Gewinde werden bei uns traditionell mit dem Akkuschrauber gefertigt und auch die “neue” DMU50T kann sie, dank synchronisierter Spindel, vollautomatisch und ohne Ausgleichsfutter schneiden… Und dann gibt es da noch eine ältere, aber grundsolide handgeführte Gewindeschneidmaschine von Fein.

Trotz der Auswhal an Optionen habe ich immer mal wieder mit einem Flexarm, also einer Kreuzung aus Gewindeschneidmaschine und Schreibtischlampe, geliebäugelt… Wir reden also nicht von brauchen, eher von “haben-wollen”.

Bisherige Vertreter dieser Gattung wurden zumeist pneumatisch betrieben, dank günstiger Servoantriebe und Planetengetriebe sind jedoch mittlerweile elektrische Varianten zum Standard geworden.

Obendrein stimmt mittlerweile auch der Preis und schwups, war die Bestellung auch schon auf dem Weg.

Lieferung

Quelle ist Ali, geliefert wurde aus Polen innerhalb von 4 Tagen. Gerade bei großen Geräten (24Kg Transportgewicht) ist das deutlich günstiger, und um die Zollabwicklung (ab 150 EUR keine Vorverzollung möglich) muss man sich auch nicht selbst kümmern.

Geliefert wird in einer soliden Verpackung und inklusive einem Satz von GT24 Gewindeschneidfuttern in 10 Größen (M5+M6 überschneiden sich nach DIN). Entgegen der Abbildung ist die Maschine blau, was aber zufällig ganz gut zur Konstruktion unseres Schweißtichs passt…

Im Zubehörhandel gibt es noch ein paar nette Erweiterungen wie etwa ein Bohrfutter oder einen Steckschlüsseladapter. Mit letzterem lassen sich z.B. Schrauben mit definiertem Drehmoment anziehen… Mal sehen, was wir noch so alles mit dem Teil anstellen werden.

Daten

Funktionen / Einstellungen

Die Software ist erstaunlich gut, der Controller fährt schnell hoch und auch das Display (inkl. Touch) reagiert schnell und ist gut lesbar.

Was lässt sich alles einstellen…

• Gewindesteigung
• Gewindetiefe
• Max. Drehmoment
• Spanbruch
• Drehzahl

Betriebsmodi

• Automatik
  Automatischer Stopp beim erreichen der Zieltiefe und Herausfahren
• Tiefloch
  Wie Automatik, jedoch mit (einstellbarem) Spanbruch
• Manuell
  Arbeitet so lange die “runter” Taste gedrückt wird

Live Daten

Tolles Gimmick: Während der Bearbeitung schaltet der Bildschirm automatisch auf ein Live-Dashboard um und zeigt eine Tiefen- und Drehmomentkurve an.

Kleines Rechenbeispiel

Hier mal ein Beispiel, wie viel Leistung es für ein M20 Gewinde in 0815 Baustahl braucht. Der Suhner Rechner kommt hier auf etwa 1,3 kW und 42 Nm…

Nehmen wir einen typischen 1 kW Servo an mit ca. 3 Nm bzw. 9 Nm Spitzen-Drehmoment an, sollte in der Maschine also ein Getriebe mit 1:5 – 1:10 Untersetzung verbaut sein. Bei den angegebenen 200 U/min Drehzahl tippe ich auf 1:10, da ab der Nenndrehzahl von typisch 2.500 – 3.000 U/min das Drehmoment drastisch abnimmt.

Montage

Um die korrekte Ausrichtung zwischen Werkstück und Gewindebohrer sicherzustellen muss eine stabile befestigung her. Praktischerweise haben wir in der Mitte der Werkstatt einen 800Kg schweren Schweißtisch stehen, das permanente Zuhause der Gewindeschneidmaschine.

Damit die Maschine bei Bedarf schnell abgenommen werden kann bauen wir noch schnell eine Adapterplatte für den Schweißtisch. Das Raster beträgt 100×100 und besitzt 16mm Löcher. Bei Bedarf kann die Maschine somit auch an andere Stellen umgezogen werden.

Die 4x M10 Gewinde kann die neue Maschine dann auch gleich selber schneiden.

Und wenn man dann noch die Drehmoment-Überwachung einschaltet sowie die Maschine korrekt zum Werkstück einrichtet, geht das wohl auch ohne einen M10 Gewindebohrer abzubrechen…

Zugegeben, das war unnötig.

Hilft ja nix, also den abgebrochenen Gewindebohrer mit einem Dorn langsam rausdrehen/schlagen und Gewinde neu ansetzen. So trohnt sie jetzt stabil auf dem Schweißtisch verschraubt…

Zubehör

Gewindebohrer und Adapter sind aktuell in der Schublade der Werkbank(halb)insel verstaut, zur besseren Erreichbarkeit muss also noch ein Halter her. Wieso das nicht schon ab Werk eingebaut wurde ist mir schleierhaft…

Also schnell etwas in Fusion360 zusammengeklickt und den Laser angeschmissen. Weißes Plexiglas in 4mm war auch noch ausreichend vorhanden.

Erste Probe passt, also gleich weiter zum Biegen. Mangels einer richtigen Heißbiegemaschine geht es mit dem Heißluftföhn weiter.

Ich bohre eigentlich ungern in neue Sachen, aber hier ging es nicht anders… Bei aller Gelenkigkeit der Gewindeschneidmaschine, an ihre eigene Rückseite kommt sie leider nicht und so blieb mal wieder nur händisches bearbeiten mit dem Akkuschrauber.

Gedanken zum Eigenbau

Dank der breiten Verfügbarkeit von Komponenten schreit das Thema eigentlich nach einem Eigenbau. Da wir allerdings noch einige Projekte in der Pipeline haben, die auf eine Umsetzung warten, haben wir uns ausnahmsweise dagegen entschieden.

Hier trotzdem ein paar Gedanken dazu…

• 1 kW AC-Servo Leadshine/Stepperonline mit RS485 Ansteuerung –> 300 Euro
• Planetengetriebe 1:10 –> 80 Euro
• 3,5″ Touchscreen –> 30 Euro
• ESP32 –> 10 Euro
• GT24 Halter –> 20 Euro

Über RS485 lassen sich neben der Ansteuerung auch einige Parameter wie Stromaufnahme (Linear zum Drehmoment!) und diverse Statusmeldungen der Endstufe abfragen. Damit hält sich der Verkabelungsaufwand in Grenzen…

Der AC-Servo wird zu diesem Zweck im Torque-Modus (Drehmoment) gefahren, und ist damit unabhängig von der Drehzahl oder einer fixen Position.

Für die Oberfläche des Touchscreens würden wir SquarelineStudio nutzen, welches mittlerweile für private Projekte kostenfrei ist.

Mit relativ einfachen mitteln sollte sich so eine Gewindeschneidmaschine bauen lassen. Wenn mal wieder mehr Zeit ist begeben wir uns vielleicht mal dran…

Hier geht’s zu Teil 1.

Motortausch

Nachdem der Rausch von hohen Spitzendrehmomenten und guten Preis des 1kW AC Servo abgeklungen war, stellte sich nüchtern betrachtet ein deutliches Kräfteungleichgewicht dar. Auf gut Deutsch: Der Servo ist zu stark für das Harmonic Drive Getriebe.

Bei einem maximal zulässigen Kollisionsdrehmoment des HDs von 284 Nm (= ab hier permanenter Schaden) und einer Untersetzung von 1:100 benötigt es Eingangsseitig also maximal 2,84 Nm. Der 1 kW Servo schafft spitze 9,26Nm… die 750W Version immer noch 7,71 Nm und auch die 400W Version hat mit 3,81 Nm noch ausreichend Reserve.

Durch den Tausch können wir insgesamt etwas kompakter bauen. Der “große” Bruder ist aber nicht umsonst den weiten Weg aus China zu uns gereist und wird demnächst wohl an der X oder Z Achse seine neue Bestimmung finden.

Motorhalterung v2

Kleinerer Motor, neue Halterung. Aufgrung der Axialen Freizeit des HD Antriebs sowie der definierten Ausrichtung werden wir auf eine Wellenkupplung verzichten und den Antrieb direkt vornehmen.

Damit das Teil etwas spannender wird gibt es ein Fillet sowie Löcher für Senkschrauben. Material bleibt voraussichtlich POM, ein passendes Halbzeug sollten wir noch haben.

Alles Dicht?

Tipp vom hauseigenen Maschinenbauer (Fabian): Dichtung einbauen. Das hält die Späne draußen und sollte der Lebensdauer des Getriebes zuträglich sein. Klingt logisch, wird also gleich mit umgesetzt.

Da es kein fertiges CAD Modell gab, hier eine grob modelierte V-Ring Dichtung.

Flansch

Damit der Schraubstock auf der Abtriebsseite des Harmonic Drive Getriebes installiert werden kann, wird noch ein passender Flansch benötigt. Für ein anderer Projekt (Futterflansch Drehmaschine) hatten wir bereits zwei größere GG Ronden bestellt, die wir jetzt für die 4. Achse zweckentfremden können.

Mit montiertem Zentrischspanner sieht die Konstruktion dann folgendermaßen aus…

Der Schraubstock kommt von Xin Dian Precision, hört auf den Namen H67-F-90L und kommt ca. auf 250 Euro. Für das Geld bekommt man nicht mal einen gebrauchten Schruabtsock von Lang und Konsorten… Mal schauen, was in Sachen Leistung geboten wird.

Die Backen lassen sich drehen, sind austauschbar und können auch gegen einfach selbst herzustellende weiche Backen ersetzt werden (Rot).

Was ist eigentlich NEMA?

NEMA steht für National Electrical Manufacturers Association und ist in etwa vergleichbar mit der deutschen DIN bzw. der dahinter stehenden Organisation.

Und was heißt das nun für Schrittmotoren?

In der Norm ICS 16-2001 „Motion/Position Control Motors, Controls and Feedback Devices“ wird das Flanschmaß (Außenkanten) von Motoren sowie deren Wellendruchmesser definiert. Nicht mehr und nicht weniger.

Somit lassen sich Motoren verschiedener Hersteller einfach gegeneinander austauschen, was Konstruktionen vereinfacht. Auch könnte man so problemlos innerhalb einer NEMA Normgröße von Schrittmotoren auf Servos umsteigen.

Ein Servomotor mit NEMA 23 Flansch kann in der Spitze locker 4 Nm erreichen, ein älterer Schrittmotor teilweise nicht mal 0,5 Nm… Eine Aussage zur Leistungsfähigkeit oder ein Vergleich ist also nicht möglich.

Zahlen bitte!

Da wir uns in Amerika bewegen sind alle Längenangaben der NEMA Norm in Zoll ausgeführt. Wer zu faul zum rechnen ist für den habe ich hier eine kleine Tabelle zusammengestellt (Angaben gerundet und ohne Gewähr):

Neben den offiziellen Größen haben sich mittlerweile, ähnlich wie bei den Steilkegelaufnahmen (SK), Zwischengrößen gebildet. Diese sind jedoch nicht normiert! Häufig findet man z.B. NEMA 08, 11, 14, 20, 24 und einige weitere.

Fazit

Es gibt also keine “NEMA Motoren” sondern nur Motoren mit NEMA Flanschmaß.

Erste Tests mit 2.000 und 40.000 Schritten pro Umdrehung verliefen bereits Positiv. Zieht man den Stecker vom Sensor ab stoppt der Motor sofort – die Fehlererkennung funktioniert also.

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Die Motoren kommen in den nächsten 6 Wochen noch per Post nach – so viel magnetisches Material war für das Handgepäck nur wenig erfreulich.

 Technische Daten

• 20 – 70V AC oder 30 – 100V DC
• 0,5  – 8,2 Ampere
• Geschlossenes (Closed Loop) System mit Encoder und eingebauter Auswertung

Anschluss CSMIO

Kurz gesagt: Ist schnell gemacht. Im Benutzerhandbuch der CSMIO gibt es bereits ein übersichtliches Anschlussschema für die “offenen” Schrittmotorendstufen. Beide arbeiten mit Richtungs- und Schrittsignalen.

Zusätzlich bieten die ES-Endstufen die Möglichkeit im Fehlerfall sowieo bei störungsfreier Positionierung jeweils einen (NO) Kontakt zu schließen. Je nach gewünschtem Detailgrad können diese durchgeschliffen oder einzeln auf einen Pin der CSMIO gelegt werden.

Das verwendete Kabel stammt aus der BUS-Anwendung, hat paarweise verdrillte Adern und ist nochmal geschirmt. Im Nachhinein hätte ich eher zu einem flexibleren Kabel greifen sollen, die Verkabelung war etwas fummelig.

Wieder mal die Erdung

Wie auch bei der Hyria Spindel besitzt die ES-D1008 keine Gehäuseerdung und ebenfalls sind auch die daran angeschlossenen Motoren nicht geerdet.

Bei beiden Punkten werde ich nacharbeiten. Endstufe und Motor werden jeweils an einer Gehäuseschraube geerdet – man weiß ja nie.

Ein anderer Punkt der für Erheiterung gesorgt hat sind die Adernfarben beim mitgelieferten Motor-Anschlusskabel. Gelb/Grün wird, so wie im offiziellen Datenblatt “angedroht” als B+, also zur Versorgung der 2. Motorphase, genutzt. Zum testen kann man das so lassen, später möchte ich ohnehin auf geschirmte 5 Pol Leitungen von Lapp umsteigen…

Mittlerweile sind auch Motoranschlusskabel und Encoderleitung dran:

Herstellervorgaben zur Einbaulage

In einem großen CNC Forum wurde ich auf die Einbaulage der Endstufen hingewiesen, die möglicherweise zu einem Temperaturstau bzw. Schaden führen könnte. Leider geben weder Herstellerwebsite noch die Betriebsanleitung dieses Modells dazu etwas her.

Auf Anfrage teilte mir der technische Support mit, dass die Einbaulage bei diesem Modell aufgrund von Kühlrippen und Zwangsbelüftung (Lüfter) egal sei und mein Aufbau (Foto) zulässig ist.

Teileliste

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• Servos:
  – Teuer, wenig Haltemoment, aufwendige Steuerung und “Nachjagen”
  + Schnell, leise, sauberer Lauf, keine Schrittverluste
• Schrittmoren:
  – Langsam, laut(er),  je nach Steuerung Schritte spürbar, Schrittverluste möglich
  + Günstig, Einfache Steuerung
• Hybrid Schrittmotoren:
  – Teuerer als Schrittmotoren, keine automatische Korrektur
  + Können Schrittverluste melden und die Steuerung kann anhalten

Im Endeffekt ist die Wahl auf den Hybrid gefallen. Zwar erwarten wir bei ausreichender Dimmensionierung der Motoren keine Schrittverluste, doch muss das beidseitig angetriebene Portal absolut synchron gehalten werden. Fällt jetzt z.B. eine der Steuerungen aus oder einer der Motoren hat einen Defekt, wird die ganze Maschine angehalten.

Durch Kontakte nach Asien ist der HBS57 des chinesichen Herstellers LeadShine inklusive 8Nm starkem 86HS80-EC Motor für ca. 170 Euro (FOB ex. Shanghai 130 Euro) zu haben.

Teileliste

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