcosa di grosso e il rischio è di addormentarsi in fase di lavoarazione... o peggio ancora se parli di start-up non essere competitivi sul mercato ad esempio

ciao
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Re: Progettazione fresa 5 assi per polistirolo 3x3 metri (y1,5m)

Messaggio da kylotron » martedì 10 ottobre 2017, 20:46

Se ho capito bene ciò che intende fare, direi che avrebbe bisogno di una macchina con utensili di grandi dimensioni (diametro 20 mm, lunghezza 200 mm). Il che significa avere una signora testa... che sia stabile, equilibrata e performante.
Quasi sicuramente serviranno nei Nema 34 (da almeno 8-12 Nm) o 42 comunque in Cloosed Loop. Il che significa Driver e alimentatori con i controca$$i e quindi una scheda di interfacciamento che nulla ha a che fare con quelle hobbistiche tipo la Breakout board via porta parallela. Questo per restare competitivi (che poi è ciò che ho specificato per la mia parlandone ad un imprenditore che era interessato alla BIG5).
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Re: Progettazione fresa 5 assi per polistirolo 3x3 metri (y1,5m)

Messaggio da mariolinoa1k » giovedì 12 ottobre 2017, 12:09

Grazie a tutti per le preziose info e dritte che mi avete dato.
Ora inizio ad avere le idee più chiare, anche in base alle mie esigenze.. Specifico subito che ho un capannone di 330cm sottotrave (quindi sono obbligato, mio malgrado ad optare per la Z telescopica) :(
per ottimizzare gli ingobri della Z potresti buttare un occhio qui: viewtopic.php?f=25&t=69877&start=15
si tratta di una Z telescopica che riduce sensibilmente gli ingombri, non sarà di semplice realizzazione ma fattibile..
Ho visto questo progetto e, al netto del gioco che avrà il tutto, mi pare la soluzione più appropriata per il mio problema. Ma la domanda che volevo farti Daniele86 è: sai se qualcuno del forum l'abbia mai realmente realizzata una colonna con questo progetto? O è rimasta solo sulla carta?

Per rispondere a kylotron stavo valutando i Nema 42 encoder, ma mamma mia quanto costano... Tuttavia considerando che poi mi permette di lavorarci... Il gioco vale la candela :)
In questa fase sto prototipando la fresa in scala 1/10, una volta che ho tutto funzionante, passerò all'investimento "grande". Ora sto utilizzando una classica schedina parallela con 5 canali separati. Per la "grande" che scheda elettronica mi consigli?

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Re: Progettazione fresa 5 assi per polistirolo 3x3 metri (y1,5m)

Messaggio da kylotron » giovedì 12 ottobre 2017, 14:20

La Z telescopica l'ho vista su una macchina CNC 5 assi il cui elettromandrino ha una potenza di 12 KW!
Era una colonna in acciaio, quadrata, di 50 cm di lato, che scorreva all'interno di una struttura esterna rettangolare... che si muoveva su e già al centro di un carrello che per dimensioni era paragonabile ad un carroponte! La corsa complessiva era di 4 metri, lavorava acciaio su una piattaforma girevole di 10 metri di diametro spessa oltre 1 metro. Sopra c'era una la girante di una turbina che stavano rettificando.

Io al momento con la BIG5 sono fermo... Sto cercando i soldi per realizzarla. Poi andrei a fare qualcosa di simile a quanto dovrai fare tu (oggetti in polistirolo e simili da rivestire in carbonio).
Se vuoi ti passo il DWG con il "progetto" della colonna telescopica... ma a patto che poi mi mandi una copia della tua tesi e mi inviti a vedere di persona la bestia ^_^

per quanto riguarda la scheda di controllo, penso che la soluzione più giusta sia una scheda di controllo I/O funzionante con connessione Ethernet.
Questo perché la parallela ha limitati ingressi. Con LinuxCNC se ne montano fino a 3 in parallelo per controllare fino a 15 assi. Ma è comunque un pastrocchio hobbistico. Per il professionale conviene usare qualcosa di più preciso e affidabile.
Oggi stanno uscendo varie soluzioni USB, ma personalmente non ne conosco l'affidabilità.

In alternativa, su LinuxCNC, vengono usate le MESA... http://www.mesanet.com/
....in pratica, se non erro, viene inserita una scheda all'interno del PC (slot PCI) e da qui, con un apposito cavo, si va su una scheda "figlia" dalla quale partono una serie di connessioni alle schede di interfacciamento vero e proprio. Questo consente un elevatissimo numero di porte I/O che ti permetteranno, date le dimensioni, di controllare tutto ciò che ti serve.

Prima di procedere con l'elettronica, però, ti consiglio di valutare molto attentamente il software che andrai ad utilizzare perché dovrai avere un'affidabilità elevata e non vincolata al sistema operativo (io escluderei Windows a prescindere... e di conseguenza Mach3, ma tu scegli pure quello che vuoi). Poi deci bene come procedere con motori, driver, encoder ecc... quanti e quali sensori installare.

Io sulla mia BIG5 userò una MESA al 100%!

Bernardo
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Re: Progettazione fresa 5 assi per polistirolo 3x3 metri (y1,5m)

Messaggio da mariolinoa1k » venerdì 13 ottobre 2017, 11:09

Assolutamente Bernardo, te ne sarei grato! :)
Se vuoi ti passo il DWG con il "progetto" della colonna telescopica... ma a patto che poi mi mandi una copia della tua tesi e mi inviti a vedere di persona la bestia ^_^
Ti scrivo in pvt la mia mail, cosi mi modello il 3D (con Rhinoceros) estrudendo il tuo DWG e lo provo a montare sulla fresa. Inoltre non so che sistema di trazione hai pensato per la testa... Girano un pò il forum ho letto diversi articoli e sostanzialmente le teste 2 assi si dividono in 2 categorie: a trazione diretta ed a trazione tramite cinghia.
Non ti nego che sono molto affascinato dalla trazione a cinghia perchè permette (in modo molto semplice) di rimanere con la fresa sull'asse Z senza offset, però non mi convince il sistema a cinghia circa la tolleranza... Immagino con una punta fresante di 40 cm dall'asse Z, una trazione a cinghia, può avere più errori rispetto ad una trazione diretta (tralasciando il rapporto di demoltiplica tra le pulegge)...

Circa il sistema operativo, il mio collega universitario (stiamo facendo la tesi insieme), è più propenso per un LinuxCNC su Ethernet, e l'idea non mi dispiace. Tornando al presente, sto realizzando una fresa in scala fedele 1/10 di quella che sarà la "BIG". Sto facendo stampare 3D in PLA o in legno fresato (con una fresa 70x100x15 che già abbiamo, software Mach3 con interfaccia USB, non parallela) tutti i pezzi che comporranno la sorellina piccola. 8)

Per i motori (per la big) ho visto che i Nema 42 con encoder e stepper stiamo sui 400 euro l'uno (forse dalla cina, anche a meno)... Hai un fornitore migliore?
Grazie

Mario

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Re: Progettazione fresa 5 assi per polistirolo 3x3 metri (y1,5m)

Messaggio da kylotron » venerdì 13 ottobre 2017, 11:35

Io i motori li ho presi in UK, da CNC4YOU, insieme alle pulegge e alle cinghie che mi servivano all'epoca per la piccolina (cinghia 4° asse). Ma non saprei dirti in termini di costi se c'è da risparmiare o meno. Dalla Cina fino ad oggi ho preso solo una breakout board economica e i driver TB6600 (uno l'ho già fuso facendo girare il Nema 17 a mano :( ).

Tornando alla testa...

Hai gli assi C e B (o A, è uguale). Io ho optato (a livello progettuale) per il motore dell'asse C montato in linea sopra alla colonna, con riduttore direttamente sul motore. Questo perché, sia per la colonna telescopica che per la versione normale, non posso ingombrare all'esterno della colonna stessa se non dove c'è la vite a ricircolo. Gli altri 3 lati della colonna devono restare liberi per poter "scorrere" liberamente all'interno del carrello che regge il tutto.
Colonna_1.png
L'Asse B, invece, l'ho montato di traverso con un rapporto a cinghia.
Colonna_2.png
In questa 3a immagine ho ruotato l'asse B e reso trasparente qualche pezzo... così si capisce meglio com'è fatta la testa.
Colonna_3.png
il "barilotto" verde è il motore dell'elettromandrino, nello specifico è un Turnigy Aerodrive SK3 - 6374-192kv Brushless Outrunner Motor (80AMax/2750W).
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Re: Progettazione fresa 5 assi per polistirolo 3x3 metri (y1,5m)

Messaggio da matteom » venerdì 13 ottobre 2017, 19:48

Ciao
Prova a dare un occhiata ad aliexpress con 400 euro si trovano gia servo brushless e drive insieme.... Poi su una macchina del genere li vedo molto meglio rispetto aglo stepper

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