Самоустнавливающиеся винтовые приводы для станков с ЧПУ
Вот обещанное решение для плавающей гайки.
Зачем просто, если можно сложно…
Где-то вроде на этом форуме проскакивала ссылка на большую статью или даже на целый персональный сайт человека который также как и вы был удивлен наличию избыточных механических связей в станках и возводил во главу угла принцип самоустанавливаемости, на основе которого предлагал усовершенствованные конструкции для станков
этот человек и есть mechanik
Я думаю что применительно к станкам следует обратиться к теории нормированных зазоров (подсказка, излагал Адепт, форум чипмейкер).
Излагал, да не изложил…
Кстати. Раз уж такая тема… Вот в соседней схеме - схема портала. Самым очевидным применением обсуждаемой теории будет использование одной каретки по центру оси Z на верхнем рельсе. 4 каретки - вполне себе избыточная система. И не действует на портальных станках таких усилий, что способны хоть немного “растянуть” даже хивин 15 типоразмера. Налицо экономия на 1 каретке и 4 монтажных отверстиях. Что думают присутствующие?
rcopen.com/files/50bb59fe997073007784edea
по центру оси Z
Или Y ?
“растянуть” даже хивин 15 типоразмера
для начало высчитаете силу приложенную и потом посмотрите эту таблицу по кручение каретки.
Или Y ?
Z. По центру оси Z = по оси симметрии. Оставить одну каретку на оси Y, но по центру оси Z.
Треугольником. 2 как стоят, 3я сверху, точно посередине верхних 2х.
для начало высчитаете силу приложенную и потом посмотрите эту таблицу по кручение каретки.
На верхнюю каретку при такой компоновке не действует практически никакой момент - его берут на себя 2 нижние. причем из-за расстояния момент достаточно мал, даже считать не надо. Как говорил один лектор, “невооруженным глазом видно, что…”. Только усилие, нормальное к монтажной плоскости каретки. А там у нас - до 11 кН…
Кстати. Раз уж такая тема… Вот в соседней схеме - схема портала. Самым очевидным применением обсуждаемой теории будет использование одной каретки по центру оси Z на верхнем рельсе. 4 каретки - вполне себе избыточная система. И не действует на портальных станках таких усилий, что способны хоть немного “растянуть” даже хивин 15 типоразмера. Налицо экономия на 1 каретке и 4 монтажных отверстиях. Что думают присутствующие?
По меньшей мере один присутсвующий думает, что Вы движетесь в правильном направлении.😃
Еще немного, и Вы сами придумаете как убрать с третьей каретки (единственной на верхнем рельсе) даже самые малые “лишние” силовые воздействия со стороны двух ее сестер с нижнего рельса. И заодно избавиться от головной боли по обеспечению недостижимой параллельности двух рельсов. То есть сделать так, чтобы точность траектории суппорта зависела только от одного нижнего рельса.
А если продолжите двигаться в этом направлении, то найдете способ сделать так, чтобы две каретки, оставщиеся на нижнем рельсе, не боролись друг с другом. Производители таких кареток сами пишут в своих каталогах, что номинальная грузоподъемность двух жестко соединенных между собой кареток на одном рельсе снижается на 20%. Но, в данном конкретном случае, дело не в грузоподъемности, запас которой огромен, как Вы сами отметили. Дело в том, что, применив самоустанавливающиеся каретки, Вы сможете их поставить на рельс с преднатягом, то есть существенно повысить точность станка, при прочих равных условиях. Это из той же оперы, что и вопрос о том, сколько призм на направляющих скольжения лучше, - две или одна.
Готовые решения есть у меня на сайте. Но интереснее найти их самому. Возможно, они окажутся лучше моих.
для начало высчитаете силу приложенную и потом посмотрите эту таблицу по кручение каретки.
Можно ничего не “высчитывать” и никуда не смотреть. Ситуация с моментом в обоих случаях одинакова. При четырех каретках момент воспринимается только двумя их них, - одной на верхней и одной на нижнем рельсе, расположенных по диагонали. Во втором случае (схема, предложенная Алексеем Воробьевым), также двумя каретками, но на нижнем рельсе, с таким же плечом между ними, что и в первом.
А за то, что обратили внимание присутствующих на то, насколько плохо жестко закрепленные каретки работают “на момент”, Вам отдельное спасибо!😃
Но даже при наличии токарного и фрезерного станка, не понимаю как сделать эту гайку, чтобы люфт был меньше. Чем у обычной глухой. Как выбирать люфты во всем этом колличестве сочленений? Хотелось бы увидеть это на практике.
Добиться суммарного люфта “меньше, чем у глухой”, то есть жестко закрепленной гайки можно косвенным путем. Несоменно, у жестко закрепленной на суппорте гайки суммарный зазор состоит только из зазора в самой гайке. Но если придать гайке самоустанавливаемость, то можно ее саму сделать с меньшим зазором, или купить ШВП с преднатягом.
(С «глухой» гайкой Вы это нормально сделать не можете. А если установите такую гайку с малым зазором или с преднатягом «насильно», она, под действием перекашивающих нагрузок и стремясь облегчить себе жизнь, довольно быстро «подносится» и превратится в зазорную.)
Тогда суммарный зазор в узле будет складываться из минимального или даже отрицательного зазора (натяга) в самой гайке и из минимальных зазоров в дополнительных сопряжениях. Как такие зазоры получить см. ниже.
Есть способы, как добиться минимального, почти нулевого зазора в цилиндрической вращательно паре относительно большого диаметра.
Вот один из них.
Сначала растачиваем отверстие в охватывающей детали, поскольку она сложнее в обработке. При этом выбираем режимы резания, обеспечивающие достижимое качество поверхности (минимальную ее шероховатость), и не обращаем особого внимания на точность диаметра.
Затем обрабатываем посадочное место на охватываемой детали, стремясь максимально приблизиться с верхней стороны к фактическому диаметру расточки в первой детали.
Уменьшаем диаметр второй детали с помощью ручной доводки, например с помощью самой тонкой абразивной шкурки, а потом – притирочной пастой и т. п. При такой обработке исходная форма детали (цилиндричность, полученная обточкой) практически не меняется. Правда, это сильно зависит от качества рук, выполняющих операцию доводки. Первая деталь у нас под рукой, и всегда можно проверить, что получается в процессе доводки, ничего не измеряя, а просто пытаясь надеть первую на вторую.
Есть и другие способы, которые опытные самодельщики могут Вам посоветовать.
Есть и совершенной особый простой и остроумный метод. Это т. н. селективная сборка. Из очень большого числа деталей, подбирают пары с нужным зазором. Так, например, делаются высококачественные подшипники качения, в том числе ШВП. Для рыночных ШВП с преднатягом никто и ничего со сверхвысокой точностью не делает, - ни винт, ни гайку, ни шарики. Подбирают из того, что получается при изготовлении компонентов для обычных ШВП с зазором. Это, кстати, аргумент к возникшему здесь небольшому спору о том, можно ли получить изделия (в частности - станки) более высокой точности, чем точность станочного оборудования, на котором они изготавливаются.
Таким же способом подбираются, например, плунжерные пары насосов высокого давления для дизелей. Рекомендую, если кому-то для какой-либо самоделки нужна миниатюрная и точная вращательная пара. Более высокое качество можно найти, разве что, где-нибудь в космической технике или в точном приборостроении. А такого соотношения качества и цены точно нигде больше не найти.
Понятно, что Вы не можете делать миллион пар деталей большого диаметра и выбрать из них нужные. Но можно воспользоваться тем, что эту работу уже проделали другие. Например, воспользоваться идеей Николая Платонова (поршневая пара). Для гильз цилиндров и поршней тоже применяют селективную сборку. У разных производителей по-разному. Но, насколько знаю, детали отбираются не менее, чем по двум размерным группам с различной цветовой маркировкой. Следовательно, можно получить, как минимум четыре группы зазоров.
Еще немного, и Вы сами придумаете как убрать с третьей каретки (единственной на верхнем рельсе) даже самые малые “лишние” силовые воздействия со стороны двух ее сестер с нижнего рельса.
Если Вы про шаровые опоры, то те, какие встречались в реалиях, обладали весьма существенными зазорами.
Если Вы про шаровые опоры, то те, какие встречались в реалиях, обладали весьма существенными зазорами.
Да, я про шаровые опоры, точнее - про стандартные и дешевые шарнирные подшипники. И уже неоднократно писал, как простым путем превратить их в беззазорные или даже в шарниры с преднатягом. См., например, пост 52 на этой странице. Поэтому и просил не писать больше о дополнительных зазорах, снижающих жесткость, точность и т. д. и т. п. А если писать, то нужно показать, чем плохи предлагаемые способы устранения зазоров.
Кстати, посмотрите здесь же и пост 62. Там есть кое что о дополнительных зазорах. Даже не сводя зазоры в дополнительных сопряжениях к нулю или к преднатягу, можно получить суммарный натяг меньше исходного, установив на рельсы каретки с меньшим зазором или с натягом. И нужно учитывать еще вот что. В жестко закрепленных каретках с зазором, момент воспринимается всего двумя шариками, - по одному в каждой из двух кареток на нижнем рельсе в вашей схеме, или по дному в двух каретках из четырех в традиционной. А в самоустанавливающхся - ровно половиной шариков (двумя рядами шариков из четырех) в каждой из двух кареток. Это в несколько раз снижает величину упругой деформации внутри кареток и, следовательно, вносит свой вклад в повышение точности станка.
Мне за вашу систему самоустанавлиающейся гайки такую цену выкатят за изготовление деталей, что проще купить еще одну ШВП будет или сделать как делал Граф - поводок из пластины (у меня такие и стоят кстати, я очень доволен, ШВП китайские кривые кстати, им без поводка на жесткой посадке будет не очень хорошо).
Оно все конечно красиво и здорово, но уж больно геморойно в изготовлении, да еще нужно найти контору которая эта будет делать и человека там с прямыми руками из плеч.
Мне за вашу систему самоустанавлиающейся гайки такую цену выкатят за изготовление деталей, что проще купить еще одну ШВП будет или сделать как делал Граф - поводок из пластины (у меня такие и стоят кстати, я очень доволен, ШВП китайские кривые кстати, им без поводка на жесткой посадке будет не очень хорошо).
Оно все конечно красиво и здорово, но уж больно геморойно в изготовлении, да еще нужно найти контору которая эта будет делать и человека там с прямыми руками из плеч.
Не нужно о запредельных ценах за изготовление на стороне. Ничего сверхестественного я не предлагал. И специально, в посте 52, подчеркнул, что никаких особых требований по точности нет. Поверьте на слово, я и напильник умею в руках держать и на станках достаточно в своей жизни поработал. Так что, имею некоторое представление о том, что сколько стоит.
Кстати, а предложенные две опоры винта с двумя сферическими подшипниками вместо двух радиально-упорных и одного радиального тоже будут дороже традиционных? При подготовке ответа прошу учесть, что два закрытых сферических в моей схеме почти в два раза дешевле двух открытых радиально-упорных при практически одинаковой грузоподъемности и при тех же радиальных габаритах (см. каталог SKF). А третьего у меня вообще нет. И манжеты (уплотнения) не нужны. И еще кое-чего дорогостоящего не нужно.
Спасибо за “Оно все конечно красиво и здорово”.😃
Выложите пожалуйста 3D сборку, чтобы покрутить модель более наглядно, как я понимаю она у вас в Солиде сделана? Там много токарной работы, у меня своего токарника нет например и за бесплатно мне никто делать не станет. Вам на производстве возможно это все не так сложно и сделать, но мне например даже тупо материал приходиться искать с большим трудом:(, я дюраль в городе найти не могу, приходиться аж из Москвы тащить. А за изготовление деталей такого узла у нас мне сразу выкатят не менее 10000 рублей. Я уже не первый раз долблюсь в глухие стены возможных изготовителей, причем детали то не сложные, так что хотелось бы наверное такой узел, но я его делать врятли буду точно.
чем плохи предлагаемые способы устранения зазоров.
Сложностью
Выложите пожалуйста 3D сборку, чтобы покрутить модель более наглядно
Сборка сделана в Компас V10. А разве можно выложить здесь всю сборку со всеми деталями (она же без деталей не откроется)? Я не сильно продвинут в “выкладывании”. Если это можно сделать здесь, подскажите как. Могу переслать Вам эту сборку со всеми деталями, а демоверсию Компаса, видимо, можно скачать из сети (разработчик АСКОН). Для этого пришлите мне письмо для обратной связи по прямому адресу (есть в профиле).
Сложностью
Сложно разнять дешевый стандартный ШС и навить два кольца из рояльной проволоки? Другие два варианта немногим сложнее.
Ситуация с моментом в обоих случаях одинакова. При четырех каретках момент воспринимается только двумя их них, - одной на верхней и одной на нижнем рельсе, расположенных по диагонали. Во втором случае (схема, предложенная Алексеем Воробьевым), также двумя каретками, но на нижнем рельсе, с таким же плечом между ними, что и в первом.
а почему вы рассматриваете одну плоскость, это плоскость не главная, главная другая плоскость, перпендикулярная.
почти в два раза дешевле двух открытых радиально-упорных при практически одинаковой грузоподъемности и при тех же радиальных габаритах (см. каталог SKF).
лучше смотреть каталог ИНПО.
Если Вы имели в виду станки повышенной точности (класс П), то вот фото одного из таких станков (16Б16Т1).
На станине видны две призмы, одна побольше, другая поменьше. Одна для суппорта, другая – для задней бабки. Это первое, что попалось в сети
По моим наблюдениям, современный стандарт, это как раз схема с одной призмой для суппорта и одной для задней бабки.
на фото нового станка 16Б16Т1 видно что суппорт лежит на двух призмах, а какой смысл делать отдельную призму для задней бабки?
Треугольником.
Для такого станка будет вообще достаточно по одной каретке на верхнем и на нижнем рельсе.
Все детали собственного изготовления нетрудно сделать на токарном станке обычной точности. Никаких особых требований по взаимному положению поверхностей (концентричность, перпендикулярность и т. п.) нет. Узел обеспечивает полную самоустанавливаемость гайки.
Что-то не ногу понять, каким образом в данном узле будет происходить компенсация к примеру концентричности, если у вас детали правой и левой сторон посредством законтрогаенных резьбовых соединений связаны жёстко. При сборке обязательно возникнут перекосы, которые ещё больше ухудшат работу гайки.
Для того, чтобы этот узел работал правильно, как раз надо обеспечить минимальную концентричность всех поверхностей относительно друг друга.
В жестко закрепленных каретках с зазором, момент воспринимается всего двумя шариками,
Я думаю ни один конструктор не будет закладывать в ЧПУ/Станок каретки с зазором - это нонсенс!
а почему вы рассматриваете одну плоскость, это плоскость не главная, главная другая плоскость, перпендикулярная.
лучше смотреть каталог ИНПО.
на фото нового станка 16Б16Т1 видно что суппорт лежит на двух призмах, а какой смысл делать отдельную призму для задней бабки?
Если говорить о моментах, то как раз в перпендикулярной плоскости (плоскость XZ) с моментами все в порядке. Их там вообще нет. Смотря по тому, в какую сторону движется портал, нижние каретки прижимаются к своему рельсу, а верхние отрываются от своего рельса, или наоборот. Вот если бы на портале стоял только один рельс с двумя жестко закрепленными на суппорте каретками, тогда да. На обеих картеках был бы опрокидывающий момент. Но его воспринимали бы ровно по половине шариков в каждой из этих двух кареток, что лучше, чем всего два шарика. Правда, эти два шарика работают на довольно большом плече, что хорошо. Но хуже, чем если шариков было много на таком же большом плече. А многим шарикам в гипотетической схеме закрепления суппорта только на двух каретках на одном рельсе, пришлось бы работать на очень малом плече, что совсем нехорошо.
А в плоскости YZ, о которой и шла речь происходит то, о чем я написал.
Насчет каталогов. Конечно, кому что нравится. Кому поп, кому попадья. Я писал о каталоге, из которого брал данные и по ШВП и по обоим вариантам подшипниковых опор винта, показанным на моих моделях и чертежах, о которых идет речь.
На представленном Вами фото не очень-то видно на чем стоит задняя часть суппорта. Может быть и на второй призме. Но если призм на станине всего две, то на одной из них точно стоит задняя бабка, а для суппорта остается одна. А смысл установки задней бабки на свою призму или на две свои призмы (так ведь тоже когда-то делалось), в том, чтобы эта бабка не мешала перемещаться суппорту. Поэтому так всегда и делается. Если бы она стояла на тех же призмах, что и суппорт, потребовалось бы увеличивать длину станины на длину, равную длине бабки. До к тому же приходилось бы работать “в центрах” с очень сильно выдвинутой пинолью задней бабки, что совсем нехорошо. Внимательнее посмотрите хоть на вашу фотографию, хоть на любой из ваших семи станков. И смысл Вам станет ясным.
Для такого станка будет вообще достаточно по одной каретке на верхнем и на нижнем рельсе.
Не скажите! В этом случае две каретки будут сильно страдать от момента в плоскости XY.
Что-то не ногу понять, каким образом в данном узле будет происходить компенсация к примеру концентричности, если у вас детали правой и левой сторон посредством законтрогаенных резьбовых соединений связаны жёстко. При сборке обязательно возникнут перекосы, которые ещё больше ухудшат работу гайки. Для того, чтобы этот узел работал правильно, как раз надо обеспечить минимальную концентричность всех поверхностей относительно друг друга.
Не нужна здесь особая концентричность. Жестко связаны только наружные кольца сферических шарниров. Поскольку оба этих кольца могут поворачиваться, каждое относительно своего внутреннего кольца, любое отклонение от концентричности (разумеется, - в разумных пределах, скажем, в несколько десяток) втоматически компенсируется такими поворотами.
Я думаю ни один конструктор не будет закладывать в ЧПУ/Станок каретки с зазором - это нонсенс!
Одним многих таких конструкторов является Граф. Вот его слова:
«Подойдут ЛЮБЫЕ. Ставил и с преднатягом и без - разницы никакой. Люфты выбираются автоматически за счет набегания допусков при установке на 4 каретки общей детали (или, тем более, сборки). Все каретки оказываются в напреженном состоянии (ходят заметно туже, нежели одиночная каретка). Поэтому, тот запас по нагрузочной способности, который у кареток имеется , оказывается совсем не лишним.
Но, если, например, портал ставится только на две каретки (не важно большие каретки или маленькие), то их надо выбирать с преднатягом, хотя бы минимальным, к.т. люфт в этом случае скорее всего будет».
Я думаю ни один конструктор не будет закладывать в ЧПУ/Станок каретки с зазором - это нонсенс!
При жестком закреплении, больше двух кареток с преднатягом вообще поставить трудно. Особенно на двух рельсах. Но, если их все-таки так поставить, то в рассматриваемом случае с приложением к суппорту момента речь будет идти, конечно, не о двух шариках, а о крайне неравномерном распределении нагрузки между шариками в одном ряду и между рядами. При жесткой схеме в каретках хоть с зазором, хоть с натягом, более или менее выраженная неравномерность нагрузки на шириках есть всегда (См. указание производетелей о снижении нагрузочной способности на 20% для двух кареток. И чем больше их число, тем больше этот процент.) В таких схемах момент, приложенный к каретке, либо уменьшает эту изначально заложенную неравномерность, либо усугбляет ее. Это как придется.
Самоустанавливающиеся каретки ставятся на рельсы и работают без таких проблем. В них, как и в “жестких” каретках, в зависимости от направления приложенной нагрузки, не всегда работают по два ряда шариков, но в них всегда нагрузка распредлена равномерно по всем шарикам работающего ряда или работающих рядов.
А смысл установки задней бабки на свою призму или на две свои призмы (так ведь тоже когда-то делалось), в том, чтобы эта бабка не мешала перемещаться суппорту. Поэтому так всегда и делается. Если бы она стояла на тех же призмах, что и суппорт, потребовалось бы увеличивать длину станины на длину, равную длине бабки.
Это как, задняя бабка стоит всегда за суппортом, и она всегда мешает. Что на одной призме, или на двух как то не влияет.
Если говорить о моментах, то как раз в перпендикулярной плоскости (плоскость XZ) с моментами все в порядке. Их там вообще нет. Смотря по тому, в какую сторону движется портал, нижние каретки прижимаются к своему рельсу, а верхние отрываются от своего рельса, или наоборот.
как нет моментов, в основном это плоскость самая длинная и основная рабочая, по ним как раз максимальная подача идет. И при вашем случае, получается рычаг Архимеда, верхняя каретка начинает работать на отрыв.
На представленном Вами фото не очень-то видно на чем стоит задняя часть суппорта. Может быть и на второй призме. Но если призм на станине всего две, то на одной из них точно стоит задняя бабка, а для суппорта остается одна.
спорщик однако вы, а так лучше видно?