Maker Media GmbH und c't, Heise Zeitschriften Verlag

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MaXYposi

Schneller 2D/3D-Positionierer und Portalroboter

Projekt für einen sehr leicht nachzubauenden Portalroboter, der je nach Werkzeug zum Bohren, Fräsen, Bestücken, Lasern oder Folienschneiden geeignet ist. Es verwendet Kunststoff-Gleitlager der Fa. igus. Bitte beachten Sie unbedingt

• den Artikel in Make: 1/2017
• den Artikel in Make: 2/2017
• das Github-Repository zur MaXYposi-Schrittmotorsteuerung
• unsere MaXYPosi-Projektseite
• die ständig aktualisierte FAQ-Seite und das zugehörige Forum.

Zum Öffnen und Bearbeiten der CAD-Datei benötigen Sie das kostenlose Designspark Mechanical 2.0 von RS Components. Zur Ansicht der 3D-Vorschau ist ein aktueller Acrobat Reader (ggf. 3D-Ansicht freischalten) nötig, die Vorschau im Github-Browser funktioniert nicht! Zu den anzufertigenden Trägerplatten gibt es bemaßte Zeichnungen sowie Bohrschablonen als "normales" PDF.

Konstruktion Z-Achse

Dem Thema Z-Achse für MaXYposi haben wir nun einen eigenen Online-Beitrag gewidmet.

Stückliste X-Schlitten

• 1 Phenolharz- oder HPL-Kompaktplatte 120 x 120 mm, 6 mm dick
• 4 Gehäuselager Igus WJ200UM-01-10 (Standard) oder WJUME-01-10 (einstellbares Spiel)
• 4 Abstandsbolzen M3, 12 mm lang, Innen- und Außengewinde kurz oder
• 4 Distanzhülsen Kunststoff, 12 mm lang (z.B. Reichelt DK 12MM plus 4 Schrauben M3x20
• 8 Schrauben M6 x 16, Innensechskant
• 2 Schrauben M6 x 25, Innensechskant
• 2 Muttern M6
• 4 Federscheiben DIN 137, M6
• 4 Kotflügel-/Karosseriescheiben 6,4 x 20 mm
• 1 Aluminium-Vierkantstab 10 x 10 mm, insg. 4 Abschnitte je 40 mm lang
• 3 Schrauben M4 x 25
• 3 Muttern M4
• 3 Zahnscheiben (Fächerscheiben), M4
• 2 Kugellager 606-2RS (z.B. EKugellager oder Kugellager-Express)

Stückliste XY-Traverse

• 1 Igus-Linearschiene WS-10-40, 500 mm lang, nicht vorgebohrt
• 2 Phenolharz- oder HPL-Kompaktplatten 150 x 70 mm, 6 mm dick
• 4 Gehäuselager Igus WJ200UM-01-10 oder optional 4 Hybridlagerlager Igus WJRM-01-10 (mit zusätzlichen Rollen) - siehe Anmerkung unten
• 6 Schrauben M6 x 16, Innensechskant
• 6 Schrauben M6 x 25, Innensechskant
• 4 Schrauben M6 x 20, Innensechskant, flacher Kopf
• 2 Schrauben M6 x 50, Innensechskant (70 mm bei WSX-Profil)
• 10 Muttern M6
• 12 Federscheiben DIN 137, M6
• 12 Zahnscheiben (Fächerscheiben), M6
• 12 Kotflügel-/Karosseriescheiben 6,4 x 20 mm (z.B. Hornbach)
• 6 Kugellager 606-2RS
• 2 Abstandsröllchen 18 mm lang, 6,5 mm Innendurchmesser (z.B. Hornbach, Möbelbeschläge, ggf. zusammensetzen)

Bohren der Traverse (Igus WS-10-40-Profil) nach Zeichnung "Bohren_XY-Traverse.pdf". Die Traverse kann auch mit der verstärkten extrahohen igus-Linearschiene WSX-10-40 aufgebaut werden, was bei Längen über 500 mm empfehlenswert ist. Die 6 Befestigungsschrauben sind dann 20 mm länger zu wählen. Die Maße der Trägerplatten ändern sich dadurch nicht.

Die Igus-Hybridlager WJRM-01-10 haben etwas andere Abmessungen als die Standardlager WJ200UM-01-10 (Lochabstand 22 statt 16 mm). Die zwei Bohrungen an den Enden der Trägerplatte sind hierfür um 6 mm nach außen zu verlegen; die Trägerplatte muss dann 162 x 70 mm groß sein (siehe Bohrschablone "Bohren_Y-Platte_hybrid.pdf").

Stückliste Grundplatte

Wir haben das Igus WS-10-Profil in der vorgebohrten Ausführung verwendet.

• 2 Igus-Linearschienen WS-10, 500 mm lang, vorgebohrt
• 1 Phenolharz- oder HPL-Kompaktplatte 100 x 70 mm, 6 mm dick (z.B. Hornbach)
• 1 MDF- oder Multiplex-Siebdruckplatte, 60 x 60 cm, 22 mm dick
• 2 MDF- oder Multiplex-Siebdruckplatten, 60 x 10 cm, 22 mm dick (Aufstockung für mehr Z-Durchlasshöhe nach Bedarf)
• 6 Schrauben M6 x 16, Innensechskant
• 6 Schrauben M6 x 25, Innensechskant
• 4 Schrauben M6 x 20, Innensechskant, flacher Kopf
• 10 Muttern M6
• 4 Federscheiben DIN 137, M6
• 4 Zahnscheiben (Fächerscheiben), M6
• 4 Kotflügel-/Karosseriescheiben 6,4 x 20 mm
• 2 Kugellager 606-2RS
• 1 Abstandsröllchen 24 mm lang, 6,5 mm Innendurchmesser (z.B. Hornbach, Möbelbeschläge, ggf. zusammensetzen)
• 4 Abstandsröllchen 18 mm lang (z.B. DK 18MM von Reichelt)
• 2 Winkelbeschläge 30 x 60 x 60 mm, (z.B. Lux 492575, div. Baumärkte) (2)
• 20 Spanplattenschrauben Rundkopf 4 x 16 mm (2)
• 4 Spanplattenschrauben Rundkopf 3,5 x 35 mm (2)
• 8 Spanplattenschrauben Senkkopf 3,5 x 40 mm
• 1 Einschlagmutter M6 mit Schraube M6 x 70, Innensechskant (1)

(1) Länge abhängig von Grundplattendicke und Auflage

(2) Länge unkritisch. Spax-Schrauben sollten nur so lang sein, dass sie auf der anderen Seite nicht herausgucken!

Sonstiges

• 4 m Zahnriemen Profil GT2, 6mm breit, Meterware (3D-Druckerzubehör, div. Shops)
• 2 Zahnriemenräder (Pulley) GT2-Profil, 20 Zähne, für 5-mm-Achse (3D-Druckerzubehör, div. Shops)
• 2 Schrittmotoren Baugröße NEMA17, min. 1,5A Strangstrom, 5 mm Achsdurchmesser, z.B. ACT 17HS5425
• 2 Mikroschalter Marquardt 1050.0202 oder ähnlich, z.B. von Reichelt

Andere CAD-Formate

Die MaXYposi-Entwürfe verlangen für eigene Änderungen das kostenlose, aber nur unter Windows lauffähige DesignSpark Mechanical. Unser Leser Wolfgang Maier hat die Original-Zeichnungen freundlicherweise in andere CAD-Formate exportiert, unter anderem als AutoCAD-Drawing, STL, STP, SKP und IGS. Sie finden diese im 7-Zip-Archiv MaXYposi-master-MultipleCADExport.7z.

Alternatives Design mit SLW-1040

Das alternative Design igus-portal-SLW1040_3.rsdoc verwendet die fertig aufgebauten Lineareinheiten SLW-1040 von igus. Die Spindeln der X-Traverse werden hier von einem Zahnriemen synchron angetrieben (Zahnriemen und Zahnriemenscheiben von Mädler, www.maedler.de). Ein Aufbau mit zwei Schrittmotoren für die Y-Achse anstelle des Synchronriemens bewährte sich weniger, da es nach mehreren Ein- und Ausschaltvorgängen zu Asynchronitäten und damit zum Verkanten der Traverse kommen kann.

Für dieses (deutlich teurere) Design sind lediglich zwei Träger aus 60 x 60 mm Alu-Rechteckrohr anzufertigen, die Abmessungen der Grundplatte bleiben gleich bzw. werden der Länge der Y-Traverse angepasst. Der Zahnriemen kann durch eine Rolle aus zwei übereinandergelegten Kugellagern 606-2RS gespannt werden. Als Antrieb für die Y-Achse (Zahnriemen) empfehlen wir wegen der höheren Reibungsverluste einen NEMA23-Motor.

Die Spindeln mit der Standard-Steigung TR10x2 lassen nur eine Geschwindigkeit von rund 1500 mm/m zu. Auf Anfrage baut igus die SLW-1040-Einheiten aber auch mit Steilgewindespindeln.

• 2 Maedler #17023000 HTD-Zahnriemenräder Profil 3M, 30 Zähne (aufbohren auf 10 mm für Spindeln bzw. Wellendurchmesser des Schrittmotors)
• HTD-Zahnriemen Neopren Profil 3M Breite 9mm Wirklänge 1125mm Zähnezahl 375, #17118000
• 3 igus-Lineareinheiten SLW-1040, Länge 500 mm
• 2 Aluminium-Rechteckprofil 60 x 60 mm, 74 mm lang

MaXYposi-Schrittmotorsteuerung

Natürlich ist als Bahnsteuerung auch ein normaler Arduino-328 mit dem Standard-GRBL geeignet. Wir haben unser 644-GRBL allerdings auf 4 Achsen erweitert und 32 I/Os hinzugefügt, außerdem ein Handrad- und Joystick-Jog-Anschluss sowie eine Echtzeit-Positionsanzeige mit LDC 16x2 auf einem (optionalen) Bedienfeld.

Unser auf GRBL basierendes Steuerungs-Projekt für 4 Achsen und vielen I/Os finden Sie in unserem Github-Repository MaXYposi_Grbl_644 - näheres dort.