Самоустнавливающиеся винтовые приводы для станков с ЧПУ
а. если велосипед то почему не применяем. б. каких подводных камней я не вижу.
а. На превый взгляд, - не велосипед, а оригинальное решение (нужно смотреть патенты). В литературе такого не встречал. А “почему не применяем”, это очень интересный вопрос. Знаю массу очевидно полезных вещей, кторые упорно не применяются.
б. - Есть один камешек. Усилие пружины действует по оси винта и гайки, а ответная реакция штока смещена от этой оси. За счет этого смещения на гайку действует момент в плоскости чертежа. Момент стремится повернуть гайку про часовой стрелке. Представьте, что для самоустановки гайке нужно повернутся против часовой стрелки, - пружина будет этому мешать. Нужно посмотреть будет ли идея работать, если пружина давит по оси штока, то есть ее ось совпадает с номинальной осью штока. По-момему будет работать.
Идея точно будет работать, если шток поставить по сои винта и подложить под него сферические кольца от шарикового упорного подшипника подходящего диаметра. Примерно так:
Правда, тут будет трение скольжения, вместо качения по вашему варианту. Но если шток достаточно длинный, "лишние нагрузки на гайку будут не велики.
Хотелось бы услышать:
а. если велосипед то почему не применяем.
б. каких подводных камней я не вижу.
Первое - одного штока мало, надо три, чтобы пружина не перекашивала гайку. Второе - как только штоки станут непараллельны оси винта, пружина будет стремиться сложить всю конструкцию, а концы штоков начнут разъезжаться
Никакой иронии. Вот мои рассуждения: предложенный узел с двумя шарнирами при перемене направления движения должен будет выбрать осевой люфт в обеих шарнирных подшипниках, и величина этого люфта будет _минимум_ четыре радиальных зазора. Если поглядеть в каталог того же skf (www.skf.com/portal/skf_ru/hom...&newlink=3_1_6), то даже при использовании изделий класса С2 можно получить осевой люфт от пяти соток (12*4 ~ 50 мкм) до двух десяток (50*4 ~ 200 мкм). Это как-то совсем грустно для узла с использованием ШВП. Вывод - разрезать внешнее кольцо и натягивать внешние кольца шарнира надо по-любому; но чем сильнее его затянем, тем хуже будет самоустанавливаться узел, ибо силы трения скольжения будут также расти. Если эти силы трения поменять на силы трения качения, было бы совсем здорово. Но сферические подшипники, которые я вижу у skf, не позволяют их затягивать. Поэтому я и задал такой вопрос, насчёт сферического подшипника.
Теперь понятно, о чем речь. Сначала я понял так, что возвращаемся к вопросу о подшипниковых опорах винта. В связи с этим появились новые соображения по этим узлам, но о них позже.
Если Вы предлагаете заменить шарнирные подшипники скольжения на подшипники качения в узле подвеса гайки,то пока не вижу, как это может облегчить его работу. Даже, если бы сферические подшипники качения с регулируемым зазором существовали, они бы мало помогли делу. У них наружное кольцо легко поворачивается относительно внутреннего в двух параллельных оси плоскостях, (небольшие повороты, нужные для самоустановки) только когда есть относительное вращение колец вокруг оси подшипника. Если кольца не вращаются относительно друг друга (гайка не вращается относительно опоры), то нужные для самоустановки повороты происходят на трении скольжения, то есть шарики или ролики проскальзывают по сферической поверхности наружного кольца. Трение качения будет, если поставить что-то вроде ШРУСов. Не буду это дальше развивать, так как, кажется, нашел приемлемое решение для трения качения.
В связи с вашим вопросом, пришло в голову, что не так уж и трудно сделать старый добрый карданный подвес на миниатюрных радиальных шарикоподшипниках. Например, построить его на восьми подшипниках № 23 (3 х 10 х 4) по цене от 15 руб./ шт.
Примерно вот так.
Сверху и снизу подшипника лежат колечки из миллиметровой резины. При сборке подтягиваем гайки так, чтобы выбрать осевой люфт и создать небольшой натяг в подшипниках. В последствии, резина будет автоматически поддерживать этот натяг практически постоянным. За одно эти колечки играют роль уплотнений подшипника.
Небольшой осевой натяг подшипникам не повредит и даже пойдет на пользу.
Все детали нетрудно изготовить (мы уже говорили о черновой обработке на проход с последующим развертыванием). Цапфы подшипников можно аккуратно запрессовать, посадить «на горячую» или пропаять. Для хорошей запрессовки хорошо бы увеличить толщину колец, играющих роль крестовин кардана. Но это увеличит радиальный габарит.
Теперь о новом варианте самоустанавливающейся подшипниковой опоре винта. Попытался сделать относительно дешевую опору без осевого люфта. Получилось вот что:
Воспользовался тем, что при карданном подвесе гайки, на опорах винта существенных радиальных нагрузок нет. Поэтому можно поставить с преднатягом пару шариковых упорных подшипников и встроить их во внутреннее кольцо от ШМП 30 или от подобного ему шарнирного подшипника (внутренние кольца у них у всех одинаковые). Здесь показан вариант, с коническими поджимными вкладышами, выбирающими осевой зазор. Получается самоустанавливающаяся беззазорная и недорогая опора. Здесь стоят упорные подшипники №8100 (от 31 руб./шт.). И кольцо от ШМП30 - от 88 руб.
[QUOTE=Nickols;3808089]Первое - одного штока мало, надо три, чтобы пружина не перекашивала гайку.
Три штока работать не будут, всегда в контакте будет только один, кроме идеального случая - длинна штоков
одиннакова и плоскости гайки и ответной детали параллельны. Чтобы пружина не перекашивала гайку есть другой вариант.
Принципиально тоже самое, сразу предложил mechanik , у меня правда было по проще.
почему не применяем
Ответ очень прост. На практике проблемы достаточно точной установки ходовых пар просто не существует.
Точность установки вала ВСЕГДА выше, чем радиальные люфты подшипников. К тому же они не могут влиять
на точность позиционирования каретки, на это влияют только осевые.
Если же абстрактно потеоретизизировать, то могу сказать следующее. Для металлобрабатывающих
станков компенсация усилий резания не обойдется таким “простеньким” узлом. Потому что усилия
там значительные.
А для станков по дереву обычно требуется точность соизмеримая с точностью
изготовления велосипеда. Другая там не нужна.
Для чего там какие либо компенсации, в чем “потаенный” смысл ?
Узел подшипника в карданном подвесе лучше выполнить так:
Теперь у купели подшипника нет буртика в верхней части.Поэтому проще обработать ее внутреннюю и наружные поверхности с одной установки.
Для чего там какие либо компенсации, в чем “потаенный” смысл ?
На мой взгляд, есть не потаенный, а прямой смысл в применении самоустанавливающихся узлов в самодельных станках. Разве плохо, путем небольших затрат, существенно уменьшить нагрузки в элементах “хиловатой” конструкции, соответственно уменьшить всяческие деформации и, тем самым, повысить точность обработки деталей на своем детище, хоть деревянных, хоть алюминиевых. Среди моделистов есть люди, которые хотят на своих станочках сотки ловить. Да если высокая точность и не нужна, разве не приятно сознавать, что своими руками сделал нечто, что работает лучше, чем у многих.
Разве плохо, путем небольших затрат
Я почитываю и другие темы темы форума, и примерно представляю о каких
станочках идет речь.
Сделать станочек буквально на коленке все равно не получиться. Ни Ваши узлы, ни узлы, предложенные
Вячеславом не изготовишь при помощи дрели.
А если есть доступ к оборудованию, то проблема исчезает сама собой.
Изготовление соосных отверстий под втулки направляющих и ходовых пар
легко решается при помощи практически любого не “ушатанного” фрезера с достаточным
ходом рабочего стола.
Эта “бородатая” технология давно всем известна и вся умещается в пяток предложений.
ри штока работать не будут, всегда в контакте будет только один, кроме идеального случая - длинна штоков одиннакова и плоскости гайки и ответной детали параллельны
Да, работать не будет. Этот момент я что-то протупил.
…А если есть доступ к оборудованию, то проблема исчезает сама собой. Изготовление соосных отверстий под втулки направляющих и ходовых пар легко решается …
Вся фигня в том, что эта соосность будет только при сборке. Как только что-то начинает резаться - все эти порталы начинают изгибаться, соосность нарушается и начинаются подклинивания, пропуски шагов и прочие радости жизни.
И ещё, вопрос mechanic’у. Как вы думаете, этот предмет (www.ebay.com/itm/…/290610397540) относится к обсуждаемой нами теме самоустанавливающихся подвесов?
Как вы думаете, этот предмет (www.ebay.com/itm/SKF-SRTOZ-48...item43a9bac164) относится к обсуждаемой нами теме самоустанавливающихся подвесов?
Имеет самое прямое отношение. Это гайка со специальным фланцем, на котором выполнены цапфы для встраивания ее в карданный подвес. Я уже писал об этом (см. самое начало текста по ссылке в первом посте этой темы). Фланцы эти идут в опции и фирма их делает только на заказ. Там очень интересный текст, с коммерческой точки зрения. Логика такая: Если вы используете вместе с нашими винтами, наши же рельсовые направляющие, - все будет в порядке. А если у вас направляющие куплены у кого-то другого, они могут оказаться несостоятельными и для компенсации проблем советуем ставить наш винт с натяжением и на самоустанавливающиеся подшипники, а нашу гайку на карданный подвес. При этом фирма в том же каталоге предлагает готовые подшипниковые опоры только с традиционной компоновкой, никак не пригодные ни для самоустановки, ни для преднатяга винта. Готовых комплектных карданных подвесов тоже не предлагает. Есть только вот такие как на фото фланцы с цапфами по спецзаказу. При этом в каталоге есть фланцы только для ШВП с диаметром винта от 20 мм, почему мне и пришлось делать свой. Есть у них еще другая модель подобных гаек для миниатюрных ШВП. Там, насколько можно судить по фотографиям, цапфы не на съемном фланце, а непосредстьвенно на теле гайки в средней ее части.
паанравился этот узел, чесслово!
А опорный подшипник не нужен?
Вас не смущает то, что при таком исполнении упорные подшипники должны
воспринимать ещё и радиальные нагрузки ?
А это дополнительные нагрузки на двигатель, повышеный износ подшипников,
прямой путь к потере шагов и уменьшению максимальной скорости перемещения.
Вы устранили неточность изготовления, за счёт самоустановки и попутно внесли дополнительные механические потери в паре подшипников.
Ктомуже максимальные обороты ШВП в таком узле будут значительно ниже, из-за плавающей опоры, а соответственно и максимальная скорость перемещения тоже будет ниже в сравнении с нормальной, “жёсткой” установкой вала в паре опорно-упорных подшипников.
И зря вы игнорируете вопросы которые я задаю, они не просто “потрындеть”.
А по ссылке совсем не ШВП.
Там планетарная гайка с многозаходным валом…
Как только что-то начинает резаться - все эти порталы начинают изгибаться, соосность нарушается
Проблема жесткости порталов и станин ни имеет никакого отношения к теме самоустанавливающихся приводов.
Никакие шарниры ее не решат. Это совершенно отдельная и актуальная для станкостроения тема.
Это именно та тема, куда и необходимо сосредоточить все усилия.
Проблема жесткости порталов и станин ни имеет никакого отношения к теме самоустанавливающихся приводов.
Никакие шарниры ее не решат.
Шарнир можно обвешать энкодерами - это даст нам информацию о текущем изгибе. Эти данные уже можно учитывать в ЧПУ, повышая таким образом точность станка. В традиционной схеме обвешивать нечего, можно только строить математические модели и надеяться, что они верны.
Для металлобрабатывающих
станков компенсация усилий резания не обойдется таким “простеньким” узлом. Потому что усилия
там значительные.
А для станков по дереву обычно требуется точность соизмеримая с точностью
изготовления велосипеда. Другая там не нужна.
Для чего там какие либо компенсации, в чем “потаенный” смысл ?
1-Я сразу отписался , станок по дереву.
2- Станки по дереву не только ДСП кроят , а еще и так
работают:
скорость подачи 5 метров/мин ускорение 3.5 метра /сек/сек
Обороты шпинделя 40000об/мин
Шаг фрезы (растра)0.085мм
Обработка насквозь доски толщиной 19мм.Т.е. фреза работала на глубину 19мм.
Фреза однозаходная, радиус 0.3. пятка 0.3.
Для этого нужна точность и компенсации если станина
не промышленного изготовления.
Еще эскиз, развернул чтобы уменьшить диаметр штока.
Пять деталей две пружины. Если ШВП на12мм или 16мм
с одинарной гайкой можно сделать по компактней.
скорость подачи 5 метров/мин ускорение 3.5 метра /сек/сек
Обороты шпинделя 40000об/мин
Если ШВП на12мм или 16мм
для такого станка нужна не само устанавливающаяся гайка, а вращающаяся гайка. Тем более при таком диаметре ШВП. Еще лучше использовать рейку.
Это станок с другого форума , вращается винт, шаг
ШВП -10мм и станина литая. Могу дать ссылку
но не знаю можно ли.
Я таких задач для станка не ставлю . И данные дал
лиш для того, что и станки по дереву бывают собраны
Точнее чем велосипед.
Имеет самое прямое отношение.
Не имеет никакого отношения!
Шарнир можно обвешать энкодерами - это даст нам информацию о текущем изгибе
Пример можно какой-нибудь?
Не имеет никакого отношения!
Еще раз советую прочитать, что написано в самом начале текста по ссылке в первом посте этой темы.
Вот гайка ШВП, о которой там говорится:
Вот планетарная гайка с такми же цапфамы:
Возможны и другие конструктивные варианты, например гайка миниатюрной ШВП с цапфами, выполенными заодно с корпусом гайки, на его средней части. О них я тоже писал.
Будь гайка хоть трижды планетарной или гайкой с трапециедальной или какой-угодно иной резьбой, цапфы на гайке (когда они есть, как это имеет место на фото по ссылке в посте 98) предназначены для ее установки в полуподвес (частичная самоустанавливаемость) или в полный карданный подвес (полная самоустанаваливаемость). На эскизе гайки ШВП хорошо видно, что специальный фланец с цапфами наворачивается на ту же резьбу, с помощью которой эта гайка обычно крепится на жесткую опору. Других элементов крепления нет. То же самое и с планетарной гайкой, только ее цапфы выполнены не на съемном фланце, а на корпусной детали гайки.
Если все это не имеет никакого отношения к самоустанавливаемости, скажите для чего же сделаны эти цапфы?
паанравился этот узел, чесслово! А опорный подшипник не нужен? Вас не смущает то, что при таком исполнении упорные подшипники должны воспринимать ещё и радиальные нагрузки ? А это дополнительные нагрузки на двигатель, повышеный износ подшипников, прямой путь к потере шагов и уменьшению максимальной скорости перемещения. Вы устранили неточность изготовления, за счёт самоустановки и попутно внесли дополнительные механические потери в паре подшипников. Ктомуже максимальные обороты ШВП в таком узле будут значительно ниже, из-за плавающей опоры, а соответственно и максимальная скорость перемещения тоже будет ниже в сравнении с нормальной, “жёсткой” установкой вала в паре опорно-упорных подшипников. И зря вы игнорируете вопросы которые я задаю, они не просто “потрындеть”. А по ссылке совсем не ШВП. Там планетарная гайка с многозаходным валом…
Этот узел годится как для консольного винта (одноопорного), так и для двухпорного. Во втором случае, естественно, нужен опорный подшипник на втором конце винта. И это будет тот же закрытый сферический двухрядный шариковый подшиник, встроенный в опору со свободой перемещения вдоль оси этой опоры. Этот узел был уже показан (см. Рис. 5 в посте 9). Мне казалось, что это понятно без дополнительных разъяснений.
Ничего меня по поводу поставленных в узел подшипников не смущает. Упорные подшипники, поставленные с преднатягом, будут нормально работать при мизерных радиальных нагрузках в узле. Мизерность этих нагрузок обеспечивается именно установкой гайкой на карданном подвесе. Для того и ставиться этот подвес, чтобы снять с гайки и, следовательно, с винта радиальные нагрузки и нагрузки от перекоса гайки, неизбежные при жестком креплении гайки.
В традиционной конструкции этого узла радиально-упорные подшипники ставятся с таким же натягом. Поэтому никаких дополнительных нагрузок нет. Динамическая грузоподъемность этих упорных подшипников составляет 870 кГс. Если знаете что это такое, и как по этому показателю рассчитывается долговечность, делайте выводы о их работоспособности в этом узле.
С чего Вы взяли, что “максимальные обороты ШВП в таком узле будут значительно ниже, из-за плавающей опоры”. Это совершенно не связанные вещи. Какие предельные обороты допускаются для подшипников винта (в данном случае - 7000 об/мин при пластичной смазке и 9500 при жидкой) с такими оборотами и можно крутить ШВП (если, конечно, гайка ШВП допускает такие обороты) и наличие плавающей гайки тут совершенно не при чем. Понятно, реальные обороты ШВП на станке очень далеки от ограничения для подшипников. Или я чего-то не понимаю? Просветите, пожалуйста.
Я обязан отвечать на все ваши вопросы? Я и сечас отвечал на них неохотно. Не нравится мне манера, в которой Вы их ставите. Например, вот это: “паанравился этот узел, чесслово!”. Не стоит издеваться на тем, в чем Вы очень мало разбираетесь.
Проблема жесткости порталов и станин ни имеет никакого отношения к теме самоустанавливающихся приводов.
Никакие шарниры ее не решат. Это совершенно отдельная и актуальная для станкостроения тема.
Это именно та тема, куда и необходимо сосредоточить все усилия.
Это именно та проблема, которая имеет прямое отношение к теме самоустанавливаемости приводов. Мне это кажется очевидным.
Вот пример. Есть портал, на нем суппорт, на которм жетско закреплена гайка ходового винта. Опорные подшипники этого винта закреплены на двух стороных портала. При сборке привода, с помощью каких-то прокладок и т. п. отрегулировали положение гайки. Вспомните, как у Графа, после установки прокладки толщиной всего 0,05 мм винт стал вращаться легче. Это показывают, что самые малые смещения гайки оказывают существенное влияние на работу гайки и всего привода.
При работе, как справедливо писал Nickols, портал изгибается и гайка неизбежно смещается от исходного положения вместе суппортом, на котором она жестко закреплена. При этом корпуса подшипников на конце портала остаются почти на месте, но чуть-чуть поворачиваются в плоскости XY. Это чуть-чуть хватает, чтобы усложнить жить подшипникам в опорах, если это не самоустанавливающиеся подшипники. Особенно это плохо для спаренных радиально-упорных подшипников, которые обычно ставятся на одном из концов винта.
Самоустанавливающийся винтовой привод компенсирует все эти деформации не в том смысле, что он устраняет их. Деформация портала никуда не исчезает (Нет усилий без деформаций, - закон Гука ни отменить, ни как-либо “компенсировть” нельзя. Можно их уменьшить за счет повышения жесткости портала, но устранить совсем нельзя). В данном случае самоустанавливающийся привод компенсирует деформации портала и всей системы в том смысле, что устраняет их вредное воздействие на самого себя.
Если все это не имеет никакого отношения к самоустанавливаемости, скажите для чего же сделаны эти цапфы?
Я не вижу на гайке ничего такого, с помощью чего её можно было бы закрепить в корпусе. Остаётся предположить что конструктор по какой-то конструктивной причине выбрал способ крепления через цапфы… Я про нижнее фото.
То что наверху есть резьба и навёрнут фланец с цапфой не говорит о том, что такой способ применяют на станках - это просто один из способов крепления - есть много других точных приводов где может применяться ШВП, но где не требуются таких условий, как в станках.
Но на станках с ЧПУ, которые я видел, такого крепления не наблюдал ни разу…
устраняет их вредное воздействие на самого себя
Я с этим совершенно не спорю. Идея самоустанавливающихся подвесов очень интересна и наверняка заслуживает
исследования , развития и внедрения. Но там где надо.
Задумайтесь, какую она здесь выполняет функцию. Устраняет проблемы, возникшие из-за
неверно спроектированной конструкции (не жесткой) и не качественно выполненной
мехобработки .
Если руководствоваться этой логикой, то можно зайти очень далеко и придумать
множество устройств защиты, к примеру, от пьяного фрезеровщика, от прогулявшего технолога и,
не дай бог, от недовольного жизнью конструктора.
Но все предусмотреть все равно не удастся.
Пример можно какой-нибудь?
Гироплатформа подойдёт? Тоже карданный шарнир, и весь в механизации. Если же надо именно подвес гайки швп с энкодерами, то такого я не знаю, просто привёл аргумент, как такой подвес может послужить увеличению точности перемещений.