Projekt portalu i pionowej osi Z maszyny grawerująco-frezującej CNC. Obróbka czteroosiowa na maszynie z osią obrotową To tyle jeśli chodzi o zestaw, teraz o modyfikacjach

Po rozważeniu możliwości projektowania osi długiej – X – możemy przejść do rozważenia osi Y. Oś Y w formie portalu jest najpopularniejszym rozwiązaniem w społeczności hobbystycznych konstruktorów obrabiarek i nie bez powodu. To proste i całkiem działające, sprawdzone rozwiązanie. Ma jednak również pułapki i punkty, które należy zrozumieć przed rozpoczęciem projektowania. Stabilność i prawidłowe wyważenie są niezwykle ważne dla portalu - zmniejszy to zużycie prowadnic i kół zębatych, zmniejszy ugięcie belki pod obciążeniem i zmniejszy prawdopodobieństwo zaklinowania się podczas ruchu. Aby określić prawidłowy układ, spójrzmy na siły przyłożone do portalu podczas pracy maszyny.

Przyjrzyj się dobrze diagramowi. Zaznaczone są na nim następujące wymiary:

• D1 - odległość od obszaru cięcia do środka odległości między prowadnicami belek portalowych
• D2 - odległość śruby napędowej osi X od dolnej belki prowadzącej
• D3 - odległość pomiędzy prowadnicami osi Y
• D4 - odległość pomiędzy łożyskami liniowymi osi X

Przyjrzyjmy się teraz rzeczywistym wysiłkom. Na zdjęciu portal porusza się od lewej do prawej strony na skutek obrotu śruby napędowej osi X (znajdującej się na dole), która napędza nakrętkę zamocowaną w dolnej części portalu. Wrzeciono jest opuszczane i frezuje obrabiany przedmiot, pojawia się siła przeciwna skierowana w stronę ruchu portalu. Siła ta zależy od przyspieszenia portalu, prędkości posuwu, obrotu wrzeciona i siły odbicia od frezu. To ostatnie zależy od samego noża (rodzaj, ostrość, obecność smaru itp.), prędkości obrotowej, materiału i innych czynników. Wiele literatury na temat doboru trybów skrawania poświęcone jest określeniu wielkości odrzutu od frezu, obecnie wystarczy nam wiedzieć, że podczas ruchu portalu powstaje złożona siła przeciwna F. Siła F przyłożona do nieruchomy wrzeciono przykładane jest wzdłuż elementów konstrukcyjnych do belki portalowej w postaci momentu A = D1 * F. Moment ten można rozłożyć na parę równych co do wielkości, ale przeciwnie skierowanych sił A i B, przyłożonych do prowadnic #1 i nr 2 belki portalowej. Modulo Siła A = Siła B = Moment A / D3. Jak widać, siły działające na belki prowadzące zmniejszają się, jeśli wzrasta odległość między nimi D3. Zmniejszenie sił zmniejsza zużycie prowadnic i odkształcenie skrętne belki. Również wraz ze spadkiem siły A zmniejsza się również moment B przyłożony do ścian bocznych portalu: Moment B = D2 * Siła A. Ze względu na duży moment B, ściany boczne, nie mogąc zgiąć się ściśle w płaszczyźnie, będą zacznij się zwijać i zginać. Moment B również należy zmniejszyć, ponieważ należy dążyć do tego, aby obciążenie było zawsze równomiernie rozłożone na wszystkich łożyskach liniowych - zmniejszy to odkształcenia sprężyste i drgania maszyny, a co za tym idzie, zwiększy dokładność.

Moment B, jak już wspomniano, można zmniejszyć na kilka sposobów -

1. zmniejszyć siłę A.
2. zmniejszyć dźwignię D3

Celem jest możliwie równe wyrównanie sił D i C. Siły te składają się z pary sił momentu B i ciężaru portalu. Dla prawidłowego rozłożenia ciężaru konieczne jest obliczenie środka masy portalu i umieszczenie go dokładnie pomiędzy łożyskami liniowymi. To wyjaśnia powszechną zygzakowatą konstrukcję ścian bocznych portalu - ma to na celu cofnięcie prowadnic i zbliżenie ciężkiego wrzeciona do łożysk osi X.

Podsumowując, projektując oś Y, należy wziąć pod uwagę następujące zasady:

• Spróbuj zminimalizować odległość od śruby/szyny napędowej osi X do prowadnic osi Y - tj. zminimalizować D2.
• Jeśli to możliwe, zmniejsz wysięg wrzeciona względem belki, zminimalizuj odległość D1 od obszaru cięcia do prowadnic. Za optymalny skok Z uważa się zwykle 80–150 mm.
• Jeśli to możliwe, zmniejsz wysokość całego portalu – wysoki portal jest podatny na rezonans.
• Oblicz z wyprzedzeniem środek masy całej suwnicy łącznie z wrzecionem i zaprojektuj rozpórki suwnicy tak, aby środek masy znajdował się dokładnie pomiędzy wózkami prowadzącymi osi X i jak najbliżej śruby pociągowej osi X.
• Odsuń belki prowadzące portalu na większą odległość — zmaksymalizuj D3, aby zmniejszyć moment przyłożony do belki.

PROJEKT OSI Z

Kolejnym krokiem jest wybranie konstrukcji najważniejszej części maszyny – osi Z. Poniżej znajdują się 2 przykładowe projekty.

Jak już wspomniano, budując maszynę CNC, należy wziąć pod uwagę siły powstające podczas pracy. Pierwszym krokiem na tej ścieżce jest jasne zrozumienie natury, wielkości i kierunku tych sił. Rozważ poniższy diagram:

Siły działające na oś Z

Na schemacie zaznaczono następujące wymiary:

• D1 = odległość pomiędzy prowadnicami osi Y
• D2 = odległość wzdłuż prowadnic pomiędzy łożyskami liniowymi osi Z
• D3 = długość ruchomej platformy (płyty podstawy), na której zamontowane jest samo wrzeciono
• D4 = szerokość całej konstrukcji
• D5 = odległość pomiędzy prowadnicami osi Z
• D6 = grubość płyty podstawowej
• D7 = odległość pionowa od punktu przyłożenia sił skrawania do środka pomiędzy wózkami wzdłuż osi Z

Spójrzmy na widok z przodu i zwróćmy uwagę, że cała konstrukcja przesuwa się w prawo po prowadnicach osi Y. Płyta podstawy jest wysunięta maksymalnie w dół, frez jest zagłębiony w materiał i podczas frezowania powstaje siła przeciwna F, skierowana oczywiście przeciwnie do kierunku ruchu. Wielkość tej siły zależy od prędkości wrzeciona, ilości przejść frezu, prędkości posuwu, materiału, ostrości frezu itp. (przypominamy, że pewne wstępne obliczenia jakie materiały będą frezowane, a co za tym idzie ocena sił skrawania należy wykonać przed rozpoczęciem projektowania maszyny). Jak ta siła wpływa na oś Z? Siła ta przyłożona w pewnej odległości od miejsca mocowania płyty podstawy wytwarza moment obrotowy A = D7 * F. Moment przyłożony do płyty podstawy jest przenoszony przez łożyska liniowe osi Z w postaci par sił poprzecznych do przewodników. Siła przeliczona od momentu jest odwrotnie proporcjonalna do odległości pomiędzy punktami przyłożenia – dlatego w celu zmniejszenia sił zginających prowadnice należy zwiększyć odległości D5 i D2.

Odległość D2 ma również znaczenie w przypadku frezowania wzdłuż osi X – w tym przypadku powstaje podobny obraz, jedynie wynikowy moment przykładany jest na zauważalnie większą dźwignię. Moment ten próbuje obrócić wrzeciono i płytę podstawy, a powstałe siły są prostopadłe do płaszczyzny płyty. W tym przypadku moment jest równy sile skrawania F pomnożonej przez odległość od punktu cięcia do pierwszego wózka - tj. im większe D2, tym mniejszy moment (przy stałej długości osi Z).

Stąd zasada: przy wszystkich pozostałych parametrach należy zdecydowanie starać się rozmieszczać wózki osi Z w większej odległości od siebie, zwłaszcza w pionie – znacznie zwiększy to sztywność. Zasadą jest, aby odległość D2 nigdy nie była mniejsza niż 1/2 długości płyty podstawy. Należy także upewnić się, czy grubość platformy D6 jest wystarczająca do zapewnienia pożądanej sztywności – wymaga to obliczenia maksymalnych sił roboczych na frezie i zasymulowania ugięcia płytki w CAD.

Całkowity, przy projektowaniu osi Z maszyny bramowej należy przestrzegać następujących zasad:

• zmaksymalizuj D1 - zmniejszy to moment (a tym samym siłę) działający na rozpórki suwnicy
• zmaksymalizuj D2 - zmniejszy to moment działający na belkę portalową i oś Z
• zminimalizować D3 (w obrębie danego skoku Z) - zmniejszy to moment działający na belkę i słupki portalowe.
• zmaksymalizuj D4 (odległość pomiędzy wózkami osi Y) - zmniejszy to moment działający na belkę portalową.

Część druga:
Część trzecia:
Część czwarta:
Część piąta:
Część szósta: elektronika maszyn

Cóż, osobnym plusem są łożyska liniowe bezpośrednio w obudowie, ponieważ łatwiej je zainstalować na domowych konstrukcjach. Proste LM08UU są tańsze, ale trzeba do nich zrobić uchwyt (można wydrukować na drukarce) - to osobna rozmowa.

A więc kilka słów o zestawie podzespołów samej nowej osi Y, potem o modyfikacji. Przesyłkę otrzymano 3 tygodnie po złożeniu zamówienia, w torbie pocztowej i wąskim kartonie dla wytrzymałości. To plus, cylindryczne wały po prostu wypadają z opakowania, z jakiegoś powodu sprzedawcy na Ali o tym nie myślą. Ale na próżno.


Każdy element zestawu pakowany jest osobno w woreczek. W łożyskach znajdują się ślady oleju


Aby oszacować skalę, do prowadnic i śrubki przymocowałem linijkę. Linijka 30 cm, żelazo 40 cm


Końce śruby i wały są bez zadziorów. Sprawia wrażenie, jakby wały były przycinane do standardowych rozmiarów za pomocą dużego bicza, gdyż na końcu widać odrobinę sadzy. Ale przetworzone po cięciu. W zasadzie tę samą operację mogę wykonać samodzielnie, dlatego staram się robić jak najdłuższe odcinki.


Końce są fazowane. Jeśli sam go przytniesz (a ja przyciąłem go trochę na wymiar), wówczas fazkę można usunąć temperówką/ręcznie. Ma głównie charakter dekoracyjny, dzięki czemu nie ma zadziorów, a podczas montażu łożysk nie dotyka kulek.


Mikronów nie złapałem, średnica trzonka to jakieś 8 mm. Nie ma pytań co do dokładności wykonania wałów cylindrycznych, najważniejsze jest to, że nie są one wygięte w momencie dostawy. Więcej skarg mam na łożyska. Kupiłem kilka partii taniego LM08UU od Ali, niektóre są ciasne, a inne lekko luźne. Jest to zauważalnie zauważalne w przypadku łożysk, szczególnie jeśli są zamontowane na tym samym wale.


Zaciski SK8 to wygodna rzecz. Montuje się je bezpośrednio na profilu (dowolnym), a wał jest zaciśnięty. W razie potrzeby można go zastosować w projektach amatorskich, do mocowania czegokolwiek o średnicy 8 mm (na przykład centrum maszyny).


Wymiary gabarytowe i montażowe nie stanowią problemu, są standardowe. W razie potrzeby napisz w wiadomości prywatnej lub zajrzyj do dwóch pierwszych tematów, tam były rysunki.


Początkowo przy przymierzaniu projektu i przed złożeniem zamówienia korzystałem z podpórek drukowanych w 3D. Teraz go usunąłem, bo nie jest już potrzebny. Z metalowymi okazuje się znacznie lepiej mi projekt stche


Wsporniki łożyskowe KP08 do mocowania śruby pociągowej. Do zacisku są dwie śruby sześciokątne 1,5.
Podpory te są bardzo wygodne w zastosowaniu w konstrukcjach amatorskich: wykorzystuje się je w drukarkach 3D do osi Z, można też samemu wykonać napędy paskowe własnoręcznie zaciskając w tym łożysku odcinek wału o średnicy 8mm i montując na wale zębatkę. Uwaga: w tej replice CNC2417 zastosowano łożyska kołnierzowe KFL08 do montażu śruby T8 na płytce na osi X.


I na koniec łożysko liniowe w obudowie SC08UU. Kosztuje trochę (dwa razy) więcej niż prosty LM08UU, ale ma gwint M4 do montażu śrub montażowych. Jest również bardzo wygodny w zastosowaniu w projektach amatorskich ze względu na łatwość montażu. Istnieje wersja SC08LUU, rozszerzona, którą stosuję w sliderze osi Z.

To wszystko o zestawie, teraz o modyfikacjach.

Montaż rozpocząłem odpowiednio od osi X i Y oraz wózków.
Najpierw montujemy oś Y: silnik, zacisk, śrubę z nakrętką i sprzęgło.
Montujemy silnik na uchwycie. To proste: cztery śruby M3. Długość jest krótka, zależy głównie od użytej płyty (grubości) i podkładek.


Silnik z płytą przed montażem na profilu.


Następnie zamontuj KP08 naprzeciwko, zachowując taką samą odległość od środka osi silnika i od środka osi zacisku




Następnie montujemy wsporniki wału SK8, cztery, po parze na wał. Podczas montażu wałów nie zapomnij o łożyskach.

Następnie montujemy płytkę z silnikiem X oraz płytkę z zaciskiem KFL08


Płyty są wykonane symetrycznie i można zamontować śmigło po obu stronach na KFL08, po wcześniejszym zamontowaniu silnika (M3 Mosiężna przekładka - wygodna do montażu w zestawach).


Początkowo był drukowany w 3D KFL08, ale podczas montażu i testowania udało mi się zamówić i otrzymać normalny)))

Dalej montujemy oś X. Zainstaluj płyty na ramie


Zamontuj drugą płytkę.
Płyty zapewniają dodatkową sztywność konstrukcji i jednocześnie służą jako uchwyt dla osi X. Do wzmocnienia zastosowano 3 cylindryczne wały o średnicy 8 mm.


Następnie montujemy wały (trzy sztuki) i łożyska SC08UU (odpowiednio trzy pary) w otwory płytek.




Bliższe zdjęcie. W zacisku SHF08 zaciśnięto 10 mm cylindrycznego wałka z każdej strony. Wskazane jest pozostawienie około 20 mm śruby pociągowej na montaż uchwytu (ręczny ruch wózka).


Montujemy wózek płytowy X na łożyskach. Nie zapomnij o nakrętce. Użyłem uchwytu na nakrętki wydrukowanego w 3D. Zakup uchwytu jest dość problematyczny. Opcje do kupienia to płaska nakrętka z tworzywa sztucznego (POM) z otworami do mocowania (opcje i). Widziałem je w promocji, ale kosztowały mnóstwo pieniędzy. Na razie więc drukowany uchwyt...




Sprawdzamy swobodny ruch wózka od początku do końca osi, dokręcamy śruby.


Do płytki przymocowany jest już suwak osi Z. Można je wykonać z odcinka profilu 2080 i zacisków SK8, można je wykonać samemu, można

Dzięki sterowaniu numerycznemu poprawiającemu cechy produkcyjne narzędzia roboczego. Pozwala na obróbkę niestandardowych detali, wytwarzając produkty o skomplikowanych kształtach. Sprzęt umożliwia pełną obróbkę 3D i 4D na maszynach CNC. Najczęściej urządzenie służy do pracy z drewnem, ale może obrabiać również inne materiały.

Osobliwości

Osie obrotowe nie są typowe dla każdej maszyny. Głównym zadaniem tego elementu jest zapewnienie obrotu przedmiotu obrabianego wokół własnej osi. Służy do obróbki detali w oparciu o:

• drzewo;
• stopy aluminium, metali nieżelaznych i miedzi;
• Plastikowy.

Za pracę osi odpowiada silnik. Może stanowić część oryginalnego projektu maszyny lub być instalowany oddzielnie. Po zamontowaniu osobno element pełni rolę czwartej osi.

Obróbka czteroosiowa, w odróżnieniu od obróbki trójosiowej, ma szereg zalet. Metoda trójosiowa umożliwia wykonanie obróbki 3D po jednej stronie przedmiotu obrabianego, gdyż druga zostanie przymocowana do stołu. Aby przetworzyć drugą stronę, musisz wykonać dodatkowe kroki w celu ponownej instalacji produktu. Oś obrotowa rozwiązała ten problem. Za jego pomocą przedmiot można obrabiać ze wszystkich stron bez dodatkowych działań.

Dzięki tej funkcji możliwe jest uzyskanie produktów o złożonej konstrukcji:

• elementy mebli;
• biżuteria;
• dekoracyjne drewniane wzory.

Maszyny z osią obrotową są szeroko stosowane w zastosowaniach dekoracyjnych. Prawidłowa konfiguracja urządzenia umożliwi przetwarzanie w trybie offline. Półfabrykaty będą podobne do produktów ręcznie robionych.

Projekt

Istnieją różne opcje dla maszyn z osią obrotową. Najwyższą jakość stanowią. Wydajność na konwencjonalnych urządzeniach jest niższa.

W jednostkach o wysokiej wydajności zainstalowany jest napęd pasowy. Niektóre modele są wyposażone w piątą oś. Wymiary pulpitu mogą się różnić, ale szerokość i długość nie powinny być mniejsze niż jeden metr. Urządzenia domowe charakteryzują się montażem uchwytu tokarskiego lub płyty czołowej na osi obrotowej. Trójszczękowe uchwyty tokarskie są powszechne w maszynach fabrycznych.

Najpopularniejszym typem silnika jest silnik dwufazowy czteroprzewodowy.

Wymiary i koszt wyposażenia zależą od konkretnego modelu. Opcje o dużych rozmiarach są stosowane w środowiskach przemysłowych. Bardziej kompaktowe modele można wykorzystać do prac domowych i małych firm. Ale nie każdego stać nawet na najtańsze opcje. Dlatego wiele osób samodzielnie wykonuje maszynę CNC.

Maszyna do samodzielnego montażu z osią obrotową

Niedoświadczonym użytkownikom nie zaleca się wykonywania maszyny z osią obrotową z metalu. Początkowo powinieneś spróbować wykonać jednostkę ze sklejki. W pierwszym etapie sporządzany jest rysunek oraz program frezowania sterującego. Ten krok można wykonać korzystając z usługi Rhinoceros. Grubość sklejki musi wynosić co najmniej 15 milimetrów. Należy go zamocować na stole, po czym maszyna CNC wykona niezbędne półfabrykaty.

Drugi etap polega na montażu powstałych części. Następnie musisz kupić łożysko pompy wodnej. Ten artykuł jest sprzedawany w sklepach z częściami samochodowymi. Przed montażem łożyska części należy pokryć farbą i lakierem. Łożysko można wzmocnić śrubami. Do obsługi urządzenia potrzebny będzie zespół podzespołów, m.in.:

• stół maszynowy;
• Pasy transmisyjne;
• silnik krokowy.

Dodatkowe części wykonywane są na tokarce. Po zakończeniu montażu urządzenia należy osobno zakupić sterownik odpowiedzialny za sterowanie silnikiem krokowym. Nowy sterownik musi zostać zainstalowany w sterowniku maszyny.

Zanim wypuszczona zostanie własnoręcznie wykonana oś obrotowa CNC, należy zadbać o dobre zabezpieczenie podzespołów.

Stosowanie

Istnieją dwa sposoby pracy z osią obrotową:

• indeks;
• ciągły.

Pierwsza metoda polega na przetwarzaniu krok po kroku, zaczynając od swobodnych ruchów, a kończąc na warunkach stacjonarnych. Przejściu z jednego przetwarzania do drugiego towarzyszy zatrzymanie i utrwalenie. W przypadku drugiej metody nie są wymagane żadne dodatkowe kroki. Prawidłowa obróbka zależy od dostępności programu i odpowiedniego modelu narzędzia roboczego.

Do pełnej obróbki maszyna musi być wyposażona w czteroosiowy układ sterowania. Aby skompensować ciężar wrzeciona, oś Z wyposażona jest w sprężynę gazową.