Eixo rotativo para fresadora CNC. Trabalhando com o eixo de rotação (4ª coordenada)

Bem, uma vantagem separada são os rolamentos lineares imediatamente na carcaça, pois são mais fáceis de instalar em estruturas caseiras. LM08UU simples são mais baratos, mas você precisa fazer um suporte para eles (pode ser impresso em uma impressora) - isso é uma conversa à parte.

Então, algumas palavras sobre o conjunto de componentes do novo eixo Y e depois sobre a modificação. Recebi o pacote 3 semanas após o pedido, em uma sacola postal e uma caixa de papelão estreita para maior resistência. Isso é uma vantagem, os eixos cilíndricos simplesmente caem da embalagem, por algum motivo os vendedores do Ali não pensam nisso. Mas em vão.


Cada item do conjunto é embalado separadamente em uma bolsa. Existem vestígios de óleo nos rolamentos


Para estimar a escala, prendi uma régua nas guias e aparafusei. Régua 30 cm, ferro 40 cm


As extremidades do parafuso e dos eixos não têm rebarbas. Parece que os eixos estão sendo cortados tamanhos padrão de um chicote grande, já que um pouco de depósitos de carbono são visíveis na ponta. Mas processado após o corte. Em princípio, posso realizar a mesma operação sozinho, por isso tento fazer seções tão longas quanto possível.


As pontas são chanfradas. Se você mesmo cortar (e eu cortei um pouco no tamanho certo), o chanfro pode ser removido com um apontador/manualmente. É principalmente decorativo para que não haja rebarbas e na instalação dos rolamentos não toque nas esferas.


Não peguei mícrons, o diâmetro do eixo é de 8 mm. Não há dúvidas sobre a precisão de fabricação dos eixos cilíndricos, o principal é que eles não dobram na entrega. Tenho mais reclamações sobre os rolamentos. Comprei vários lotes de LM08UU baratos da Ali, e alguns são justos e outros um pouco soltos. Isso é visivelmente perceptível em rolamentos, especialmente se instalados no mesmo eixo.


As pinças SK8 são convenientes. Eles são instalados diretamente no perfil (qualquer) e o eixo é fixado. Se desejar, pode ser utilizado em projetos amadores, para fixar qualquer coisa com diâmetro de 8 mm (por exemplo, um centro de máquina).


As dimensões gerais e de instalação não são um problema de encontrar, elas são padrão. Se necessário, escreva uma mensagem pessoal ou veja nos dois primeiros tópicos, havia desenhos lá.


Inicialmente, ao experimentar o desenho e antes de fazer o pedido, utilizei suportes impressos em 3D. Agora o removi porque não é mais necessário. Com os de metal fica muito melhor e design de estilo


Suportes de rolamento KP08 para fixação do parafuso de avanço. Existem dois parafusos sextavados de 1,5 para a braçadeira.
Esses suportes são muito convenientes para uso em projetos amadores: eles são usados ​​​​em impressoras 3D para o eixo Z, e você também pode fazer acionamentos por correia caseiros fixando uma seção de eixo de 8 mm neste rolamento e instalando uma engrenagem no eixo. Observação: esta réplica CNC2417 utiliza rolamentos flange KFL08 para instalar o parafuso T8 na placa no eixo X.


E por último, mas não menos importante, o rolamento linear SC08UU. Custa um pouco mais (o dobro) que o LM08UU simples, mas possui rosca M4 para instalação de parafusos de montagem. Também é muito conveniente para uso em projetos amadores devido à facilidade de instalação. Existe uma versão SC08LUU, estendida, que utilizo no controle deslizante do eixo Z.

Isso é tudo sobre o kit, agora sobre as modificações.

Iniciei a montagem com os eixos X e Y e os carros, respectivamente.
Primeiramente montamos o eixo Y: motor, pinça, parafuso com porca e acoplamento.
Instalamos o motor no suporte. É simples: quatro parafusos M3. O comprimento é curto, depende principalmente da placa utilizada (espessura) e arruelas.


Motor com placa antes da instalação no perfil.


Em seguida, instale o KP08 oposto, mantendo a mesma distância do centro do eixo do motor e do centro do eixo da pinça




A seguir instalamos os suportes de eixo SK8, quatro deles, um par por eixo. Ao instalar eixos, não se esqueça dos rolamentos.

A seguir montamos a placa com o motor X, bem como a placa com o paquímetro KFL08


As placas são simétricas, podendo-se montar a hélice em ambos os lados no KFL08, tendo previamente instalado o motor (Espaçador de Latão M3 - conveniente para levar em conjuntos).


Inicialmente havia um KFL08 impresso em 3D, mas enquanto montava e testava consegui encomendar e receber um normal)))

Montamos ainda o eixo X. Instalamos as placas na estrutura.


Instale a segunda placa.
As placas conferem rigidez adicional à estrutura e ao mesmo tempo servem de suporte para o eixo X. Para reforço foram utilizados 3 eixos cilíndricos de 8 mm.


A seguir, instalamos eixos (três peças) mais rolamentos SC08UU (três pares, respectivamente) nos furos das placas.




Foto mais próxima. 10 mm de eixo cilíndrico de cada lado são fixados na pinça SHF08. E é aconselhável deixar cerca de 20 mm do parafuso de avanço para instalação da alça (movimento manual do carro).


Instalamos o carro-placa X nos rolamentos. Não se esqueça da noz. Usei um porta-nozes impresso em 3D. Comprar um titular é bastante problemático. As opções de compra são uma porca plástica plana (POM) com furos para fixação (opções e). Eu os vi à venda, mas custam muito dinheiro. Então por enquanto o suporte impresso...




Verificamos a livre movimentação do carro do início ao fim do eixo, apertamos os parafusos.


O controle deslizante do eixo Z já está preso à placa. Você pode fazê-los a partir de uma seção de perfil 2080 e pinças SK8, você mesmo pode fazê-los.

Fundamentos de uma programação eficaz

Trabalhando com o eixo de rotação (4ª coordenada)

Muitas vezes há casos em que uma mesa rotativa controlada (cabeçote divisor) é montada adicionalmente em uma máquina CNC de três eixos. Uma mesa rotativa controlada é um dispositivo capaz de girar uma peça nela fixada no ângulo desejado de acordo com um comando específico. Normalmente, o 4º eixo é controlado usando os endereços A ou B, e o valor numérico determina o ângulo de rotação em graus.

Arroz. 10.4. Mesas rotativas direcionáveis ​​HAAS

Existem duas opções para trabalhar com mesa rotativa controlada. A primeira opção é simplesmente girá-lo em um determinado ângulo e depois realizar alguma operação tecnológica (indexação). A segunda opção é realizar o fresamento simultaneamente à rotação da mesa. Neste caso, temos movimento linear síncrono do corpo executivo da máquina ao longo de três (ou menos) coordenadas com rotação da mesa. Neste caso, o sistema de controle da máquina deverá suportar este tipo de interpolação.

Para controlar a mesa rotativa basta adicionar o endereço A (B) ao bloco com interpolação linear, posicionamento ou ciclo fixo:

• G00 X_Y_Z_A_ – posicionamento;
• G01 X_Y_Z_A_F_ – interpolação linear.

Formato típico para trabalho com ciclo fixo:

G81 X0 Y0 Z-5 A0 F45 R0.5
A15
A30
A45
G80

A programação do 4º eixo não deverá causar dificuldades particulares. Você só precisa levar algumas coisas em consideração características técnicas ao trabalhar com uma mesa rotativa controlada. Primeiro, a plataforma giratória pode girar na direção positiva ou negativa. O sentido de rotação e o sinal correspondente são determinados pela regra da mão direita. Em segundo lugar, a rotação da mesa pode ser programada tanto em coordenadas absolutas como relativas. Em terceiro lugar, muitas máquinas têm uma limitação no valor numérico do ângulo de rotação. Por exemplo, você precisa girar a mesa 400°, mas o sistema de controle permite especificar um ângulo não superior a 360°. Será necessário programar um quadro adicional com um ângulo de 40° em relação à posição anterior da mesa. E por último, tenha em mente que quanto mais nos afastarmos do centro de rotação, maior será o erro do movimento linear.

Os exemplos a seguir ajudarão você a entender como programar um eixo de rotação adicional. No primeiro caso, é necessário fazer furos na periferia do disco. No segundo caso, é necessário obter uma ranhura helicoidal na superfície do eixo utilizando movimento linear simultâneo da fresa e rotação da mesa rotativa.

Arroz. 10.5. É necessário fazer 4 furos na periferia do disco montado nos cames da mesa giratória. Para fazer esses furos, você precisa girar a mesa 90°

Arroz. 10.6. É necessário obter uma ranhura helicoidal na superfície do eixo. O eixo é fixado nos cames da mesa rotativa controlada. A maneira mais fácil de processar tal ranhura é calculá-la usando um sistema CAD/CAM.

Com controle numérico, potencializando as características de produção da ferramenta de trabalho. Ele permite processar peças não padronizadas, produzindo produtos de formatos complexos. O equipamento permite realizar processamentos 3D e 4D completos em máquinas CNC. Na maioria das vezes, a unidade é usada para trabalhar madeira, mas também pode processar outros materiais.

Peculiaridades

Os eixos rotativos não são típicos de todas as máquinas. A principal tarefa deste elemento é garantir a rotação da peça em torno de seu eixo. É usado para processar peças com base em:

• árvore;
• ligas de alumínio, não ferrosas e cobre;
• plástico.

O motor é responsável pelo funcionamento do eixo. Pode fazer parte do projeto original da máquina ou ser instalado separadamente. Quando instalado separadamente, o elemento atua como um quarto eixo.

O processamento de quatro eixos, diferentemente do processamento de três eixos, tem diversas vantagens. O método de três eixos permite realizar o processamento 3D em um lado da peça, já que o outro ficará fixado na mesa. Para processar o segundo lado, é necessário executar etapas adicionais para reinstalar o produto. O eixo rotativo resolveu esse problema. Com sua ajuda, a peça de trabalho pode ser processada de todos os lados sem ações adicionais.

Graças a esta característica, é possível obter produtos com design complexo:

• componentes de móveis;
• joia;
• padrões decorativos de madeira.

Máquinas com eixo rotativo são amplamente utilizadas em aplicações decorativas. Configuração correta O dispositivo permitirá o processamento offline. Os espaços em branco serão semelhantes aos produtos artesanais.

Projeto

Existem várias opções de máquinas com eixo rotativo. A mais alta qualidade é. O desempenho em dispositivos convencionais é inferior.

Em unidades de alto desempenho, é instalada uma transmissão por correia. Alguns modelos estão equipados com um quinto eixo. As dimensões da área de trabalho podem variar, mas a largura e o comprimento não devem ser inferiores a um metro. Dispositivos caseiros são caracterizados pela instalação de um mandril de torno ou placa frontal no eixo rotativo. Mandris de torno de três mandíbulas são comuns em máquinas de fábrica.

O tipo de motor mais popular é um motor bifásico de quatro fios.

As dimensões e o custo do equipamento dependem do modelo específico. Opções de grande porte são utilizadas em ambientes industriais. Modelos mais compactos podem ser usados ​​para tarefas domésticas e pequenos negócios. Mas nem todos podem pagar pelas opções mais baratas. Portanto, muitas pessoas fazem uma máquina CNC por conta própria.

Máquina faça você mesmo com eixo rotativo

Usuários inexperientes não são recomendados para fazer uma máquina com eixo rotativo de metal. Inicialmente, você deve tentar fazer uma unidade de compensado. Na primeira etapa são elaborados um desenho e um programa de fresamento de controle. Esta etapa pode ser concluída usando o serviço Rhinoceros. A espessura do compensado deve ser de pelo menos 15 milímetros. Deve ser fixado na mesa, após o que a máquina CNC fará os blanks necessários.

A segunda etapa consiste na montagem das peças resultantes. Depois disso, você precisa comprar um rolamento para bomba d’água. Este item é vendido em lojas de autopeças. Antes de instalar o rolamento, as peças devem ser revestidas com tinta e verniz. O rolamento pode ser reforçado com parafusos. Para operar o dispositivo, você precisará de um grupo de componentes, incluindo:

• mesa de máquina;
• Cinturão;
• motor de passo.

Peças adicionais são fabricadas em torno. Após a conclusão da montagem da unidade, será necessário adquirir separadamente um driver responsável pelo controle do motor de passo. O novo driver deve ser instalado na unidade de controle da máquina.

Antes de lançar um eixo rotativo CNC feito por você mesmo, você precisa ter certeza de que os componentes estão bem fixados.

Uso

Existem duas maneiras de trabalhar com um eixo rotativo:

• índice;
• contínuo.

O primeiro método envolve processamento passo a passo, começando com movimentos livres e terminando em condições estacionárias. A transição de um processamento para outro é acompanhada de parada e fixação. Para o segundo método, nenhuma etapa adicional é necessária. O processamento correto depende da disponibilidade do programa e de um modelo adequado de ferramenta de trabalho.

Para processamento completo, a máquina deve estar equipada com um sistema de controle de quatro eixos. Para compensar o peso do fuso, o eixo Z está equipado com uma mola a gás.

No sistema de coordenadas tridimensional que conhecemos, existem três eixos perpendiculares entre si (X, Y, Z), que formam a base.
A maioria das máquinas CNC no início -versão básica, execute apenas usinagem de 3 eixos.
Contudo, para alguns produtos com formas complexas isto não é suficiente. Devido a uma modificação adicional - a instalação de um eixo rotativo, as máquinas de gravação e fresagem CNC são capazes de realizar processamento em 4 eixos.
O processamento de quatro eixos em uma máquina de gravação e fresagem em uma máquina CNC, usando um eixo rotativo, é geralmente o processamento contínuo de corpos simétricos e assimétricos.
Ao contrário do processamento convencional de 3 eixos de um modelo 3D, onde a peça deve ser fixada de um lado à mesa de uma máquina CNC, a fresagem de 4 eixos permite processar o produto continuamente por todos os lados, sem operações adicionais para reorganizar o parte na mesa de trabalho. Isso possibilita a obtenção de produtos de formatos complexos. A produção de balaústres, capitéis, colunas, pilares, pernas de mesas e cadeiras, peças de xadrez, além de estatuetas diversas, anéis, outras joias e produtos publicitários e souvenirs são os exemplos mais comuns desse processamento.
Uma variedade de formas, contornos - qualquer vôo de fantasia será realizado ao processar peças em uma máquina de gravação e fresagem usando o 4º eixo rotativo.
A principal opção para modificar, como mencionado anteriormente, uma máquina de 3 eixos para uma máquina de 4 eixos, é a utilização de um eixo rotativo, Figuras 1 e 2.

A Figura 1 mostra uma fotografia de um eixo rotativo para uma máquina CNC, que permite o processamento multifacetado.

Figura 1 Eixo rotativo para uma máquina CNC.

modelador de fresamento CNC3040

Vídeo de corte de uma figura complexa usando um eixo rotativo usando o exemplo de um cavaleiro de xadrez

Instalando um eixo rotativo em uma fresadora CNC de 3 eixos cnc-3040al300

Figura 2 Fresadora CNC de 4 eixos

Além disso, para o processamento contínuo ao longo de 4 eixos, o sistema CNC da máquina também deve ser capaz de controlar o eixo de repetição nela instalado. Portanto, a usinagem de 4 eixos implica não só a presença de um eixo rotativo, mas também a utilização de um sistema CNC adequado. Na maioria das vezes, um controlador de motor de passo com 4 canais de controle ou, mais simplesmente, um controlador de 4 eixos é usado para isso. Um exemplo de controlador é mostrado na Figura 3. O canal A deste controlador pode ser usado para controlar um eixo rotativo instalado na máquina.

Figura 3.

Existem dois tipos de processamento de 4 eixos: o primeiro é contínuo e o segundo é o processamento posicional (processamento de indexação). Processamento contínuo - neste caso, a fresa se move simultaneamente em todos os graus de liberdade.
Processamento posicional - o eixo rotativo é usado apenas para alterar a posição da peça, e outras operações são realizadas no modo de processamento tridimensional.

Para trabalhar com o eixo rotativo é necessário configurar o programa de controle. Abaixo estão as configurações do Mach3 para eixos de direção 6:1 e 4:1. A Figura 4 mostra as configurações dos pinos da porta LPT para o controlador do motor de passo na caixa de alumínio mostrada na Figura 3.

Figura 4.

Figura 5 - configurações para eixo rotativo com relação de transmissão de 4:1.

Figura 5.

Figura 6 - configurações para eixo rotativo com relação de transmissão de 6:1.

Figura 6.

Figura 7.

Programas de controle para trabalhar usando processamento multilateral são possíveis em DeskProto, PowerMill, etc.

A Figura 8 mostra o resultado da usinagem multifacetada em 4 eixos Fresamento CNC CNC-3040AL2

Figura 8. Usinagem multifacetada em um CNC de mesa de 4 eixos usando um eixo rotativo

Depois de considerar as opções de design para o eixo longo - X - podemos passar a considerar o eixo Y. O eixo Y na forma de um portal é a solução mais popular na comunidade de construtores de máquinas-ferramenta por hobby, e por boas razões. Esta é uma solução simples, bastante funcional e comprovada. No entanto, também apresenta armadilhas e pontos que precisam ser entendidos antes do projeto. A estabilidade e o equilíbrio correto são extremamente importantes para o portal - isso reduzirá o desgaste das guias e engrenagens, reduzirá a deflexão da viga sob carga e reduzirá a probabilidade de emperramento durante o movimento. Para determinar o layout correto, vejamos as forças aplicadas ao portal durante a operação da máquina.

Dê uma boa olhada no diagrama. As seguintes dimensões estão marcadas nele:

• D1 - distância da área de corte ao centro da distância entre as guias da viga do portal
• D2 - distância entre o parafuso de acionamento do eixo X e a viga guia inferior
• D3 - distância entre guias do eixo Y
• D4 - distância entre os mancais lineares do eixo X

Agora vamos examinar os esforços reais. Na foto, o portal se move da esquerda para a direita devido à rotação do parafuso de acionamento do eixo X (localizado na parte inferior), que aciona a porca fixada na parte inferior do portal. O fuso desce e fresa a peça, aparece uma força contrária direcionada ao movimento do portal. Esta força depende da aceleração do portal, do avanço, da rotação do fuso e da força de recuo da fresa. Este último depende da própria fresa (tipo, nitidez, presença de lubrificação, etc.), velocidade de rotação, material e outros fatores. Muita literatura sobre a seleção dos modos de corte é dedicada à determinação da magnitude do contragolpe de uma fresa, atualmente é suficiente sabermos que quando o portal se move, surge uma contraforça complexa F A força F aplicada ao. o fuso fixo é aplicado ao longo dos elementos estruturais da viga do portal na forma de um momento A = D1 * F. Este momento pode ser decomposto em um par de forças A e B de igual magnitude, mas com direções opostas, aplicadas às guias # 1 e #2 da viga do portal. Módulo Força A = Força B = Momento A / D3. Como pode ser visto aqui, as forças que atuam nas vigas guia diminuem se D3, a distância entre elas, aumenta. A redução das forças reduz o desgaste das guias e a deformação torcional da viga. Além disso, com a diminuição da força A, o momento B aplicado às paredes laterais do portal também diminui: Momento B = D2 * Força A. Devido ao grande momento B, as paredes laterais, não podendo dobrar estritamente no plano, irão comece a enrolar e dobrar. O momento B também deve ser reduzido porque é necessário se esforçar para garantir que a carga seja sempre distribuída uniformemente por todos os rolamentos lineares - isso reduzirá as deformações elásticas e as vibrações da máquina e, portanto, aumentará a precisão.

O momento B, como já mencionado, pode ser reduzido de diversas maneiras -

1. reduzir a força A.
2. reduzir a alavancagem D3

O objetivo é tornar as forças D e C tão iguais quanto possível. Essas forças consistem em um par de forças de momento B e o peso do portal. Para uma distribuição adequada do peso, é necessário calcular o centro de massa do portal e posicioná-lo exatamente entre os mancais lineares. Isso explica o desenho comum em zigue-zague das paredes laterais do portal - isso é feito para mover as guias para trás e aproximar o fuso pesado dos rolamentos do eixo X.

Em resumo, ao projetar o eixo Y, considere os seguintes princípios:

• Tente minimizar a distância entre os parafusos/trilhos do eixo X e as guias do eixo Y - ou seja, minimizar D2.
• Se possível, reduza o balanço do fuso em relação à viga, minimize a distância D1 da área de corte às guias. O curso Z ideal é geralmente considerado entre 80-150 mm.
• Reduza a altura de todo o portal, se possível - um portal alto está sujeito a ressonância.
• Calcule antecipadamente o centro de massa de todo o pórtico, incluindo o fuso, e projete os suportes do pórtico de modo que o centro de massa esteja localizado exatamente entre os carros-guia do eixo X e o mais próximo possível do parafuso de avanço do eixo X.
• Afaste mais as vigas guia do portal - maximize D3 para reduzir o momento aplicado à viga.

O próximo passo é selecionar a estrutura da parte mais importante da máquina - o eixo Z. Abaixo estão 2 exemplos de design.

Como já mencionado, na construção de uma máquina CNC é necessário levar em consideração as forças geradas durante a operação. E o primeiro passo neste caminho é uma compreensão clara da natureza, magnitude e direção dessas forças. Considere o diagrama abaixo:

Forças que atuam no eixo Z

As seguintes dimensões estão marcadas no diagrama:

• D1 = distância entre guias do eixo Y
• D2 = distância ao longo das guias entre os rolamentos lineares do eixo Z
• D3 = comprimento da plataforma móvel (placa de base) na qual o próprio fuso está montado
• D4 = largura de toda a estrutura
• D5 = distância entre guias do eixo Z
• D6 = espessura da placa base
• D7 = distância vertical do ponto de aplicação das forças de corte até o meio entre os carros ao longo do eixo Z

Vejamos a vista frontal e observemos que toda a estrutura se move para a direita ao longo das guias do eixo Y. A placa de base é estendida o mais para baixo possível, a fresa é embutida no material e durante o fresamento surge uma força contrária F, direcionada. , naturalmente, oposto à direção do movimento. A magnitude desta força depende da velocidade do fuso, do número de cortes da fresa, da velocidade de avanço, do material, da afiação da fresa, etc. (lembramos que alguns cálculos preliminares de quais materiais serão fresados ​​e, portanto, uma avaliação das forças de corte, deve ser feita antes do início do projeto da máquina). Como essa força afeta o eixo Z? Quando aplicada a uma distância do local de fixação da placa de base, esta força cria um torque A = D7 * F. O momento aplicado à placa de base é transmitido através dos rolamentos lineares do eixo Z na forma de pares de forças transversais aos guias. A força convertida a partir do momento é inversamente proporcional à distância entre os pontos de aplicação - portanto, para reduzir as forças de flexão das guias, é necessário aumentar as distâncias D5 e D2.

A distância D2 também está envolvida no caso de fresamento ao longo do eixo X - neste caso surge uma imagem semelhante, apenas o momento resultante é aplicado a uma alavanca visivelmente maior. Este momento tenta girar o fuso e a placa de base, e as forças resultantes são perpendiculares ao plano da placa. Neste caso, o momento é igual à força de corte F, multiplicada pela distância do ponto de corte ao primeiro carro - ou seja, quanto maior D2, menor será o momento (com comprimento constante do eixo Z).

Daí a regra: ceteris paribus, você definitivamente deve tentar espaçar ainda mais os carros do eixo Z um do outro, especialmente verticalmente - isso aumentará significativamente a rigidez. Estabeleça como regra nunca fazer com que a distância D2 seja menor que 1/2 do comprimento da placa de base. Certifique-se também de que a espessura da plataforma D6 é suficiente para fornecer a rigidez desejada - isso requer o cálculo das forças operacionais máximas na fresa e a simulação da deflexão da pastilha em CAD.

Total, siga as seguintes regras ao projetar o eixo Z máquina de portal:

• maximizar D1 - isso reduzirá o momento (e, portanto, a força) que atua nas escoras do pórtico
• maximizar D2 - isso reduzirá o momento que atua na viga do portal e no eixo Z
• minimizar D3 (dentro de um determinado curso Z) - isto reduzirá o momento que atua na viga e nos postes do portal.
• maximize D4 (a distância entre os carros do eixo Y) - isso reduzirá o momento que atua na viga do portal.