Переделка станка Графа. Эпизод #2 - Ось Z

[L2-Max]

Собственно как и обещал создаю отдельную тему. В отличии от портала тема создается до постройки, потому прикреплю картинки из чертежа.

Сразу хочу попросить людей с "синдромом Матроскина" случайно или специально заглянувшие сюда - проходите мимо. Особо буйных желающих воплотить свои никчемные идеи за мой счет, считающих своим долгом и без конкретики обязательно мне написать - "так делать неправильно", приводящих здесь ссылки на "правильные" станки из гранита/чугуна, думающих, что то как я распоряжаюсь материалом который купил лично за свои деньги это их дело - напрягитесь и пукните в свое мягкое диванное кресло. Мне ваше бесполезное мнение/совет не интересны, а только отвлекают. Поднимайте свою самооценку в другом месте.

Все остальные велкам. Критика только посуществу. И так поехали.

Начало истории здесь: ЧПУ по алюминию 480×480x180
Переделка портала здесь: Портал из алюминиевых досок


Ось Z будет такая






Так выглядеть на станке


Обе плиты, с рельсами и под каретки шпинделя, будут вырезаны из сплава 7075 25мм. Кстати они уже приехали и одну плиту я уже немного распилил.



Материал очень жесткий по сравнению с Д16Т. Две однозубые 4х миллиметровых фрезы сломал сразу. Даже 0.5мм за проход (паз) для них много, а однозубой 6мм 1.5мм за проход резало отлично.


Торцы после отрезания. Слева на глубину 5мм это рез от 4мм фрез и дальше на глубину 18мм от 6мм с глубиной прохода 0.5мм. Оставшееся это глубина за проход 1.5мм.



Ребра жесткости будут из обычного 6061. Толщину ребер и толщину плит считал в симуляции в солиде. Данная компоновка мне показалась оптимальной и я остановился на ней. Она не имеет слишком большой вылет (106mm от поверхности крепления рельс на портале до внешней поверхности плиты шпинделя или 150mm до кончика фрезы) и в тоже время имеет хорошую жесткость. А именно, при усилии на конце патрона шпинделя 50кг в направлении на себя, в самом нежёстком положении оси (вверху) отклонение составляет 0.026мм, а при полностью опущенной 0.01мм.

На сегодня все. Хватит писать. Надо резать.

[L2-Max]

Плита шпинделя готова. Получилось достаточно точно. Неровность поскостей < 0.01мм. Непараллельность плоскостей 0.02мм. Винта нет. Вес плиты 2.7кг.


Надеюсь, что получу нехуже точность, когда буду фрезеровать плиту под рельсы.


Материал ведет, но не сильно. Для проверки я сначала выровнял одну плоскость, а потом вырезал паз глубиной 8мм и заодно все отверстия. Плиту выгнуло вдоль паза и только в области паза на 0.01 - 0.02мм. Чтоб выровнять я снял еще 0.03 - 0.05мм, но уже после обработки с обратной стороны.

Но материал мне нравится. Не налипает вообще и не царапается легко как в случае с 6061(3) и Д16Т.

Заключительное снятие фасок

[L2-Max]

Вот и плита под рельсы готова. По точности вышло как и с плитой шпиделя. Плоскости ровные < 0.01мм, а их непараллельность ~0.02мм. Видимо те пару соток непараллельности вносит неровность стола. Он у меня уже изрядно покоцанный.


Вес плиты получился около 5.2кг. Пишу "около", потому, что более менее точные весы имеют лимит 5кг. Солидворкс пишет, что вес плиты должен быть 5093.44 грамма.

[L2-Max]

Нашел причину откуда берутся те пара соток непараллельности. Стол хоть и покоцаный, но ровный. Сотки берутся из-за теплового раширения плиты Z к которой прикреплены и рельсы и шпиндель (у меня обратная схема).

Сегодня произвел 3 теста выравнивания поверхности. Будущая плита оси Z похудела на ~0.3мм.

Подача 1200мм, обороты 15200, съём 0.05мм. Длительность обработки ~20мин.

Помещение термостатировано на 21 градус. Суточное отклонение температуры +-1 градус.

Измерения проводились самим станком сразу после обработки. Очевидно что, обработанная поверхность должна повторять плоскость XY станка при идеальных условиях, но:

#1 - Станок после 12часов простоя, без "прогрева". Температура оси Z в конце обработки 40 градусов, - плоскость завалена на 0.05мм в сторону конца обработки, причем равномерно.
#2 - В начале ось Z 30 градусов, а в конце 40, - плоскость завалена на 0.02мм.
#3 - 10мин грел станок обработкой в холостую и после обработки индикатор показал отсутствие отклонения.

На третьем тесте я остановился. Замеры всей плиты микрометром показали, что отклонение толщины по углам меньше 0.01мм

Вот как то так.

[L2-Max]

Тут такая ситуация - планы поменялись. Вырезал я все детали кроме хомутов шпинделя, сложил их в кучу и приподнял. 13.5кг по ощущениям намного тяжелее чем на чертеже и это еще не полный комплект. Что то мне перехотелось такую массу вешать на 15е каретки. И в ускорениях не хочу терять.

Внешние ребра убрал, хоть они и самые жесткие они и самые тяжелые. А от плиты отрезал их места крепления, но оставил "уши" (верхним левым активируется сенсор Home). Два внутренних ребра оставил. Если без них, то теоретическое отклонение вверху совсем печально.


В плите шпинделя вырезал две дырки и немного заузил плиту по бокам. На жесткости это почти никак не сказалось


В сумме получилось снизить вес на 3.5кг


Теоретическая жесткость уменьшилась почти в два раза, но я подумал и решил, что мне аж такая жесткость не нужна, а важнее меньший вес оси. Станок должен быть сбалансирован.


В такой конфигурации теоретическое отклонение патрона шпиделя при силе в 50кг на себя:
в самом низу - 0.015мм
в самом верху - 0.04мм

Полный вес оси без шпинделя будет 13кг (было 16.5кг)

[L2-Max]

Начал предварительно собирать ось. Осталось только отторцевать пару ребер жесткости плиты шпинделя, что б напряжений было поминимуму. И можно приступать к окончательной сборке и настройке. Если получится, сделаю тест того насколько прогибается плита с/без ребер.

[L2-Max]

Ось уже на своем месте. Завтра настрою перпендикуляры к столу и можно будет вешать шпиндель.

[L2-Max]

Неспеша собираю станок. После настройки перпендикуляров к столу обнаружилось, что плоскость вращения шпинделя завалена вдоль оси Y на 0.02мм на радиусе измерения 60мм. Это не регулируемый наклон. Прийдется или подложить фольгу под верхний хомут или на плите с наждачной бумагой "сшабрить" пол-сотки/сотку с него.

Актуальный вид.




Еще я предварительно подёргал за шпиндель с усилием 30 кг. Без ребер и в самом нижнем положении отклонение составило < 0.06мм. Солид прогнозировал 0.04мм (без ребер), но там я не симулировал болтовые соединения, а все компоненты считались сваренными между собой. Так что это ошибку я ожидал. Посмотрим какой разброс отклонений будет с ребрами. Солид говорит что будет 2 сотки.

[L2-Max]

Поспешил снова обезменить недособранный станок. С ребрами на плите шпинделя отклонение конца фрезы в 2 см от самой нижней точки и в центре! портала составили 0.04 мм при усилии на себя 32 кг. В этом тесте, как и в тесте постом выше, я перемещение портала жестко фиксировал, тоесть в тесте не участвовали 2х ШВП портала (ось Y), потому что до меня никак не доедут мембранные муфты, а с теми энкодерными, что сейчас установлены, отклонение в 0.03 - 0.05мм можно получить просто потянув за гайку винта (с тем же усилием)

В общем. Пока что я дособеру станок, дождусь "правильные" муфты, потом постараюсь сделать видео теста жесткости с участием всей конструкции, чтоб было понятно где и за что тяну и на что опирается индикатор.

[L2-Max]

Пришли мембранные муфты. Изготовлены очень качественно. Биение на глаз отсутствует. ШВП стали работать очень тихо без посторонних звуков.

Муфты, как заявляет производитель, рассчитаны на номинальный крутящий момент 1.5Nm.


Что касается жесткости, то замена муфт ситуацию с отклонением вдоль винтов по оси Y не улучшило. Я еще раз все померял индикатором и похоже там комплексная проблема. Отклоняется на пару соток плита 15мм на которой опора прикручена и еще пол-сотки/сотка подшипники в опоре дают. Сотку дает сама гайка потому, что у меня класс точности С7 и там нет преднатяга. Те дешевые энкодерные муфты отклонение тоже давали, но не такое большое как я считал.

Думаю что пока не стану с этим заморачиваться. Эти отклонения уберутся в эпизоде номер #3, где я буду переделывать стол.

А на данный момент комплексное отклонение на оси Z такое:
30кг - 0.06мм
42кг - 0.08мм



На следующем видео - обработка поверхности 50мм фрезой и последующее измерение индикатором. Глубина за проход была 0.1мм. Шпиндель на радиусе 60мм завален на сотку вдоль оси Y, потому качество поверхности соответствующее.



В целом я результатом доволен. Остальные недостатки, а точнее самый главный - стол, буду исправлять в #3 эпизоде. Но это будет нескоро.

[L2-Max]

Актуальные чертежи реализованного проекта можно скачать здесь.


Чертежи сделаны в SOLIDWORKS 2021 и предоставляются "как есть".

[L2-Max]

Сегодня к оси Z приколхозил резервуар со смазкой на 100мл.



Перед этим резервуар находился внизу и был на 500мл. Этой модификацией я избавился от лишней трубки в кабель канале. К оси Z сейчас поводится только воздух.

P.S. В резервуаре сейчас находится минеральное компрессорное масло. 100 мл подобной консистенции мне хватает на 2-3 месяцев работы при моем темпе

[L2-Max]

Обработка кармана. Глубина за проход 5мм. 0.05мм на зуб. Подача 2400мм/мин

[L2-Max]

Вот такой вот почти самодельной приспособой я пользуюсь, что бы выравнивать нормаль оси Z к столу.

[L2-Max]

И снова несовсем по теме. Сегодня пришла мне хорошая резьбонарезная фреза шаг 0.7 для нарезания стандартных М4 и я поигрался немного.

Вот резьба М4


а вот 16мм шаг 0.7


Вот так станок фрезерует резьбу М4

[L2-Max]

Вот так фрезерует внешнюю М16x0.7 резьбу


Качество поверхности резьбы


Соединение. Пара свинчивается без заеданий. Люфт ощущается слегка.

[nicol54]

Максим,когда можно будет ожидать описание #3 эпизода? Уж очень завлекательный станок.

[L2-Max]

Эх, думаю что аж в конце осени займусь. Сейчас сезон, надо не терять вертолетные скилы плюс основная работа и семья, потому времени просто физически не хватает на все.

Чертежи, несколько вариантов, я уже подготовил. Время от времени их пересматриваю, модифицирую, тоесть работа над станком медленно, но движется.