CNC Fräsen - Arbeitablauf und Software

[zero K]

Das Teil sieht ambitioniert und schick aus und ist zur herausfordernden Entwicklung von Lösungen sicher geeignet.
Aber solch ein Teil muss auch kurzfristig und billig zu fertigen sein.

Diese Geometrien, sind eigentlich zur additiven Fertigung prädestiniert.

Du hast doch die 4. Achse mit bestellt - oder?

Konstruiere die Schaufeln an den Füßen dicker - wegen der Fliehkräfte.
Außerdem, einen größeren Radius am Fuß der Saugseite der Schaufeln.
Ich befürchte dort recht hochfrequente Schwingungen.

Im Moment würde ich das Ding aus ASA drucken.
Zur Befestigung auf der Welle bzw, Bohrer- oder Fräserschaft anstelle der Zähne zwei Ringnuten, passend für O-Ringe - zum leichteren Wechsel - einfach 'drauf schieben.
Eine relativ stramme Presspassung - eigentlich nur auf einem Wasserfilm verschieblich.

Das sind so meine ersten Gedanken ....

Gruß. zero K

[rf1k_mjh11]

Die 4. Achse mit der Makera Z1 (und Carvera und Carvera Air):

Wie schon öfters vorgebracht, hapert es mit der Softwareunterstützung für die 4. Achse (bei Gratissoftware). Fusion könnte es, aber nicht in der Gratisversion. In der Gratisversion wird aber die indexierte vierte Achse unterstützt (das ist auch als 3+1 Achse bekannt). Dieses 3+1 Achsenverhalten wird auch von Makera Studio unterstützt, wobei derzeit nur 4 Orientierungen möglich sind (also 0°, 90°, 180° und 270°). Häufig ist das ausreichend (wie im Beispiel des Entkopplers). Das stellt jedoch ein Problem mit dem Gebläserad dar, da dieses 8 Schaufeln hat, die jeweils um 45° versetzt sind.
Eine weitere Möglichkeit wäre der Reliefmodus (hier bin ich mir nicht sicher, wie der offizielle Begriff heißt). Hierbei werden immer nur maximal 2 Achsen gleichzeitig bewegt. Diese Achsen könnten sein, die 4. Achse (die Drehachse) und die Spindel in Z. Während sich das Werkstück dreht, bewegt sich die Spindel in Z hinauf und hinunter, je nach Bedarf. Nach jeder vollen Umdrehung bleibt die Drehachse kurz stehen und die Spindel bewegt sich ein kleines Stück in X und die nächste Drehung beginnt. Dabei kommt die Y Achse nie zum Zug. Dieser Modus wird beispielsweise für die Büste der Nofretete verwendet. Die zweite Variante dieser Methode ist, wenn gleichzeitig die X- und Z-Achse arbeiten und ein Höhenprofil entlang der X-Achse abfahren. Danach dreht sich die 4.Achse ein kleines Stückchen nach und die Bewegung in X- und Z-Richtung beginnt von neuem. Während der ganzen Zeit ist ebenfalls die Y-Achse ‘arbeitslos‘. Beide Verfahren kann man im folgenden Video innerhalb der ersten 10 Sekunden kurz sehen, zuerst eine Büste, dann ein Ring (später im Video natürlich länger):https://www.youtube.com/watch?v=H6KIZQ5wZp8

Ein wichtiger Punkt beider Varianten des Reliefmoduses ist, dass die Spindelachse immer exakt entlang der Drehachse bewegt wird, die Fräserachse sich somit mit der Drehachse (der 4. Achse) schneidet. Es ist diese Einschränkung, die es unmöglich macht, das Gebläserad auf diese Weise zu fertigen.
Wenn die Fräserachse sich mit der 4. Achse schneiden muss, treten bei den Schaufeln die gleichen Probleme mit Abschattung auf, wie beim 3-Achs-Fräsen. Hier, im Schnittbild deutlich zu erkennen:

4Achse_Schnittbild_1.jpg

Die Krümmung der Schaufel schattet einiges ab. Und es ist egal, ob von der einen oder anderen Seite (man stelle sich einfach den Fräser auf der gegenüberliegenden Seite vor). Ebenso ist es egal, ob man es mit der ersten Methode (Drehen plus Spindel-Z) oder der zweiten Methode (Verfahren entlang der X-Achse plus Spindel-Z) versucht wird – die Abschattung ist immer gleich.

Da hilft wirklich nur die 3+1 Achsen Methode, die indexierte Methode weiter. Das Gebläserad steht in einer Orientierung und man wählt eine der ‘Taschen‘, die durch die Schaufel erzeugt werden und lässt die Tasche freiräumen. Das sieht in etwa so aus:

4Achse_Tasche1_1.jpg

Beim Freiräumen wird einiges an Material überbleiben, da gewisse Bereiche nicht erreicht werden können. Der Clou ist, die zweite Tasche daneben anschließend auch frei räumen lassen. Das geht mit 3+1, bzw. mit der indexierten 4. Achse:

4Achse_VersatzInY_1.jpg

In der ersten Tasche (im Bild mit ‘A‘ markiert), kann der Fräser (ein Kugelkopffräser) die konvexe Fläche der Schaufel tadellos frei räumen (siehe Pfeile unter ‘A‘). Der Zugang zur konvexen Fläche ist gegeben. Die konkave Fläche (die Unterseite der Schaufel) bleibt völlig unbearbeitet. Bearbeitet man hingegen die zweite Tasche, ‘B‘, hat die Fräserachse einen Abstand in Y-Richtung, wodurch sich der Winkel ändert und dadurch die konkave Unterseite der Schaufel zugänglich wird (dafür wird ein Teil der konvexen Fläche unerreichbar). Im schlimmsten Fall benötigt es noch einen weiteren Verdrehungswinkel, sagen wir 20° (ca. die Hälfte von 45°), um die gesamte Tasche völlig frei zu fräsen. Fusion könnte dieses, Makera Studio nicht.
Das heißt natürlich nicht, dass man das in Makera Studio nicht hinbiegen könnte. Ein wenig an dem GCode getrickst und es müsste gehen:
Als erstes die Situation im vorigen Bild durchexerzieren, also für Tasche ‘A‘ und ‘B‘ den Werkzeugpfad erstellen lassen. Am Ende müsste die Software dafür sorgen, dass die Spindel wieder nach oben ausweicht (laut dem vorgegebenen Sicherheitsabstand). Danach den GCode exportieren. In einen Editor laden und den Code 8 mal wiederholen, wo jeweils am Anfang der 8 Blöcke der Befehl für ‘und jetzt 45° weiterdrehen‘ steht, also A45, A90, A135, A180 usw. Damit müsste es zu schaffen sein. Es gibt Online GCode Simulatoren, die es bestätigen könnten. Was sich lange nicht so einfach machen ließe wäre ein Zwischenwert, wir 20°. Das Problem dabei ist nicht der Befehl ‘A20‘, sondern die Ermittlung der Werkzeugpfade für diese Winkelstellung. Das Werkstück müsste somit um die gewünschte Gradzahl verdreht in CAM geladen werden, um die Werkzeugpfade zu erstellen. Dazu muss das Werkstück sonst in der absolut gleichen Position, bis auf den Drehwinkel, gebracht werden, dann die Werkzeugpfade erstellt (und gespeichert) werden. Dann könnte man den entsprechenden Code-Block in die richtige Stelle hineinkopieren. Wie gesagt, das ist nur nötig, falls man die konvexe und konkave Schaufelflächen nicht in einer Stellung freigeräumt bekommt.
Ach was – statt lange herum zu theoretisieren, ob man das in Makera Studio hin bekommt, sollte man einfach einen Versuch wagen, oder?

Eine Meldung betreffend Erfolg oder Fehlschlag folgt sogleich. (Nach dem Abendessen)

mjh11

[zero K]

Guten Abend
Das lange Theoretisieren ist wohl eine Ersatzbeschäftigung, wenn das Ding nur endlich auf dem Tisch stünde.
Hast Du schon ein paar "Crash Test Dummies" konstruiert?
BTW: welche Werkstoffe möchtest Du bearbeiten?

Du kannst den Propeller ja auch als Baugruppe aus Kern mit Schwalbenschwanznuten und separaten, einschiebbaren Schaufeln konzipieren.
Eine Ausrede für den 45 ° Abstand habe ich noch nicht.

Happy waiting (wirklich nicht böse gemeint)
zero K

[rf1k_mjh11]

Gebläserad mit der 4. Achse:

Also mein erster Versuch ging sauber in die Hose.

Das Ergebnis wäre dieses Mal nicht ein weiterer, theoretischer Bruch eines Fräsers, stattdessen aber ein völlig nutzloses Werkstück, viele Späne und vergeudete Zeit.

Als erstes habe ich das Werkstück platziert (dabei habe ich erkannt, dass es eine Winkelstellung geben könnte, wo alle Flächen der Tasche vermutlich zugänglich wären – das war und ist nicht der Sinn dieser Übung und darauf gehe ich jetzt nicht mehr ein).
Einmal platziert, habe ich alle möglichen Flächenelemente der ersten Tasche ausgewählt, um damit den Pfad ermitteln zu lassen.

GewaehlteTaschenElemente.jpg

Blau hervorgehoben sind die gewählten Flächen. Da war ich nicht zimperlich, absolut alle Flächen, Radien und Hohlkehlen wurden ausgewählt, die irgendwas mit der Tasche zu tun hatten.
Dann den Pfad errechnen lassen. Das Ergebnis sah brauchbar aus:

WZPfad_SiehtGutAus.jpg

Also ab in die Simulation: Da sah es auf den ersten Blick recht brauchbar aus, da wurde die angepeilte Tasche recht gut freigelegt. Stutzig war ich trotzdem, so gut sieht es selten in der Simulation aus, das Werkstück wird selten so schön freigelegt. Daher habe ich das Werkstück ausgeblendet. Siehe da, es wurde alles abrasiert. Im Bild sieht man links, wie es zuerst aussah, rechts dann mit ausgeblendetem Werkstück:

VorherNachher.jpg

Hätte man das Programm ablaufen lassen (gleich automatisch 8 Mal um 45° versetzt), wäre ein schönes Achteck herausgekommen, kein Gebläserad.

Da wollte ich schon aufgeben. Aber stur bin ich nun einmal.
Noch einmal ein Versuch. Dieses Mal wurde nur recht wenig angewählt, um die gewünschte Tasche zu markieren:

WenigWaehlen.jpg

Markiert wurden nur der ‘Talboden‘ sowie eine Hohlkehle. Die konkave und konvexe Schaufelflächen wurden extra ignoriert.
Somit den Pfad erzeugt und simuliert:

MS_1stPocket.jpg

Ja, hallo! Das sieht schon nach was aus!

Ok, analog die zweite Tasche angewählt und einen neuen Pfad errechnen lassen. (Na gut, in Wirklichkeit hat sich inzwischen Makera Studio bei den Versuchen bereits mehrmals ohne irgendeine Meldung verabschiedet – man lernt und speichert nach jeder Kleinigkeit). Ja, der Pfad der zweiten Tasche sieht auch nicht ganz übel aus. Also ran an die Simulation:

MS_Ueberlisten_1.jpg

Tasche 'A', mit der konvexen Fläche, sowie Tasche 'B', mit der konkaven, sehen beide recht passabel aus. Hier ist das Werkstück übrigens ausgeblendet, man sieht also tatsächlich das Material, dass nach dem Fräsen übrig bleibt. Da ist die Schaufel schon recht gut zu erkennen.
Jetzt müsste man nur mehr den GCode 8 Mal duplizieren, mit den jeweiligen Winkelwerten angepasst. Dazu muss man den GCode erst mal exportieren. Das ging relativ einfach. Dann müsste ich nur noch die Datei editieren und mir das Ergebnis in einer Simulation ansehen. Bevor ich ans Editieren ging, wollte ich noch sicherstellen, dass ich mir das Ergebnis auch ansehen werde können. Und da bin ich an eine Wand gestoßen. Makera Studio macht keine Simulation mit einer importierten Datei (und die GCode-Datei existiert vor dem Exportieren nicht). Fusion lässt das ebenso wenig zu. Da ging ich einige Zeit ins Netz auf die Suche nach einer Alternative. Da gibt es ncviewer als bekanntestes Beispiel, und etwa 3-4 weitere (gratis). Nicht alle beherrschen die 4. Achse. Diese Programme (bzw. Webseiten) zeigen aber nur die Werkzeugpfade, nicht das Ergebnis des Fräsens. Angeblich könnte ich unter Linux LinuxCNC installieren, wo so etwas möglich sein soll, aber mir ist der Aufwand zu hoch (alleine das Einlernen in LinuxCNC).
Somit kann ich nur sehr stark vermuten, dass meine Vorgangsweise Erfolg haben würde, beweisen kann ich es derzeit nicht. Da werde ich warten müssen, bis ich es in Hartschaum auf meinem eigenen Z1 durchexerziere. Falls ich mir jemals die Arbeit antue. (Abgesehen davon, das Werkstück wäre immer noch nicht fertig, denn die innere Bohrung, mit den feinen Schlitzen, lässt sich auf der 4. Achse erst gar nicht fertigen.)

Ach, bevor ich es vergesse, eine Simulation ließ ich im 'Reliefmodus' ablaufen:

MS_Conventional4thAxis.jpg

Da sieht man, dass die konkaven Seiten nicht ausgebildet werden.

Ich glaube, jetzt mach ich eine längere Pause, was den Arbeitsablauf betrifft.

mjh11