X/Y Achsen mit Kugelumlaufspindeln?

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Nibbels
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Re: X/Y Achsen mit Kugelumlaufspindeln?

Beitrag #11 von Nibbels » Mo 22. Jun 2020, 00:15

mhier hat geschrieben:Weiß jemand, warum die maximale Feedrate softwareseitig auf 150mm/s beschränkt ist?


Huhu, genau weiß ichs nicht mehr, aber die alten 500mm/s haben ohne das "Dual" und "Quad-Stepping" früher Probleme gemacht. Die Geschwindigkeiten wurden eh nie erreicht und die Firmware hat intern "gekotzt" und Interrupts gestapelt. Ich hatte glaub mal nachgerechnet, wieviel mm/s man bei Quadstepping und 32Microsteps hinbekommt und vermute, dass ich dann das Limit etwas drunter gesetzt habe.

Irgendwann später habe ich dieses Single-Dual-Quad-Stepping auf was variables umgebaut - Single-Dual-Tripple-Quad-Quint-... - oben offen.
Man kann übrigens auch durch das "Multistepping" die Z-Achse in wenigen Sekunden von unten nach oben jagen. Ich habe das aber beschränkt gelassen, weil ich nicht verantwortlich sein wollte, wenn jemand den Finger quetscht, wenn er nicht aufpasst.
Ich glaube, ich habe mal ein komplettes Z-Homing in grob 3 Sekunden geschafft ...

Musst du wirklich die Microsteps runternehmen, um die hohen Geschwindigkeiten zu erreichen, wenn du die Limits rausnimmst?

Ich drucke inzwischen trotzdem mit XY 16 Microsteps, Z 16 Microsteps. Denn dieser Speed-Trick bedeutet "nicht zeitexakte Stepausgabe", also "Bursts"

Es ist auch so, dass die Stepper bei extremen Geschwindigkeiten ihr Haltemoment verlieren. Kann sein, dass wir mal den Strom der Stepper optimiert haben und das mit dem Limit der 150mm/s passiert ist.
RF2000
Firmware Mod 1.45.00.Mod - geht SD wieder 100%?

Bitte 1.42.17 bis 1.42.21 meiden!
SD-Druck mit der Community-FW <= 1.43.99 aktuell meiden.

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Re: X/Y Achsen mit Kugelumlaufspindeln?

Beitrag #12 von mhier » Mo 22. Jun 2020, 11:44

Nibbels hat geschrieben:
mhier hat geschrieben:Weiß jemand, warum die maximale Feedrate softwareseitig auf 150mm/s beschränkt ist?


Huhu, genau weiß ichs nicht mehr, aber die alten 500mm/s haben ohne das "Dual" und "Quad-Stepping" früher Probleme gemacht. Die Geschwindigkeiten wurden eh nie erreicht und die Firmware hat intern "gekotzt" und Interrupts gestapelt. Ich hatte glaub mal nachgerechnet, wieviel mm/s man bei Quadstepping und 32Microsteps hinbekommt und vermute, dass ich dann das Limit etwas drunter gesetzt habe.


Hm, vielleicht funktioniert das "dual" und "quad-stepping" nicht mehr richtig?

Musst du wirklich die Microsteps runternehmen, um die hohen Geschwindigkeiten zu erreichen, wenn du die Limits rausnimmst?


Ja, und das wundert micht etwas. Ich weiß ja, dass es dieses Feature gibt, und hätte erwartet, dass ich das dann nicht muss. Tatsächlich bin ich ohne Änderung der Microsteps bis ca. 200mm/s gekommen. Schneller ist er nicht gefahren, stattdessen ist er dann nach dem Abbremsen noch ganz langsam über's Ziel drüber hinaus gefahren.


Man kann übrigens auch durch das "Multistepping" die Z-Achse in wenigen Sekunden von unten nach oben jagen. Ich habe das aber beschränkt gelassen, weil ich nicht verantwortlich sein wollte, wenn jemand den Finger quetscht, wenn er nicht aufpasst.
Ich glaube, ich habe mal ein komplettes Z-Homing in grob 3 Sekunden geschafft ...


Ich hab auch mal für Spaß ausprobiert, die Z-Homing-Geschwindigkeit hochzusetzen. Hauptsächlich problematisch finde ich da aber, dass es bei Erreichen des Entschalters einen ziemlichen Schlag gibt, weil er ja nicht langsam bremsen kann. Ich bin mir da nicht sicher, ob das die Spindeln auf Dauer gut mitmachen. So hoch ist der Leidensdruck nicht ;-)


Ich drucke inzwischen trotzdem mit XY 16 Microsteps, Z 16 Microsteps. Denn dieser Speed-Trick bedeutet "nicht zeitexakte Stepausgabe", also "Bursts"


Microschritte sind ohnehin nur in Grenzen ein Genauigkeitsgewinn. Primär geht es eher um die Laufruhe. Es ist ja nicht so, dass die 32 oder so Mikroschritte wirklich exakt 1/32 des Vollschritts groß sind. Da spielen Nichtlinearitäten eine Rolle, und die Stepper sind auch nicht beliebig exakt.

Was die Genauigkeit angeht, wäre es von Vorteil, Mikroschritte gegen mehr echte Schritte zu tauschen. Wenn ich also 4 mal so viele Vollschritte pro Millimeter brauche und dafür 8 statt 32 Mikroschritte einstelle, gewinne ich deutlich an Genauigkeit trotz gleicher Anzahl der Mikroschritte pro Millimeter. Allerdings wird die Laufruhe schlechter. Ich schätze aber, bei 8 Microschritten ist das noch ok. Es kann natürlich sein, dass das zu einem Problem wird, wenn ich nicht mehr die weichen Zahnriemen dazwischen habe sondern hart direkt die Spindel antreibe. M.E. sollte das aber primär bei niedrigen Geschwindigkeiten eine Rolle spielen. Wenn ich also mit dem Multi-Stepping dann trotzdem 16 oder 32 Microschritte einstellen kann, wäre das natürlich perfekt.


Es ist auch so, dass die Stepper bei extremen Geschwindigkeiten ihr Haltemoment verlieren. Kann sein, dass wir mal den Strom der Stepper optimiert haben und das mit dem Limit der 150mm/s passiert ist.


Logisch. Aber auch hier gilt, dass eine Übersetzung hilft. Beim Drucken brauche ich hohe Geschwindigkeiten aber wenig Drehmoment. Beim Fräsen wäre ich eher im niedrigeren Drehzahlbereich und hätte dann ein höheres Drehmoment zur Verfügung wegen der Übersetzung.

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Re: X/Y Achsen mit Kugelumlaufspindeln?

Beitrag #13 von mhier » Mi 24. Jun 2020, 22:39

So, ich hab mal angefangen zu zeichen. Als Basis habe ich das 3D-Modell des RF1000 im Download-Bereich genommen. Wie exakt das meinem Drucker entspricht, weiß ich nicht, deshalb werde ich die wichtigen Maße noch mal beizeiten nachmessen (das Heizbett sitzt in dem Modell schon mal merkwürdig schief... vielleicht ein Importfehler in FreeCAD?).

Ich habe erstmal nur die X-Achse grob geplant, die dürfte die kompliziertere sein:
top.png

diagonal.png


Die Grundidee ist, dass ich am Drucker selbst nichts anbohren muss, sondern nur vorhandene Löcher verwende (Ausnahme: um ein Loch in der Acryl-Einhausung für die Motorachse werde ich nicht herum kommen). Daher stehen beide Lager noch mals auf zusätzlichen Platten, die dann wiederum selbst an vorhandenen Löchern angeschaubt werden.

Der Entschalter muss etwas nach vorne wandern, um Platz für die Kugelumlaufspindel zu machen. Das Arrangement ginge vermutlich auch anders, aber dann müsste ich zusätzlich noch die Schleppkette versetzen, was mehr Aufwand ist.

Es geht noch eine Befestigung für den Motor (muss dafür erst noch die Dicke der Acryl-Einhausung ausmessen, die fehlt im Modell). Außerdem habe ich noch keine Schrauben+Löcher eingezeichnet für die Befestigung der neuen Teile. Ebenfalls muss ich noch was am Endschalter machen, der Auslöseheben ist jetzt zu lang, weil der Schalter ja höher sitzt...

EDIT: Achja, als Spindel habe ich mir diese hier ausgesucht:
https://www.dold-mechatronik.de/SET-Kug ... 1620A-L300

Die ist im vergleich zu der sonst üblichen Endbearbeitung recht platzsparend, wodurch ich keinen Verfahrweg verlieren sollte.
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Re: X/Y Achsen mit Kugelumlaufspindeln?

Beitrag #14 von anwofis » Do 25. Jun 2020, 14:54

Hallo mhier,

ich würde mal auf eBay oder Kleinanzeigen nach gebrauchten Portalfräsen schauen und damit CNC Fräsen anfangen.
Den RF1000 halte ich vor allem wegen der Späne/Staub beim Fräsen und von der Konstruktion der Z-Achse her eher weniger geeignet.

-

Sonst, würde ich anstatt der Nema17 2.5A größere Stepper nehmen. Deine Kugelumlauf ist schon sehr massiv mit 16mm. :p
Nema23 gibt's z.B. auch mit 2-3A. Weiß jetzt aber nicht, ob die Treiber auf der RF1000 Platine das aushalten. :S

Grüße,
anwofis

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Re: X/Y Achsen mit Kugelumlaufspindeln?

Beitrag #15 von mhier » Do 25. Jun 2020, 18:19

Also die z Spindeln sind sich auch 16mm? Und da treibt sogar ein Motor zwei davon an und hat noch die Schwerkraft gegen sich. Da seh ich eher keine Probleme. Klar sind die Motoren am Ende etwas schwach, aber doch eher, weil sie bei hoher Schnittleistung nicht mehr mitkommen werden.

Ich habe schlicht nicht den Platz für eine zweite Maschine. Entweder ich fräse mit dem RF1000 oder gar nicht... ;-)

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Re: X/Y Achsen mit Kugelumlaufspindeln?

Beitrag #16 von mhier » Mi 8. Jul 2020, 14:05

So, die Spindeln sind bestellt. Das erste Teil ist gefräst. Mal sehen, wie es weiter geht. :-)

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Re: X/Y Achsen mit Kugelumlaufspindeln?

Beitrag #17 von mhier » Mo 24. Aug 2020, 10:56

So, die erste Achse ist umgebaut:
https://www.youtube.com/watch?v=BbPd3u5SYpo

:-)

Ich muss wie gesagt auf 8 Microsteps runtergehen, was leider nicht ganz schön ist. Die Laufruhe ist nicht optimal und mit der Beschleunigung muss ich auch etwas runtergehen (vgl. zu den Standard-Werten, die aber eh eher etwas hoch sind), weil mir beim Druck des üblichen Test-Schiffchens ein paar mal anscheinend der Motor schlicht stehen geblieben ist (sichtbarer Versatz zwischen den Layern).

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Re: X/Y Achsen mit Kugelumlaufspindeln?

Beitrag #18 von AtlonXP » Di 25. Aug 2020, 09:58

Hallo mhier,
ja das ist der Grund warum ich bei deinem Spindelumbau etwas die Nase hochgezogen habe. :coolbubble:

Die Spindeln sind zwar sehr leichtgängig,
haben aber bei einem Richtungswechsel sehr viel Masse wo entgegenwirkt.

Ich denke da nur an unsere Z Achse…

Vermutlich sind sogar Nema 23 Motoren nicht stark genug dafür.
Es wird wohl nur helfen mit ACC und Jerk ziemlich weit runterzugehen.

Der kleinste Wert für Jerk in X und Y ist 10.33
Es wäre bestimmt nicht schlecht, wenn man mit Jerk für X und Y,
auf mindesten 0,3 runter gehen könnte.

Wirst du es mit einem stärkeren Nema 23 Motor versuchen wollen?

LG AtlonXP

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Re: X/Y Achsen mit Kugelumlaufspindeln?

Beitrag #19 von mhier » Di 25. Aug 2020, 11:22

Das ist bei dem Ausdruck genau 3 mal passiert, in 1.5h Druckzeit. Ich bin also nicht wahnsinnig weit weg davon, dass es funktioniert. Ich denke, mit leichtem Runterstellen der Beschleunigung und evtl. des Jerk ist das getan (bin mir nicht sicher, ob der Jerk da überhaupt Einfluss hat). Ich hatte eigentlich die Beschleunigung ohnehin etwas reduziert, nur hatte sich beim Versuch die Microschritte umzustellen die Firmware auf Factory Defaults zurückgestellt (ist wohl ein Bug...).

Ich glaube weniger, dass das an der Masse liegt, sondern an den Microsteps. Microsteps sind wichtig, weil sie die Laufruhe erhöhen und überhaupt erst hohe Beschleunigungen möglich machen. Ohne Microsteps bleibt der Motor womöglich ganz ohne Last stehen bei den Beschleunigungen, die wir verwenden. Nur 8 Microschritte sind ziemlich an der Untergrenze des Sinnvollen.

Mittelfristig will ich versuchen, wieder auf höhere Microschritte zu kommen. Da ist glaube ich nur ein Bug in der Firmware. Eigentlich sollte er bei hohen Schrittfrequenzen mehrere Schritte zusammenfassen, um die Interrupt-Last niedrig zu halten. Das funktioniert anscheinend nicht richtig.

Zu der Masse: ich erhöhe zwar das Trägheitsmoment durch die Spindel an sich, dafür reduziere ich die nötige Kraft, um die Trägheit der Nutzlast zu überwinden, um einen Faktor 4. Ohne Kugelumlaufspindel kann ich relativ mühelos von Hand den Dremel festhalten und an der Bewegung hindern, bzw. gegen die Haltekraft des Motors verschieben. Mit der Kugelumlaufspindel ist nicht nur die Haltekraft höher, ich schaffe es auch nicht mehr, den Motor in der Bewegung zu hindern (jedenfalls nicht, ohne zu riskieren mir weh zu tun oder was kaputt zu machen ;-)). Es ist schwer zu beurteilen, welchen Einfluss das worauf genau hat, aber zumindest in mancher Hinsicht ist die kleine Dimensionierung des Motors ein geringeres Problem als vorher!

Achja: Unsere Z-Achse hat verflucht viel Masse zu bewegen, das sind ja mehrere Dicke Alu-Platten! Da kannst du die Masse der Spindeln fast vernachlässigen.

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Re: X/Y Achsen mit Kugelumlaufspindeln?

Beitrag #20 von rf1k_mjh11 » Di 25. Aug 2020, 22:18

Hallo mhier,

Habe ich das richtig gesehen? Die Spindel hat eine Steigung von 10mm?

Mikroschritte:
Bei all der Sorge wegen der Mikroschritte sollte man bedenken, dass sich dadurch die 'Auflösung' des Schrittmotors mehr als vervierfacht hat. Oder anders gesagt, in der Firmware sind für die X und Y Achse die (Ganz)Schritte pro mm Weg mit 4.761875 definiert (für den Zahnriemenantrieb). Durch eine Spindel mit 10mm Steigung steigt diese Zahl auf genau 20 (=200/10). Damit ist schon die Auflösung mit Spindel unter Ganzschritten höher als eine mit Zahnriemenantrieb und 4-fach Mikroschritten.
Somit fährst du mit 8-fachen Mikroschritten so 'genau' wie die Zahnriemen-getriebenen mit 32-fachen Mikroschritten, eigentlich sogar etwas genauer (Spindel: 0.00625mm pro 1/8-Mikroschritt, hingegen Zahnriemen: 0.0065625... pro 1/32-Mikroschritt.).

Ich kann mich dunkel erinnern, dass einmal Nibbels etwas über den Zusammenhang der Mikroschritte und der Rechenleistung berichtet hat. Vielleicht gilt es, das auch zu berücksichtigen?

Massenkräfte:
Die Rotationsmasse der Spindel kommt dem System zu 100% als 'bremsend' hinzu, dafür fällt aber die Masse der X-Achse durch die Spindelsteigung, bzw. durch den 'Auflösungsgewinn' zu nur ca. ein Viertel ins Gewicht - was sich besonders auf die schwerere Y-Achse auswirken dürfte.

Wirkende Kräfte:
Der Vorteil der Spindel birgt auch einen möglichen Nachteil: Fährt einmal eine spindelgetriebene Achse auf einen Widerstand, wirken vier mal so große Kräfte als bei dem Zahnriemensystem. Da wird der Schrittmotor nicht einfach stehen bleiben, laut rattern und Schritte 'verlieren', mit der Spindel kann es einem das ganze Hot End oder gar die Y-Platte verbiegen und damit möglicherweise schrotten (beim offiziellen Fräsumbau ist die Y-Platte verstärkt und läuft über zwei Schienen).


Gesundheit allerseits, :grinsen:

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Schafft es der Mensch, einmal etwas idiotensicher zu machen, kontert die Natur sofort mit einem besseren Idioten.


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