Progettazione del portale e dell'asse Z verticale di una macchina per incisione e fresatura CNC. Lavorazione a quattro assi su una macchina con asse rotante Questo è tutto sul kit, ora sulle modifiche

Dopo aver considerato le opzioni di progettazione per l'asse lungo - X - possiamo passare a considerare l'asse Y. L'asse Y sotto forma di portale è la soluzione più popolare nella comunità dei costruttori di macchine utensili per hobby, e per una buona ragione. Questa è una soluzione semplice, abbastanza funzionante e ben collaudata. Tuttavia, presenta anche insidie ​​e punti che devono essere compresi prima della progettazione. La stabilità e il corretto equilibrio sono estremamente importanti per il portale: ciò ridurrà l'usura delle guide e degli ingranaggi, ridurrà la deflessione della trave sotto carico e ridurrà la probabilità di incastrarsi durante il movimento. Per determinare la disposizione corretta, esaminiamo le forze applicate al portale durante il funzionamento della macchina.

Osserva bene il diagramma. Su di esso sono segnate le seguenti dimensioni:

• D1 - distanza dall'area di taglio al centro della distanza tra le guide della trave del portale
• D2 - distanza tra la vite di azionamento dell'asse X e la trave guida inferiore
• D3 - distanza tra le guide dell'asse Y
• D4 - distanza tra i cuscinetti lineari dell'asse X

Consideriamo ora gli sforzi concreti. Nella foto, il portale si muove da sinistra a destra grazie alla rotazione della vite di azionamento dell'asse X (situata in basso), che aziona il dado fissato sul fondo del portale. Il mandrino si abbassa e fresa il pezzo, e appare una forza contraria diretta verso il movimento del portale. Questa forza dipende dall'accelerazione del portale, dalla velocità di avanzamento, dalla rotazione del mandrino e dalla forza di contraccolpo della fresa. Quest'ultima dipende dalla fresa stessa (tipologia, affilatura, presenza di lubrificazione, ecc.), dalla velocità di rotazione, dal materiale e da altri fattori. Molta letteratura sulla selezione delle modalità di taglio è dedicata alla determinazione dell'entità del contraccolpo della fresa, per il momento ci basta sapere che quando il portale si muove si genera una complessa controforza F. La forza F applicata alla il mandrino fisso viene applicato lungo gli elementi strutturali alla trave del portale sotto forma di un momento A = D1 * F. Questo momento può essere scomposto in una coppia di forze A e B di uguale grandezza, ma dirette in modo opposto, applicate alle guide n. 1 e n. 2 della trave del portale. Modulo Forza A = Forza B = Momento A / D3. Come si vede da qui, le forze che agiscono sulle travi guida diminuiscono se aumenta D3, la distanza tra loro. Riducendo le forze si riduce l'usura delle guide e la deformazione torsionale della trave. Inoltre, con una diminuzione della forza A, diminuisce anche il momento B applicato alle pareti laterali del portale: Momento B = D2 * Forza A. A causa dell'elevato momento B, le pareti laterali, non potendo piegarsi strettamente nel piano, si iniziare ad arricciarsi e piegarsi. Anche il momento B deve essere ridotto perché è necessario sforzarsi di garantire che il carico sia sempre distribuito uniformemente su tutti i cuscinetti lineari: ciò ridurrà le deformazioni elastiche e le vibrazioni della macchina e, quindi, aumenterà la precisione.

Il momento B, come già accennato, può essere ridotto in diversi modi:

1. ridurre la forza A.
2. ridurre la leva finanziaria D3

L'obiettivo è rendere le forze D e C quanto più uguali possibile. Queste forze consistono in una coppia di forze del momento B e del peso del portale. Per una corretta distribuzione del peso è necessario calcolare il baricentro del portale e posizionarlo esattamente tra i cuscinetti lineari. Ciò spiega il comune design a zigzag delle pareti laterali del portale: questo viene fatto per spostare indietro le guide e avvicinare il pesante mandrino ai cuscinetti dell'asse X.

In sintesi, quando si progetta l'asse Y, considerare i seguenti principi:

• Cercare di ridurre al minimo la distanza dalle viti/rotaie di azionamento dell'asse X alle guide dell'asse Y, ad es. minimizzare D2.
• Se possibile ridurre la sporgenza del mandrino rispetto alla trave, minimizzare la distanza D1 dalla zona di taglio alle guide. La corsa Z ottimale è generalmente considerata 80-150 mm.
• Se possibile, ridurre l'altezza dell'intero portale: un portale alto è soggetto a risonanza.
• Calcolare in anticipo il centro di massa dell'intero portale, compreso il mandrino, e progettare i montanti del portale in modo che il centro di massa si trovi esattamente tra i carrelli di guida dell'asse X e il più vicino possibile alla vite di comando dell'asse X.
• Distanziare ulteriormente le travi guida del portale: massimizzare D3 per ridurre il momento applicato alla trave.

PROGETTAZIONE ASSE Z

Il passo successivo è selezionare la struttura della parte più importante della macchina: l'asse Z. Di seguito sono riportati 2 esempi di progettazione.

Come già accennato, quando si costruisce una macchina CNC, è necessario tenere conto delle forze generate durante il funzionamento. E il primo passo su questo percorso è una chiara comprensione della natura, dell’entità e della direzione di queste forze. Considera il diagramma seguente:

Forze agenti sull'asse Z

Sul diagramma sono indicate le seguenti dimensioni:

• D1 = distanza tra le guide dell'asse Y
• D2 = distanza lungo le guide tra i cuscinetti lineari dell'asse Z
• D3 = lunghezza della piattaforma mobile (piastra di base) su cui è montato il mandrino stesso
• D4 = larghezza dell'intera struttura
• D5 = distanza tra le guide dell'asse Z
• D6 = spessore della piastra di base
• D7 = distanza verticale dal punto di applicazione delle forze di taglio al centro tra i carrelli lungo l'asse Z

Guardiamo la vista frontale e notiamo che l'intera struttura si sposta verso destra lungo le guide dell'asse Y. La piastra di base viene estesa il più in basso possibile, la fresa è incassata nel materiale e durante la fresatura si forma una controforza F, diretta , naturalmente, opposto alla direzione del movimento. L'entità di questa forza dipende dalla velocità del mandrino, dal numero di tagli della fresa, dalla velocità di avanzamento, dal materiale, dall'affilatura della fresa, ecc. (ricordiamo che alcuni calcoli preliminari su quali materiali verranno fresati, e quindi una valutazione delle forze di taglio, deve essere effettuata prima dell'inizio della progettazione della macchina). In che modo questa forza influisce sull'asse Z? Se applicata a una distanza dal punto in cui è fissata la piastra di base, questa forza crea una coppia A = D7 * F. Il momento applicato alla piastra di base viene trasmesso attraverso i cuscinetti lineari dell'asse Z sotto forma di coppie di forze trasversali alle guide. La forza convertita dal momento è inversamente proporzionale alla distanza tra i punti di applicazione, pertanto, per ridurre le forze flettenti delle guide, è necessario aumentare le distanze D5 e D2.

La distanza D2 è coinvolta anche nel caso della fresatura lungo l'asse X: in questo caso si presenta un'immagine simile, solo il momento risultante viene applicato su una leva notevolmente più grande. Questo momento cerca di far ruotare il mandrino e la piastra di base e le forze risultanti sono perpendicolari al piano della piastra. In questo caso il momento è uguale alla forza di taglio F moltiplicata per la distanza dal punto di taglio al primo carrello, ovvero maggiore è D2, minore è il momento (a lunghezza costante dell'asse Z).

Quindi segue la regola: a parità di altre condizioni, dovresti assolutamente provare a distanziare ulteriormente i carrelli dell'asse Z l'uno dall'altro, soprattutto verticalmente: ciò aumenterà significativamente la rigidità. Stabilire come regola di non rendere mai la distanza D2 inferiore a 1/2 della lunghezza della piastra di base. Assicurarsi inoltre che lo spessore della piattaforma D6 sia sufficiente a fornire la rigidità desiderata: ciò richiede il calcolo delle forze operative massime sulla fresa e la simulazione della deflessione dell'inserto in CAD.

Totale, attenersi alle seguenti regole durante la progettazione dell'asse Z di una macchina a portale:

• massimizzare D1: ciò ridurrà il momento (e quindi la forza) che agisce sui montanti del portale
• massimizzare D2: questo ridurrà il momento che agisce sulla trave portale e sull'asse Z
• minimizzare D3 (entro una data corsa Z): questo ridurrà il momento che agisce sulla trave e sui montanti del portale.
• massimizzare D4 (la distanza tra i carrelli dell'asse Y) - questo ridurrà il momento che agisce sulla trave del portale.

Seconda parte:
Parte terza:
Parte quarta:
Parte quinta:
Parte sesta: elettronica della macchina

Bene, un vantaggio separato sono i cuscinetti lineari immediatamente nell'alloggiamento, poiché sono più facili da installare su strutture fatte in casa. I semplici LM08UU sono più economici, ma è necessario creare un supporto per loro (può essere stampato su una stampante): questa è una conversazione separata.

Quindi, qualche parola sull'insieme dei componenti del nuovo asse Y stesso, quindi sulla modifica. Ha ricevuto il pacco 3 settimane dopo l'ordine, in una busta postale e una stretta scatola di cartone per resistenza. Questo è un vantaggio, le aste cilindriche cadono semplicemente dalla confezione, per qualche motivo i venditori su Ali non ci pensano. Ma invano.


Ogni articolo del set è confezionato separatamente in una borsa. Sono presenti tracce di olio nei cuscinetti


Per stimare la scala, ho attaccato un righello alle guide e ho avvitato. Righello 30 cm, ferro 40 cm


Le estremità della vite e degli alberi sono prive di bave. Sembra che le aste siano state tagliate in dimensioni standard usando una grande frusta, poiché puoi vedere un po' di fuliggine all'estremità. Ma elaborato dopo il taglio. In linea di principio posso eseguire la stessa operazione da solo, quindi cerco di fare sezioni quanto più lunghe possibile.


Le estremità sono smussate. Se lo tagli da solo (e io lo taglio un po' a misura), lo smusso può essere rimosso con un temperino/a mano. È principalmente decorativo in modo che non ci siano sbavature e durante l'installazione dei cuscinetti non tocchi le sfere.


Non ho catturato i micron, il diametro dell'albero è di circa 8 mm. Non ci sono dubbi sulla precisione della produzione degli alberi cilindrici, l'importante è che non siano piegati al momento della consegna. Ho più lamentele sui cuscinetti. Ho acquistato diversi lotti di LM08UU economici da Ali, alcuni sono stretti e altri leggermente allentati. Ciò è evidente sui cuscinetti, soprattutto se installati sullo stesso albero.


Le pinze SK8 sono una cosa conveniente. Sono installati direttamente sul profilo (qualsiasi) e l'albero è bloccato. Se lo si desidera, può essere utilizzato in progetti amatoriali, per bloccare qualsiasi cosa con un diametro di 8 mm (ad esempio un centro per una macchina).


Le dimensioni d'ingombro e di installazione non sono un problema da trovare, sono standard. Se necessario, scrivi un messaggio personale o guarda nei primi due argomenti, lì c'erano dei disegni.


Inizialmente, in fase di prova del progetto e prima dell'ordine, ho utilizzato supporti stampati in 3D. Adesso l'ho tolto perché non serve più. Con quelli in metallo risulta molto meglio e disegno della scheggia


Supporti cuscinetto KP08 per il fissaggio della madrevite. Sono presenti due viti esagonali da 1,5 per il morsetto.
Questi supporti sono molto comodi da utilizzare nei progetti amatoriali: vengono utilizzati nelle stampanti 3D per l'asse Z, oppure è possibile realizzare trasmissioni a cinghia fatte in casa bloccando una sezione dell'albero da 8 mm in questo cuscinetto e installando un ingranaggio sull'albero. Nota: questa replica CNC2417 utilizza cuscinetti flangiati KFL08 per installare la vite T8 sulla piastra sull'asse X.


E, ultimo ma non meno importante, il cuscinetto lineare con alloggiamento SC08UU. Costa un po' di più (il doppio) del semplice LM08UU, ma ha una filettatura M4 per l'installazione delle viti di montaggio. È anche molto comodo da utilizzare nei progetti amatoriali grazie alla facilità di installazione. Esiste una versione SC08LUU, estesa, che utilizzo nello slider dell'asse Z.

Questo è tutto sul kit, ora sulle modifiche.

Ho iniziato l'assemblaggio rispettivamente con gli assi X e Y e i carrelli.
Per prima cosa assembliamo l'asse Y: motore, pinza, vite con dado e giunto.
Installiamo il motore sul supporto. È semplice: quattro viti M3. La lunghezza è corta, dipende principalmente dalla piastra utilizzata (spessore) e dalle rondelle.


Motore con piastra prima dell'installazione sul profilo.


Successivamente, installare il KP08 di fronte, mantenendo la stessa distanza dal centro dell'asse del motore e dal centro dell'asse della pinza




Successivamente, installiamo i supporti dell'albero SK8, quattro, una coppia per albero. Quando si installano gli alberi, non dimenticare i cuscinetti.

Successivamente, assembliamo la piastra con il motore X, nonché la piastra con la pinza KFL08


Le piastre sono simmetriche e sul KFL08 è possibile montare l'elica su entrambi i lati, avendo precedentemente installato il motore (distanziatore in ottone M3 - comodo da trasportare in set).


Inizialmente c'era un KFL08 stampato in 3D, ma mentre lo stavo assemblando e testando sono riuscito a ordinarne e riceverne uno normale)))

Montiamo ulteriormente l'asse X. Installiamo le piastre sul telaio


Installare la seconda piastra.
Le piastre forniscono ulteriore rigidità alla struttura e allo stesso tempo fungono da supporto per l'asse X. Per il rinforzo sono stati utilizzati alberi cilindrici da 3 8 mm.


Successivamente, installiamo gli alberi (tre pezzi) più i cuscinetti SC08UU (rispettivamente tre coppie) nei fori delle piastre.




Foto più ravvicinata. 10 mm di albero cilindrico su ciascun lato sono fissati nella pinza SHF08. E' consigliabile lasciare circa 20 mm di madrevite per l'installazione della maniglia (movimento manuale del carrello).


Installiamo il carrello portapiatti X sui cuscinetti. Non dimenticare il dado. Ho usato un portadado stampato in 3D. L'acquisto di un supporto è piuttosto problematico. Le opzioni da acquistare sono un dado piatto in plastica (POM) con fori per il fissaggio (opzioni e). Li ho visti in offerta, ma costano un sacco di soldi. Quindi per ora il supporto stampato...




Controlliamo il libero movimento del carrello dall'inizio alla fine dell'asse, serriamo le viti.


Sulla piastra è già fissato lo slider dell'asse Z. Puoi realizzarli da una sezione di profilo 2080 e pinze SK8, puoi realizzarli tu stesso, puoi

A controllo numerico, esaltando le caratteristiche produttive dello strumento di lavoro. Consente di elaborare pezzi non standard, producendo prodotti di forme complesse. L'attrezzatura consente di eseguire lavorazioni 3D e 4D complete su macchine CNC. Molto spesso, l'unità viene utilizzata per lavorare il legno, ma può anche lavorare altri materiali.

Peculiarità

Gli assi rotanti non sono tipici di ogni macchina. Il compito principale di questo elemento è garantire la rotazione del pezzo attorno al proprio asse. Viene utilizzato per elaborare pezzi in base a:

• albero;
• leghe di alluminio, non ferrose e di rame;
• plastica.

Il motore è responsabile del funzionamento dell'asse. Potrebbe far parte del progetto originale della macchina o essere installato separatamente. Se installato separatamente, l'elemento funge da quarto asse.

La lavorazione a quattro assi, a differenza della lavorazione a tre assi, presenta numerosi vantaggi. Il metodo a tre assi consente di eseguire la lavorazione 3D su un lato del pezzo, poiché l'altro verrà fissato alla tavola. Per elaborare il secondo lato, è necessario eseguire passaggi aggiuntivi per reinstallare il prodotto. L'asse rotante ha risolto questo problema. Con il suo aiuto, il pezzo può essere lavorato da tutti i lati senza azioni aggiuntive.

Grazie a questa caratteristica è possibile ottenere prodotti dal design complesso:

• componenti di mobili;
• gioielleria;
• motivi decorativi in ​​legno.

Le macchine con asse rotante sono ampiamente utilizzate nelle applicazioni decorative. La corretta configurazione del dispositivo consentirà l'elaborazione offline. Gli spazi vuoti saranno simili ai prodotti fatti a mano.

Progetto

Esistono diverse opzioni per le macchine con asse rotante. La massima qualità sono . Le prestazioni sui dispositivi convenzionali sono inferiori.

Sulle unità ad alte prestazioni è installata una trasmissione a cinghia. Alcuni modelli sono dotati di un quinto asse. Le dimensioni del desktop possono variare, ma la larghezza e la lunghezza non devono essere inferiori a un metro. I dispositivi fatti in casa sono caratterizzati dall'installazione di un mandrino del tornio o di una piastra frontale sull'asse rotante. I mandrini per torni a tre griffe sono comuni sulle macchine di fabbrica.

Il tipo più popolare di motore è un motore bifase a quattro fili.

Le dimensioni e il costo dell'attrezzatura dipendono dal modello specifico. Le opzioni di grandi dimensioni vengono utilizzate in ambienti industriali. I modelli più compatti possono essere utilizzati per le attività domestiche e le piccole imprese. Ma non tutti possono permettersi anche le opzioni più economiche. Pertanto, molte persone realizzano da sole una macchina CNC.

Macchina fai-da-te con asse rotante

Si sconsiglia agli utenti inesperti di realizzare una macchina con un asse rotante in metallo. Inizialmente, dovresti provare a realizzare un'unità in compensato. Nella prima fase vengono elaborati un disegno e un programma di fresatura di controllo. Questo passaggio può essere eseguito utilizzando il servizio Rhinoceros. Lo spessore del compensato deve essere di almeno 15 millimetri. Deve essere fissato sul tavolo, dopodiché la macchina CNC realizzerà gli spazi necessari.

La seconda fase consiste nell'assemblare le parti risultanti. Successivamente, è necessario acquistare un cuscinetto per la pompa dell'acqua. Questo articolo è venduto nei negozi di ricambi auto. Prima di installare il cuscinetto, le parti devono essere rivestite con vernice e vernice. Il cuscinetto può essere rinforzato con bulloni. Per far funzionare il dispositivo, avrai bisogno di un gruppo di componenti, tra cui:

• tavola macchina;
• cinghie;
• motore passo-passo.

Le parti aggiuntive sono realizzate al tornio. Una volta completato l'assemblaggio dell'unità, sarà necessario acquistare separatamente un driver responsabile del controllo del motore passo-passo. Il nuovo driver deve essere installato nell'unità di controllo della macchina.

Prima di lanciare un asse rotante CNC autocostruito, è necessario assicurarsi che i componenti siano ben fissati.

Utilizzo

Esistono due modi per lavorare con un asse rotante:

• indice;
• continuo.

Il primo metodo prevede l'elaborazione passo passo, iniziando con movimenti liberi e terminando con condizioni stazionarie. Il passaggio da un'elaborazione all'altra è accompagnato da uno stop e da una fissazione. Per il secondo metodo non sono necessari passaggi aggiuntivi. La corretta elaborazione dipende dalla disponibilità del programma e da un modello adeguato dello strumento di lavoro.

Per la lavorazione completa, la macchina deve essere dotata di un sistema di controllo a quattro assi. Per compensare il peso del mandrino, l'asse Z è dotato di una molla a gas.