CNC

CNC: weer aan de slag...met messing

We zijn weer begonnen met CNC-Frezen na een paar maanden stil gelegen te hebben.

Ik heb geleerd dat ik het totale vermogen van alle aangesloten apparaten moet uitrekenen, want de stoppen sloegen door. 

De verlichting van de ruimte, de koelkast, de afzuigkap, de freesmotor, de stofzuiger en de luchtcompressor trekken te veel stroom als ze tegelijk aanstaan. 

Ik heb ook geleerd dat ik de 0 coördinaten moet opslaan voordat ik ga frezen, want hij was na de stroomstoring z'n 0-instellingen kwijt op alle 3 de assen.

PIONIEREN:

CNC frezen en boren wordt al decennia gedaan en er is veel over gepubliceerd.

Totdat je in de microwereld komt van freesjes en boortjes met een diameter kleiner dan 2,00 mm. , laat staan kleiner dan 1,00 mm.

zie bijvoorbeeld ook:

http://www.precifast.de/schnittgeschwindigkeit-beim-fraesen-berechnen/

http://www.vhf.net/cgi-bin/ToolCalc?lng=de

http://www.pferd.com/de-de/service-drehzahlrechner.htm#rechner_ergebnis_3

http://www.web177.server-drome.info/images/formeln/fraesen.htm

http://www.mitsubishicarbide.net/contents/mmus/enus/html/product/technical_information/information/formula3.html

http://www.cenon.de/cgi-bin/ToolCalc?lng=de

Deze laatste (van Cenon) benadert in mijn beleving de waarden die ik zelf ook heb gevonden, nog het meest.

We moeten helaas wat pionieren en dat kost tijd en het kost boortjes en freesjes.

Ik denk dat het vergelijkbaar is met kernfysica: in het hele kleine gelden de wetten van Newton niet meer.

Ik publiceer hier mijn bevindingen zodat anderen daarvan kunnen profiteren.

 

FEEDRATE (Vf):

Er zijn diverse tabellen beschikbaar, maar die vertonen soms bizarre waarden.

Dat komt omdat er verschillende eenheden door elkaar worden gebruikt.

Wanneer je de feedrate van anderen ziet, staat er vaak niet bij of het inches of mm betreft en ook worden minuten en seconden ook nogal eens verwisseld. 

Ik ben ook al feedrate per uur tegengekomen.

Regelmatig kom ik ook feet/min tegen

Met andere woorden: erg opletten als je waarden van anderen overneemt.

De Feedrate (In formules "Vf", maar "F" in G-code) is officieel: "eenheid per minuut".

Mijn eenheid is millimeter.

Feedrate is bij mij dus millimeter per minuut.

In veel formules kom je als eenheid millimeters per seconde tegen, dus checken welke eenheid er wordt gehanteerd. Het scheelt soms factor 60!

F125 is dus 125 mm/min of 7500 mm per uur, of 750 cm per uur of 7,5 m per uur, in engelse feet: 24.61 ft/hr.

Ik heb zelf een paar vuistregels ontwikkeld waarbij de freesjes heel blijven en de kwaliteit van het werkstuk goed is.

Bij hele kleine freesjes doe ik F50 tot F100.

In messing houd ik aan:

F=(freesdiameter/mm * 100), dus een freesje van 0,8mm krijgt F80 maximaal een freesje van 0,3 mm krijgt F30.

Diepte per gang of "plunge rate": bij voorkeur niet meer dan 1/3 * diameter.

Dus bij een freesje van 0,8 mm ga ik niet dieper dan 0,27 mm per gang.

Een freesje van 0,3 mm gaat dus niet dieper dan 0,10 mm per gang.

Een freesje van 1mm krijgt maximaal F100 en niet dieper dan 0,33mm per gang.

De F (feedrate) kan theoretisch wel veel sneller, maar er hoeft maar íets te gebeuren en het freesje (dat al gauw 10€ -15€  perstuk kost), knapt.

Het nadeel van trage feedrate is dat wel het tamelijk lang duurt.

In kunststof kan de feedrate 2x zo hoog zijn als bij messing, maar het toerental wordt 1/3e anders smelt de kunststof.

Toerental messing: maximaal (25.000-30.000 rpm).
Toerental kunststof: 1/3 van messing (8000-10.000 rpm).

Voorbeeld:
Die Vorschubgeschwindigkeit (feedrate) klassieke formule: vf = n * z * fz

vf = Vorschubgeschwindigkeit in mm/min
n = Fräserdrehzahl in U/min (rpm)
z = Anzahl der Schneiden am Fräser (aantal tanden)
fz = Zahnvorschub in mm/Zahn (Bei Aluminium üblicherweise 0,1 mm/Zahn)

 Bij deze formule wordt opmerkelijk genoeg de diameter van de frees niet meegenomen, maar wel het aantal snijkanten.

De Zahnvorschub lijkt mij echter afhankelijk van de diameter, dus ik ga dat nog nader uitzoeken.

Dus stel voor aluminium, we hebben 2 snijkanten (z), en een toerental van 30.000 rpm (n) en een zahnvorschub van 0,1 (fz), dan komen we uit op 6000 mm/min. dat is dus 360.000 mm/uur.

Dit komt niet overeen met de uitkomsten van mijn experimenten, maar misschien maak ik een denkfout.

 

FREESDIEPTE:

Wanneer je onder de 1mm diameter werkt, is het voorkómen van breken van freesjes en boortjes je grootste zorg.

Ik heb diverse tabellen en cnc-calculatieprogramma's op internet geprobeerd om bruikbare parameters te vinden, met als gevolg dat de stukken om m'n hoofd vlogen.
Die zijn wat mij betreft niet betrouwbaar.

Wat voor mij goed werkt is per gang nooit dieper gaan dan de halve diameter van de frees, maareen derde van de diameter is veilig.

Dus bij een freesje van 0,3 mm. niet dieper gaan dan 0,10 mm. per freesgang, vandaar dat het essentiëel is om een volledig vlakke oppervlakte van het te bewerken materiaal te hebben.

Een werkstuk dat voor ons oog "vlak" lijkt, vertoont al gauw hoogteverschillen van 0,5 mm!

 
TOERENTAL VAN DE SPINDLE:

Eenheid van toerental is rpm: revoluties per minuut, ofwel omwentelingen per minuut.

Met kunststoffen moet je oppassen dat het werkstuk niet gaat smelten en dat er zich een klodder om de boor of frees vormt, daarom niet hoger dan 12000 toeren.

Met messing, staal en aluminium zo hoog mogelijk bij kleine freesdiameters: 25.000-30.000 rpm.

Bij vlakken wordt de motor en het werkstuk erg heet en daarom ook niet meer dan 10.000 rpm. en regelmatig stoppen om alles te laten koelen.

FREZEN:

Om te frezen met 0,5 mm. moet je dus heel voorzichtig te werk gaan en werken met een langzame feedrate.

Toerental 30.000 rpm. bij metaal en 10.000 bij kunststof.

Voor de freesdiepte blijkt 1/3e van de freesdiameter als diepte per freesgang bij mij goed te werken. 

Dat zou bij een frees van diameter 0,5 mm. dus maximaal 0,167 mm. zijn.

Ik heb nu gekozen voor een freesdiepte van 0,1 mm. per freesgang.

Het enige nadeel is dat het een paar uur duurt, dus je moet geduld hebben.

Oplossing: De frees aanzetten, een kop koffie gaan drinken en een goed boek lezen.

De onderstaande instellingen werken dus goed in 0,3 mm messing:

F8.0 Z-0.12 (De neergaande snelheid en de freesdiepte. Ook wel "plunge rate") is  8 mm/min.

F120 X..Y.. (De zijwaartse freessnelheid) is dus 120 mm per minuut.

Waarschijnlijk kan het sneller (F150 of F200), maar zo breek je geen freesjes en de afwerking is mooi strak.

FREESLENGTE:

Freesjes zijn in verschillende lengtes te verkrijgen, neem een zo kort mogelijke.

Hoe korter, hoe minder snel last van breuk.

De lengte hoeft maar een tiende langer te zijn dan de dikte van het door te frezen materiaal.

Een freeslengte van 3mm is riant maar je kunt meestal met de helft toe.

 BOREN:

Een goed werkende instelling om te boren met een 0,5 mm. boortje in 0,3 mm messing58 plaat is:

Bij voorkeur "pecked drilling" uitvoeren.

(G21 G90 G64 G40 G17)
(G21: eenheid =mm.)
(G90: Absolute afstand)
(G64: Default cutting mode)
(G17: werk in het XY veld)

(G83: X  Y  Z  R  Q  F    -> "Peck drilling": boren met lossen)

Peck drill cycle: "ga naar diepte Z op punt(X Y) met feed rate F and retract naar positie R elke keer de afstand Q is geboord".

G83 X Y Z-0.31  R0.2 Q0.2 F5.0 

Deze code betekent:

G83=Peckdrilling
XY: coördinaten waar het gat geboord wordt.

Z: diepte die uiteindelijk geboord wordt, in dit geval 0,31mm, we nemen altijd wat dieper dan de materiaaldikte als het gat door en door moet worden geboord.
In dit geval: 0,3 mm dikte wordt 0,31 mm diep boren.

R: Z-waarde tot waar de boor zich terugtrekt tijdens pecking, in dit geval trekt de boor zich terug tot 0,2mm.

Q: diepte per keer, dus in dit geval gaat de boor iedere keer 0,2 mm dieper.

F:feedrate waarmee boor naar beneden gaat, in dit geval 5 mm per minuut.

Feedrate is dus 5 mm per minuut bij boren met een boortje van 0,5 mm. 

KOELEN:

Ik geef de voorkeur aan koelen met lucht, het blaast tevens het boor- en freesdébris weg. 

Het freesje wordt op met een lage feedrate niet zo heet waardoor je niet hoeft te spuiten met snij-olie.

Het nadeel van olie is, dat het ertoe bijdraagt dat de spraylijm gaat loslaten.

Een ander probleem van olie is dat het wordt opgezogen door het afzuigsysteem en dat veroorzaakt een smurrie van olie gemengd met débris.

Met water koelen is geen optie omdat het hout van de waste plate dan gaat desintegreren.

Bij een vacuümtafel wordt de koelvloeistof ook opgezogen en het risico bestraat dat de gaatjes verstopt raken.

VLAKKEN:

Het exact vlak krijgen van het werkstuk is bij deze maten een voorwaarde.

Op dit moment vlak ik de waste plate en lijm het werkstuk daar op.

Alles staat en valt met een vlakke opppervlakte van het te bewerken materiaal.

Een messingplaat kun je schrapen met een schraapstaal of vlakken in de machine.

Ik stond verbaasd over hoeveel er nog van de messing plaat af moest voordat die vlak was: 0,64mm.

10.000 rpm met F60 tot F75.

Niet meer dan 0,02 mm per gang afnemen.

Ik heb dat in G-code geprogrammeerd, dus hij gaat op en neer over de messingplaat en gaat iedere keer 0,02 mm lager.

Ik gebruik mijn zelfgemaakte vlaktol met een diameter van 7 cm. met 40 grid BOSCH schuurpapier.

Als je te veel afneemt wordt het werkstuk te heet waardoor de lijm loslaat.

Bovendien wordt de motor ook te heet en de KRESS is beveiligd, dus die stopt gewoon.

Het is een geduld werkje, ik was er 1 1/2 uur mee bezig om een messingplaat van 25 x 25 cm te vlakken.

 

Gangbare formule voor SCHNITTGESCHWINDIGKEIT
De te bewerken messingplaat wordt gevlakt (nadat de wasteplate was gevlakt). De plaat was zwart gespoten en wat nu zwart is, ligt dus lager. Het hoogteverschil was maar liefst 0,64mm.! Plaat 25 x 25 cm en 2,98 mm dik.
De messingplaat is nu redelijk vlak. Het verdient echter aanbeveling om een autoleveling macro toe te passen. Maar daarover later.

CNC: uitbreidingen.

VACUÜMTAFEL:

IK heb inmiddels een vacuümtafel aangeschaft, maar nog niet geïnstalleerd.

Ook heb ik een vacuümpompje aangeschaft. 
Met 0,128 m3/minuut (=7,7 m3 per uur) is het eigenlijk te zwak, maar ik had geen geld om een dure vacuümpomp aan te schaffen.

Een bekwame vauümpomp kost al gauw een paar duizend euro's.

Voor de VT5030 van 'Vukuumtisch.de'  wordt een minimale capaciteit van 16 m3/uur geadviseerd, maar 25 m3/u is optimaal

Het probleem bij kleine diameters is de freesdiepte. 
Kleine oppervlakte verschillen van minder dan 0,1 mm. vormen al een probleem.

Kleine voorwerpen kun je natuurlijk met een grotere freesdiameter aan de buitenrand frezen, bijvoorbeeld 1.0 mm. of zelfs 1,5 mm., maar ik wil de techniek van kleine diameters onder de knie krijgen.

De afvoer van droge spaanders gaat prima via m'n nieuwe afzuigsysteem.

Het blaaspijpje houdt het werkgebied mooi schoon en blaast het débris in de afzuigmond.

Ik heb het werkstuk uitsluitend met lijmspray gefixeerd op de wasteplate, maar de lijm liet toch los op bepaalde plekken waardoor het messing bol ging staan en er dus een ongelijkmatige diepte ontstond. (en het freesje van 0,5 mm. brak uiteraard).

Ik vermoed dat het loslaten komt door de zijwaartse kracht bij frezen waardoor de messingplaat redelijk warm wordt.

Dit gebeurde pas na enige tijd, het ging aanvankelijk prima. Met boren heb je daar uiteraard geen last van.

SPINDLE LAWAAI:

De KRESS 800 is een veelgebruikte motor bij CNC frezen vanwege z'n hoge toerental en z'n redelijke prijs.

Verder heeft de KRESS een vrij mooie rondloop en ingespannen tools slingeren nauwelijks.

Een nadeel van de KRESS is het lawaai, niet alleen van de koolborstels, maar ook van de luchtkoeling, het is niet prettig om daar bij te staan als ie aan het werk is.

Oorbescherming is beslist aan te raden.

Wil je een stillere machine, dan kom je bij duurdere oplossingen, zoals Teknomotor en de Chinese watergkoelde motoren.

Een nadeel van die motoren is dat ze qua gewicht zwaarder zijn en ik heb liever niet te veel gewicht op de Z-as.

Verder gebruiken ze andere spantangen dus je moet ook weer een nieuwe set spantangen aanschaffen.

Het probleem is ook dat die niet zomaar in de EURO 43mm opening passen, dus dan moet de Z-as houder worden aangepast, hetgeen een flinke operatie met zich mee brengt.

 

De vacuümpomp: -0,8 Bar en 125 liter per minuut. Dus geen krachtpatser, maar het werkt redelijk en hij was aangenaam geprijsd.
Frezen met een freesje van 0,5 mm. in 0,3 mm messing.
Door een lage feedrate (F12) gaat het prima en breken de freesjes niet. toerental 30.000 rpm. per gang ga ik niet dieper dan 0,1 mm. Bij een messing plaat van 0,3 mm. moet ik de freesgang dus 3x herhalen, iedere keer 0,1 mm. dieper. Het blaaspijpje houdt de frees koel en blaast het débris en de chips weg. Dit werkt beter dan snijolie spuiten.
Het werkstuk dat alleen met lijmspray was gefixeerd, had op bepaalde plaatsen losgelaten, waardoor het freesje brak. Deze plaat was ook niet gevlakt, waardoor er hoogteverschillen waren en je ziet dan ook het verschijnsel van "luchtfrezen": de frees raakt de plaat niet en draait in de lucht. Een autoleveling macro kan dit voorkomen.
Omdat het werkstuk losliet met uitsluitend lijmspray, heb ik met een paar kleine houtschroefjes (1,6 mm) op diverse plaatsen het werkstuk gefixeerd. De zijkanten voor alle zekerheid gefixeerd met duct tape.
Prima onderdelen om te gebruiken. Ik heb een beetje moeite om het beeld scherp te krijgen op mijn Samsung S4 gsm zo dichtbij.
Handwisselsteller in aanbouw met de gefreesde onderdelen. dikte 0,3 mm. Macro opnames gaan moeizaam met de samsung.
Ombouw Schaublin 70 naar CNC
Schaublin 70 CNC-conversie: de NEMA 17 0,5 NM is wat aan de grote kant, maar heeft voldoende koppel voor het kruissupport. De motoras heeft een diameter van 5mm. en de spindelas van 6 mm.
Deze werkt dus. Ik moet nu alleen nog een goede constructie bedenken om de stappenmotoren aan het kruissupport te bevestigen. Ze zijn een beetje aan de grote kant.

Drijfwielen HSM lok

Ik ben bezig om de drijfwielen van de HSM lok te tekenen.

De lok heeft binnenliggende aandrijfkrukken op de voorste as en de aandrijfkrachten worden via buitenliggende koppelstangen naar de achterste drijfwielen overgebracht.

De spaken zijn een beetje ovaal en de contragewichten verschillen natuurlijk tussen voorste en achterste drijfwielen.

We beschikken niet over maattekeningen van deze wielen dus met wat combineren en deduceren en de hulp van Jan den Haan hebben we een redelijke benadering bereikt.

De schaal is 1:45, ik wil streven naar PROTO-45.

De tekeningen zijn nog niet klaar want er moet nog veel aan geschaafd worden, maar de basis is er.

Eerst een CAD tekening en vervolgens een G-code (CNC file) maken.

Drijfwielen van de HSM lok. Voor de promotiefoto is de lok lichtgrijs geschilderd. diameter 1,80 m. en 18 spaken. Dit is het voorste wiel met de binnenliggende aandrijfkrukken.
Maatschets voorste drijfwiel van bovenaf. Maten zijn imperial.
CAD tekening van de drijfwielen. De volgende stap is om deze naar CNC code (G-code) te vertalen. De tekening is nog niet klaar, er moet nog heel wat aan "getweaked" worden. 1800 mm. diameter wordt op schaal 40 mm. diameter.
dwarsdoorsnede van de voorste drijfwielen. 40 mm. diameter. De aandrijfkrukken zijn hier even weggelaten.
Radii van het "dikke" eind van de spaak
Radii van het "dunne" eind van de spaak
Doorsnede van de spaak van een drijfwiel: heeft 2 radii.
Maten voor wielflens volgens PROTO-45. flenshoogte 0,65 mm. flensdikte 0,68 mm. De wieldikte is 3.0 mm. Deze nauwkeurige maten zijn alleen maar te bereiken met CNC.

Schrijf een commentaar: (Klik hier)

123website.nl
Tekens over: 160
OK Verzenden.

jaap dekker | Antwoord 03.02.2016 01.23

Hi Rolf, ik heb je geantwoord via e-mail

Rolf | Antwoord 02.02.2016 23.02

Hoi Jaap,

Ruimte is hier erg beperkt
Ik heb je een PB gestuurd via het spoornul forum

Groeten Rolf

Erwin | Antwoord 25.12.2015 09.05

Waarschijnlijk ten overvloeiden maar ken je deze? http://www.buntbahn.de/modellbau/viewtopic.php?t=8696&postdays=0&postorder=asc&start=0

j.dekker 25.12.2015 11.48

Kende de site wel, maar deze nog niet gezien. Bedankt. Leuk forum.

Erwin | Antwoord 25.12.2015 00.12

Je kan ook het messing vast lijmen met sec. lijm op een dikker plaat messing. Even de vlam er over en het onderdeel is los.

j.dekker 25.12.2015 00.58

Klopt. punt is alleen, dat als je doorfreest zoals ik, de onderliggende plaat ook geraakt wordt. Met MDF gaat het overigens wel als je van te voren vlakt.

Erwin | Antwoord 25.12.2015 00.08

Mooi verslag. Mss met half door gefreesde bevestigingsnokjes werken? Zodat je onderdeel niet volledig los komt en de frees raakt?

j.dekker 25.12.2015 00.59

Leuk om te horen dat je het mooi vindt.

j.dekker 25.12.2015 00.56

Inderdaad, ik werk ook met lipjes, ander svl;iegen de onderdeeltjes weg.

Bekijk alle commentaren

Nieuwe commentaren

15.11 | 13:15

geachte heer,

kijk eens naar mijn zelf gebouwde hetelucht moteren, waarbij ik alle onderdelen zelf maak http://www.heteluchtmotoren.nl/ en www.cnc-machine.eu

...
14.11 | 21:15

Dank je, beweegb. pntstk is bijna een must bij proto 45 wielen.

...
14.11 | 17:15

Fijn uitgelegd en duidelijk. Vind beweegbaar pnt.stuk de allerbeste oplossing om wegvallen wielflens in hartstuk overgang te voorkomen.
Vrgrt Ed van Heel

...
29.09 | 17:07

Fusion is een zeer complex programma en ik heb het nog niet helemaal door, maar ik doe m'n best.

...
Je vindt deze pagina leuk