Der mechanische Aufbau


Wie schon erwähnt stand eine hohe Maschinensteifigkeit bei der Entwicklung im Vordergrund.
Hier einige Details.


Die Aufspannfläche (Maschinentisch)

Feingefräste Aluminiumplatten besitzen fertigungsbedingt eine sehr gute Ebenheit mit weniger als 0.15mm Abweichung pro Meter Messlänge. Daher ist der Maschinentisch einfach nur eine solche Platte mit 20mm Dicke. Alle die mehr alleine tragen können (20mm Dicke → 1qm ca. 54kg) bekommen selbstverständlich auch dickere Grundplatten...

Zur Werkstückbefestigung sind Gewindebohrungen in einem beliebig wählbaren Rastermaß vorgesehen. Aber Achtung, ein 25x25mm Raster hat bei 1qm Fläche bereits 1600 Bohrungen — eine zeitintensive und damit teure Fertigung.


Das Portal, die kritische Einheit

Das Portal stellt wegen der geringsten Steifigkeit in der Kette das kritische Bauteil dar. Ideal für den Portalbalken wäre ein dickwandiges und ebenes Hohlprofil, das jedoch als Halbzeug nicht am Markt verfügbar ist — schade. Die feingefräste Aluminiumplatte bietet daher das beste Verhältnis aus Preis und Leistung (Steifigkeit und Ebenheit) und ist standardmäßig 30mm dick und 170mm hoch ausgeführt. Selbst mit 30mm stellt sie immer noch das Bauteil mit der am Abstand geringsten Steifigkeit dar, ermöglicht aber eine Aluminiumbearbeitung mit einem 16mm Schaftfräser — ohne das störende Schwingungen überhand nehmen.

Optional kann der Portalbalken auch mit 40 oder 50mm ausgeführt werden was zu einer glatteren Oberfläche beiträgt. Zusammen mit der z-Achse und der Frässpindel kann dann jedoch die bewegte Masse schnell auf mehr als 60kg ansteigen, so dass die Motoren der y-Achse ordentlich gefordert werden. Für Motoren der Größe Nema 23 und einer Spindelsteigung von 4mm aber eine lösbare Aufgabe.


Die y/z-Achsen

Die x/z-Achsen sollten kompakt aufgebaut sein; ein geringer Abstand zwischen dem Portalbalken und der Frässpindel reduziert die Momentenbelastung und somit die Verformung des Portalbalkens.


Die Profilschienen/Wagen

Rein von der mechanischen Belastung sind selbst 15mm Profilschienen schon überdimensioniert, sofern immer zwei Wagen pro Achse zur Aufnahme der Momentenbelastung verbaut sind. Die 15er Wagen haben jedoch den Nachteil, dass nur wartungsunfreundliche M3 Schmiernippel verbaut sind — eine fummelige Angelegenheit. Ab 20mm sind M6 Schmiernippel standard, so dass die Wartung sehr einfach von Hand geht. Es kommen jedoch 25mm Schienen/Wagen zum Einsatz, da erst ab dieser Baugröße eine hohe Vorspannung von den Herstellern angeboten wird. Diese ist maßgeblich für eine hohe Kontaktsteifigkeit.


Die Kugelumlaufspindeln

Hier muss ein Kompromiss aus Verfahrgeschwindigkeit und Positioniergenauigkeit gefunden werden. Standardmäßig sind 16x4mm Spindeln für eine hohe Positioniergenauigkeit verbaut.

Einer Antriebsdrehzahl von 1000/min entspricht somit eine Verfahrgeschwindigkeit von 4000mm/min — meiner Meinung nach ausreichend. Wer mehr möchte muss größere Steigungen einsetzen, denn höhere Drehzahlen sind nicht empfehlenswert, da man der biegekritischen Drehzahl der Spindel gefährlich nahe kommt.

16mm Spindeldurchmesser hört sich für viele "popelig" an, ist aber absolut überdimensioniert, sowohl von der Belastung als auch von der Steifigkeit. Warum dann nicht nur 12mm Spindeln? Ganz einfach, da die 12mm Spindeln i.d.R. nur mit 4mm Steigung erhältlich sind und die seltenen Spindeln mit 10mm Steigung niemals Schmiernippelbohrungen aufweisen (auch wenn dies in den Katalogen anders steht...).