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Impressum

 

 

Beschreibung der CNC-Fräsmaschine  EMS - P3 - Cobra   

Die neue P3-Cobra ist eine Quermaschine, die in der Grundausführung in der oberen Portalachse etwa 1030 mm Verfahrweg hat (Portalbalkenlänge ist immer 1200 mm). Der Tisch (die Y-Achse) ist dann in verschiedenen Längen machbar. Diese Maschine wird in der X-Portalachse und bei den zwei Spindeln der Tischachse (Y-Achse) immer angetriebene Mutter haben (Verfahrweg Y etwa 600 mm und X etwa 1045 mm Z etwa 190 mm).

Sie stehen also ideal vor der Maschine und die X-Achse (Portalachse) verläuft quer zu Ihnen – einfach ideal…

Natürlich müssen Sie so eine "kleine" P3-Cobra gut an einen Trägertisch befestigen, da der Querbalken der X-Achse mit Z-Achse und Spindel schon mal über 40 kg wiegt. Es genügen aber in allen Achsen gute 3 Nm-Motore (wie in meiner FAQ-Seite beschrieben).

In der Z-Achse erhält die P3-Cobra zwei 30 mm Führungen mit langen Wagen. Die X Achse hat eine 35 mm Führung mit langem Wagen und eine 20 mm Führung oben am Balken.  Bei den Führungen am Tisch werden wieder wie bei der P2 die 25 mm Führungen mit 4 Wagen auf 90 x 90 mm Profil verbaut.

Achtung! Bei der Beschreibung der EMS-Maschinen ist die X-Achse immer der Portalbalken (Querachse oben) und die Y-Achse ist immer der Tisch, mit zwei Spindeln!

 

 

  

 

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

 

Die P3-Cobra in einer sehr breiten und tiefen Ausführung (je 1400 mm) von der Seite (X ist immer der Portalbalken und Y ist immer der Tisch!). Pulverbeschichtete Wangen sehen ja sehr gut aus (vom Kunden gemacht)..... Bei dieser Breite muss der gesamte Portalbalken mit einem 8 mm Alublech belegt werden, da sonst zu hohe Verdrehkräfte auftreten.

Natürlich ist die Cobra nicht so schnell wie die P2, wenn diese um die „Ecke“ fräst. Da die Cobra einfach mehr Massenträgheit im Portal hat, benötigt die Cobra eine flachere Start/Stopp-Rampe in der Y-Achse, wie die P2. Wenn Sie also leichtere Fräsaufgaben in Alu haben und sehr filigrane Muster bearbeiten, bietet sich die P2 an. Natürlich kann die Cobra auch alles was die P2 kann und sogar noch mehr, aber bei sehr vielen Richtungswechseln in der Tischachse benötigt die Cobra etwa 20 % mehr Zeit wie die P2. Die Hochlauframpe für die Geschwindigkeit können Sie bei der P2 auf etwa 300 mSec einstellen. Die Cobra benötigt dafür aber sicher 500 mSec (besonders in der schweren Ausführung!).

Somit ist ein filigraner Fräs-Job oder Wirbelfräsen ( https://www.youtube.com/watch?v=1Eb3lgNL2pE ) mit der Cobra langsamer, wie mit der P2.

       Seitenansicht der P3

 Ein Bericht vom Aufbau der P3 eines Kunden >> hier

Die P3-Cobra mit Werkzeugwechsler.

       P3 mit Werkzeugwechsler

 

Zwei Filme vom Fräsen    hier     und      hier       und die P3-Cobra im Testlauf      hier

Die P3-Cobra hat wie rechts im Bild ersichtlich an jedem Ende des Tisches eine Y-Antriebsplatte mit 10 mm Materialstärke (früher 8 mm), die gleichzeitig auch als Fuß der Fräse dient.

Der Abstand von Wangeninnenseite zu Wangeninnenseite des Portals ist bei allen Maschinen 1200 mm. Die Y-Führungen haben eine Höhe von 36 mm und die Einfräsung an den 90 x 90 mm Profilen außen ist 1 mm tief. Somit haben diese 90 x 90 mm Alu-Profile einen Außenkantenabstand von 1200 mm minus 2 * 36 mm plus 2 mm für die Einfräsung, ist gleich 1130 mm.  Diese Länge haben auch die Y-Antriebsplatten.

Die Länge dieser 90 x 90 mm Seitenprofile ist klein 820 mm, mittel 1250 mm und groß 1550 mm.

Die Opferplatte auf dem Frästisch können Sie also maximal etwa 1199 mm breit machen. Und vergessen Sie nicht; diese Opferplatte hat ihren Namen vom „Aufopfern“! Wenn Sie also Anfänger sind, sollten Sie zuerst eine Holzplatte verbauen - ist günstiger im Preis und auch so gut. Und Sie ärgern sich nicht so sehr bei einem Crash... Lesen Sie bitte unbedingt die FAQ-Seite, wenn Sie ernsthaft eine Fräse erwerben wollen!

       Y-Antriebsplatte der Cobra

 Hier mal der Antrieb der P3-Cobra:   hier  oder  hier  oder  Kreisfahrt   oder in der Anwendung   Opferplatte abrichten

Der Frästisch von unten.

Jede Y-Antriebsplatte wird stirnseitig mit 8 Stück M12 Schrauben am Längsprofil befestigt. Am Querprofil wird diese Platte noch mit zwei Winkeln abgestützt, die mit M6 oder M8 Schrauben an der Platte befestigt sind. Auch werden stirnseitig noch 5 Stück M6 Schrauben zum Querprofil mit Nutensteinen gesetzt.

Gut zu sehen sind die beiden Löcher in der Platte, in denen die Spindeln mit Kunststoffaufnahmen fixiert und ausgerichtet werden.

       Frästisch von unten

 

Auch der Antrieb der X-Spindel der P3-Cobra mit einer angetriebenen Mutter ist gut zu sehen.

Natürlich hat die Spindel auch bei einer angetriebenen Mutter ein Fest.- und ein Loslager.

Das Problem ist der Dehnungsunterschied von Aluminium zu Stahl. Das Portal aus Alu dehnt sich bei Erwärmung natürlich mehr, wie die Stahlspindel. Darum weden die Spindelhalter zwar beide am Ursprung sehr fest fixiert, aber in einem der beiden Halter kann sich die Spindel leicht dehnen (in den Halterungen ist ja ein Gewinde geschnitten und das hat am Loslager genügend Spiel). Das hat nichts mit den verbauten Tellerfedern zu tun. Diese sind nur als Hilfe beim Ausrichten der Spindel gedacht. Darum wird immer nur eine Tellerfeder verbaut.

Darum hat auch eine solche Aluminiumfräse sehr wenige Probleme mit der Genauigkeit bei Erwärmung – genau wie eine Fräse aus Stahl. Das Bi-Metall Problem (Stahl auf Alu befestigt) zieht sich ja durch alle Bereiche der Konstruktion von solchen Alufräsen.  Ein Tipp, legen Sie bei der Befestigung von Stahlschienen auf Alumaterial eine Gleitfolie unter, dann geht die Dehnung nicht auf den Aufbau über. Auch kann das Problem durch die unterschiedliche Anzugskraft der Schrauben gelöst werden. Eine 2 Meter lange Schiene wird mittig voll angeschraubt (über eine Länge von etwa 600 mm). Links und rechts werden die Schrauben dann nicht so fest angezogen, dadurch kann die Stahlschiene auf dem Aluträger wandern. Es handelt sich dabei ja um Kräfte im Tonnen-Bereich. Eine Materialdehnung zu stoppen ist eigentlich nicht möglich, aber durch einige "Kunstgriffe" können Sie das Problem umgehen.

       Seitenansicht der Cobra

Bilder vom Kabelschlepp einer Kundenfräse:

 

   Kabelschlepp der Cobra

       Kabelschlepp der Cobra

       Kabelschlepp der Cobra

Sehen Sie im ersten Bild das Alumaterial, auf dem die Schleppkette läuft? Ein normales Alublech von 3 bis 5 mm Stärke, das unten fest mit dem Portalbalken verbunden ist. Wenn Sie einen solchen Portalbalken sehr stark verstärken wollen, dann schrauben Sie so ein 4 oder 5 mm Alublech mit mindestens 140 mm Breite mit sehr vielen Schrauben (etwa 24 Stück) und vollflächig unter den Portalbalken (wenn möglich auch noch vollflächig verkleben (doppelseitiges Klebeband genügt)). Dadurch steigt die Leistung der X-Achse (Portal) um > 15% an und gleichzeitig haben Sie eine Auflage für die Schleppkette. War nur ein Vorschlag und so etwas brauchen Sie normal sicher nicht machen - die Leistung genügt sicher auch so. In Bild drei sehen Sie eine ideale Schleppkettenführung für den Strom und die Medien. Freut mich immer wieder, wenn auch Profis zu meinen Kunden zählen. Den Initiator der Z-Achse würde ich aber durch die hintere ZX-Platte machen und damit die Kante der Z-Linearführung abfragen. Alle Initiatoren sollten immer in Richtung Tisch gehen (fester Punkt - einfach einen Winkel an die Tischlängsprofile und die untere Querverbindung der Wangen abfragen). Also Z-Achse von der ZX-Platte aus. X-Achse vom Portal aus und Y-Achse vom festen Tisch aus. Aber es geht natürlich auch so wie in Bild drei, die Genauigkeit der Abfrage bleibt ja gleich. Noch ein Tipp: Die Initiatoren sind genauer, wenn Sie nicht Alumaterial abfragen, sondern Stahl. Kleben Sie einfach ein Stück Stahlblech auf das Alumaterial und der Initiator wird genauer arbeiten (hat was mit den Wirbelströmen im Material zu tun und kein Trafoblech verwenden, sondern normales Eisen!). Auch können Sie dann den Abstand des Initiators zum Material leicht größer machen und bei einer Verschmutzung durch Aluspäne haben Sie weniger Probleme.

Test der Verwindungssteifigkeit der X-Achse:

Die P3-Cobra in der X-Achse getestet (welche Kraft hält die Fräse am Fräser aus und welche Genauigkeit ist mit dieser Fräse machbar). Gezogen wird unten am Fräsmotor an der Spindel bei voll ausgefahrener Z-Achse mit 100 N (10 kg). Die Verformung der X-Achse (Wangen) beträgt 60 ym (0,06 mm). Nicht besonders gut, aber sicher auch nicht schlecht.... - na ja....

Der Test wurde mit eingeschalteten 3 Nm-Schrittmotoren mit 50 % Stromabsenkung durchgeführt. Somit gehen etwa 60 % der Verformung auf Kosten der Mechanik, den Rest von 40 % geben etwa die Schrittmotore nach (diese stehen ja im Mikroschritt und sind dadurch nicht 100 % fixiert - geben nach).

Um gleiche Werte wie bei der Y-Achse zu erreichen, müssten 25 mm starke Wangen verbaut werden. Aber die Leistung reicht sicher auch so. Testen Sie doch mal Ihre Fräse mit 10 kg Zug unten an der voll ausgefahrenen Z-Spindel ;-)

Diese Messuhr im Bild hat einen Messweg von gesamt einem Millimeter und ein Teilstrich der Anzeige ist 0,001 mm (1 ym).

X-Verformung der P3

Test der Y-Achse:

Die P3-Cobra in der Y-Achse getestet (dieser Portalbalken hatte aber nur 920 mm Länge und nicht 1200 mm wie bei der neuen P3). Gezogen wird unten am Fräsmotor an der Spindel bei voll ausgefahrener Z-Achse und mittig der X-Achse mit 100 N (10 kg). Die Verformung der Y-Achse (lange Achse) beträgt 40 ym (0,04 mm). Das ist schon ein guter Wert. Der Test wurde mit eingeschalteten 3 Nm-Schrittmotoren mit 50 % Stromabsenkung durchgeführt. Somit gehen etwa 60 % der Verformung auf Kosten der Mechanik, den Rest von 40 % geben etwa die Schrittmotore nach (diese stehen ja im Mikroschritt und sind dadurch nicht 100 % fixiert - geben nach). Beim Fräsen haben Sie ja nur eine Belastung von etwa 1 bis 3 kg und somit steht einer Genauigkeit von 2/100 mm nichts mehr im Wege.

Die senkrechte Z-Achse brauche ich nicht testen, da diese nicht nachgibt und sehr stark ist (Z-Verformung bei 100 N Kraft unter 30 ym.

Die Spindeln der X und Y-Achse haben ja 10 mm Steigung und darum wird bei so einem Test auch der Motor verdreht. Kugelumlaufspindeln haben einen Wirkungsgrad von etwa 95 % und darum geht jegliche Kraft an den Achsen auch rückwirkend auf die Motore über. Darum ist es besser, keine Stromabsenkung der Endstufen zu machen (natürlich müssen dann die Netzteile stärker sein). Drei Motore mit 5 Ampere Strangstrom benötigen dann schon mal 6 Ampere. Die Netzteile mit z.B. 6,7 Ampere für drei Endstufen sind ja "gut und günstig", bieten aber wenig Reserven für exakte Fräsungen bei Voll-Last ohne Stromabsenkung der Endstufen (aber genügen natürlich). Auch mit Stromabsenkung ist die Leistung dieser Netzteile beim 3D-Fräsen etwas wenig (die Fräse läuft ja dann auch ohne Stromabsenkung). Auch laufen diese "armen" Netzteile immer Vollgas. Ein 10 Ampere Netzteil kostet doch auch nicht mehr...

Y-Verformung der P3

Welche Leistung hat denn so eine P3-Cobra?

Diese Fräse wurde für die Zerspanung von Alu konzipiert. Mit 6 oder 8 mm Fräser haben Sie da keinerlei Probleme.  Natürlich kann eine Fräse wie die P3-Cobra noch sehr stark verstärkt werden (z.B. die Rückseite des Portalbalkens mit einem 5 mm Alublech vollflächig belegen - bringt etwa 20 % mehr Leistung des Portals). Bei sehr langen Fräsen ( > 1550 mm ) werden zukünftig in der langen Tischachse (Y-Achse) 160 x 80mm Profile verbaut. Auch können die Seitenwangen der X-Achse noch verstärkt werden – ist eben eine Preisfrage…

Technische Daten der Maschine EMS- P3-Cobra mit der (normalen) technischen Ausstattung:

Gewicht der Fräse ohne Motore etwa von 95 kg bis 170 kg, je nach Ausführung.
Gefertigt nach Maschinen-Richtlinie  (2009/127/EG  2009(93/37/EWG   2006/42/EC)

Antrieb über 4,5 bzw. 5 Ampere Schrittmotore ( Nema 23 mit 3 Nm für X, Y und Z-Achse mit 8mm Welle !!! )
3 Stück Schrittmotoren - programmierbare Auflösung: 0,004 mm bei (1/10-Schritt) oder 0,0025 mm bei (1/16-Schritt).

Wiederholgenauigkeit < 0,02 mm. Grundgenauigkeit der Fräse über alle Achsen und die ganze Fräsfläche etwa 0,30 mm, je nach Genauigkeit des Aufbaus.
Maximales Umkehrspiel der Kugelgewindetriebe < 0,025 mm

Verfahrgeschwindigkeit bei 5 Ampere Steuerung  10 mm Steigung etwa 9000 mm/min (Z-Achse etwa 5000 mm/min).

Kugelumlaufspindeln 16 x 10  in der X/Y-Achse. Z-Achse immer 16 x 5 mm.

Die Z-Spindel wird in großen Rillenkugellagern spielfrei gelagert ( Firmenausführung mit 7004 2RS Schrägkugellager ).

Die X und Y-Achse hat immer angetriebene Kugelumlaufmuttern.
Eine gute Steuerung und ein super Motor sind "Pflicht" bei angetriebenen Muttern.

Die P3-Cobra - Grundausstattung:

Länge der P3-Cobra-Y-Achse:  820 mm (Fräsweg 600 mm) - Zwei weitere Längen der Tischachse werden im Shop angeboten, aber zu einem höheren Preis

Länge der P3-Cobra-X-Achse:  1200 mm (Fräsweg 1045 mm)

Höhe der P3-Cobra-Z-Achse:    Durchlaß X-Balken 225 mm  Unterkante Z-Achse 215 mm bis Alukonstruktion

                                            Der Verfahrweg der Z-Achse bleibt zunächst 190 mm (höhere Maschinen sind möglich, aber zu einem erheblich höheren Preis)

Eine P3-Cobra mit Y > 1550 mm erhält in der langen Achse zwei Spindelunterstützungen. Normal wird die P3-Cobra mit der Halterung für 80 mm Fräsmotore ausgeliefert (Option für 43 oder 65 mm wird angeboten).

Die Maschine wird als Bausatz geliefert. Bei einem Bausatz sollten Sie aber "etwas" von Mechanik verstehen. Für die Fertigstellung benötigen Sie nur noch alles, was "elektrisch" ist. Diese Fräse ist natürlich auch für Firmen geeignet, auch für 3-Schicht-Betrieb, da sie alle Anforderungen an den industriellen Einsatz erfüllt.

 

 

Die P3-Cobra erhält auch in der Y-Achse immer zwei angetriebene Muttern. Der Antriebsmotor befindet sich dann auf dem geschlossenen Portal unten und fährt mit. Der Schrittmotor sollte eine 8 mm Welle und min 3 Nm haben! Rechts die zwei angetriebenen Muttern der Y-Achse der neuen P3-Cobra, die Motorscheibe ist eine HTD 3 mm Scheibe mit 48 Zähnen, die Mutternscheiben haben 60 Zähne.
Somit wird der Antrieb 1 zu 1,25 untersetzt, was steuerungstechnisch ideal ist.

Bei dieser Anordnung des Antriebs wird das Motorlager radial nicht belastet. Darum kann natürlich auch ein Motor mit einer 6,35 mm Welle eingesetzt werden. Die Kraft des Motors wird ja an zwei Stellen der Scheibe abgegeben, darum darf der Motor auch weit über 3 Nm Drehmoment haben. Sie können also bei dieser Anordnung fast die doppelte Leistung des Riemens übertragen. Die Umschlingung aller Scheiben ist > 50% und somit ideal. Auch durchläuft der Riemen über seine Länge 6 statische Punkte, was ein Schwingen des Riemens bei dieser Länge verhindert. Der Riemen ist ein Zahnriemen HTD 3 mit 9 mm Breite und einer Länge von 1569 mm.

Das Spannen des Zahnriemens mit diesen beiden Kugellagern ist eine Entwicklung der Firma EMS.

Y-Antrieb der alten P3 und P4

Der Riemen im Bild ist ein HTD 5 mm Riemen und auch nicht so lang, wie bei der Cobra.

 

Eine andere Betrachtung dieser P3-Cobra-Fräse in Bezug auf Genauigkeit. Natürlich arbeiten diese Fräsen genau, aber wie genau, das ist eben die Frage. Die T7–Spindeln haben natürlich Ungenauigkeiten, die aber fast immer auf die ganze Länge der Spindel gleich sind. Darum ist eben die Frage, wenn Sie in Ihrem Programm 1600 oder 2000 Schritte pro 5 oder 10 mm Steigung eingeben (eine Umdrehung der Kugelumlaufmutter), ob das auch stimmt. Messen Sie nach!

Es können auch 1599 bzw. 1601 oder 1999 bzw. 2001 Schritte sein, die Ihre Kugelumlaufmutter für diesen Weg benötigt. Wie gesagt, die Spindel wird im Rollverfahren hergestellt und somit ist diese vom Anfang bis zum Ende etwa gleich in ihren Massen, aber auch sicher fehlerbehaftet. Darum kostet nur eine sehr gute, geschliffene Spindel, auch mehr wie Ihre gesamte Fräse.

Sie als Modellbauer haben sicher nicht die Mittel zur Messung, um solche Ungenauigkeiten zu testen. Nehmen Sie irgend ein Teil, das genau und sehr lang ist (Stahllineal usw.) und fahren Sie dieses manuell mit der Fräse an. Dann werden Sie die möglichen Ungenauigkeiten erkennen.

Die EMS-Spindeln sind ja von NEFF–Gewindetechnik und somit eigentlich sehr genau, aber kleine Fehler „schleichen“ sich immer wieder mal ein (Käufer von Chinaspindeln haben da sicher ganz andere Probleme).

Wenn Sie als Firma solch eine Fräse in hochgenauer Ausführung benötigen, muss die Spindeln mit Laser vermessen werden, was pro Spindel etwa 300 Euro kostet (mit Meßprotokoll).  Aber bei dieser Betrachtung bewegen wir uns ja schon im „Profibereich“.

 

Die P3-Cobra hat also in der Y-Achse immer zwei angetriebene Muttern und in der Querachse (X-Achse) immer eine angetriebene Mutter. Die Y-Achse wird 1 zu 1,25 untersetzt, somit hat der Schrittmotor 250 Schritte pro Umdrehung der Spindel im Vollschritt (bei 1/16 Schritt sind es 4000 Schritte pro Umdrehung).  Die X-Achse läuft auch wie die Y-Achse 1 zu 1,25 utersetzt. Die Z-Achse läuft 1 zu 1 mit dem Schrittmotor mit zwei Zahnscheiben mit 44 Zähnen, wobei die Steigung der Z-Spindel  immer 5 mm ist.

Teste ergaben, dass die ideale Mikroschritteinstellung der X- und Y-Achse bei 10 mm Steigung der Spindeln 1/20 Schritt ist. Somit sind es 500 Schritte pro Millimeter, wenn Sie sehr genau arbeiten wollen (das geht aber nur mit digitalen Endstufen). Mit solchen Endstufen und einem Interface mit 125 kHz Übertragungsrate schaffen Sie dann auch noch bei 1/20 Schritt >8000 mm/min Verfahrgeschwindigkeit. Normal genügt aber eine Steuerung mit 1/16 Schritt (bei 1/8 Schritt läuft die Fräse bei 10 mm Spindelsteigung zu "rau" und mit zu wenig Qualität auf die Fräsoberfläche bezogen).

Was ändert sich noch beim Aufbau der neuen P3-Cobra gegenüber der P2 ?

Die X-Achse (Querachse).

Das Profil ist ein 160 x 80 mm Profil mit einer 15 mm Vollaluplatte belegt (ab Oktober 17).

Warum diese 15 mm Platte? Diese Platte wird ja geklebt und verschraubt und zum Schluss überfräst. Nur so ist eine genaue und starke Auflagefläche der X-Linearführung möglich. Dieser Balken wird mit 8 Stück M8 Schrauben je Wange befestigt - mehr geht nicht!

Der 1200 mm lange P3L-Cobra-X-Balken wiegt etwa 15 kg. Leicht genug für gute Dynamik, aber kraftvoll für extreme Fräsungen.

Der Cobra X-Balken

Im Inneren des Balkens sehen Sie die M5 Schrauben mit denen die 15 mm Platte vorne an der X-Achse angeschraubt wird (diese stehen innen leicht über).

Der P3 X-Balken

 

Was ist eigentlich anders bei der neuen X und Z-Achse der P3-Cobra?

Der X-Balken "A" ist natürlich viel stärker (160 x 80 mm). Die X-Führung "B" ist eine lange 35 mm Kugelumlaufführung. Die obere Führung "C" ist eine 20 mm Führung mit einem langen Wagen. Die Z-Führungen "D" sind zwei lange 30 mm Führungen". Die ZX-Platte "E" ist eine 20 mm starke und 140 mm breite Vollaluplatte. Die Z-Platte "F" bleibt eine 15 mm Vollaluplatte, aber mit 140 mm Breite. Der Antriebsmotor der Z-Achse "G" wird "abgehängt" verbaut und treibt über einen Zahnriemen die Z-Spindel an.

Die Y-Achse "J" bleibt mit zwei 25 mm Kugelumlaufwagen zunächst stark genug. Für "Sonderaufbauten" wird in der langen Y-Achse auch das 160 x 80 mm Profil verbaut, aber normal genügt das bei der P2 verwendete 90 x 90 mm Profil in starker Ausführung. Die Materialstärke der Wangen ist immer 20 mm.

Neben dem "E" sehen Sie einen Winkel mit Loch. Dort wird der Antriebsmotor für die angetriebene Mutter der X-Spindel angebaut und treibt mit einem Zahnriemen die X-Mutter an. Als Zahnriemen werden HTD M3 x 9 mm verwendet.

Warum eine so starke 35 mm Führung? Die X-Achse braucht das Gewicht dieser Führung und den langen Wagen. In der Z-Achse wird das Gewicht und die Kraft der zwei 30 mm Stahlführungen und der langen Wagen benötigt. Die X-Achse hat somit in Summe 114 mm Tiefe und das sollte eigentlich für jegliche Fräse reichen.

Der P3 X-Achse

 

Im Bild die ZX-Achsenplatte der P3-Cobra. Zu sehen ist der gewaltige 35 mm Wagen und die Halterung der angetrieben Mutter der X-Achse.

ZX-Achse

 

Der Fräsmotorhalter für 80 mm Spindeln der P3-Cobra in der Z-Achse. Diesen Halter können Sie auch im Shop erwerben. Breite der Anschraubfläche ist etwas kleiner 140 mm. Bitte beachten Sie bei der Montage dieses Halters, dass die Schrauben zum Spannen der Spindel wie im Bild rechts sind (gegen die Drehrichtung der Spindel)!

Z-Achse

 

Die angetriebene Mutter der X-Achse der P3-Cobra. Der X-Mutternhalter muss in die ZX-Platte eingelassen werden, da die Linearführung der X-Achse nur eine Höhe von 46 mm hat. Das Foto rechts zeigt nur eine "Überlegung" zum Aufbau, die richtige Konstruktion sehen Sie auf den anderen Bildern unten.

Frage eines Kunden: „Warum verbauen Sie so große Zahnriemenscheiben mit z.B. 60 Zähnen, wo es diese Scheiben doch auch mit 24 Zähnen gibt und diese doch viel günstiger sind“.

Antwort: Stellen Sie sich eine Scheibe mit 30 mm Durchmesser vor, auf der ein Zahnriemen zu einer weiteren Scheibe mit 30 mm läuft. Dieser Riemen hat angenommen einen Fehler von 1 mm in der Verzahnung. Dieser Fehler des Riemens wirkt sich auf die Scheiben in der Verdrehung mit etwa 1 %  aus, was etwa 3,6 Grad Drehwinkel entspricht. 3,6 Grad Verdrehwinkel entspricht aber bei einer Spindel mit 5 mm Steigung  5/100 mm Weg. Würde die Scheibe 60 mm Durchmesser haben, so halbiert sich der Fehler des Riemens auf 2,5/100 mm. Auch haben Sie bei doppeltem Scheibendurchmesser die doppelte Kraft des Riemens zu Verfügung (längerer Hebel) und können einen schmäleren Riemen wählen, der mit weniger Vorspannkraft beaufschlagt werden muss.  Kleine Zahnriemenscheiben sind in der Übertragung der Kräfte zwar geeignet, aber viel ungenauer wie große Zahnriemenscheiben.  Auch der Biegeradius der Zahnriemen beeinflusst die Lebensdauer dieser Riemen ungemein. Die verbauten Zahnriemen der EMS-Maschinen haben natürlich nur maximal einen Fehler von etwa 0,05 mm, was einem Fehler im Vorschub bei einer Spindel mit 5 mm Steigung von 0,125/100 mm (1,25 ym) entspricht.

X-Achse mit angetriebener Mutter

 

Rechts die originale Konstruktion des X-Achsenantriebs der Cobra von vorne und hinten. Der Motor ist in die Platte eingelassen und die Zahnriemenscheibe ist ganz nah am Motor montiert (Abstand Zahnriemenscheibe zum Motor ist 1 mm). Mit dem Doppelschrägkugellager 3201 wird der Riemen gespannt. Auch ist zu erkennen, dass die Halterung der angetriebenen Mutter in die ZX-Platte eingelassen wird. Darum ist die Montage dieser X-Achse nicht ganz so einfach für Einsteiger in die Mechanik einer CNC-Fräse. Beide Zahnriemenscheiben haben 48 Zähne. Somit genügt eine Zahnriemenvorspannung von etwa 40 N (4 kg in Riemenrichtung).

Von vorne

Von hinten

 

 

Ein Negativhalter für Schrittmotore, was ist das? Im Bild sehen Sie, dass der Motor in das Material eingelassen wird. Dadurch kann die Zahnscheibe ganz nah an den Motor montiert werden und die Motorwelle ist sehr hoch radial auf Zug belastbar. Die Zahnriemenscheibe im Bild hat einen mittleren Abstand zum Motorlager von 12 mm und dort ist die 8 mm Motorwelle mit über 150 N belastbar (Zahnriemenvorspannung etwa 2 mal 50 N plus dynamisches Drehmoment des Motors mit etwa 50 N ergeben in der Summe etwa 150 N (15 kg). Die Motorlager selbst halten zwar > 300 N aus, aber für die Wellenbelastung spielt der Abstand der Zahnriemenscheibe zum Motorlager eine entscheidende Rolle ( Herstellerangaben beachten! ).  

 

Negativchalter

 

Rechts die Fräsung in das Aluträgermaterial für einen Negativhalter. Bei der angetriebenen Mutter der P3-Cobra-X-Achse und der Z-Achse wird der Motor auch so befestigt.

Diese Fräsung besteht aus zwei Teilen. Erst mit einem 8 mm Fräser oben ausräumen und in der Tiefe Platz schaffen. Dann mit einem 6 mm Fräser die Kontur des Schrittmotors ziehen. 6 mm Fräser passen exakt zu den „Rundungen“ des Schrittmotors, der auch etwa 3 mm Radius an seiner Außenhaut hat.

Negativhalter Fräsung

 

Der Antrieb der Z-Spindel mit Zahnriemen.

Als Lagerung der Z-Spindel werden immer zwei mit etwa 30 kg (300 N) vorgespannte Kugellager vom Typ 6004 2RS verwendet. Diese Lager "spielen sich mit solchen Kräften". Die Genauigkeit dieser Lagerung ist sehr hoch und das ist doch das Ziel.

Bei Firmenmaschinen mit höherem Preis werden Schrägkugellager von FAG Typ 7004 2RS eingebaut (Stückpreis 26 Euro). Die Leistung dieser Lager liegt natürlich weit über dem Hobby-Bereich, aber besser geht eben immer.... und kostet ja nicht die Welt.... darum solche großen und starken Lager....

Negativhalter der Z-Triebe

 

Rechts der Schrittmotor hinter der ZX-Platte an der Z-Antriebsplatte zwischen den 80 x 80 mm Winkeln montiert. Der Motor kann seine Wärme ideal an das Aluträgermaterial und somit an die Umgebung abgeben. Die Winkel müssen aber genau auf 90 Grad bearbeitet sein.

von hinten

 

Diese Z-Antriensplatte wird vorne mit zwei 40 x 40 mm Winkeln und hinten mit zwei 80 x 80 mm Winkeln getragen. Alle vier Winkel zusammen haben eine unglaubliche Tragfähigkeit, die diese Z-Spindel sicher und mit hoher Genauigkeit halten.

vonvorne

 

So schaut das Ganze von der Seite aus. Oben der Antrieb der Z-Achse mit Zahnriemen, in der Mitte der Schrittmotorhalter für die angetriebene Mutter der X-Achse (Querachse), die auch mit Zahnriemen angetrieben wird.

die Z-Achse der P3

 

Es ist ja eine Maschine, die schon bei sehr vielen Kunden seit drei Jahren ohne Probleme läuft. Warum nicht auch bei Ihnen?