CYBER

witam

jestem nowym uzytkownikiem tego forum. do zalogowania sklonila mnie dluga lista pewnych kluczowych watpliwosci dotyczacych projektu mszyny CNC z ktorym bortykam sie od pewnego czasu.

jestem studentem kierunku techniczno-ekonomicznego co nie przeszkadza mi w sprawnym wladaniu tokarka, frezarka, spawarka oraz innymi narzedziami ktore zwyklego 'techniczno-ekonomicznego' przyprawiaja przynajmniej o mdlosci i bol uszu

nie mam problemow z ogolnymi konepcjami mechanicznymi oraz metodyka ich wykonania.

swego czasu zajmowalem sie rowniez elektronika cyfrowa w dosc rozleglych objetosciowo aplikacjach.

pytanie : czemu w takim raize sie tu loguje i po co przytruwam :

otoz : chce zbudowac frezarke CNC o 3 osiach (wstepnie), polu roboczym 500x250x250 mm, ktora ma sluzyc do obrobki stali. wymagana dokladnosc to 0.01 mm. problemem dla mnie jest oszacowanie fachowo mowiac wspolczynnika siermieznosci konstrukcji, ktory zapewni skuteczna obrobke przy zachowaniu wymaganej tolerancji wymiarowej gotowego elementu obrabianego. wspomne, ze konstrukcja ma byc quasi-bramowa z calkowicie nieruchomym stolem (mozliwosc obrobki duzych i ciezkich elementow). konstrukcje planuje wykonac z profili zamknietych ze stali weglowej (St3S), prowadnice z walkow szlifowancyh i utwardzanych f >= 20mm z lozyskami liniowymi, sruby napedowe w prototypie beda walcowane okolo M18 (wymiar strzelam, bynajmniej bede dobieral tak aby byla to najwieksza srednica dla skoku gwintu wynosil 2 lub 4 mm), serwa 1.8 stopnia/krok o momencie ktorego nie jestem w stanie oszacowac (help?), przelozenie napedu za pomoca przekladni z pasa zebatego o przelozeniu 2:1 (zwiekszajace moment kosztem predkosci). po sprawdzeniu poprawnosci dzialania sruby wymienione zostana na trapezowe 20x4. wrzeciono jakie najbardziej mi sie spodobalo to szlifierka prosta bosch'a z plynna regulacja obrotow od 12k do 27k rpm i o mocy 0.6 kW (model GGS 27 C). zdaje sobie sprawe ze do PCB, pleksy i innych tego typu materialow ta moc wystarczy, jednak co z obrobka stali a szczegolnie stali nierdzewnej? w mym zalozeniu jest zalozenie niewielkiego freza (okolo 3mm) i stopniowe wycinanie nim pozadanego ksztaltu. nie potrafie niestety w rozsadny sposob przewidziec prawidlowosci doboru parametrow wrzeciona do freza o jakim wczesniej wspominam i do ewentualnych predkosci skrawania (nie chce aby zamiast skrawac maszyna np. stapiala frez zbyt wysokimi obrotami).

to na chwile obecna tyle

Marek

Na chwilę obecną łatwo można zauważyć, że z tematem jesteś zaznajomiony.
Powiem więcej - aż miło słucha sie ludzi, którzy zabierając sie do konstruowania czegoś w pierwszej części prac sięgają po fachową literaturę.
A teraz sedno - otóż jak już mówiłem wszystko cacy z jednym wyjątkiem - nie zaznaczyłeś w opisie swojej obrabiarki jaką ma ona przyjąć "postać"
Chodzi o to czy będzie to frezarka o ruchomej bramie (a'la ploter) czy np tradycyjna frezarka ze stołem krzyżowym, itp.
Dlatego rozpocząłem swoje uwagi od tej części gdyż według mnie oczywiści to jeden z naistotniejszych czynników (żeby nie powiedzieć naistotniejszy) wpływający na dalszą budowę urządzenia.
Wspomniałeś coś o obrabianiu stali - moje zdanie na temat wyboru konstrukcji oraz stali jest jedno - stół krzyżowy i oś Z usytuowana nieruchomo w poziomie nad centrum stołu.

Dlaczego wybór padł akurat na takie mechaniczne rozwiązanie układu osi XYZ - to proste - aby obrabiać stal, należy używać stosunkowo dużych sił, a aby używać stosunkowo dużych sił należy zbudować solidną ramę - nie zapominając podczas budowy o jednym z czynników podstaw konsrukcji maszyn - optymalizacji.No bo co z tego że zbudujesz sztywną konstrukcję z ruchomą ramą jeżeli koszty jej budowy będą np 3 krotnie wyższe ze względu na mus zakupu większej ilości materiału na ramę w celu uzyskania odpowiedniej sztywności.
To tak jakby wieszać obrazek z komuni na 4 śrubach fi 40 - wisieć wisi - co z tego że kupiliśmy za dużo śrub o za dużej średnicy.

Kontynujuąc rozważania i zakładając że skupiamy się na trdycyjnej konstrukcji ze stołem krzyżowym musimy uwzględnić wady i zalety tego wyboru.
Tak więc zaletą chyba najcenniejszą w naszym przypadku będzie możność używania większych sił na osi Z niż w przypadku proporcjonalnie (cena, ilość elementów ramy) zbudowanego "plotera"
Wadą natomiast - gabaryty - nas jednak to nie dotyczy gdyś obszar roboczy jest stosunkowo nieduży i nie musmy się zamartwiać faktem że przy tym rodzaju konstrukcji stracimy nieco na posuwie (znów w porównaniu do plotera)

Kolejny etap - prowadnice - znów analiza:
Co obrabiam - Stal(skupiam sie na najtwardszych metalach gdyż budując konstukcje dla nich na pewno będzie od razu odpowiednia dla każdego bardziej miękkiego tworzywa)
Posuw na osiach x, y - 250 mm
Siły na osiach (razem z osią z) - duże (cały czas dla stali:))
Wymagana dokładność - 0,01 - duża
Wymagany szybki ruch - nie

Założyłeś prowadnice zbudowane z pręta fi 20 oraz łozysk liniowych - dla mnie wybór w 99% trafiony.
A dlaczego nie w 100%??
Po pierwsze - obrabiamy stal - duże siły i większe ryzyko zginania prętów a co za tym idzie strata dokładności.
Tak więc proponowałbym 3 alternatywne rozwiązania:
a)zwiększenie średnicy do fi 25
b)podparcie prętów fi 20 na całej długości w celu usztywnienia osi
c)rozważenie zakupu innego rodzaju prowadnic - np prowadnic liniowych - to rozwiązanie chyba najmniej opłacalne ze względów ekonomicznych

Powiedzmy że wybór padł na podpunkt b - ze wzgędu na to iż pręty mamy kupione i docięte na wymiar.

Kolejny etap - RAMA
Kolejny czynnik wpływający na to jaki rodzaj konstrukcji wybraliśmy.
Skupiamy się cały czas na konsrukcji opartej na sole krzyżowym.Wiemy że prowadnice maja być podparte, że działające siły są stosunkowo duże ze względu na rodzaj obrabianego w przyszłości tworzywa i potrzebujemy określoną odgórnie dokładność 0,01.
osobiście polecałbym rozwiązanie bazujące na odlanie korpusu z żeliwa - choć to nieetyczne dla naszych kieszeni bo z tego co mi wiadomo to odlew jest kosztowny.
Alternatywą w naszym przypadku jest więc konstrukcja oparta na stalowych profilach - do tego typu konstrukcji polecałbym kształtownik zamknięty o przekroju kwadratu oraz długości krawędzi równej 50mm.
To zapewni:
a)dużą sztywność (choć mniejszą niż w przypadku odlewu)
b)Łatwy dostęp do elementów
c)Możliwość modyfikacji w przyszłości konstrukcji ( wydłużenie posuwu na osiach itp) co byłoby trudniejsze do zrealizowania w przypadku odlewu
d)Obniżenie kosztów - znacznie mniejsze niż w 1 przypadku

Łatwo więc zauważyć że kosztem sztywności zyskaliśmy obniżenie wydatków, łatwość dostępu budulca, oraz możliwość łatwiejszej modyfikacji.
Łatwo również zauważyć że utraconą sztywność redukujemy używając podpieranych na całej dłygości prowadnic.Same +:)

Kolejny, ostatatni element mechaniki to sposób przekazania napędu w celu uzyskania posuwu w 3 osiach.
Oczywiście posuw odbywa sie na śrubach - stosunkowo niska cena, ogólnodstępność.
a)trapezowych - duża precyzja, niska cena, łatwość dostępu
b)kulowych - bardzo wysoka precyzja, bardzo wysoka cena

I tutaj musimy uwzględniać kryteria ekonomiczne. Z tego względu wybór pada na teoretycznie gorszą dokładność kosztem obniżenia cen. A teoretycznie dlatego iż ich dokładność jest na tyle duża że znajdzie się w przedziale wymaganej dla nas dokładności.
Po co więc płacić za coś czego nie odczuje nikt oprócz naszego portfela:)

Z "ogólniedostępnych" rozwiązań analizujemy
a)silniki krokowe
b)serwomotory

I tak - zalety silników to napewno cena ich zakupu oraz zakupu sterowników oraz duża dokładność.Wady zaś to - "gubienie kroków" w przypadku zbyt dużych sił działających oraz uzycia zbyt dużych prędkości.
Serwomotory rozpieszczą nas precyzją a rozczarują ogromną ceną ich samych oraz serowania do nich.
No i uwzględniając że potrzebujemy stosunkow dużą dokładność w obrabianiu twrdego materiału jednak bez konieczności szybkiem obróbki i dodając do tego aspekt kosztów mój wybór chyliłby sie raczej ku silnikom krokowym a że pana kieszeń bardziej obfitueje w talary - wybór pada na serwomotory:)

I kolejny już końcowy dylemat - połączenie czopa wału serwa z czoperem śruby.
2 "typowe" rozwiązania:
a)Sprzęgło
b)koło zębate + pasek
Rozwiązanie a zapewni nam wszystkie wymagane czynniki czyli jest wystrczająco mocne, tanie, stosunkowo łatwo dostępne, precyzyjne
Rozwiązaniem b natomiast będziemy bardziej uradowani ze względu na możliwość zastosowania przekładni - redukcyjnej w naszym przypadku.
Pozwala to na zakup silników/serw o mniejszej mocy co za tym idzie obniżenie kosztów po raz kolejny przy braku zaniku wymaganej precyzji.Reduktor jednak powoduje wolniejszą pracę urządzenia, jednak ten aspekt akurat nie miał dla nas większego znaczenia.

Wydaje mi się że dobór elementów elektroniki nie jest już konieczny - gdyż oczywistym jest że jeżeli silnik krokowy i precyzja wchodzą w grę to powiedzmy sterownik mikrokrokowy, a że projektant wybrał serwa problem z głowy - 100% dokładnść pozycjonowania.

Co do wrzeciona wystarczającym wydaje się być minimum 10 tys obr na min aczkolwiek z możiwościa regulacji w górę i w dół ze względu na fakt możliwości obróbki tworzywa innego niż stal.

I frezrka gotowa:)

Ps - specjalista ze mnie żaden, aczkolwiek chęć pomocy powodowała mną podczas pisania tego artykułu - wybaczcie błędy:(

Gratuluję obu kolegom wykonania dogłębnej analizy konstrukcji na poziomie założeń wstępnych. Wg mojej oceny dla przedstawionych założeń napęd silnikami krokowymi z przekłądnią zmniejszającą powinien być wystarczający co prawda poruszamy temat dokładności 0,01, a jaką zakładamy rozdzielczość napędów?

Zawsze zastanawia mnie, co to jest tak zwana obróbka stali.
Bo jeśli założymy, że ma to być grawerowanie jakiegoś napisu albo niewielkiego kształtu
W stali to założenia nie są złe, jeśli mamy wykonać jakiś detal o wymiarach np. parę centymetrów z głębokim frezowaniem w głąb materiału to mamy problem.
Dobrze dobrane silniki krokowe i jego sterowanie na pewno nie będzie miało negatywnego wpływu na dokładność pracy, generalnie mówi się, że jeśli chcemy uzyskać dokładność 0,01mm to powinniśmy mieć możliwość regulacji silnika krokowego (oczywiście uwzględniając przełożenia) a dokładnie ruchu w danej osi na poziomie 2-3 krotnie większej dokładności a więc 0,005-0,003mm, jeśli odniesiemy się do serw to tu jest trochę sprawa inna, bo ta liczba powinna wąchać się na poziomie 7-8 razy (0,0014-0,00125mm).
Błędem jest samo założenie dokładności na poziomie 0,01mm, myślę, że dokładność tak wykonanej maszyny nie będzie większa niż na poziomie 0,03 do 0,04mm na dlugości paru centymetrów. Jeśli kolega chce frezować w stali zakładanie w konstrukcji prowadnicy liniowej okrągłej nawet średnicy 32mm bez podparcia jest po prostu błędem, to może być nawet (mówimy tu o tanim rozwiązaniu) wałek 16mm, ale podparty na długości odpowiednim profilem.
Co to znaczy duża sztywność profilu stalowego kwadratowego 50mm, (powinniśmy podać również grubość ścianki) według mnie stanowczo za mały.
Kolejny element śruba trapezowa – producenci podają dokładność takiej śruby 0,8mm na 300mm, nie używajmy w stosunku do niej słów duża precyzja,
Bardzo wysoka precyzja w stosunku do śrub kulowych to, co to jest, jaką liczbę kolega ma na myśli, wytłumaczę może, że za 3mb śruby kulowej walcowanej (na pewno lepszej od trapezowej) płaciłem 111EUR, ale pamiętajmy to nie jest śruba kulowa szlifowana. Na koniec podam, że AVIA podaje, że zgodnie z normą śruba toczna szlifowana klasa 5 (dość dokładna) podaje dokładność na długości do 500mm na poziomie 0,03mm.
To gdzie nasze założenie 0,01mm przy śrubie trapezowej gdzie dodatkowo nałożą się błędy konstrukcyjne, drgania, luzy wrzeciona. Przy stali (aluminium również) taka dokładność jest nie osiągalna przy takiej konstrukcji i zastosowanych materiałach).

witam

na poczatek pragne podziekowac za zainteresowanie tematem

a teraz po kolei :

budowa frezarki : jest tutaj kilka opcji zaleznych od szeregu czynnikow :

1 : konstrukcja bramowa : siermiezna, moim zdaniem bardziej wytrzymala niz wersja ze stolem krzyzowym, dlaczego? przy stole krzyzowym wrzeciono zawieszone jest na jednym slupie i caly moment skrecajacy pojawiajacy sie w wyniku sil zwiazanych z obrobka materialu jest przenoszony na jednym filarze. natomiast przy bramie nastepuje rozklad sil na dwa podparcia belki co podnosi sztywnosc konstrukcji. ponadto przy bramie szerszy rozklad prowadnic poprawi (w mej opinii) warunki przenoszenia sil.

dla mnie zaleta bramy to wlasnie owa sztywnosc, przy tym wyborze na pewno bede kombinowal jak skonstruowac brame z opcja odejmowania jednej z podpor aby wlozyc jakies nietypowe gabarytowo materialy przy zalozeniu oczywiscie mnieszej sztywnosci i gorszych parametrow ostatecznych.

jesli mowa o bramie to mysle nad konstrukcja z nieruchomym stolem. co wiecej - wrzeciono mialo by byc podwieszone na prowadnicach tak aby przeswit pionowy maszyny byl regulowany (oczywiscie nie w 5 minut tylko przez wymiane np. skrecanych elementow pionowych co wiaze sie z czasem ale zapewnia uniwersalnosc)
dlaczego o tym pisze? nie twierdze ze jestem fachowcem obrobki skrawaniem ale fakt jest taki ze przepracowalem kilkaset godzin na przemyslowych maszynach typu frtezarka, tokarka, wiertarka i spotkalem sie z przeroznymi gabarytami materialow oraz z ich sposobami mocowan. niekiedy byly paradoksalne sytuacje iz plaskownik grubosci 20 mm byl zamocowany na stole obrotowym wysokosci 300 mm co uniemozliwialo jego obrobke na mniejszej maszynie. tego bardzo bardzo chce uniknac.
ponadto w przyszlosci planuje dodanie czwartej osi (obrotowej) w celu frezowania elementow obrotowych oraz w dalszej kolejnosci nadanie dodatkowych dwoch stopni swoboy wrzecionu. ale to juz inna bajka i nie na chwile obecna.

2 : stol krzyzowy dla mnie ma te zalete ze jestem w stanie umiescic dowolnej wielkosci i dowolnego wrecz ciezaru wrzeciono, ktore nie bedzie obciazalo prowadnic. jednak mozliwosci obrabiania wyjatkowo ciezkich materialow drastycznie spadaja a tego nie chce (zeczona wczesniej uniwersalnosc)

zgadzam sie iz przy opcji 2 beda mniejsze koszty materialu na konstrukcje, jednak chodzi mi zarowno o ogolna sztywnosc jak i uniwersalnosc tak wiec ten koszt uwazam za nie-do-obciecia

prowadnice : prowadnice liniowe odpadaja ze wzgledu na cene. niestety na chwile obecna chce zbudowac to uzadzenie w sensownie niskich kosztach (sensownie = zdaje sobie sprawe ze niektorych kosztow nie ma sensu obcinac). jestem w stanie zastosowac prowadnice o srednicy nawet 50mm. pytanie czy zeczywiscie tam beda wystepowac takie sily. podparcie prowadnic jest bardzo dobrym pomyslem tak wiec postanowione pozostaje pytanie czy otwarte lozyska liniowe nie sa z jakichs wzgledow gorsze lub nawet znacznie gorsze niz ich zamkniete odpowiedniki?

korpus : jakkolwiek posiadam podstawy (odlewnictwo) do powiedzmy prawidlowego zaprojektowania korpusu odlewanego to jednak przy zalozeniu maksymalnej uniwersalnosci maszyny wydaje mi sie iz lepsze efekty uzyskam poprzez spawanie oraz skrecanie profili zamknietych, tym bardziej ze jestem te operacje w stanie wykonac samodzielnie. moze przy kolejnej maszynie sie skusze, na chwile obecna wole wiekszosc prac wykonac samemu aby przekonac sie o co w tym wszystkim chodzi.

przekazanie napedu : srub kulowe odpadaja - zabojcza cena robi swoje. jestem stanowczo za srubami trapezowymi, jendak zastanawiam sie czy jest sens do pierwszych prob zakladac zwykle sruby walcowane? ich koszt jest w sumie minimalny a wydajnosc niewiele mniejsza niz ich trapezowych odpowiednikow. co prawda precyzja poleci, ale powiedzmy sobie szczerze : nie chce przeinwestowac maszyny ktora moze nie dzialac tak jak bym sobie tego zyczyl.

naped : wylacznie silniki krokowe. servomotory sa cool, ale maja nie-cool cene. nie stac mnie, ponadto uwazam ze taka inwestycja przy pierwszej konstrukcji to przesada. jednak przy silnikach krokowych nurtuje mnie jaki moment wybrac ??? wiadomo - im wielszy tym lepiej, jednak cena ...

przelozenie napedu na srube : za pomoca nierozciagliwych pasow zebatych o mozliwie duzej szerokosci. pare centymetrow mnie absolutnie nie zbawi a wole miec nadwyzke NKWD niz kiche za calkiem ladne pieniadze. planuje zastosowac tutaj przelozenie zwalniajace, dzieki czemu uzyskam dodatkowe zwiekszenie momentu silnika oraz zwiekszy sie ilosc krokow silnika na zakladana jednostke precyzji obrobki.

wrzeciono : no wlasnie ... dzis wpadlem na pomysl aby zastosowac typowy silnik n kW (1 ... 5) i dolozyc do niego cala baterie przelozen na pasach klinowych. do tego spytny mechanizm zmiany przelozenia - cos jak skrzynka biegow. jestem w stanie to wykonac, cena tego typu przelozen bedzie z pewnoscia nizsza niz falownik a zaleta bedzie zdolnosc do przenoszenia momentu generowanego przez silniki o bardzo szerokim zakresie mocy uzytecznej. w dodatku jestem w stanie tu osiagac predkosci od 200 rpm az do 20k rpm i wiecej - zaleznie od lozysk i specyfikacji pasow klinowych. (przedzial podany orientacyjnie, mozna do znacznie rozszezyc w obydwu kierunkach)
wada takiego rozwiazania jest masa i giga-rozmiar, zaleta : wiecznosc , ekonomia oraz szeroka elastycznosc w odniesieniu do mocy stosowanych silnikow. nie stac mnie na profi wrzeciono za kilka tysiecy zl, nie chce tez kupowac badziewia za kilka zlotych i wiedzec ze gdy reka chwyce uchwyt to go zatrzymam i przy okazji moze usmaze maszyne. bleee ...

rozdzielnosc sterowania silnikow krokowych : czytalem troszke o sterownikach z mikrokrokiem i wydaja sie one byc atrakcyjna oferta. jednak ciagle pozostaje kwestia budzetu. majac do wyboru zakupic pelen sterownik XYZ + opcja 4'tej osi + LPT do koma a jako alternatywe zakupic jeden sterownik mikrokrokowy jednego silnika ... oczywisty dla mnie jest wybor kompletu XYZ. w takim przypadku przy zastosowaniu silnika 1.8 stopnia mamy do dyspozycji 200 krokow/obr, przy sterowniku z polkrokiem 200*2 = 400, z czego polkrok jest slab wiec traktowany byl by jako stan jedynie przejsciowy. tak wiec powracamy do ilosci 200 kr/obr. teraz dohodzi przelozenie na przelozeniu napedu z silnika na srube i ten parametr w polaczeniu ze skokiem sruby daje efektywna rozdzielczosc maszyny (nie uwzgledniajac dokladnosci wykonania korpusu, prowadnic i innych)

co bede tym obrabial : trudno mi wyliczyc wszelkie mozliwe zastosowania. priorytet ma podejscie aby mozliwie kazda robota byla wykonalna. oczywiscie przy ograniczonych funduszach efekt tez bedzie ogranoczony. zakladane najbardziej niekozystne warunki pracy maszyny to frezowanie w stali narzedziowej lub nierdzewnej frezami o fi max ok 5 mm, i glebokosci wiora max ok 1 mm. podaje okolo bo to wszytsko wyjdzie w praniu, chyba ze ktos ma jakies fajne wzorki (bez calek pls ) to sobie to policze.

moje niewiadome :
- ciagle nie mam pojecia jakie silniki krokowe dobrac. znalazlem nawet motorki o momencie 0.9 N/m, gdzie za komplet xyz oraz sterownika mieszcze sie ponizej 1000 zl, co jest dla mnie maksymalna kwota do przyjecia na ten cel (reszta musi pozostac na szkielet).
ciekawi mnie Wasza opinia na temat :
http://www.allegro.pl/show_item.php?item=59976434 (silniki)
http://www.allegro.pl/show_item.php?item=60178821 (sterownik unipolarny)
http://www.allegro.pl/show_item.php?item=59756969 (sterownik bipolarny)
pozostaje jeszcze oferta sterownikow na www.akcesoria.cnc.info.pl, jednak parametry pradowe tamtych sterownikow sa nizsze. pytanie teraz czy one wystarcza do wyzej wspominanych silnikow 0.9 Nm ?
ciagle mi sie myli uni od bipolarnego. ktory ma lepsze parametry? na w/w aukcjach sterownik unipolarny ma prawie 2 razy wieksze mozliwosci jesli chodzi o napiecia i prady jakimi steruje.
- czy sa jakies tabele lub wzory okreslajace i zbierajace w calosc zalenosc pomiedzy srednica narzedzia, jego obrotami, jego materialem, materialem obrabianym oraz zapotrzebowaniem na moment obrotowy oraz ewentualnym wymaganym dodatkiem okreslonego chlodziwa ?

z gory dziekuje za odpowiedzi