Ходовий гвинт - це важлива деталь, Яка використовується в якості перетворювача руху. Він змінює обертальний рух в поступальний-прямолінійне переміщення. Для цього він забезпечується спеціальною гайкою. Крім цього, він забезпечує переміщення з заданою точністю.

Показники якості гвинта

Гвинт, як дуже важлива деталь, повинен відповідати безлічі вимог. Для того щоб його можна було використовувати, наприклад, в настільних лещатах, він повинен підходити за такими параметрами, як: діаметральний розмір, точність профілю та точність кроку різьблення, співвідношення різьблення гвинта з його опорними шийками, зносостійкість, товщина нитки різьблення. Також важливо відзначити, що в залежності від ступеня точності переміщення, яку забезпечують гвинти, їх можна розділити на кілька класів точності від 0 до 4. Наприклад, ходові гвинти металорізальних верстатів повинні відповідати класу точності від 0 до 3. 4 клас точності не підходить для використання в такому обладнанні.

Матеріал для заготовки ходового гвинта

Як заготовки для виробництва гвинта використовують звичайний пруток, який відрізається від сортового металу. Однак тут важливо відзначити, що до матеріалу, службовцю заготівлею, пред'являються деякі вимоги. Метал повинен мати гарну стійкість до зношування, хорошою оброблюваністю, а також володіти станом стабільної рівноваги в умовах внутрішньої напруги, яке виникає після обробки. Це дуже важливо, тому що ця властивість допоможе уникнути деформації ходового гвинта при його подальше використання.

Для виробництва цієї деталі із середнім класом точності (2-й або 3-й), до якої не будуть пред'являтися вимоги підвищеної стійкості до температури, використовують сталь А40Г, що є среднеуглеродистой, з добавками сірки і стали 45 з доповненням свинцю. Такий сплав покращує можливість обробки гвинта, а також зменшує шорсткість поверхні матеріалу.

профіль гвинта

Існує три профілю гвинта, які використовуються при виробництві ходового гвинта токарного верстата або будь-якого іншого. Профіль може бути трапецеїдальним, прямокутним або трикутним. Найбільш поширеним типом вважається трапецеїдальних різьблення. До її переваг можна віднести те, що вона вище за точністю, ніж прямокутна. Крім цього, використовуючи розрізну гайку, можна регулювати осьові зазори трапецеїдальним гвинтом, які виникають через спрацювання устаткування.

Тут важливо також відзначити, що нарізування, як і шліфування трапецеїдальної різьби на гвинт, набагато простіше, ніж прямокутної. Але при цьому потрібно розуміти, що точності характеристики прямокутної різьби вище, ніж у трапецеїдальних. Це означає, що якщо стоїть завдання створити гвинт з найкращого регулюванням по точності, то доведеться все ж нарізати прямокутну різьбу. Трапецеїдальні гвинти не підходять для проведення дуже точних операцій.

Обробка гвинта

Основними деталями, на яких базується гвинт в верстаті, стали опорні шийки і буртики. Виконавчої поверхнею у гвинта вважається його різьблення. Найбільша точність в настільних лещатах і будь-яких інших верстатах, що мають такий гвинт, повинна бути забезпечена між виконавчою поверхнею деталі, а також основний базує поверхнею. Технологічною базою при виробництві ходового гвинта вважається його З цієї причини, для того щоб уникнути деформації, обробку всіх цих поверхонь здійснюють з використанням Застосування цієї деталі визначає специфіку обробки ходового гвинта.

Тут також важливо відзначити, що гвинт з різним класом точності, обробляється до різних величин. Деталі, які будуть належати до 0,1 і 2 класу точності обробляють до 5-го квалітету. Гвинти, що належать до 3-го класу точності, проходять обробку до 6-го квалітету. Гвинти, що відносяться до 4-ї категорії, обробляються також до 6-го квалітету, але при цьому у них є поле допуску по зовнішньому діаметру.

Центрування і нарізування різьблення

Для того щоб отримати прийнятної якості гвинт, необхідно здійснити ще кілька операцій. Однією з них стала центрування деталі, яка проходить на токарному верстаті. Ходовий гвинт, а точніше, заготівля для цієї деталі центрируется на зазначеному обладнанні і тут же їй підрізають торці. Крім цього, проводиться операція по шліфовці заготовки. Для цього застосовують бесцентрошліфовальние або круглошліфувальні напівавтомати в центрах. Тут важливо додати, що шліфування в центрах здійснюється тільки для гвинтів 0,1 і 2 класу точності.

Далі, перш ніж приступити до нарізки різьблення, заготовку необхідно піддати правці. Тут потрібно відзначити, що цієї операції піддають тільки гвинти з 3-м і 4-м класом точності. Після цього їх поверхню додатково шліфується. Як устаткування для нарізування різьблення на ходовому гвинті використовують токарно-гвинторізний верстат.

Опис гайки гвинта

Гайка ходового гвинта призначається для того, щоб забезпечити точні установочні переміщення. У деяких рідкісних випадках їх можуть виробляти з такого матеріалу, як антифрикційний чавун. Цей елемент повинен забезпечувати постійне зачеплення з витками гвинта, а також виступати в ролі компенсує деталі. Компенсувати доведеться зазор, який неминуче виникне при зносі гвинта. Наприклад, гайки для ходових гвинтів, що використовуються в токарних верстатах, виготовляються здвоєними. Це необхідно для того, щоб прибрати зазор, який може виникнути або внаслідок виробництва та збирання верстата, або в результаті зносу його деталей.

Особливість гвинта з гайкою здвоєного типу в тому, що вона володіє нерухомою і рухомою частиною. Рухома частина, яка є правою, може переміщатися уздовж осі нерухомої частини. Саме це пересування і буде компенсувати зазор. Виробництво гайки здійснюється лише для гвинтів нульового, 1-го і 2-го класу точності. Для їх виготовлення використовують олов'янистими бронзу.

З чого виготовляють гайки і їх знос?

Найбільш поширеними матеріалами для виробництва цього виду деталей стали алюмінієво-залізисті бронзи, за нормами верстатобудування МТ 31-2. Крім цього матеріалу, може також використовуватися антифрикційний чавун, як замінник для невідповідальних

Тут важливо додати, що гайка зношується набагато швидше, ніж безпосередньо ходовий гвинт. Для цього є кілька причин:

• різьблення гайки погано захищена від будь-якого виду забруднень, а також її досить важко очищати від цих непотрібних елементів;
• часто трапляється так, що цей елемент спочатку погано змазується і це сильно позначається на терміні служби;
• при зачепленні гайки з гвинтом виходить так, що у другого елементу працюють одночасно всі витки, а ось у гвинта лише ті, що знаходяться в зчепленні з гайкою.

З цих причин гвинти з гайкою повинні перевірятися частіше, оскільки знос гайки настає досить швидко.

При виборі фрезерного верстата (CNC Router) з чпу визначитеся:

1. з яким матеріалом Ви збираєтеся працювати. Від цього залежать вимоги до жорсткості конструкції фрезерного верстата і її типу.

Наприклад, ЧПУ верстат з фанери дозволить обробляти лише дерево (в тому числі фанеру) і пластики (в тому числі композитні матеріали - пластик з фольгою).

На фрезерному верстаті з алюмінію можна обробляти вже і заготовки кольорових металів, при цьому збільшиться і швидкість обробки виробів з дерева.

Для обробки стали фрезерні верстати з алюмінію не придатні, тут вже потрібні масивні верстати з литою станиною з чавуну, при цьому і обробка кольорових металів на таких фрезерних верстатах буде з більшою ефективністю.

2. з розміром заготовок і розміром робочого поля фрезерного верстата. Це визначає вимоги до механіки верстата з ЧПУ.

При виборі верстата приділіть увагу вивченню механіки верстата, від її вибору залежать можливості верстата, а замінити її без суттєвої переробки конструкції неможливо!

механіка фрезерного ЧПУ верстата з фанери і алюмінію найчастіше однакова. Детальніше нижче по тексту.

Але чим більше розмір робочого поля верстата тим жорсткіші і дорогі напрямні лінійного переміщення будуть потрібні для його складання.

При виборі верстатів для вирішення завдань виготовлення високих деталей, з великими перепадами висот, існує поширена помилка в тому, що досить вибрати верстат з великим робочим ходом по осі Z. Але навіть при великому ході по осі Z, неможливо виготовити деталь з крутими схилами, якщо висота деталі більше робочої довжини фрези, тобто більш 50мм.

Розглянемо пристрій фрезерного верстата і варіанти вибору на прикладі верстатів з ЧПУ серії Моделіст.

A) Вибір конструкції CNC верстата

Існує два варіанти побудови CNC верстатів:

1) конструкції з рухомим столом, малюнок 1.
2) конструкція з рухомим порталом, Малюнок 2.

Малюнок 1 Фрезерний верстат з рухомим столом

переваги конструкції верстата з рухомим столом - це простота реалізації, велика жорсткість верстата з огляду на те, що портал нерухомий і закріплений до рами (основи) верстата.

недолік - великі розміри, В порівнянні з конструкцією з рухомим порталом, і неможливість обробки важких деталей в зв'язку з тим, що рухомий стіл несе на собі деталь. Дана конструкція цілком підходить для обробки дерева і пластиків, тобто легких матеріалів.

малюнок 2 Фрезерний верстат з рухомим порталом (портальний верстат)

перевагиконструкцііфрезерного верстата з рухомим порталом:

Жорсткий стіл, витримує велику вагу заготовки,

Необмежена довжина заготовки,

компактність,

Можливість виконання верстата без столу (наприклад, для установки поворотної осі).

недоліки:

Менша жорсткість конструкції.

Необхідність застосування більш жорстких (і дорогих) напрямних (з огляду на те, що портал "висить" на напрямних, а не закріплений на жорсткій станині верстата, як у конструкції з рухомим столом).

B) Вибір механіки фрезерних верстатів з ЧПУ

Механіка представлена \u200b\u200b(див. Цифри на рис.1, рис.2 і рис.3):

3 - власниками напрямних

4 - лінійними підшипниками або втулками ковзання

5 - опорними підшипниками (для кріплення ходових гвинтів)

6 - ходовими гвинтами

10 - муфтою з'єднання вала ходового гвинта з валом крокових двигунів (ШД)

12 - ходовий гайкою

малюнок 3

Вибір системи лінійного переміщення фрезерного верстата (напрямні - лінійні підшипники, ходовий гвинт - ходова гайка).

Як напрямні можуть використовуватися:

1) роликові напрямні кочення, Малюнок 4,5

малюнок 4

малюнок 5

Цей тип напрямних потрапив в конструкції аматорських лазерів і верстатів з меблевої промисловості, малюнок 6

Недолік - низька здатність навантаження і низький ресурс, оскільки спочатку не призначені для використання в верстатах з великою кількістю переміщень і високими навантаженнями, невисока міцність алюмінієвого профілю напрямних призводить до розвалу, малюнок 5 і як наслідок непереборний люфт, що робить непридатним подальшої використання верстата.

Ще один варіант роликових напрямних, рисунок 7, також не придатний для високих навантажень і тому використовується тільки в лазерних верстатах.

малюнок 7

2) круглі напрямні, Являють собою сталевий вал виготовлений з високоякісної зносостійкої підшипникової сталі зі шліфованою, з поверхневою загартуванням і жорстким хромуванням, показані під цифрою 2 на малюнку 2.

це оптимальне вирішення для аматорських конструкцій, тому що циліндричні направляючі мають достатню жорсткість для обробки м'яких матеріалів при невеликих розмірах верстата з ЧПУ при відносно низькій вартості. Нижче наведено таблицю вибору діаметра циліндричних напрямних в залежності від максимальної довжини і мінімальної величини прогину.

деякі китайські виробники дешевих верстатів встановлюю напрямні носія не були достатнього діаметру, що веде до зниження точності, наприклад, при використанні на верстаті з алюмінію на робочій довжині 400мм напрямних діаметром 16мм призведе до прогину в центрі під власною вагою на 0,3..0,5мм (залежить від ваги порталу).

При правильному виборі діаметру вала, конструкція верстатів з їх використанням виходить досить міцна, велику вагу валів надає конструкції хорошу стійкість, загальну жорсткість конструкції. На верстатах розміром більше метра застосування круглих направляючих вимагає значного збільшення діаметра для збереження мінімального прогину, що робить застосування круглих направляючих невиправдано дорогим і важким рішенням.

Довжина по осі	Верстат з фанери	Верстат з алюмінію для робіт по дереву	Верстат з алюмінію для робіт по алюмінію
200мм	12	12	16	12
300мм	16	16	20	16
400мм	16	20	20	16
600мм	20	25	30	16
900мм	25	30	35	16

3) профільні рейкові напрямні
На зміну полірованим валів на верстатах великого габариту приходять профільні напрямні. Використання опори по всій довжині направляючої дозволяє використовувати напрямні значно менших діаметрів. Але використання даного виду напрямних накладає високі вимоги до жорсткості несучої рами верстата, оскільки станини з листового дюралю або листової сталі самі по собі не є жорсткими. Малий діаметр рейкових направляючих вимагає використання в конструкції верстата толстостенной сталевий проф труби або конструкційного алюмінієвого профілю великого перерізу для отримання необхідної жорсткості і несучої здатності рами верстата.
Використання особливої \u200b\u200bформи профільного рейки дозволяє отримати кращу зносостійкість в порівнянні з іншими типами напрямних.

малюнок 8

4) Циліндричні направляючі на опорі
Циліндричні направляючі на опорі є дешевшим аналогом профільних напрямних.
Також як і профільні вимагають використання в рамі верстати не листових матеріалів, А проф труби великого перерізу.

Переваги - відсутність прогину і відсутність ефекту ресор. Ціна вдвічі вище, ніж у циліндричних напрямних. Їх використання виправдане при довжині переміщення вище 500мм.

рисунок 9 Циліндричні направляючі на опорі

Переміщення можна виконати як на втулках(Тертя ковзання) -рис.10 зліва, так і з використанням лінійних підшипників(Тертя кочення) - Мал. 10 справа.

рисунок 10 Втулки і лінійні підшипники

Недолік втулок ковзання - знос втулок, що приводить до появи люфтів, і підвищене зусилля на подолання тертя ковзання, що вимагає застосування більш потужних і дорогих крокових двигунів (ШД). Їх перевага - низька ціна.

Останнім часом ціна на лінійні підшипники настільки знизилася, що їх вибір економічно доцільний навіть в недорогих хоббійних конструкціях. Перевага лінійних підшипників в меншому коефіцієнті тертя в порівнянні з втулками ковзання, а, відповідно, більша частина потужності крокових моторів йде на корисні переміщення, а не на боротьбу з тертям, що робить можливим застосування моторів меншої потужності.

Для перетворення обертального руху в поступальний на ЧПУ верстаті необхідно застосування гвинтової передачі ( ходового гвинта ). За рахунок обертання гвинта, гайка рухається поступально. У фрезерно-гравірувальних верстатах може застосовуватися гвинтові передачі ковзання і гвинтові передачі кочення .

Недолік гвинтової передачі ковзання - досить велике тертя, що обмежує її використання при великих оборотах і приводить до зносу гайки.

Гвинтові передачі ковзання:

1) метричний гвинт. Гідність метричного гвинта - низька ціна. Недоліки - низька точність, малий крок і низька швидкість переміщення. Максимальна швидкість переміщення гвинта (velocity mm`s per min) виходячи з максимальних обертів ШД (600об / хв). Кращі драйвера збережуть момент аж до 900об / м. При такій швидкості обертання можна отримати лінійне переміщення:

Для гвинта М8 (крок різьби 1,25 мм) - не більше 750мм / хв,

Для гвинта М10 (крок різьби 1,5 мм) - 900мм / хв,

Для гвинта М12 (крок різьби 1,75мм) - 1050мм / хв,

Для гвинта М14 (крок різьби 2,00 мм) - 1200мм / хв.

При максимальних обертах у мотора залишиться близько 30-40% від його спочатку зазначеного моменту, і даний режим використовується виключно для неодружених переміщень.

При роботі на такій низькій подачі підвищені витрати на фрези, вже через кілька годин роботи на фрезах утворюється нагар.

2) трапецеїдальний гвинт. У двадцятому столітті займав лідируюче положення в верстатах для металообробки, до появи ШВП. Гідність - висока точність, великий крок різьблення, а отже, і висока швидкість переміщення. Слід звертати на вигляд обробки, ніж більш гладка і рівна поверхня гвинта тим більший термін служби у передачі гвинт-гайка. Катанниє гвинти мають перевагу перед нарізними гвинтами. Недоліки трапецеидальной передачі гвинт-гайка - досить висока ціна в порівнянні з метричних гвинтом, тертя ковзання вимагає застосування крокових двигунів досить великої потужності. Основне поширення набули гвинти TR10x2 (діаметр 10мм, крок різьблення 2 мм), TR12x3 (діаметр 12мм, крок різьблення 3 мм) і TR16x4 (діаметр 16мм, крок різьблення 4мм). У верстатах маркування такої передачі TR10x2, TR12x3, TR12x4, TR16x4

Гвинтові передачі кочення:

Кулько-гвинтові передача (ШВП).У Шаріко-гвинтовий передачі тертя ковзання замінено на тертя кочення. Для досягнення цього в ШВП гвинт і гайка розділені кульками, які катаються в поглибленнях різьблення гвинта. Рециркуляція кульок забезпечена за допомогою зворотних каналів, які йдуть паралельно осі гвинта.

малюнок 12

ШВП забезпечує можливість роботи при великих навантаженнях, хорошу плавність ходу, значно збільшений ресурс (довговічність) за рахунок зменшення тертя і мастила, збільшений коефіцієнт корисної дії (до 90%) за рахунок меншого тертя. Вона здатна працювати на великих швидкостях, забезпечує виокую точність позиціонування, високу жорсткість і відсутність люфту. Тобто верстати з використанням ШВП мають значно більший ресурс, але мають більш високу ціну.У верстатах мають маркування SFU1605, SFU1610, SFU2005, SFU2010, де SFU -одінарная гайка, DFU - подвійна гайка, перші дві цифри - діаметр гвинта, другі дві - крок різьби.

ходовий гвинт фрезерного верстата може кріпитися таким чином:

1) Конструкція з одним опорним підшипником. Кріплення здійснюється з одного боку гвинта гайкою до опорного підшипника. Друга сторона гвинта через жорстку муфту кріпиться до валу крокового двигуна. Переваги - простота конструкції, недолік - підвищене навантаження на підшипник крокової двигуна.

2) Конструкція з двома опорними підшипниками в розпір. У конструкції використовується два опорних підшипника у внутрішніх сторонах порталу. Недолік конструкції - більш складна реалізація в порівнянні з варіантом 1). Гідність - менші вібрації, якщо гвинт не ідеально рівний.

3) Конструкція з двома опорними підшипниками в натяг. У конструкції використовується два опорних підшипника на зовнішніх сторонах порталу. Переваги - не деформується гвинт, на відміну від другого варіанту. Недолік - більш складна реалізація конструкції, в порівнянні з першим і другим варіантом.

ходові гайки бувають:

Бронзові безлюфтовие. Гідність таких гайок - довговічність. Недоліки - складні у виготовленні (як наслідок - висока ціна) і мають великий коефіцієнт тертя в порівнянні з з гайками з капролона.

КАПРОЛОНОВИЄ безлюфтовие. В даний час капролон набув широкого поширення і все частіше замінює метал в професійних конструкціях. Ходова гайка з графітонаповненого капролона має значно менший коефіцієнт тертя в порівнянні з тією ж бронзою.

рисунок 14 Ходова гайка з графітонаповненого капролона

В гайки кулько-гвинтової пари (ШВП) тертя ковзання замінено на тертя кочення. Переваги - низьке тертя, можливість роботи на високих швидкостях обертання. Недолік - висока ціна.

Вибір сполучної муфти

1) з'єднання з використанням жорсткої муфти. Переваги: \u200b\u200bжорсткі муфти передають більший крутний момент з валу на вал, немає люфту при великих навантаженнях. Недоліки: вимагають точної установки, так як ця муфта не компенсує несоосность і перекіс валів.

2) з'єднання з використанням сильфонні (розрізний) муфти. Перевагою використання сильфонних муфти є те, що її використання дозволяє компенсувати несоосность установки ходового вала і осі крокового двигуна до 0,2 і перекіс до 2,5 градусів, в слідстві чого менше навантаження на підшипник крокової двигуна і більший ресурс крокової двигуна. Вона також дозволяє гасити виникаючі вібрації.

3) з'єднання з використанням кулачковою муфти. Переваги: \u200b\u200bдозволяє гасити виникаючі вібрації, передають більший крутний момент з валу на вал, в порівнянні з розрізної. Недоліки: менша компенсація несоосности, несоосность установки ходового вала і осі крокового двигуна до 0,1 мм і перекіс до 1,0 градуса.

C) Вибір електроніки

Електроніка представлена \u200b\u200b(див. Рис. 1 і 2):

7 - контролером крокових двигунів

8 - блоком живлення контроллера ШД

11 - кроковими двигунами

Існують 4х-провідні, 6-ти провідні та 8-ми провідні крокові двигуни . Всіх їх можна використовувати. У більшості сучасних контролерів підключення здійснюється по чотирьох провідній схемі. Решта провідники не використовуються.

При виборі верстата важливо щоб кроковий двигун був достатньої потужності для переміщення робочого інструмента без втрати кроків, тобто без пропусків. Чим більше крок різьби гвинта тим потужніші будуть потрібні мотори. Звичайно чим більше струм двигуна тим більше і його крутний момент (потужність).

Багато мотори мають 8 висновків для кожної полуобмоткі окремо - це дозволяє підключити мотор з послідовно з'єднаними обмотками або паралельно. При паралельно з'єднаних обмотках вам буде потрібно драйвер на в два рази більший струм, ніж при послідовно з'єднаних обмотках, але при цьому буде досить в два рази меншої напруги.

При послідовному навпаки - для досягнення номінального моменту потрібно в два рази менший струм, але для досягнення максимальних обертів - в два рази більша напруга.

Величина переміщення за один крок, зазвичай, 1,8 градуса.

Для 1,8 виходить 200 кроків на один повний оборот. Відповідно для обчислення величини кількість кроків на мм ( «Кроків на мм» (Step per mm)) Користуємося формулою: к-ть кроків на оборот / крок гвинта. Для гвинта з кроком 2 мм отримаємо: 200/2 \u003d 100 кроків / мм.

вибір контролера

1) DSP контролери. Переваги - можливість вибору портів (LPT, USB, Ethernet) і незалежність частот сигналів STEP і DIR від роботи операційної системи. Недоліки - висока ціна (від 10 000 руб.).

2) Контролери від китайських виробників для аматорських верстатів. Переваги - низька ціна (від 2500 руб.). Недолік - підвищені вимоги до стабільності роботи операційної системи, вимагає дотримання певних правил настройки, переважно використання виділеного комп'ютера, доступні тільки версії LPT.

3) Аматорські конструкції контролерів на дискретних елементах. Низька ціна китайських контролерів витісняє аматорські конструкції.

Найбільшого поширення в аматорських конструкціях верстатів отримали китайські контролери.

Вибір блоку живлення

Для двигунів Nema17 необхідний блок живлення не менше 150Вт

Для двигунів Nema23 необхідний блок живлення не менше 200Вт

«Був би верстат, а що на ньому робити знайдеться», «Зробимо, подивимося, що вийде, тоді й побачимо», «Просто цікаво», «Ні лобзиком, ні напилком пиляти не вмію, ось, нехай верстат і пиляє», « цікава сама проблема і процес її рішення »,« Хочу верстат, щоб напіліть на ньому багато КИТ-ів і заробити багато грошей »і т.д. і т.п. Подібні спонукальні мотиви для того, щоб затіяти будівництво такого складного і дорогого пристрою, як верстат ЧПУ, не серйозні, хоча й поширені.

Моя спонукальна причина не збіглася з жодною з перерахованих. Я знав, що буду робити на верстаті - пиляти бальзового деталі для своїх літаків. А чому на ЧПУ? А тому що втомився руками і довго занадто. Наприклад, ось фото консолей верхнього крила і стабілізатора копії літака І-5, спроектовані під верстат ЧПУ і цілком на ньому випиляні.

Це моя перша модель, яка проектується виключно під ЧПУ. Нервюри - бальзам 1,5 мм, все на шипах, 80% деталей - унікальні. Вручну таке робити - запаришся, та мабуть, і не зробити. А уявляєте, грохнути таку модель в першому польоті? Або в другому? Посивієш! А тут, взяв і випиляв нове крильце, або, там, стабілізатор ....

Ну добре. А верстат-то навіщо? Хоч куди плюнь - контора з лазерною різкою! Віддав файли, отримав деталі, і не дорого. Так, це так, якщо штампувати КИТ-и, але не в процесі розробки. Конторам потрібні обсяги, їм не цікаво різати 2-3 деталі, вони навіть 10 деталей різати не будуть, їм подавай 10 стандартних листів. Та й не набігає до них.

Спроектувати від і до, а потім з листа нарізати лазером, щоб все ідеально збіглося, можна тільки просту модель, Але не копію. Може комусь це і вдається, але не мені. Сконструював вузол, нарізав, склеїв, покрутив у руках, виправив що не подобається, рушив далі - ось мій підхід. А для цього верстат повинен стояти вдома.

Читаючи форум, присвячений верстатів ЧПУ на нашому сайті, я прийшов до висновку, що бажаючих побудувати верстат хоч греблю гати. Але якщо з електронікою і програмами народ, в загальному і цілому, дружить, принаймні є розуміння, що і як робити, то з механічною частиною верстата - труба. Завдання статті - ввести цікавляться в курс справи на прикладі проектування конкретного верстата. Хочеться, щоб питання на форумах були більш осмисленими і грунтувалися на реальних фактах, а не на домислах. У мене немає завдання повчати і вказувати, як саме ВАМ будувати СВІЙ верстат. Ви можете прийняти мої рекомендації до відома, а можете проігнорувати, це ваше право.

У цій статті ані слова не буде сказано про електроніку і програми. І не тільки по тому, що це тема окремої статті, яку, можливо, хтось напише. Не хочу нікого образити, але, по-моєму, сьогодні електроніка - не проблема. На відміну від механіки її можна досить легко купити в повному обсязі - підключив і запрацювало, і вартість її складає не більше чверті всіх витрат на верстат. А ось механіка прийнятної якості за прийнятною ціною - проблема. Хочеться, щоб у людей крім бажання - хочу верстат ЧПУ, було ще і розуміння, що за цим стоїть.

Задаємо технічні характеристики

призначення

1. Як вже було сказано, верстат потрібен головним чином для фрезерування бальзових пластин - вирізання з них деталей моделей літаків. З цього матеріалу верстат повинен мати максимальну продуктивність. Крім бальзам буде фрезеруватися будівельна та авіаційна фанера, дерево, пластик, склотекстоліт і карбон. Точність верстата по перерахованим матеріалами повинна бути не гірше 0,1 мм на максимальній довжині.
2. Крім неметалів верстат повинен добре різати алюмінієві сплави фрезами діаметром до 3 мм з подачами 150 ... 250 мм / хв, при заглибленні до 2 мм. Точність при фрезеруванні алюмінієвих сплавів повинна бути в районі 0,05 мм на площі 150х150 мм.
3. Фрезерування стали не передбачається, крім окремих випадків, при цьому швидкість і точність не регламентується.
4. Повинна бути можливість 3D фрезерування моделей і матриць з неметалічних матеріалів для виклейкі і формування крил, капотів, ліхтарів і т.п.

Оптимально, малогабаритний настільний верстат під перераховані завдання повинен мати рамкову конструкцію.

Зусилля різання і кроковий двигун

Має місце оману, що при фрезеруванні потрібно тиснути на фрезу, щоб вона краще різала. Це не правильно. Згадайте випилювання лобзиком, трохи натиснув - пилка зламалася. Швидкість випилювання залежить від того, як швидко ви будете робити зворотно-поступальні рухи лобзиком, і від гостроти пилки. При фрезеруванні тонкими фрезами спостерігається та ж сама картина, поставив неправильні режими різання - фреза зламалася. Тому будемо розраховувати на гострий якісний інструмент і оптимальні режими різання. При цих умовах навантаження на шпиндель і реакції в опорах очікуються невеликі, в межах декількох кілограмів.

Розраховувати ці кілограми за формулами не обов'язково. Ви легко і наочно можете оцінити максимально можливі зусилля прямо голими руками. Для цього візьміть тонку кінцеву фрезу діаметром 1 мм і постарайтеся зламати її в руках. Ви здивуєтеся, наскільки легко вам це вдасться. Фрезу діаметром 3 мм в руках зламати важче, але все одно зусилля ці не фантастична. Руйнування фрези при перевищенні допустимих навантажень і буде тим запобіжником, який вбереже наш верстат від критичних напружень і виходу з ладу. Жорсткість верстата повинна бути розрахована на ці навантаження бажано з подвійним запасом.

Потужність крокової двигуна в основному потрібна не для різання, а для подолання сил тертя в напрямних і гвинтовий парі, а сили ці залежать від якості виготовлення, зазорів, перекосів і наявності мастила. Розрахувати ці сили можна, методики існують, але чим менше за розмірами механізм, тим менше достовірні виходять результати. Так що вибір двигуна для верстата по потужності це таке ж шаманство, як і вибір мотора для моделі літака з ДВС: потягне - не потягне, з запасом - на межі, тобто з досвіду або на основі аналізу прототипів.

Крокових двигунів на ринку навалом. Вибрати відповідні з цього достатку не просто. Тому розберемося на ті движки, які найчастіше застосовуються в подібній техніці - радянські індукторні крокові двигуни ДШМ-200-3 або ДШМ-200-2. Розрізняються вони по потужності. Є ще ДШМ-200-1, але він відверто слабкий. ДШМ-200 хороші мотори, якщо пощастить, то можна знайти ці движки з індексом ОС (особлива серія, військове приймання), якість їх виготовлення краще, але і звичайні цілком на рівні.

Ось технічні характеристики двигуна ДШМ-200-3 (в дужках значення для ДШМ-200-2):

• Максимальний статичний момент, нт - 0,84 (0,46).
• Одиничний крок, град - 1,8 (1,8).
• Похибка обробки кроку,% - 3 (3).
• Максимальна частота прийомистості, Гц - 1000 (1000).
• Струм живлення в фазі, А - 1,5 (1,5).
• Напруга живлення, В - 30 (30)
• Споживана потужність, Вт - 16,7 (11,8).
• Маса, кг - 0,91 (0,54).

точність

Часто плутають роздільну здатність позиціонування і точність фрезерування. Роздільна здатність залежить від вибору крокової двигуна і види трансмісії. Наприклад, кроковий двигун ДШМ-200-3 при роботі в оптимальному полушаговом режимі робить 400 кроків за оборот. Отже, якщо застосувати кручені передачу з кроком гвинта 2 мм, то за один крок робочий орган пересунеться на 2/400 \u003d 0,005 мм, тобто на 5 мікрон. При кроці 3 мм - 3/400 \u003d 0,0075 мм, тобто далі на 2.5 мкм, але зате і швидкість буде на третину вище.

Якщо використовувати передачу з зубчастим ременем, картина виходить така. Мінімально можливий (з конструктивних міркувань) середній діаметр ведучого зубчастого колеса - 14 мм. Значить, за один оборот шлях виходить 3,14 * 14 \u003d 43,96 мм, тобто переміщення за 1 крок буде 43,96 / 400 \u003d 0,11 мм. Для бальзам прийнятно, зі скрипом, звичайно, але можна було б змиритися, якби це було все. Але це, на жаль, не всі.

Для отримання точності фрезерування, до значення дозволу слід приплюсувати технологічні люфти в напрямних і трансмісії, а так же значення переміщень внаслідок пружних деформацій, обумовлених загальною жорсткістю верстата. Люфти можна розрахувати, а ось із загальною жорсткістю складніше. Розрахувати її неможливо.

При серійному виробництві спочатку проектується і виготовляється дослідний зразок (як правило, на основі прототипу, тобто іншого верстата). Потім верстат відчувають, виробляють ретельні виміри, і дивляться, відповідає його точність вимогам ТЗ чи ні. Якщо немає відповіді, то конструкцію аналізують, визначають проблемні місця, де треба підсилюють жорсткість, проводять зміни в конструкторської документації і запускають установчу серію. Процес повторюється вже на кількох примірниках. Така процедура називається доведенням верстата.

Любительська конструкція теж в деякому роді дослідний екземпляр, але, на жаль, він же виявляється і остаточним. Це змушує при конструюванні закладати в силову схему верстата свідомо надлишкову жорсткість. Не треба цього боятися. Тут краще перестрахуватися. Прагнення створити витончену й оригінальну конструкцію може зіграти з конструктором злий жарт. Верстат може вийти не жорстким, а другої спроби може і не бути - занадто дорого.

Помилково розуміється «доведення» верстата - виправлення помилок в силовій схемі привинчивания додаткових куточків, косинок і ребер - результату не дає. Це те ж саме, що лікувати зуби таблетками - настає тимчасове полегшення, а потім стає ще гірше. Навчити робити надійні, жорсткі конструкції неможливо. Конструкцію треба відчувати, це приходить з досвідом точно так же, як водій з досвідом починає відчувати автомобіль.

Якщо ви хочете побудувати надійний і довговічний верстат для повсякденного використання, а не для демонстрації важливих повноважень, але досвіду конструювання у вас недостатньо, не спокушайте долю, візьміть за основу перевірений прототип, це заощадить і нерви, і час, і гроші.

Якщо ви все ж вирішили розробити конструкцію верстата самі, дотримуйтеся декількох простих правил:

• Не економте на жорсткості. У сумнівних випадках перестраховуються. Дотримуйтеся принципу равнопрочності і равножесткості.
• У силовому каркасі верстата всюди, де це тільки можливо, застосовуйте глухі і пресові посадки або штифти, тому що просте болтове з'єднання жорсткості не дає.
• Не забувайте про те, що в середньому, при крученні жорсткість пропорційна квадрату розмірів перетину, а при вигині - четвертого ступеня, тобто при збільшенні розмірів перетину деталі в два рази, її жорсткість збільшується в шістнадцять разів.
• Не захоплюйтеся ребрами. Монолітна алюмінієва деталь жорсткіше, ніж рівна їй по міцності і вазі сталева, але обребрена.

Але ми відволіклися. Точність верстата декларується в технічному завданні на конструювання виходячи із завдань, які будуть виконуватися на верстаті. Ось і ми задекларували точність в межах 0,05 мм на робочій площі фрезерування, обмеженому розмірами 150х150 мм. Зусиль щоб забезпечити. Коли верстат буде готовий, подивимося, що реально вийшло, а поки проведемо деякі оцінки.

Перше. Привід з зубчастим ременем не годиться по роздільної здатності. Значить гвинт. З точки зору вирішення, крок гвинта 2 або 3 мм не є принциповим, і той і інший підходить. До речі, ще одна поширена помилка - чим менше крок гвинта, тим вище точність верстата. Вище стає дозвіл позиціонування, але не точність фрезерування.

Друге. Очевидно, найбільш навантажені напрямні біля верстата по осі Х. Вага каретки Х очікується в межах 5 кг, очікувані зусилля різання 2 ... 3 кг. При таких навантаженнях дві циліндричні направляючі діаметром 16 мм, довжиною 700 мм, зроблені з заклеєною стали 40Х, матимуть стрілу прогину близько 2-3 мкм. Нехай навіть 5 мкм, все одно це цілком прийнятно.

Третє. Будемо вважати, що ми зуміємо забезпечити жорсткість корпусних деталей каретки Х такий, при якій не буде помітних деформацій від зусиль різання. Тоді вся похибка (близько 0,04 мм) залишиться на люфти, в основному на люфти в гвинтових парах і на похибки виготовлення ходових гвинтів.

Вельми жорсткі вимоги, по суті, це максимум, що можна отримати від саморобного верстата. Вся ж площа фрезерування, то якщо ми вкладемося в 0,1 мм на довжині 700 мм, це буде просто супер.

У приводі з зубчастим ременем накопичена помилка гвинта відсутня, але ремінь тільки умовно не тягнеться, насправді він тягнеться, тому точність фрезерування з ним невисока і рідко буває краще 0,25 ... 0,3 мм на довжині 700 мм.

швидкість

У верстата є дві швидкості - швидкість переміщення шпинделя під час фрезерування (подача) і швидкість холостого ходу (позиціонування). Перша задається за умовами різання і може змінюватися в широкому діапазоні, друга повинна бути максимально можливою. Очевидно, що якщо максимально можлива швидкість буде нижче, ніж оптимальна подача при фрезеруванні матеріалу, на який верстат розрахований, продуктивність верстата буде недостатня.

Для бальзам оптимальні режими фрезерування такі:

• Товщина листа від 1 до 2 мм - фреза діаметром 0,6 мм (0,8 мм); подача 600 мм / хв; швидкість 40000 ... 50000 об / хв.
• Товщина листа від 2 до 6 мм - фреза 0,8 мм; подача 500 мм / хв при тій же швидкості;

Для інших матеріалів подачі менше. Швидкість залежить від шпинделя. Навіть якщо сьогодні у мене немає шпинделя на 50000 об / хв, можливо, він з'явиться завтра, тому верстат треба робити на подачі 500 ... 600 мм / хв.

ДШМ-200-3 має частоту приемистости 1000 Гц, в полушаговом режимі це 150 об / хв, значить, максимальна подача з гвинтом кроком 3 мм буде 450 мм / хв. Трохи не дотягує до оптимального режиму. З гвинтом кроком 2 мм подача буде і того менше, всього 300 мм / хв, що явно не достатньо. При роботі двигуна в звичайному режимі максимальна швидкість виходить 900 мм / хв, але точність позиціонування падає до 0,015 мм. Для бальзам згодиться, для алюмінію немає.

Розмір робочої області фрезерування

Як то кажуть, розмір має значення, і не тільки в плані розміщення заготовки оптимальної площі (100х1000 для бальзам, 300х500 для бальзової фанери). Від розміру робочої площини фрезерування дуже сильно залежить вартість верстата, особливо якщо застосовувати гвинтові передачу. Тут потрібен компроміс. Для себе я знайшов цей компроміс - 700х300х70 мм. У вас ці розміри можуть бути інші.

Підшипники ковзання та направляючі

Для порівняно точних малогабаритних верстатів типу того, який ми конструюємо, альтернативу круглим сталевим направляє з підшипниками ковзання знайти важко. По крайней мере, в тій ціновій категорії, на яку ми розраховуємо.

Останнім часом з'явилося велика кількість кулькових лінійних підшипників різних видів. Чесно кажучи, мені не зрозумілі причини їх зростаючої популярності. Крім єдиного гідності - надзвичайній легкості ходу (а значить, можливості застосувати менш потужні двигуни), у них суцільні недоліки. Головні з яких - невисока точність і підвищені вимоги до середовища, в якій вони працюють. Всілякі конструктивні хитрощі для захисту таких підшипників від пилу, бруду і стружок рятують погано. Крім того, будь-яка додаткова деталь в підшипниковому вузлі, будь то манжета, скребок або щіточка, крім збільшення вартості вносить в вузол елемент ненадійності.

З цих же причин знімемо з розгляду всілякі конструктивні схеми, що використовують рейки і коліщатка у вигляді кулькових підшипників, як несерйозні для верстата заданої точності, і впритул розглянемо опори ковзання.

Підшипники ковзання мають малі радіальні розміри і масу, виготовлення їх не вимагає спеціального обладнання, Вони можуть нести великі навантаження при великих швидкостях. Але в нашому випадку важливо не це, важливо інше їх велика перевага - вони безшумні і мають високу демпфирующей здатністю при впливі циклічних і ударних навантажень.

матеріали

При виборі матеріалу для підшипників ковзання будемо орієнтуватися на доступні матеріали, що мають хороші характеристики тертя для наших умов експлуатації. А умови ці наступні:

Швидкість ковзання 0,2 ... 5 м / с.

Вид тертя - напівсухе - поверхні направляючої і підшипника стикаються повністю або на ділянках великої протяжності. Розділовий масляний шар відсутній. Масло знаходиться на поверхнях тільки у вигляді адсорбированной плівки.

Мастило періодична.

Для напрямних підвищеної точності, як у нашому випадку, особливу увагу слід приділити плавності ходу, яка залежить, перш за все, від відмінності коефіцієнтів тертя спокою і тертя ковзання (як без змащення, так і при слабкій мастилі). Ця характеристика особливо важлива для нас, тому що застосовуємо ми кроковий двигун, і каретки по напрямних будуть рухатися хоч мізерними, але ривками.

Після нескладних пошуків вийшов ось такий список доступних і прийнятних за плавності ходу (при слабкій мастилі) матеріалів з коефіцієнтами тертя по сталевому валу:

• Сірий чавун - 0,15 ... 0,2.
• Антифрикційний чавун - 0,12 ... 0,15.
• Бронза - 0,1 ... 0,15.
• Текстоліт - 0,15 ... 0,25.
• Поліаміди, капрон - 0,15 ... 0,2.
• Нейлон - 0,1 ... 0,2.
• Фторопласт без змащення - 0,04 ... 0,06.
• Гума при мастилі водою - 0,02 ... 0,06.

В принципі, для підшипників можна використовувати будь-який з перерахованих вище матеріалів, крім гуми, яка приведена для порівняння, і чавуну, який відкинемо як матеріал для домашнього верстата екзотичний. Прямо скажемо, вибір не великий. За великим рахунком, він зводиться до наступного - метал (бронза) або неметалл (усі вказані, крім гуми).

Про себе я вже давно вибрав бронзу - рішення перевірене, можна сказати стандартне, широко застосовується, і не потребує докладних обгрунтуваннях. Але для порядку розглянемо й інші варіанти.

неметалічні підшипники

Нічого проти неметалічних підшипників не маю. Якби з яких-небудь причин мені була б недоступна бронза (правда, сьогодні важко уявити собі такі причини), я б вибрав для підшипників текстоліт. Текстолітові підшипники виготовляють з багатошарової шифон тканини, просоченої бакелітом і обпресувати під тиском приблизно 1000 кг / см2, при 150 ... 180 градусів. Вони працюють краще, якщо шари розташовані перпендикулярно поверхні тертя. Текстолит можна обробляти твердосплавним інструментом при малих подачах і високих швидкостях різання з досить жорсткими допусками.

Капрон і нейлон добре працюють при недостатньому мастилі або без змащення взагалі. Але, як і всі поліаміди погано піддаються механічній обробці. Капронові і нейлонові підшипники виготовляються прес-литтям в металевих формах з точністю розмірів в межах декількох сотих міліметра. При виготовленні з потрібними допусками на універсальному обробному устаткуванні можуть виникнути проблеми - не візьметься ніхто.

Фторопласт (Тефлон) відмінний матеріал, але, на жаль, не дуже хороший для виготовлення підшипників внаслідок м'якості, великого коефіцієнта лінійного розширення, холодної повзучості (виникнення залишкових деформацій під тривалим впливом порівняно невеликих напруг), і повною незмочуваність маслом.

Всі неметалеві підшипники застосовують в поєднанні з направляючими підвищеної твердості (\u003e HRC 50). При цьому умови вони виявляють високу зносостійкість. Вимога підвищеної твердості напрямних це не недолік неметалічних підшипників, це даність. До речі і для бронзових втулок теж непогано шуткують напрямну.

ресурс

Що стосується ресурсу підшипників, то тут повинні прийматися в розрахунок наступні міркування. Якщо ми прийняли принцип равнопрочності і равножесткості, як основоположну концепцію при конструюванні, ніщо не заважає прийняти такий же принцип по відношенню до ресурсу основних вузлів. Що я маю на увазі? Основними вузлами нашого верстата є ходові гвинти з гайками і напрямні. Логічно зробити їх таким чином, щоб ресурс гвинтової пари був порівнянний з ресурсом підшипників ковзання. Тобто встановивши підшипники один раз, вони повинні пропрацювати весь час, поки функціонують гвинти і гайки. Після виходу гвинтових пар з ладу, верстата потрібно капітальний ремонт, в цей момент можна і підшипники замінити. Робити заміну раніше недоцільно, ставити підшипники, які переживуть не тільки кручені пару, але і нас з вами - теж.

Відомо, що звичайна гвинтова пара зі сталевим ходовим гвинтом і бронзової гайкою служить дуже довго. При належному виборі параметрів і якісному виготовленні, такі вузли працюють роками кожен день в три зміни. Не думаю, що мій верстат буде завантажений подібним чином. Однак точно розрахувати ресурс неможливо. Можна прогнозувати, грунтуючись на досвіді і знанні предмета. Я думаю, що в даному випадку гвинтова пара послужить близько 8 років, навіть з урахуванням того, що я буду пиляти на верстаті КИТ-и. За цей час багато води витече, і верстат морально застаріє, і технології нові з'являться, і вартість виробництва можливо впаде. Може і ремонтувати сенсу не буде.

Очевидно, що пара сталевий гвинт - бронзова гайка працює в куди більш жорстких умовах, ніж сталева напрямна - бронзовий підшипник, а значить, теоретично підшипник матиме свідомо більший ресурс. Але якщо зазор, що з'являється в результаті вироблення різьблення в гайці регулюється, то зазор в бронзовій втулці підшипника - немає. Тому приймемо (не зі стелі, а на підставі аналізу прототипів і з великою часткою ймовірності), що гвинт і бронзовий підшипник матимуть приблизно однаковий ресурс.

Чи проживе стільки ж неметаллический підшипник? Не впевнений. Може проживе, а може і ні. В принципі не смертельно, можна передбачити змінні вкладиші, але це здорожує підшипниковий вузол, а крім того, вклавши великі гроші в виготовлення верстата, не хочеться спочатку закладати геморой із заміною підшипників.

приймаємо рішення

З огляду на вищесказане, при конструюванні напрямних можна прийняти наступне технічне рішення по реалізації підшипникового вузла:

• отвори в корпусах під втулки свердлимо з мінімальними вимогами до допускам форми і розташування поверхонь (тобто досить грубо);
• наглухо запресовувати в корпусні деталі бронзові втулки підшипників ковзання з припуском по внутрішньому діаметру;
• розточуємо втулки під напрямні в складі корпусів з розрахунковими допусками.

Вже зараз можна сказати, що таке рішення бачиться доцільним, але все-таки розглянемо й інші варіанти.

Перше, що спадає на думку - навіщо робити бронзові втулки, а потім їх запресовувати і розточувати, коли на ринку повно готових гільз підшипників ковзання, з куди більш кращими властивостями, ніж чиста бронза, наприклад, металофторопластова підшипники ковзання? Чи не простіше їх купити і точно так же запресувати?

Розберемося. Металофторопластова підшипник являє собою сталеву гільзу з вакуумної просоченням тефлон-свинцевої композицією, диспергує в рідини пористого антифрикционного шару з спечних бронзових сплавів. Саме по собі поєднання бронзи і фторопласта заманливо і обіцяє значні вигоди за властивостями. Так воно і є. Металофторопластова підшипник при малих швидкостях і сухому (!) Терті допускає дуже великі навантаження (до 350 МПа) і зберігає працездатність в інтервалі температур від -20 до +280 градусів. Але, при навантаженнях в межах 0,1 ... 10 МПа і швидкостях ковзання 0,2 ... 5 м / с (як у нас) коефіцієнт тертя може змінюватися від 0,1 до 0,2, тобто бути в межах звичайних підшипникових матеріалів при граничній мастилі. Виходить те ж саме, що ставити литі диски на колеса вухатого Запорожця - можна, звичайно, тільки сенсу немає.

Тоді може бути, ми виграємо в точності, спростимо механічну обробку і тим самим заощадимо? Теж немає. Якщо в першому випадку ми точно розточуємо бронзову втулку, то в другому, точно розточувати доведеться посадочне місце під гільзу в корпусі, тобто дорогу операцію на хорошому розточувальному верстаті ми не виключаємо. Мало того, в розрахунок розмірних ланцюгів включаються допуску несоосности, биття, некруглої і ін. Самої покупної гільзи, які доведеться враховувати, за умови, що допуску ці відомі і достовірні, тобто це хороші дорогі підшипники, а не гільзи невідомого походження - 3 рубля за мішок. У підсумку, все це точності нашому верстата ніяк не додавати, скоріше навпаки.

Вартість бронзової втулки, яка представляє собою просто шматок труби - 50 рублів, а хорошого металофторопластова підшипника - близько $ 10. Підшипників цих потрібно 12 штук. Порахуйте самі, скільки ми переплачуємо, практично нічого не купуючи. Те ж саме можна сказати щодо інших можливих варіантів покупних підшипників ковзання - переплачуємо, а вигода не очевидна.

Ну, а якщо бронзи немає? А ось це, вибачте, повна фігня. Якщо ви маєте доступ до пристойному верстатного парку і затіяли дорогий проект, то годі й шукати шматок бронзи для дванадцяти невеликих втулок і чотирьох ходових гайок, просто смішно!

З чого робити і як?

До сих пір ми весь час говорили: «сталь», «бронза» .... А яка сталь і яка бронза, конкретно?

При наших вимогах до зносостійкості (кожен день в три зміни працювати не будемо) і невисоких вимогах до стабільності сил тертя, вибір марок сталі і бронзи, а також термообробка сталевих напрямних істотного значення не мають. Тому, якщо мені подзвонять з заводу і запитають: «Такий бронзи (стали), яку ви записали в кресленні, у нас немає. Можна ми зробимо заміну на ...? ». Я відразу і без тіні сумніву відповім: «Можна! Аби це була дійсно бронза, а сталь була із середнім вмістом вуглецю. Наприклад, стали 30, 40 або 45 ».

Але в кресленні все-таки треба щось записати, і записати треба найкращий варіант. Погіршити завжди встигну. Для втулок підшипників ковзання добре підходять олов'яні фосфористі (БрОФ10-1) і цинкові (БрОЦС5-7-12, БрОЦС6-6-3) бронзи. Безолов'яні бронзи (БрАЖ9-4, БрС30) краще працюють з гладко обробленими загартованими напрямними, тому в будь-якому випадку напрямні треба загартувати до твердості 40 ... 50 HRC і відполірувати з шорсткістю Ra 0,63.Мало чи з чого в підсумку наріжуть втулки. Внутрішню поверхню втулок полірувати не треба, але шорсткість у неї повинна бути не гірше Ra1,25.

Не будемо забувати про те, що у нас крім підшипникових втулок є ще бронзові ходові гайки. Там вимоги до матеріалу жорсткіше, але для нашого випадку не набагато. Має сенс уніфікувати матеріал для ходових гайок і втулок ковзання.

Що стосується геометрії і зазорів, то тут вольностей краще не допускати. Для забезпечення працездатності нашого вироби при заданою точністю максимальний гарантований зазор між втулкою і направляючої (діаметр 16 мм) повинен бути порядку 0,034 мм, що відповідає ходової посадці по 7-му квалітету (Н8 / f7).

На практиці, при штучному (Несерійний) виготовленні надходять так. Спочатку растачивают, запресовані в корпусах втулки, з потрібними допусками форми і розташування поверхонь, потім точно вимірюють отримані отвори, і тільки потім шліфують напрямні до розміру, що забезпечує необхідний зазор. Потім все це справа маркують, щоб в подальшому не переплутати які корпусу, по яким напрямних ковзають.

Крім зазору важливий параметр підшипникової втулки - її довжина. Вірніше не довжина, як така, а відношення довжини до діаметру (l / d). Відомо що несуча здатність підшипника пропорційна квадрату відносини l / d. З огляду на позитивний і негативний вплив l / d на несучу здатність, найчастіше дотримуються середніх значень l / d \u003d 0,8 ... 1,2. При діаметрі направляючої 16 мм діапазон довжин втулок - 12,8 ... 19.2 мм. Однак в нашій конструкції несуча здатність підшипника турбує мало, навантаження у нас невеликі. Більше турбує чутливість втулки до перекосів. Очевидно, чим менше відношення l / d, тим менше ця чутливість. Тому довжину втулки краще вибрати ближче до 13 мм, ніж до 20.

І останнє зауваження. Що робити якщо не виходить виконати всі наведені в цьому розділі рекомендації? Кинути цю справу і не паритися? Ну, чому ж, просто треба бути готовим до того, що в результаті якість виробу (верстата) постраждає. Тільки і всього. А раптом не постраждає? Постраждає, постраждає, питання в тому наскільки? А ось це з точністю ніхто не скаже. Питання типу: «А що буде, якщо бронзу замінити латунню, або взагалі зробити пару ковзання - сталь по сталі?» - не має сенсу. Спробуйте, зробіть, потім розкажете. Ясно одне - буде гірше. До речі, в невідповідальних напрямних невисокої точності пара ковзання сталь-сталь допускається, при цьому деталі пари повинні мати різну твердість, наприклад, напрямна загартована, а втулка, навпаки, відпущена.

Ходові гвинти і гайки

Практично, тут можуть бути тільки два варіанти - класичний сталевий ходовий гвинт з бронзовою гайкою, забезпеченою пристроєм компенсації люфту, або шарико передача (ШВП).

Гвинтові передача з тертям ковзання

Майже всі загальні міркування, висловлені в попередньому розділі щодо вибору матеріалів для напрямних і підшипників ковзання, справедливі і для гвинтової передачі з тертям ковзання, повторюватися немає сенсу. Розглянемо ще одну важливу властивість гвинтової пари, яке може мати велике значення стосовно нашого випадку, а саме - демпфуючу здатність гвинтової передачі тертя ковзання.

Кроковим двигунів властивий небажаний ефект, званий резонансом. Ефект проявляється у вигляді раптового падіння моменту на деяких швидкостях. Це може привести до пропуску кроків і втрати синхронності. Ефект проявляється в тому випадку, якщо частота кроків збігається з власною резонансною частотою ротора. Боротьбу з цим ефектом можна вести за двома напрямками. Електронними методами, наприклад переходом на мікрошаговий режим роботи двигуна (або на рівні алгоритму роботи драйвера), і організацією механічного демпфування.

Прикро, зробивши або купивши контролер і побудувавши верстат, нарватися на явище резонансу. Тому потрібно заздалегідь подбати про те, щоб при розгоні і гальмуванні двигуна безболісно пройти резонансну частоту. Перехід на мікрошаговий режим не завжди прийнятний через різку втрату швидкості і моменту на валу. Так, якщо і прийнятний, ніколи не шкідливо мати на увазі механічне демпфірування.

Резонансна частота визначається за формулою F 0 \u003d (N * T H / (J R + J L)) 0.5 / 4 * pi,

• F0 - резонансна частота,
• N - число повних кроків на оборот,
• TH - момент утримання для використовуваного способу управління і струму фаз,
• JR - момент інерції ротора,
• JL - момент інерції навантаження.

З формули видно, що резонанс у великій мірі залежить від підключеної до двигуна навантаження. Очевидно, що при жорсткому кріпленні ходового гвинта до валу двигуна сумарний момент інерції системи істотно зросте, що зрушує резонанс в область більш низьких частот, на яких добре проявляються демпфирующие властивості в'язкого тертя в витках ходової різьблення. Вибираючи число витків, і регулюючи в різьбі зазор (натяг) можна домогтися усунення симптомів резонансу.

Ось тут багато що залежить від матеріалу гайки. Потрібна хороша адсорбція масла до матеріалу. Наприклад, фторопластовая гайка не може служити демпфером через повну незмочуваність маслом. Капрон, в цьому сенсі, поводиться краще, але теж не дуже добре. З неметалів найкраще підходить текстоліт, який з маслом дружить. Бронза хороша зі всіх сторін.

ходовий гвинт

Ходові гвинти розраховують на міцність зносостійкість і стійкість. Міцність і ККД нас цікавить мало. Зносостійкість цікавить в плані визначення середнього тиску на робочих поверхнях різьблення і вибору висоти витка. А ось, виходячи з розрахунку на стійкість, ми повинні визначити діаметр гвинта при заданій довжині і обраної схемою закріплення гвинта в опорах. Схему цю теж треба вибрати.

Не буду тут надувати щоки, робити розумний вигляд і втомлювати вас розрахунками по хитрим формулами. Тим більше що сам я, хоча і вмію це робити, давно вже такі речі не розраховую. Наш верстат це не домкрат з наполегливої \u200b\u200bвантажний різьбленням на задану багатотонну навантаження, а точний механічний прилад. Вибір геометричних параметрів гвинта можна, і потрібно, виробляти на основі аналізу прототипів. Якщо ви проаналізуєте (аналізувати потрібно промислове обладнання, А не саморобки) велика кількість аналогічних верстатів і приладів такої схеми, то виявите наступне:

• Опори гвинта: один кінець закріплений жорстко, інший спирається прямо на кроковий двигун.
• Мінімальний діаметр гвинта: 12 мм при довжині до 700 мм, 16 мм при довжині до 1200 мм.
• Профіль різьби: трапеціодільний або стрічковий (з прямокутним профілем).
• При кроці 3 мм висота профілю різьби 1,5 мм.

Можна провести розрахунки конкретно для нашого верстата і переконатися в цьому, але час шкода. При конструюванні основну увагу потрібно приділити матеріалами і технології що в даному випадку набагато важливіше. Далі будуть викладені технічні вимоги до гвинтів. До їх виконання слід прагнути, але зробити це не завжди можливо і досить дорого. Тут необхідно шукати компроміси. Чим можна поступитися, а чим не можна питання складне і вирішується кожним конструктором по-різному, відповідно до своїх уподобань. Чи не наполягаючи на своїй думці, наведу основні вимоги, як це повинно бути насправді.

Для термічно необроблених ходових гвинтів нормальної і підвищеної точності найкращим матеріалом є гарячекатана сталь А40Г. Застосовують також сталь 45 і 40Х поліпшену. В цьому випадку матеріал напрямних можна уніфікувати з матеріалом гвинта.

У разі остаточної обробки гвинта різцем застосовують сталь У10А, яку отжигают на твердість 197 НВ.

Для гартованих і шліфованих за профілем різьблення гвинтів застосовують сталь марок 40ХГ і 65Г, яка має високу зносостійкість. Цей варіант для домашнього верстата занадто крутий, а ось ШВП, до речі, тільки так і роблять.

Допустимі відхилення гвинтів:

1. Найбільша допускається накопичена помилка кроку, мкм:
   • в межах одного кроку - ± 3 ... 6;
   • на довжині 25 мм - 5 ... 9;
   • на довжині 100 мм - 6 ... 12;
   • на довжині 300 мм - 9 ... 18;
   • на кожні 300 мм довжини додається - 3 ... 5;
   • на всій довжині гвинта, не більше - 20 ... 40.
2. Допуски на зовнішній, середній і внутрішній діаметри різьби встановлюють не більше відповідних допусків на трапеціїдальной різьблення по ГОСТ 9484-81, з полем допуску 7Н по ГОСТ 9562-81.
3. Для забезпечення точності гвинтів по кроку і для запобігання різьблення від швидкої втрати точності в результаті місцевого зносу, відхилення на овальність середнього діаметра різьби при кроці 3 мм повинно бути 5 ... 7 мкм.
4. Биття зовнішнього діаметра гвинта при перевірці в центрах при довжині до 1 метра - 40 ... 80 мкм.
5. Якщо зовнішній діаметр гвинта служить технологічною базою для нарізування різьблення (а в більшості випадків так і буває), то допуск на зовнішній діаметр призначають по h5.

Неважко здогадатися, що від відхилень по п.1 прямо залежить точність верстата. Якби ми пересували каретки вручну по ноніусом, то так би воно й було, але в нашому випадку жити легше, тому що в верстаті ЧПУ накопичену помилку можна компенсувати програмно.

Якби ми затіяли трапеціїдальной різьблення, то до вже викладеним вимогам варто було б додати купу важливих, але сложновиполнімих вимог до кутів профілю різьби. Але вартість ходового гвинта і так висока, щоб виготовляти спеціальний інструмент для нарізування трапеціїдальной різьблення (а він саме виготовляється для кожного конкретного випадку). При штучному виготовленні без підготовки спеціальної оснастки цілком згодиться стрічкова різьблення з прямокутним профілем.

І все ж, чим краще трапеціїдальной різьблення в порівнянні з стрічкової? Тільки одним - кращої зносостійкість, тому що робоча поверхня витка у трапеціїдальной різьблення більше, а тиск на цій поверхні, відповідно, менше. Вибір між трапеціїдальной і стрічкової різьбленням - питання компромісу між довговічністю і вартістю. Якщо ви готові заплатити пристойні гроші (порівнянні з вартістю ШВП) за довговічність, вибирайте трапеціїдальной різьблення. Я особисто, не готовий.

Передбачаю запитання з серії: «А що буде, якщо ...?». Що буде, якщо взяти хороший пруток і нарізати на ньому метричну різьбу з трикутним профілем? Відповідаю - буде гірше. На діаметрі 12 мм стандартно ріжеться метрична різьба з кроком 1,75. Висота профілю у неї 1,137 мм, що недостатньо по зносостійкості. Найближча різьблення, що підходить по висоті профілю (1,624) має крок 2,5 і ріжеться на діаметрі 18 мм. Виходить пристойна дубина. Але найголовніше, вимоги до гвинта по пунктам 1-5 залишаються ті ж. Виграш у вартості виготовлення якщо і буде, то невеликий.

До речі, вартість виготовлення гвинта зростає в геометричній прогресії від його довжини. Пов'язано це з технологією нарізання різьби і застосуванням спеціального оснащення. Наприклад, для виготовлення гвинта довжиною до 500 мм потрібно один люнет, а для гвинта 700 мм вже два. Люнети під конкретний гвинт потрібно допрацьовувати, вартість доопрацювання та іншої необхідної оснастки, як ви розумієте, входить у вартість гвинта. Якби ми робили 50 гвинтів, або зв'язалися з виробництвом, де ці гвинти роблять серійно, було б дешевше, а так .... Ось чому я з самого початку заклав у верстаті робоче поле по Х - 700 мм, а не 1000. Дорого і не скрізь зроблять.

Ходова гайка

Зазвичай гайки виготовляють з бронзи марок БрО10Ф1 і БрО6Ц6С3. Якщо ви знайдете таку бронзу, то буде дуже добре, але аж ніяк не смертельно, якщо ви застосуєте будь-яку іншу. Взагалі все, що ми говорили про матеріали для втулок ковзання, справедливо і для ходових гайок.

Допустимі відхилення гайок:

1. П. 2 для гвинтів відноситься і до гайок.
2. Для розрізний гайки зовнішній діаметр різьби призначають з умов забезпечення прилягання гайки до гвинта за профілем, тому його задають великим на 0,5 мм, ніж по ГОСТ 9484-81. Внутрішній діаметр призначають з умов необхідного зазору, тому його задають великим на 0,5 мм, ніж у тій самій ГОСТ-у.
3. У тих випадках, коли внутрішній діаметр гайки служить технологічною базою для остаточної обробки корпусу гайки (самі розумієте, так воно і буває), внутрішній діаметр гайки виконують по Н6.
4. Допустимі відхилення профілю і кроку не регламентуються, а обмежуються величиною допуску на середній діаметр.

Наявність зазорів між різьбами гвинтової пари є причиною виникнення мертвого ходу. Його усунення досягається конструктивними заходами - за рахунок стягування розрізний гайки гвинтом, пружиною або цанговим затискачем. Найпростіше зробити розрізну гайку зі стягуванням її гвинтом /

Як вчинити?

Пам'ятайте, що ми говорили про напрямні та підшипники ковзання: «На практиці надходять так. Спочатку растачивают втулки, і тільки потім шліфують напрямні до розміру, що забезпечує необхідний зазор ». Так ось, з ходовими гвинтами і гайками все відбувається з точністю до навпаки - спочатку роблять гвинти, а потім по ним точать гайки.

Ця обставина обіцяє велику вигоду. Гвинти практично не зношуються (саме так на виробництві капітально ремонтують верстати - роблять нові гайки до старих гвинтів), значить, ви можете принести на завод відповідний ходовий гвинт, і вам по ньому зроблять гайку. Відповідні гвинти можна купити, можна зняти з старих верстатів і приладів, знайти на смітнику, нарешті. Це сильно здешевить виробництво вашого верстата, тому що вартість ходових гвинтів становить більше половини всіх витрат на виготовлення механіки.

Як завжди буває, у такого рішення є не тільки плюси. Куплені (знайдені) гвинти вже мають оброблені кінці, які диктують зовсім певну конструкцію опор, можливо, вам не вигідну, а так само застосування тих підшипників, які підходять до гвинта, а не тих, які хотілося б поставити вам. Часто виникає потреба у виготовленні для опор додаткових деталей, які додають вартість, і які не потрібні були б, будь конструкція гвинтів і гайок ваша. Це реальний мінус.

Останнім часом з'явилося багато фірм (включаючи закордонні), які продають готові гвинтові пари. В принципі, вартість покупки і виготовлення відрізняються не сильно, але виникає проблема з кінцями. Часто ці фірми готові виготовити для вас гвинти потрібної довжини і з розбиранням кінців, яку ви самі намалюєте, але ціна при цьому виросте в 1,5 ... 2 рази. У будь-якому випадку, виготовляти свої ходові гвинти або купити готові, вирішувати вам.

Якщо ви не впевнені в тому, що вам вдасться виготовити якісні гвинтові пари, і ви вирішили в своєму верстаті застосувати покупні або взагалі «ліві» гвинти, то буде правильно спочатку їх купити або знайти, а вже потім братися за конструювання верстата. Точніше за конструктивне оформлення, тому що конструювати в ньому особливо нічого.

ШВП

У шарико передачі тертя ковзання замінено тертям кочення. Це дозволяє значно підвищити ККД механізму до 95 ... 98%, а також на порядок збільшити його ресурс. Саме цим пояснюється широке застосування ШВП в машинобудуванні.

Точність ШВП нижче точності гвинтових передач з тертям ковзання. Пояснюється це просто. У звичайній гвинтовий передачі в контакті знаходяться всього дві деталі і технологічний зазор (мертвий хід) регулюється, а в ШВП, крім тих же самих двох деталей (гвинт і гайка) в роботу включається третя деталь - кулька, вірніше купа кульок, і регулювати мертвий хід проблематично. Але це не означає, що ШВП не точна. Вона точна, тільки технологічно точність ця дається не просто. Скажімо так, якщо порівнювати ШВП і кручені передачу з тертям ковзання однаковою точності, то ШВП виходить істотно дорожче.

Я не погано ставлюся до ШВП і не виступаю виключно за класичний гвинт з гайкою. Навпаки, мені подобаються ШВП, сам мрію зробити з ними верстат. Але. Крім того, що це надійно, красиво, дорого і взагалі круто, це багато до чого зобов'язує. Дивно бачити ШВП поруч з направляючими з трубок для штор і капроновими підшипниками, просвердленими дрилем. І навпаки, хороші направляючі з модними металофторопластова підшипниками виглядають поруч з різьбовій шпилькою, купленої на ринку, і шестигранною гайкою за 3 рубля не менш дивно.

Вже якщо застосовувати ШВП, то спільно з хорошими напрямними, якісними гільзами підшипників ковзання, добротними перехідними муфтами для підключення ШВП до двигуна, та й інші деталі верстата повинні бути на рівні. Інакше сенсу немає. А це вже зовсім інша цінова категорія.

конструкція верстата

1. Придумати складний механізм з купою деталей не важко. Тут багато розуму не треба. Важко придумати механізм простий і технологічний, але який виконує ті ж функції, що і складний. Чому важко придумати оригінальний велосипед? Тому що в ньому вже все придумано, давно! Виникає питання, а чи треба займатися винахідництвом і конструкторської еквілібристикою? Верстат потрібен для справи, а не для демонстрації збудженої уяви конструктора. Тому, не мудруючи лукаво, пориємося в Інтернеті і підберемо готову конструктивну схему верстата, що відповідає нашим вимогам.
2. Деталі верстата повинні мати просту геометричну форму з мінімальною кількістю фрезерних операцій. Крім того, деталей цих має бути мало. Ми і так витратимо купу грошей на напрямні і ходові гвинти з гайками, щоб розорятися ще й на філігранних, мереживних корпусних деталях.
3. Ніякої зварювання. Це зайві гроші, а крім того, потім все одно доведеться літати зварений вузол в печі, щоб зняти залишкові напруги, і ставити на верстат для механічної обробки.
4. Матеріал всіх корпусних деталей - сплав Д16Т. Жорсткість будемо набирати великими монолітними перетинами, тому що для надання необхідної жорсткості одна товста деталь дешевше, ніж три тонких скріплених разом.
5. Як можна менше кріпильних деталей. Нарізування різьблення теж коштує грошей.
6. Непогано було б закласти в конструкцію можливість модернізації. Наприклад, при необхідності змінювати робоче поле верстата з мінімальними доробками.

Пошуки в Інтернеті дали результат. Мені сподобався австрійсько-німецький верстат Step-Four (Каретка Z.

Каретка Y це вже два бруска з підшипниками і отворами для напрямних Z. Напрямні повинні вставлятися в отвори по щільної (перехідної) посадці і фіксуватися установочними гвинтами. Фіксація гвинтами потрібна більше для заспокоєння душі, ніж для реального кріплення. Напрямні повинні сидіти в отворах як укопані. У нижньому бруску є отвір для підшипникового вузла ходового гвинта, а у верхньому - посадочне місце для крокової двигуна.

Каретка Х - дві стінки, що мають такі ж конструктивні елементи, що і бруски каретки Y. Товщина стінок 15 мм. Менше ніяк не можна, інакше напрямні будуть погано триматися. У нижній частині стінок пригвинчуються корпусу підшипників ковзання для переміщення каретки по напрямних, розташованим в рамі.

Ходова частина в зборі.

Залишилося прикрутити готову ходову частину верстата до міцного і жорсткій основі за куточки балок. Підставою може служити, наприклад шматок ламінованої дошки, яка застосовується для виготовлення стільниць кухонних меблів, або просто письмовий стіл. Балки рами самі займуть потрібне положення. Головне їм не заважати.

Зауважте, змінюючи довжину направляючих можна легко зробити верстат з будь-якими (в розумних межах) розмірами робочої площини фрезерування, не змінюючи корпусні деталі.

Трансмісія

Можна приступати до установки гвинтів.

Як ми вже говорили, один кінець гвинта висить прямо на шаговом двигуні, а інший спирається на підшипниковий вузол, що складається з двох радіально-наполегливих підшипників, які не дають переміщатися гвинта уздовж осі. Один підшипник забезпечує упор в одну сторону, інший - в іншу. Натяг в підшипниках створюється колпачковой гайкою через втулки, що стоять між підшипниками. Вузол підшипників, а значить, і весь гвинт фіксується в корпусі за допомогою регулювального гвинта через отвір в зовнішньому кільці.

Підшипники можуть бути будь-які. Я застосував з габаритними розмірами 6х15х5. За ідеєю, тут повинен стояти радіально-завзятий здвоєний підшипник (серія 176 ГОСТ 8995-75), але знайти його важко. Навіть прості радіально-наполегливі підшипники на ринку купами чи не лежать, а вже здвоєних і зовсім немає. Можна поставити звичайні радіальні підшипники. Осьові зусилля і швидкості у нас не великі, а якщо через деякий час захрустят, то замінити їх легко, не треба навіть нічого розбирати.

На вісь мотора гвинт насаджений через втулку з клемними зажимами.

Передача моменту з приводного гвинта координати Х на неприводний здійснюється спеціальним пластиковим зубцюватим ременем.

Сам зубчастий ремінь і шестерінки покупні. Ремінь на такій довжині практично не тягнеться і йому необхідно забезпечити хороший натяг. Чи надійно це? Надійно. А можна поставити по осі Х два кроковиках, по одному на кожен гвинт? Не знаю, не пробував. Думаю, будуть проблеми з синхронізацією. А ремінь - дешево і сердито.

Останній штрих. Ставимо кронштейн для шпинделя.

От і все. Можна чіпляти електроніку, ставити шпиндель і запускати верстат. Все повинно працювати. І працює, треба сказати! Принципово більше нічого не потрібно. Ах да, кінцеві вимикачі треба поставити, але можна і не ставити. Це опція, верстат прекрасно працює і без кінцевих вимикачів.

Вважаємо корпусні (крім напрямних і ходових гвинтів) деталі, які треба замовляти на заводі - 14 штук! Плюс 2 куточка, плюс дві деталі для кронштейна шпинделя. Разом: 18 деталей. А по номенклатурі і того менше, всього 8. Дуже хороший результат!

Надаємо «товарний» вигляд

Дивлячись на фото прототипу з сайту, бачимо, що там станочек солідний, а у нас якийсь скелетістий і дохлий!

Щас, зробимо!

Встановимо знизу рами швелери - підстави (товщина 5 мм) і закриємо ходові гвинти швелером - кожухом (товщина 2 мм).

Встановимо траверси, теж з швелерів. Таким чином, з одного кінця закриємо ремінну передачу, а з іншого на траверзі можна встановити роз'єми від кроковиках.

На каретці Х встановимо кожух, що захищає ходовий гвинт Y, а до нього пригвинтили жолоб, в якому буде лежати кабель від каретки Z. Такий же жолоб пригвинтили до рами з боку приводів.

Додадуть чи всі ці кожухи нашому верстата жорсткості? Безумовно, додадуть, але не дуже багато. Посилювати конструкцію і надавати їй загальну жорсткість подібним способом не можна. Силова схема верстата повинна працювати сама по собі і без цих підпірок. Але зате тепер верстат можна легко переносити з місця на місце, а не тримати його пригвинченим до письмового столу.

Поставимо кришечки, випиляємо (для проби) на новому верстаті коробочки, щоб заховати в них перехідні колодки для проводів від кроковиках. І, останній штрих, встановимо гусениці для кабелів.

Я не є великим фахівцем в області металообробки і конструювання конкретно металообробних верстатів, тому можливо, десь виявився неправий або неточний, знають товариші мене поправлять. Крім того, за багато років реального конструювання в приладобудуванні та машинобудуванні у мене склалися певні стереотипи в підходах до проектування деталей машин (вибір конструктивних баз, особливості призначення допусків і посадок, адаптація конструкції під конкретне заводське обладнання та ін.), Можливо, вас ці підходи не влаштують, тому тут їх і не наводжу. Але при проектуванні даного верстата я спирався саме на ті загальні міркування, які виклав у статті. І верстат цей працює! Як задумано! Прослужить він 8 років - не знаю, час покаже, але, маючи конструкторську документацію, я можу виготовити не тільки запчастини, але ще парочку таких же верстатів. Якщо знадобиться.

1. В.І.Анурьев. Довідник конструктора-машинобудівника. У 3-х томах. Москва. «Машинобудування». 2001.
2. І.Я.Левін. довідник конструктора точних приладів. Москва. Оборонгіз. Тисяча дев'ятсот шістьдесят-два.
3. Ф.Л.Літвін. Проектування механізмів і деталей приладів. Ленінград. «Машинобудування». 1973.
4. П.І.Орлов. Основи конструювання. У 3-х томах. Москва. «Машинобудування». 1977.
5. Довідник. Приладові кулькові підшипники. Москва. «Машинобудування». 1981.
6. Довідник металіста. У 5 томах. Під ред. Б.Л.Богуславского. Москва. «Машинобудування». Тисячу дев'ятсот сімдесят вісім.

Особливість його конструкції полягає в тому, що ходовий гвинт по осі X закріплений нерухомо (не обертається). Для статичного гвинта потрібна особлива ходова гайка. У верстатах з ЧПУ невеликого розміру зазвичай ходова гайка жорстко закріплена, а гвинт обертається, переміщуючи каретку. У мене ж навпаки - ходова гайка обертається навколо гвинта, що приводиться в рух кроковим двигуном. Ну і очевидно, що ходова гайка для ЧПУ великого розміру повинна бути виготовлена \u200b\u200bсвоїми руками, тому як така просто-напросто ніде не продається!

Навіщо нам обертати ходову гайку замість ходового гвинта на верстаті з ЧПУ великого розміру?

1. Промисловий ходовий гвинт ШВП завдовжки в 2 метри і більше варто просто шалених грошей (в порівнянні з будівельною шпилькою). Він повинен бути досить великого діаметра - від 20 мм і товще, що варто ще більш божевільних грошей. Плюс таку махину ще й не всякий кроковиках провернеться, і потрібно ставити серв, яка стоїть ще більш божевільних грошей (в порівнянні з кроковиках). І, взагалі кажучи, на великий верстат з ЧПУ ставлять зазвичай 2 ходових гвинта (по одному з кожного боку). Виходить подвійне безумство по бюджету.
2. Вкрай бюджетним і непоганим варіантом є будівельна шпилька (див.), Але якщо при довжині в 2 метра ми спробуємо її вирощують, то вона почне стрибати, як скакалка, і врешті-решт відвалиться.
3. На довгу станину 2-3 метра з нерухомим гвинтом по осі X можна поставити не одну, а цілих дві або навіть три незалежних осі Y, кожна з яких буде індивідуально працювати над своїм замовленням. Тобто на одній станині буде встановлено як би 2 незалежних верстата з ЧПУ з одного механічно загальною віссю X. Очевидно, що з обертовим гвинтом незалежні каретки не отримають, а вийде тільки клонування осі.

Ходова гайка для ЧПУ своїми руками виготовляється досить просто: беремо відрізок капролона потрібної довжини і просто нарізаємо внутрішню різьбу під будівельну шпильку. Капролон досить м'який і різьблення можна нарізати навіть самої будівельної шпилькою, попередньо виготовивши з неї мітчик за допомогою нарізування канавок болгаркою. Я внутрішню різьбу робив на моєму домашньому токарнічке, а потім робив прохід таким саморобним метчиком з шпильки для більш точного і щільного підгону різьблення. На токарніке для цього потрібно спеціально різьблення не дорізати, щоб залишити під прохід самої шпилькою. Тоді ходова гайка буде ходити плотненько і без люфтів. Люфти також прибираються збільшенням довжини ходової гайки. Вже при довжині 35-40 мм люфти повністю зникають. В інтернеті можна знайти багато конструкцій з подвійною регульованою ходової гайкою, якій також можна прибрати люфт, але її недолік в значній ускладненні конструкції. Якщо ви використовуєте свій верстат з ЧПУ для хобі, то звичайна ходова гайка з капролона прослужить вам дуже і дуже довго - кілька років точно! У мене до цих пір живі, хоча я на них навіть алюміній пиляє

Ходова гайка для мого великого верстата з ЧПУ буде обертатися сама навколо нерухомого гвинта, тому з двох сторін ми її підпираємо підшипниками і досить щільно затискаємо між двох алюмінієвих пластин. У цих пластинах відфрезеровані посадочні місця під підшипники. Не біда, якщо посадочні місця вийдуть трохи кривуватий. Алюміній дуже м'який, тому підшипник потім можна буде туго запресувати лещатами через фанерні прокладки. І так навіть краще, тому що нам необхідно повністю виключити поздовжнє рух гайки в проміжку між цими двома пластинами. Для жорсткої фіксації пластин між собою, а також для передачі поступального руху гайки на каретку верстата, застосуємо листовий метал товщиною 4-5 мм (он вона - шкрябаная іржава залізяка на фотке). На фото не вистачає аналогічної зв'язки пластин в горизонтальній площині (прямо під гайкою) - це я потім дороблю.

Залишається тільки передати обертання з крокової двигуна на гайку. Я планую зробити це за допомогою зубчастого ременя. Але заковика в тому, що мені доведеться виготовити свою власну нестандартну шестірню, а цього я поки що ніколи не робив.

Для виготовлення своєї власної шестерінки мені довелося трохи попихтіти. Причому пихкати довелося за комп'ютером. Я написав свою власну програму для розрахунку шківів з заданими параметрами, тому як нічого ділового та безкоштовного мені знайти не вдалося. За основу був узятий відкритий файл на Thingiverse в OpenSCAD, який я переписав на Python і зробив експорт в DXF. Шестерінку я виготовив з капролона - це міцний конструкційний і легко обробляється пластик. Крім самої шестерінки для зубчастого ременя потрібен також ролик-натягувач (оне ж заспокоювач) ременя. Його я теж виготовив з капролона, але всередину вставив підшипник.

Після установки обертається гайки на верстат я трохи промучився зі шківами для двигунів, які весь час з'їжджали через дуже високій швидкості обертання і сильного натягу. Мені навіть довелося свердлити в валах крокових двигунів невеликі канавки і фіксувати шківи на валах установочними гвинтами з внутрішнім шестигранником. Але в підсумку результат порадував: на всій довжині ходового гвинта гаєчка йшла плавно погойдуючись і ні крапельки не тріпається гвинт.

Редукція ходової гайки вийшла 30:12 (30 зубів на гайці, 12 зубів на шківі двигуна), тобто редуктор підсилює момент двигуна в 2.5 рази. Роздільна здатність верстата на шпильці з кроком 2 мм / оборот вийшла 0.004 мм (2 мм / оборот ÷ (200 кроків / оборот * 2.5)).

Кулько-гвинтові пари - передача типу «гвинт-гайка», перетворювати обертальний рух гвинта, що передається йому валом крокового двигуна або сервоприводу, в поступальний рух гайки, закріпленої на / в столі або шпиндельної коробці. Спочатку призначена для застосування в високоточному обладнанні, але по факту виступає основою для побудови кінематичних схем керованих осей в 90% створюваних сьогодні верстатів з ЧПУ незалежно від вимог до точності.

Переваги ШВП перед іншими видами передач:

• висока точність лінійних переміщень;
• ККД доходить до 98%;
• тривалий ресурс роботи;
• в ШВП, на відміну від зубчастих пар, створюється преднатяг по необхідному класу;
• можливість використання двигунів меншої потужності за рахунок того, що ШВП не вимагає докладання підвищеного зусилля для перекладу столу або шпиндельної коробки зі стану спокою в стан руху.

Недоліки: бояться бруду і пилу, обмеження по довжині (через небезпеку провисання гвинта, що веде до деформації вузлів кріплення і прискореного зносу гайки), підвищена чутливість до вібрацій.

Класифікація ШВП

Кулько-гвинтові передачі класифікуються за кількома ознаками.

Технологія виготовлення ходового гвинта. На катаних гвинтах канавка наноситься холодної прокаткою. Цей спосіб дешевше, але він підходить тільки для виробів середнього класу точності. На шліфованих гвинтах канавка нарізається до термообробки, і після шліфується. Виходить дорожче, але точніше.

Тип гайки. Бувають фланцеві і круглі, всередині кожного типу поділяються на одинарні та подвійні.

Тип механізму повернення кульок. Зовнішня рециркуляція - кульки повертаються в робочу зону по трубці, розміщеної зовні корпусу гайки. Цикл повернення - від 1,5 до 5,5 обороту гвинта. Внутрішня рециркуляція - переходи для кульок вирізані на внутрішньому профілі гайки на кожному витку. Цикл повернення - один оборот. Кінцева система повернення - кулька проходить повний шлях по всьому витків, що знаходяться всередині гайки. Використовується в передачах з великим кроком гвинта.

Крок гвинта - базовий критерій вибору передачі для вирішення конкретних завдань. ШВП з дрібним кроком застосовуються в низькошвидкісних верстатах, вони характеризуються високим ресурсом і високою здатністю навантаження. Збільшення кроку веде до зниження здатності сприймати високі навантаження, але підвищує швидкість переміщення.