Самоустнавливающиеся винтовые приводы для станков с ЧПУ
почему не делать такие станки,
Вы кого имели в виду, самодельщиков?
Или промышленность.
Вопрос о другом, “изготовленной по такой схеме”?
Если это будет кому-то интересно…
Как по мне, так схема не доделанная.
Достаточно посмотреть на толщину штанг ( не оконцовок), “таскающих” шпиндель.
Визуально они не меньше, чем 50-60мм в диаметре.
О чем это говорит, а о том, что не смотря на 6 удерживающих шпиндель
штанг, им не удалось, при такой схеме избежать работы штанг
на сжатие. То есть при любых нагрузка, какие то из штанг
обязательно сжимаются, теряют устойчивость и получают прогиб.
В результате приходится таскать эту тяжесть (6 толстых стальных штанг плюс шпиндель)
по направляющим вверх и вниз, требуя намного больше мощности,
чем при перемещении кареток вдоль горизонта.
Естественно цена этой свободы шпинделя - очень большие энергозатраты.
Но, эту схему можно существенно улучшить.
Если предположить, что вопросы позиционирования и управления
перемещениями кареток таскающих штанги уже решены, то дело
остается за малым.
Представьте, что вертикальные направляющие по которым ездят
каретки, удерживающие штанги, продлены вниз под станок.
Точно такой же паук (на самом деле достачно будет и 4х штанг, три просто не технологично)
существует и снизу.
При такой схеме можно будет обеспечить условия, в которых при любой нагрузке,
не меньше 3х штанг, с достаточно разнесенными в пространстве углами,
будет работать на растяжение.
Соответственно, как вы понимаете, штанги можно будет существенно облегчить.
Конечно, для удобства работы с деталью, крепление штанг следует отодвинуть
от шпинделя чуть дальше на специальную рамку, а весь станок, для удобства
обслуживание развернуть горизонтально.
Кстати, горизонтальный разворот направляющих, не только уменьшит высоту,
но и энергозатраты (мощности приводов, их вес).
С удовольствием послушаю здоровую критику.
почему не делать такие станки, их же собирать проще, или нет?
Спасибо за видео. Так, сходу, не берусь судить о простоте сборки и вообще о конструктивных элементах. На меня произвело большое впечатление то, что практически одним приводным механизмом, пусть и со многими деталями, обеспечивается масса оперций. Не берусь даже сразу сказать сколько координат эта штука обеспечивает. Похоже, этот станок, при прочих равных условиях, много производительнее станка с ортогональными направляющими, не имеющего наклона шпинделя в трех плоскостях. А если снабдить обычный станок системами такого наклона, то он, пожалуй, окажется и сложнее и дороже того, что на видео.
Это не только штанги, это ШВП. Степеней свободы 6. Соответственно 6 приводов торчат. Лишних механических связей нет. Математика там наверное нескучная )
www.3e-club.ru/view_full.php?id=15&name=mechanisms
Спасибо за видео.
Опять мимо, пока интересует трипод. То есть как на первом видео, схема трипода. Второе выложил что бы показать, что бывают промышленного исполнения подобные станки.
Математика там наверное нескучная )
Для трипода математика не так уж сложная, EMC и Мач работает с триподами.
Если это будет кому-то интересно…
Как по мне, так схема не доделанная.
Вот и вопрос, в первом видео, просто плоттер, а во втором видно габариты станка, при не большой зоне обработки, получается для жесткости и точности, надо утолщать и укрупнять отдельные узлы и штанги, или как?
получается для жесткости и точности, надо утолщать и укрупнять отдельные узлы и штанги, или как?
Может я не понятно объяснил, думал, что получилось.
Ничего укрупнять и утяжелять уже не надо, он и так таскает не фрезу,
весом 100 грамм, а сам себя.
Недостаток в самой кинематической схеме, и ее не поменяв, от “дурного” веса,
не избавиться.
Дело не в том, что недостаточно 6ти тяговых штанг.
На самом деле, этого бы хватило полностью.
Проблема у них в том, что, не знаю по какой причине, они не разнесли
приводные штанги по достаточно большим пространственным углам.
В результате получилось, что при нагрузке на шпиндель, какие то 3 штанги,
которые на самом деле работают на растяжение и должны удерживать
от нагружения на сжатие остальные три, со своей функцией не справляются.
В следствии малых пространственных углов и большой своей относительной длины,
начинают работать еще и на изгиб, в результате нагружая остальные штанги.
Поэтому они такие толстые и тяжелые.
Та схема, что я выше предложил, лишена этого недостатка.
Большой пространственный угол между штангами позволит
уменьшить косинус изгибающих сил и заставить работать удерживающие штанги,
практически только на растяжение. Остальные штанги окажутся
не нагруженными, и тогда их все можно сделать
очень легкими, со всеми вытекающими последствиями
(облегчение приводов , направляющих, увеличение скорости …)
На самом деле можно обойтись и шестью штангами. но чисто технологически
наверно удобнее будет применить восемь. Все таки у нас все ортогональное,
и движение столов на станках тоже. Работать с кучей треугольников наверно будет
не удобно, хотя это вопрос обсуждения.
Мотивы поворота кинематической схемы горизонтально, я думаю понятны,
что тут добавить.
ПС: Пояснение “на пальцах” (может поможет понять)
Представьте себе кубик, у него 6 граней. Перпендикулярно каждой
идет тяга (на шарнире), другим концом закрепленная за каретку.
Это, конечно, утрированная схема, но достаточно точно иллюстрирующая
саму идею.
Теперь попробуйте придумать силу действующую на кубик,
которая не компенсировалась бы ответными силами реакций на растяжение
тяг и создавла хоть какой то существенный изгибающий момент.
Та схема, что я выше предложил, лишена этого недостатка.
Я повторяюсь, вопрос не про вашу схему, я спрашиваю про схему ТРИПОДа, которая выложена в первом фильме.
А такая схема которую вы предлагаете, с горизонтальной кинематикой существуют, там же в youtube про это киношки есть.
Или задам вопрос по другому, как получит наибольшую точность и жесткость, от схемы ТРИПОДА, наподобие как в первом фильме?
как получит наибольшую точность и жесткость, от схемы ТРИПОДА, наподобие как в первом фильме?
Первый способ: увеличить жесткость штанг, удерживающих шпиндель.
Второй способ: програмно ограничить список рабочих направлений шпинделя ,
по некоторому диапазону направлений трипод достаточно жеский.
А такая схема которую вы предлагаете, с горизонтальной кинематикой существуют,
Если не сложно, киньте ссылку, с удовольствием посмотрю.
Если не сложно, киньте ссылку, с удовольствием посмотрю.
там же схема с вашим “кубиком”, с четырьмя вертикальными приводами.
www.google.ru/search?q=parallel+robot+photo&hl=ru&…
там же схема с вашим “кубиком”, с четырьмя вертикальными приводами
Не нашел, даже схемы, не то что фото.
Триподы, конечно. интересны. И к теме имеют прямое отношение, поскольку винтовые привода у них уж точно самоустанавливающиеся. Но давайте вернемся к линейным приводам.
Предлагаю обещанный привод с консольным винтом и вращающейся гайкой. Мне это показалось интересным после полемики с Creolka по поводу критической скорости вращения и критической силы осевого сжатия.
При ближайшем рассмотрении оказалось, что критическая сила осевого сжатия для 16-миллиметрового винта длиной в метр составляет, по самому пессимистическому расчету, около 300 кгс. То есть такой привод вполне годится не только для оси Y, но и для оси Х большинства самодельных станков. На оси Z стесненная обстановка и там следует ставить консольный вращающийся винт с гайкой на карданном подвесе.
А на осях Y и X предлагаемый здесь привод, на мой взгляд, снимет некоторые актуальные для самодельщиков проблемы.
Ниже показаны узел гайки, его подузлы и опора винта.
ШВП 16х5 одесского завода «Микрон» с гайкой ОМБ40 с преднатягом. Двигатель PL57H56-2.6-4. В узле гайки самый дорогой компонент – импортный закрытый подшипник ступицы автомобильного колеса DAC 25520042 (1200 руб.). Можно поставить ВАЗовский подшипник такого же типа, который стоит в три раза дешевле. Но он больше по радиальным габаритам. (Кстати, западные производители продают у нас такие подшипники для ВАЗов также дешево – плоды конкуренции, однако!). Примененные здесь 4 конических роликовых подшипника №67202 стоят от 40 руб/шт. Сколько стоят зубчатый ремень и заготовки для шкивов, не знаю, но не думаю, что цена не запредельная.
В опоре винта стоит доработанный для исключения осевого люфта шарнирный подшипник Ш12 (40 руб) и в узле поводка, удерживающего винт от вращения, 2 подшипника Ш5 (29 руб/шт).
В детали пока вдаваться не буду. Это можно сделать в ответах на вопросы, если таковые последуют.
Хочу поблагодарить Николая Платонова за некоторые подсказки, которые помогли делу.
Позднее планирую предложить простой выравнивающий механизм, который позволит для привода портала по оси X использовать один винтовой привод, то есть существенно удешевит станок, снимет проблему механической или электронной синхронизации вращения двух винтов и устранит перекосы портала и связанные с этим неприятности.
Не нашел, даже схемы, не то что фото.
там внизу есть кнопочка - Еще результаты.
www.google.ru/imgres?start=796&hl=ru&newwindow=1&s…
www.google.ru/imgres?start=276&hl=ru&newwindow=1&s…
выравнивающий механизм, который позволит для привода портала по оси X использовать один винтовой привод,
при больших пролетах, используется крестовый тросовой механизм.
при больших пролетах, используется крестовый тросовой механизм.
Именно его я и имел в виду. Если Вы пишете о старом добром механизме рейсшины. Так что, можно мне его и не рисовать. Кстати, как ни странно, этот остроумный механизм далеко не всем известен за пределами России. Лет 25 назад, мне довелось ремонтировать в Алжире несколько чертежных столов с тросовым механизмом рейсшины. Механизм это был очень сложный, с гораздо большим числом роликов, чем у нашей рейсшины. Не уверен, что она совсем уж “наша”, но мои коллеги-французы о ней не знали. И были сильно удивлены, когда после переделки столы нормально работали и остальсь много “запасных” роликов.
С другой стороны, и у нас не все в порядке, что касается “чужих” остроумных конструкторских решений, в том числе и в области станкостроения. Например, на всех французских токарных станках, которые мне довелось видеть, стоит остроумное устройство - указатель зацепления. Этот указатель позволяет размыкать маточную гайку при многопроходном нарезании резьбы любого станадртного шага, Он показывает когда можно снова смыкать гайку, чтобы резец гарантированно попал в шаг резьбы. Ни на одном нашем станке я такого указателя не видел.
Кому интересно, как это работает, посмотрите здесь:
turner.narod.ru/dir1/rezba9.htm
Именно его я и имел в виду.
стандартное всем известное решение, здесь на форуме не однократно выкладывался, при пролетах больше 1-1.5 метра, и то если проблема с жесткостью и точностью установки. А мы используем просто два ремня.
Например, на всех французских токарных станках, которые мне довелось видеть, стоит остроумное устройство - указатель зацепления.
синхронизаторы для нарезания резьбы стоят во всех хоббиных настольных китайских станках,
синхронизаторы для нарезания резьбы стоят во всех хоббиных настольных китайских станках,
Видимо, не только на хоббийных. Китайцы вообще все хорошее очень активно перенимают. В этом нам у них не мешает поучиться.
Cудя по затянувшемуся молчанию, пора подвести итог. Промежуточный, а может быть и окончательный.
Свою основную задачу считаю выполненной. Она состояла в привлечении внимания достаточно большого числа неравнодушных к технике людей к тому, что существует достаточно обоснованная альтернативная точка зрения на вещи, которые они до сих пор считали незыблемыми, отработанными практикой и т. д.
Выбор аудитории был не случайным. Как однажды справедливо заметил на RC-форуме Сергей Павлов (Граф), самодельщик это не «простой смертный». Не небожитель конечно, но человек творческий, неординарно мыслящий и многое умеющий.
То, что большинство участников полемики приняло эту точку зрения в штыки, не так уж и важно. Что думает обо всем этом большинство молчаливых наблюдателей, которых, судя по всему, немало, не знаю. Но внимание, несомненно, привлечено. Были и одобрительные суждения, как в самой теме, так и в немногих личных посланиях.
Выяснилось, что среди самодеятельных станкостроителей есть люди, которым принцип самоустанавливаемости близок, и они сами ищут рациональные решения. Как, например, Вячеслав Снятовский (SVA).
Полагаю, что и вторая задача выполнена. Показано, что принцип самоустанавливаемости в станкостроении, в том числе в любительском, приемлем не только теоретически, но и сугубо практически. Во всяком, случае, последний вариант привода с консольным винтом на сферической опоре и с гайкой на карданном шарнире (полуподвесе) никаких возражений не встретил.
Обсуждение прошло с пользой для меня самого, - с помощью присутствующих пополнил свои знания о винтовых приводах, которыми до сих пор детально не занимался.
Должен признать, что, как справедливо указал Константин Поседелов, в обсуждении было много сумбура, и иногда я сам уводил участников в сторону от заявленной темы. Пытался показать, что далеко не все в станкостроении вообще, и в «хоббийном» в частности, однозначно и не подлежит сомнению. Уверен, что осознание этого факта полезно.
И сейчас отойду немного в сторону. Просто для примера.
Пресловутые направляющие качения с каретками или «танкетками» на профильных рельсах. С этим, без всякой иронии, «хай-теком» машиностроения на наших глазах происходят интересные вещи. Их применяют не только в станках с ЧПУ. Например, в самых современных робототехнических комплексах, обслуживающих эти станки. На танкетках строятся портальные манипуляторы, по размерам и грузоподъемности сравнимые с небольшими мостовыми кранами. И здесь очень высокая машиностроительная точность отдельных компонентов входит в явное противоречие с заведомо «плотницкими» возможностями конструкции в целом. Каретки на концах портала (точнее – моста) пролетом в несколько метров ставят на рельсы, закрепленные на стальных ригелях, установленных на колоннах, забетонированных в пол или стоящих на бетонном основании. Ход моста достигает десятков метров. Даже если ценой сложных регулировок на стадии монтажа удается выверить две рельсовые направляющие (не рельсовые пути, а именно рельсовые направляющие), то дальше неизбежны неприятности от неравномерной осадки колонн и т. п.
Если в целесообразности принципа самоустанавливаемости в станках можно сомневаться, то здесь насущная необходимость применения этого принципа просто очевидна. Ценой мизерных затрат (по сравнению с общей ценой комплекса) можно решить проблему кардинально. Но это пока не делается. На мой взгляд, здесь полная аналогия с историей станочных направляющих скольжения на призмах. Лет сто почти все ставили суппорт на две призмы, потом почти все перешли на одну призму + плоскость. Уверен, что с направляющими качения произойдет то же самое и собственно направляющим останется только один рельс, а второй станет поддерживающим. А там и до станков недалеко. Сначала до «хоббийных», где сложности с точностью изготовления стоят на первом плане, потом и до промышленных.
Те, кому оптимизация конструкции направляющих интересна, могут посмотреть детальное описание возможных решений здесь:
pravmash.ru/…/mexanizmy-linejnogo-peremeshheniya
И здесь:
pravmash.ru/…/mexanizmy-linejnogo-peremeshheniya
Там есть готовые решения для направляющих в виде втулок скольжения на скалках, которые годятся и для направляющих качения с цилиндрическими рельсами. Есть и предложения по направляющим качения на профильных рельсах.
Еще пример из области станкостроения. Еще почти сто лет назад в немецком справочнике для инженеров и студентов было написано:
«Станины станков конструируются по возможности жесткими, расчет их производится реже на прочность, а чаще на величину упругих деформа­ций. Все вызываемые в станке усилия должны восприниматься станинами, а не передаваться на наружные опоры, фундаменты и т.п. Во избежание изгиба станины от возможной осадки грунта ее следует устанавливать по возможнос­ти на три независимых опоры, заложенных надлежащим образом в грунт».
В свое время эта рекомендация выполнялось на практике, и считалась очевидной. Как обстоит дело сейчас, вы знаете не хуже меня. Свои станки вы ставите на четыре ножки, а у кого-то видел даже пять.
Не спешите мне объяснять разницу между тяжелым станком на бетонном фундаменте и легким станочком на столе. Все (хотя, кто знает?) контрдоводы я знаю заранее, поскольку не раз их выслушивал от специалистов станкостроения достаточно высокого уровня. И про регулируемые по высоте опоры и про вибропоглощающие…. Или вот такой:
Для повышения жесткости, станины тяжелых и крупногабаритных станков прочно связывают с мощным монолитным фундаментом, жесткость которого включается в расчет жесткости станины. Уверен, что на этом деле защищен не один десяток кандидатских и пара-тройка докторских диссертаций. А с точки зрения принципа самоустанавливаемости, можно как угодно усиливать станину путем соединения ее с железобетонным монолитом, но сам это монолит следует закладывать в грунт на трех опорах. Согласитесь, что когда речь заходит о термоконстантном помещении для высокоточного станка и когда на точность обрабатываемой детали оказывает влияние открытая форточка, не стоит пренебрегать не менее, а скорее всего – более влиятельным фактором.
Вы спросите, причем здесь самодельные станки?
При том, что и маленький станочек следует ставить на три точки. Это благотворно скажется и на направляющих и на винтовых приводах. Может быть, и эту меру кто-то сочтет неоправданным усложнением и удорожанием?
А слишком хилую раму подобного станка, также можно усилить какой-либо жесткой плитой, соединив их хоть сотней ножек или других элементов. Но эту плиту следует ставить на три опоры.
Прежде чем возражать, подумайте например, зачем современные автомобилестроители (не всегда так было) опирают свои силовые агрегаты (двигатель + коробка передач) на три точки. Заверяю, что не для экономии на резиновых подушках, сайлентблоках и т. п. А то, что подавляющее большинство других агрегатов (компрессоры, электродвигатели, редукторы и т. п.) их производители упорно ставят на четыре точки и более, это не довод, а проблема таких производителей.
Если непонятно зачем, посмотрите здесь:
pravmash.ru/…/nepodvizhnye-soedineniya
И последнее. Меня тут неоднократно призывали самому построить хотя бы самый простой станок и уже на нем показывать преимущества своих предложений, если таковые окажутся.
Тоже вариант. Но нет у меня сейчас на это времени. Если и сделаю, то не скоро. Но готов сотрудничать с тем, кто готов рискнуть. Идеальный вариант, это модернизация существующего станка. Чтобы можно было корректно сравнивать полученный результат с тем, что было раньше. Но максимальное мое возможное участие, это только разработка точных трехмерных моделей изменяемых узлов, по которым партнер сможет сделать рабочие чертежи. Сам заниматься деталировкой никак не могу.
В случае успеха, можно будет предложить Бахе Саткумбаеву выкупить станок с рентабельностью для изготовителя 200%, то есть по цене в три раза выше понесенных затрат. Правда, это было предложено лично мне и в другой теме. Но не станет же он отказываться от своих слов.😉
Предлагаю далее обсуждать в этой теме только реально изготавливаемые с применением принципа самоустанавливаемости станки или узлы, если, конечно, кто-то этим займется.
Чтобы можно было корректно сравнивать полученный результат с тем, что было раньше.
а какие параметры собираетесь, корректно сравнивать? И каким способом, корректно сравнивать?
а какие параметры собираетесь, корректно сравнивать? И каким способом, корректно сравнивать?
Способы могут быть самые разные и достаточно простые. Например, можно оценить в статике жесткость портала на направляющих станины, жесткость суппорта Y на направляющих портала и жесткость суппорта Z на направляющих суппорта Y с помощью часового индикатора с приложением определенной нагрузки. Можно оценить поведение всех приводов в динамике, путем измерения различных электрических параметров, каких именно Вам виднее. Наконец можно на исходном станке обработать какую-либо деталь. И такую же деталь обработать на модернизированном станке по той-же программе. Затем сравнить точность размеров двух деталей и качество обработанных поверхностей. Заодно на глаз и на слух оценить разницу работы приводов и записать это поведение на видео со звуком. Полагаю, что у Вас и у ваших коллег найдутся и другие критерии для сравнительной оценки.
Благодаря подсказке Николая Платонова, фланец гайки стал проще (Рис. 3) и весь узел гайки немного уменьшился по диаметру (Рис. 4). Нажмите на изображение для увеличения Название: Кольцо гайки ШВП Марат в сборе.jpg Просмотров: 11 Размер: 32.7 Кб ID: 720808 Рис. 3. Нажмите на изображение для увеличения Название: Узел гайки Марат рисунок.jpg Просмотров: 25 Размер: 48.3 Кб ID: 720809 Рис. 4. В обеих опорах винта (Рис. 5 и 6) установлен закрытый (встроенные уплотнения с обеих сторон) двухрядный шариковый сферический подшипник № 2200 Е-2RS1TN9. Один плавающий вдоль оси опоры, второй заневолен с обеих сторон.
Както все сложновато всеравно))) есть проще решение и изящнее как будет время скину наброски
вот собсно… думаю будет понятно. не будет - объясню)))
Както все сложновато всеравно))) есть проще решение и изящнее как будет время скину наброски вот собсно… думаю будет понятно. не будет - объясню)))
Одобряю стремление к более простым решениям. Но пока Вам его найти не удалось.
То, что Вы предложили, может быть и проще и изящнее, но задачи не решает. Поскольку ваша шаровая опора сильно смещена от оси винта, на гайке возникает перекашивающий момент от силы тяги.
Цилиндрический шарнир в соединении гайки с качалкой при таком положении, как показано на рисунке, ничего хорошего не дает, а вред приносит. От рабочего крутящего момента на гайке возникает очень большая радиальная нагрузка.
Если ось опоры, ось цилиндрического шарнира и центр шаровой опоры лежат в одной плоскости, как это показано на вашем рисунке, полной самоустанавливаемости нет. Не компенсируется изменение расстояния между центром шаровой опоры и осью винта.
Если непонятно, смотрите схемы ниже.
У Вас угол aльфа равен нулю. Следовательно, радиальная нагрузка на гайку от ее собственного крутящего момента теоретически равна бесконечности. Чтобы ее уменьшить, нужно увеличить угол aльфа градусов так до 45. Заодно появится возможность компенсации изменений расстояния А. Но и в этом случае перекашивающий момент на гайке и «лишняя» радиальная нагрузка никуда не денутся.
Искренне желаю успехов.
последний вариант привода с консольным винтом на сферической опоре и с гайкой на карданном шарнире (полуподвесе) никаких возражений не встретил.
Этот “космический” аппарат кому-то пригодиться? А что будет с опрокидывающим моментом в консольном навесе гайки? А что будет происходить в связи с этим с валом?
И таких “А что” очень много!
да вотсобственно
на гайке возникает перекашивающий момент от силы тяги.
"Во избежание изгиба станины от возможной осадки грунта ее следует устанавливать по возможности на три независимых опоры,
А как быть с мнением, что трёхточечная опора является самой неустойчивой?
А как будет изгибаться подвижный стол, если приложить достаточное усилие на один из углов со стороны третей опоры? (третья опора это та которая поддерживающая и стоит одна, как правило по середине).
Не всё так однозначно, как вы тут преподносите!
И последнее, как это всё соотносится с принципом достаточности?
А что будет с опрокидывающим моментом в консольном навесе гайки? А что будет происходить в связи с этим с валом?
Нет там на гайке, соответственно и на винте, никаких опрокидывающих моментов. Нормальный рабочий крутящий момент есть, и он нормально воспринимается опорой не созадавая никаких перекашивающих моментов на гайке. Мог бы для доказательства нарисовать расчетные схемы. Но как-то надоело уже оправдываться. Не потрудитесь ли Вы сами, в подтверждение своих умозрительных заключений привести соответствующие схемы и показать откуда “опрокидывающий” момент берется, через какие элементы и куда передается?
А как быть с мнением, что трёхточечная опора является самой неустойчивой? А как будет изгибаться подвижный стол, если приложить достаточное усилие на один из углов со стороны третей опоры? (третья опора это та которая поддерживающая и стоит одна, как правило по середине).
В приведенной мною цитате из немецкого справочника ясно сказано о необходимой жесткости станины. Если она хлипкая, ее можно усилить достаточно жесткой плитой, а ее (эту плиту) уже ставить на три точки.
И у кого это сложилось мнение о трехточесной опоре, как о самой неустойчивой? Мне до сих пор казалось, что она как раз самая устойчивая. И не мне одному. Например, всем созателям высокоточных оптических приборов, вроде теодолитов, которые ставятся исключительно на трехопорный штатив, и опираются на этот штатив опять же тремя винтами. Можно и еще примеры приводить.
И последнее, как это всё соотносится с принципом достаточности?
Нет единого для всех принципа достаточности. Вам достаточно одно, мне достаточно другое. Вас так сильно беспокоит, что я хочу добиться большего чем Вы?