Search in topic

Прочность станины и вес - сталь или дюралюминий?

Решил сделать фрезерный станок портального типа для обработки пластика и дюралюминия, с рабочим полем по XY не более 600х300, по Z не более 140, шпиндель предполагается от 2 кВт. Более жесткую непортальную конструкцию с двигающимся столом не рассматриваю из-за конструктивных и габаритных ограничесний и неудобств.

Образования по металлообработке не имею, сопромат в институте не изучал, поэтому очень важны советы профессионалов:

1. без расчетов, но по опыту людей, режущих на подобных станках дюралюминий, для портала и станины - горизонтальная опорная плита размерами прибл. 800х500 мм во всю площадь, усиленная для жесткости на кручение лонжеронами из такой же плиты, предполагается сверление в торцах пластин с нарезанием резьбы М6, достаточно Д16 толщиной 20 мм.

2. Можно ли полноценно сравнить по прочности и возможности обработки пластину Д16=20 мм с пластиной из слабо легированной стали (не знаю какой марки, но чтобы не ржавела так быстро как ст. 3), и поддающейся механической станочной обработке , в том числе сверлению (не станочному) в торцах и последующему нарезанию резьбы. Какая может быть толщина стали (подскажите пож. недорогой сорт) при сравнимой прочности?

3. Предположительно при использовании стали вес станка может значительно увеличиться, тк ее плотность 7,8 т/куб м, а у дюралюминия 2,78. Для сравнимого веса (не знаю, как по прочности, но ее снижать нельзя), для стали толщина пластины должна быть примерно в 3 раза меньше, но в торце 8-10 мм стали имхо проблематично сверлить и резать резьбу М6 и даже М5.

4. Если из стали сделать только горизонтальную несущую плиту, а остальное из дюралюмигния, то можно обойтись без устройства резьбы в стальных торцах, только сверлением в плоскости.
   Здесь правда возникает еще одна проблема - электрохимическая пара сталь-алюминий.

5. Итого - затевать ли сталь или делать полностью из дюралюминия?

Решил сделать фрезерный станок

Бюджет?

Очень замысловато написано, вы чертежик то приложите как это в вашем понимании должно выглядеть. Выше вам очень правильный вопрос задали:), который даже важнее выбора материала для станка.

Бюджет?

бюджет по возможности эконом, кроме станины
с профилями вместо цельной станины связываться не очень хочу - потому как более трудоемко и нет у меня такого умения, как например у Графа.

Очень замысловато написано, вы чертежик то приложите как это в вашем понимании должно выглядеть. Выше вам очень правильный вопрос задали:), который даже важнее выбора материала для станка.

Окончательный чертеж не готов, но есть общая компоновка пока без портала, см рис.
На нем зеленоватым цветом стол из Т-профиля, под ним серая неподвижная несущая плита Д16Т 20х600[800 мм, снизу справа и слева к в ней будут привинчены круглые рельсы на опорах, по оси Y периодически лонжероны Д16Т 20 мм (по длине плиты <= 800 мм), винт ШВП посередине.
На будущее предусмотрю возможность заменить один центральный ШВП винт двумя винтами по сторонам, ближе к рельсам.

Пунктиром обозначена неподвижная передняя (задняя) панель Д16Т толщиной 20, перпендикулярная оси Х , привинчена к основной пластине.
Снизу возможно будут лонжероны (нарисованы серым цветом по левому и правому краям), если нужно

ниже - подвижная поперечина портала и вверх две вертикальные стойки портала.
чертеж портала обещал дать хороший человек.

Использовать разрезные каретки на круглых направляющих в таком перевернутом виде очень нехорошо, у вас портал всем весом давит на разрезы, да еще усилия от фрезеровки добавляются. В вашем случае это проканает если бы вы использовали рельсовые направляющие типа HIWIN, для них не принципиален такой переворот и допускается производителем.

Использовать разрезные каретки на круглых направляющих в таком перевернутом виде очень нехорошо, у вас портал всем весом давит на разрезы, да еще усилия от фрезеровки добавляются. В вашем случае это проканает если бы вы использовали рельсовые направляющие типа HIWIN, для них не принципиален такой переворот и допускается производителем.

Усилие по Z (вертикали) не добавляется, а вычитается, а при движении нагруженной фрезы по X и в меньшей степени по Y будет возникать вырывающее каретку усилие.

Можно и Hiwin, но у этих направляющих , если не ошибаюсь, малая высота вместе с кареткой и придется выравнивать прокладкой (оранжевая на чертеже) до высоты ШВП гайки ?
Какого минимального размера нужно применить такие направляющие?
И что по основному вопросу - панель из стали или дюралюминия?

2. Можно ли полноценно сравнить по прочности и возможности обработки пластину Д16=20 мм с пластиной из слабо легированной стали (не знаю какой марки, но чтобы не ржавела так быстро как ст. 3), и поддающейся механической станочной обработке , в том числе сверлению (не станочному) в торцах и последующему нарезанию резьбы. Какая может быть толщина стали (подскажите пож. недорогой сорт) при сравнимой прочности?

сравнить не получится, режимы, инструмент, … время деньги
чтоб сильно быстро не ржавела, тонкая шлифовка и полировка помогают
“нержавейка”, не самый удачный выбор для ручного сверления
как минимум 20Х13

сравнить не получится, режимы, инструмент, … время деньги
чтоб сильно быстро не ржавела, тонкая шлифовка и полировка помогают
“нержавейка”, не самый удачный выбор для ручного сверления
как минимум 20Х13

Использовать разрезные каретки на круглых направляющих в таком перевернутом виде очень нехорошо, у вас портал всем весом давит на разрезы, да еще усилия от фрезеровки добавляются. В вашем случае это проканает если бы вы использовали рельсовые направляющие типа HIWIN, для них не принципиален такой переворот и допускается производителем.

Спасибо JonsonSh и serj991 за советы.
Если сравнить по всем параметрам не удастся, то можно ли оценить (не учитывая удобство обработки), какой толщины пластина стали заменит для описанного применения 20 мм дюралюминиевую пластину ?

А вот взять солид и смоделировать нагрузки очень хорошо видно где что и как

А вот взять солид и смоделировать нагрузки очень хорошо видно где что и как

Не владею сутью предмета, нет профильного образования.
Мое знание механики ограничивается рычагами, силами, моментами - вращения/инерции, скоростями и их производными 😃
Могу моделировать анализировать-синтезировать сигналы, радиосигналы и их спектры, электронные и электрические схемы, использовать математические методы, создавать программное обеспечение …

никогда не поздно начать 😉

скинь чертеж хотябы от руки где будет указанны ширина, длинна плиты, расстояние между рельсами, и массу обрабатываемой детали можно будет посмотреть нагрузки и изгиб и на сам рельс а дальше смотрет размер рельса

я бы если брал сталь то смотрел бы именно на то как и где её обрабатывать вот под тот же рельс и коретку по всем правилам нужен упорчик, вы представляете сколько с вас возьмут денег за фрезеровку паза в плите из стали и как вы её будете проносить???

никогда не поздно начать 😉
скинь чертеж хотябы от руки где будет указанны ширина, длинна плиты, расстояние между рельсами, и массу обрабатываемой детали можно будет посмотреть нагрузки и изгиб и на сам рельс а дальше смотрет размер рельса
я бы если брал сталь то смотрел бы именно на то как и где её обрабатывать вот под тот же рельс и коретку по всем правилам нужен упорчик, вы представляете сколько с вас возьмут денег за фрезеровку паза в плите из стали и как вы её будете проносить???

Фрезерная обработка ст. 3 умеренная по цене, легированные стали наверное дороже. Одну сторону плиты придется фрезеровать полностью, а с другой только пазы. Донести плиту до автомобиля помогут рабочие.

Упор можно сделать не под саму каретку, а под подвижную пластину портала?
Рабочее пространство около 600х400х150, внешние размеры опорной плиты окончательно не определены,приблизительно (600+200?)х(400+200?)хh
Чертеж не готов, надеюсь прислать до воскресенья.

Уточняющий вопрос:
для расчетов прочности достаточно чертежа опорной плиты c рельсами и каретками (на основе линейных опорных подшипников) или нужны дополнительбные исходные данные ?

Ну все как обычно больше данных больше точность хотя для расчета плиты я думаю и размеров опорной плиты хватит

Ну все как обычно больше данных больше точность хотя для расчета плиты я думаю и размеров опорной плиты хватит

тогда этот эскиз:

рассматриваю варианты:

• плита и лонжероны Д16Т толщиной 20 мм

• плита Д16 Т составная из 2 шт толщиной 10…16 мм (соединение винтами М6 по всему полю, сетка 100х100 мм), лонжер. толщ. 12…16 мм

• плита и лонжероны Д16Т толщиной 30 мм

• плита из слаболегированной стали (предотвращение ржавения) марка и толщина (10…16 мм ??) мне неизвестна, лонжероны Д16Т (если опасна электрохимическая коррозия, то такая же сталь)
  ограничения по обработке: чёрные металлы: стали с твёрдостью до 45 HRC, нержавеющая сталь
  ​____цветные материалы и сплавы: алюминий, дюралюминий (по умолчанию — сплав В95), бронза, латунь, титановые сплавы и т.д.

ну а нагружать то чем будем ??? вес и форма заготовки??? бегающий стол кроме собственным весом и весом заготовки не нагружен

в эскизе рельсы слишком широко расставлены рельсы выгоднее ставить в пропорции 1/4-1/2-1/4 тогда нагрузка на серединку меньше

ну вот условно при нагрузке 1500н и рельсах 25 в том виде как ты нарисовал при условии равнопрочности крепежа

изгиб по середине алюминий взят 2024 сталь 1010 что на сколько говорит интернет аналог сталь 10

1 вариант 0,003948мм
2 вариант 0,004629мм
3 вариант даже считать не буду =) это бессмысленно
4 вариант при толщине основания 12 на удивление = 0,005917мм

вот из выводов сдвигать рельсы ближе к центру второе лонжероны нужны и вдоль и поперек чтобы как кирпичная кладка получалось в данном случае в первую очередь работает толщина материала

ЗЫ при этом еще надо учитывать что т стол тоже как лонжероны работает

ну а нагружать то чем будем ??? вес и форма заготовки??? бегающий стол кроме собственным весом и весом заготовки не нагружен

вес подвижного портала ожидается 10 кг + шпиндель
вес деталей не больше 1/4 … 1/3 веса стола без лонжеронов

в эскизе рельсы слишком широко расставлены рельсы выгоднее ставить в пропорции 1/4-1/2-1/4 тогда нагрузка на серединку меньше
ну вот условно при нагрузке 1500н и рельсах 25 в том виде как ты нарисовал при условии равнопрочности крепежа

при узкой расстановке рельс потеряется точность, портал сможет больше отклоняться по вертикали вдоль Y ?

1/4-1/2-1/4 - делают ли так производители станков, или лучше завысить толщину плиты (частоту лонжеронов) и раздвинуть рельсы по краям ?

изгиб по середине алюминий взят 2024 сталь 1010 что на сколько говорит интернет аналог сталь 10

1 вариант 0,003948мм
2 вариант 0,004629мм
3 вариант даже считать не буду =) это бессмысленно
4 вариант при толщине основания 12 на удивление = 0,005917мм

вот из выводов сдвигать рельсы ближе к центру второе лонжероны нужны и вдоль и поперек чтобы как кирпичная кладка получалось в данном случае в первую очередь работает толщина материала

• плита и лонжероны Д16Т толщиной 20 мм
  1)плита и лонжероны Д16Т толщиной 20 мм

2. плита Д16 Т составная из 2 шт толщиной 10…16 мм (соединение винтами М6 по всему полю, сетка 100х100 мм), лонжероны …
   3)плита и лонжероны Д16Т толщиной 30 мм
   4)плита из слаболегированной стали…

если уж рассчитали прогиб для сборной плиты (2 пластины объединенные винтами) а это имхо самый х-вый во всех отношениях вариант - “бутербродный”, то чем хуже вариант №3 ?

1. Поскольку я не специалист, поясните пожалуйста - величина прогиба плиты и есть ключевой показатель для жесткости конструкции?
2. Из сравнения Ваших расчетов для п.1 и п. 4 можно предположить - связываться с легированной сталью не надо, так как прогиб такой же, а металлообработка существенно дороже ?

1. Поскольку я не специалист, поясните пожалуйста - величина прогиба плиты и есть ключевой показатель для жесткости конструкции?
2. Из сравнения Ваших расчетов для п.1 и п. 4 можно предположить - связываться с легированной сталью не надо, так как прогиб такой же, а металлообработка существенно дороже ?

мне далеко до спецов, но все же …

1. величина прогиба, в Вашем случае будет критична, потому как у Вас стол, понесет всю тяжесть (что ИМХО не правильно)
2. не забывайте

3. Предположительно при использовании стали вес станка может значительно увеличиться, тк ее плотность 7,8 т/куб м, а у дюралюминия 2,78. …

Частоту лонжеронов повышать бесполезно нужно добавить пару тройку поперек так как прогиб идет между ними прогиб в 4 тысячных считаю не существенным при данных рельсах в идеале лонжероны должны идти сеткой так нагрузка минимальна завтра буду на работе выложу рисунки

мне далеко до спецов, но все же …

1. величина прогиба, в Вашем случае будет критична, потому как у Вас стол, понесет всю тяжесть (что ИМХО не правильно)
2. не забывайте

1. какая величина прогиба критична и почему?
2. увеличение массы в том числе понизит частоту резонанса

1. какая величина прогиба критична и почему?

величина прогиба стола
расчет CADа, в данном случае приблизителен и реальная цифра будет больше

величина прогиба стола
расчет CADа, в данном случае приблизителен и реальная цифра будет больше

Насчет стола я с 5-го раза понял, не зря жы я инж ы нер 😃 А какая величина прогиба критична?

Частоту лонжеронов повышать бесполезно нужно добавить пару тройку поперек так как прогиб идет между ними прогиб в 4 тысячных считаю не существенным при данных рельсах в идеале лонжероны должны идти сеткой так нагрузка минимальна завтра буду на работе выложу рисунки

каг работа? жду рисунки если возможно.

Понимание началось с того, что нашел пояснения Графа по отличию жесткости и прочности и способности материала гасить вибрации.
Честно говоря до этого не знал, что ударная вязкость чугуна выше чем у Д16Т.
А жесткость и прочность, как оказалось, имеют не прямую, а косвенную связь.

Вибрации и вес не связаны НИКАК!! А вот жесткость и вес связаны. Поясню.
При кручении жесткость пропорциональна квадрату размеров сечения, а при изгибе - четвертой степени. Значит, чем больше сечение, тем жестче, но и, соответственно, тем больший получается вес конструкции. Т.е. в отношении жесткости, вес является следствием. Т.е если мы видим, что какой-то станок имеет небольшие габариты, но зато имеет большой вес, то мы подразумеваем, что сечения у станка большие, а значит он жесткий. Вес очень важная характеристика при выборе станка, поэтому он всегда указывается наряду с габаритами. 😃 Но если вы просто нагрузили станок чушками, то получается… Ну, в общем, сами понимаете…
Что касается вибраций, то на на способность гасить колебания влияет совсем другое свойство материала, а именно - ударная вязкость. Например, Д16Т по ударной вязкости самый неудачный материал для станка. Он звенит!! И не важно толстая плита или тонкая, звенит ОДИНАКОВО.
Поэтому станины станков делают из чугуна, или полимербетона - ударная вязкость хорошая.
Так что с весом тоже не все однозначно. 😃

Понимание началось с того, что нашел пояснения Графа по отличию жесткости и прочности и способности материала гасить вибрации.
Честно говоря до этого не знал, что ударная вязкость чугуна выше чем у Д16Т.
А жесткость и прочность, как оказалось, имеют не прямую, а косвенную связь.

Вибрации и вес не связаны НИКАК!! А вот жесткость и вес связаны. Поясню.
При кручении жесткость пропорциональна квадрату размеров сечения, а при изгибе - четвертой степени. Значит, чем больше сечение, тем жестче, но и, соответственно, тем больший получается вес конструкции. Т.е. в отношении жесткости, вес является следствием. Т.е если мы видим, что какой-то станок имеет небольшие габариты, но зато имеет большой вес, то мы подразумеваем, что сечения у станка большие, а значит он жесткий. Вес очень важная характеристика при выборе станка, поэтому он всегда указывается наряду с габаритами. 😃 Но если вы просто нагрузили станок чушками, то получается… Ну, в общем, сами понимаете…
Что касается вибраций, то на на способность гасить колебания влияет совсем другое свойство материала, а именно - ударная вязкость. Например, Д16Т по ударной вязкости самый неудачный материал для станка. Он звенит!! И не важно толстая плита или тонкая, звенит ОДИНАКОВО.
Поэтому станины станков делают из чугуна, или полимербетона - ударная вязкость хорошая.
Так что с весом тоже не все однозначно. 😃

материал для станины ?

По материалам для станины. Сталь с низким содержанием углерода (Сталь 3, Сталь 10, сталь 20), Если алюминий, то Амц, Амг 3, АД31.

материал для станины ?

Вообще, доводилось видеть промышленные ЧПУ- на станине из искусственного гранита.