Selbstgemachte Laufmutter für CNC. Trapezgewindespindeln und Muttern Gewindespindeln für selbstgebaute CNC-Maschinen

Bei der Wahl Fräse(CNC-Router) CNC entscheiden:

1. Mit welchem ​​Material werden Sie arbeiten? Davon hängen die Anforderungen an die Steifigkeit des Aufbaus der Fräsmaschine und deren Bauart ab.

Eine CNC-Maschine aus Sperrholz ermöglicht beispielsweise nur die Bearbeitung von Holz (einschließlich Sperrholz) und Kunststoffen (einschließlich Verbundmaterialien - Kunststoff mit Folie).

Auf einer Fräsmaschine aus Aluminium lassen sich bereits NE-Metall-Rohlinge bearbeiten und auch die Verarbeitungsgeschwindigkeit von Holzprodukten wird steigen.

Aluminiumfräsmaschinen sind für die Stahlbearbeitung nicht geeignet, hier werden bereits massive Maschinen mit Gussbett benötigt und die Bearbeitung von NE-Metallen auf solchen Fräsmaschinen wird effizienter.

2. mit der Größe der Werkstücke und der Größe des Arbeitsfeldes der Fräsmaschine. Dieser definiert die Anforderungen an die Mechanik einer CNC-Werkzeugmaschine.

Achten Sie bei der Auswahl einer Maschine darauf, die Mechanik der Maschine zu studieren, die Fähigkeiten der Maschine hängen von ihrer Wahl ab und es ist unmöglich, sie ohne eine wesentliche Neukonstruktion der Struktur zu ersetzen!

Die Mechanik einer CNC-Fräsmaschine aus Sperrholz und Aluminium ist oft gleich. Weitere Einzelheiten weiter unten.

Aber je größer der Arbeitsbereich der Maschine ist, desto steifere und teurere Linearführungen werden für ihre Montage benötigt.

Bei der Auswahl von Maschinen zur Lösung der Probleme bei der Herstellung großer Teile mit großen Höhenunterschieden gibt es ein weit verbreitetes Missverständnis, dass es ausreicht, eine Maschine mit einem großen Arbeitshub entlang der Z-Achse zu wählen. Aber auch mit einem großen Hub entlang der Z-Achse , ist es unmöglich, ein Teil mit steilen Neigungen herzustellen, wenn die Höhe des Teils größer ist als die Arbeitslänge des Fräsers, d. h. mehr als 50 mm.

Betrachten Sie das Gerät einer Fräsmaschine und Auswahlmöglichkeiten am Beispiel von CNC-Maschinen der Modelist-Reihe.

A) Auswahl eines CNC-Maschinendesigns

Für den Bau von CNC-Maschinen gibt es zwei Möglichkeiten:

1) Konstruktionen mit beweglichem Tisch, Bild 1.
2) Konstruktion mit beweglichem Portal, Figur 2.

Bild 1Schiebetischfräsmaschine

Vorteile Die Konstruktion der Maschine mit einem verfahrbaren Tisch ist eine einfache Implementierung, eine hohe Steifigkeit der Maschine durch die Tatsache, dass das Portal stationär und am Rahmen (Basis) der Maschine befestigt ist.

Mangel - große Größen, im Vergleich zur Ausführung mit beweglichem Portal, und die Unmöglichkeit, schwere Teile zu bearbeiten, da der bewegliche Tisch das Teil trägt. Dieses Design gut geeignet für die Verarbeitung von Holz und Kunststoffen, also leichten Materialien.

Bild 2 Fräse mit beweglichem Portal (Portalmaschine)

Vorteile Ausführungen einer Fräsmaschine mit beweglichem Portal:

Starrer Tisch, der ein großes Werkstückgewicht tragen kann,

Unbegrenzte Werkstücklänge,

Kompaktheit,

Möglichkeit der maschinellen Ausführung ohne Tisch (zB zum Anbau einer Rundachse).

Mängel:

Geringere Steifigkeit der Struktur.

Die Notwendigkeit, steifere (und teurere) Führungen zu verwenden (aufgrund der Tatsache, dass das Portal an den Führungen "hängt" und nicht an einem starren Maschinenbett befestigt ist, wie bei einer Ausführung mit einem beweglichen Tisch).

B) Auswahl der Mechanik einer CNC-Fräsmaschine

Die Mechanik wird vorgestellt (siehe Abbildungen in Abb. 1, Abb. 2 und Abb. 3):

3 - Führungshalter

4 - Linearlager oder Hülsenbuchsen

5 - Stützlager (zur Befestigung der Leitspindeln)

6 - Gewindespindeln

10 - Kupplung, die die Welle der Leitspindel mit der Welle von Schrittmotoren (SM) verbindet

12 - Laufmutter

Bild 3

Auswahl des Linearbewegungssystems der Fräsmaschine (Führungen - Linearlager, Leitspindel - Leitmutter).

Als Orientierungshilfen können verwendet werden:

1) Rollenführungen, Abbildung 4.5

Figur 4

Abbildung 5

Diese Art der Führung hat Eingang in die Konstruktionen von Hobbylasern und Werkzeugmaschinen aus der Möbelindustrie gefunden, Bild 6

Der Nachteil ist die geringe Tragfähigkeit und der geringe Ressourcenbedarf, da sie ursprünglich nicht für den Einsatz in Maschinen mit große Menge Verschiebung und hohe Belastungen, geringe Festigkeit Aluminiumprofil Führungen führt zum Kollaps, Bild 5 und in der Folge zu irreparablem Spiel, was eine weitere Nutzung der Maschine ungeeignet macht.

Auch eine andere Ausführung von Rollenführungen, Bild 7, ist nicht für hohe Belastungen geeignet und wird daher nur in Lasermaschinen verwendet.

Abbildung 7

2) runde Führungen, stellen eine Stahlwelle aus hochwertigem verschleißfestem Lagerstahl mit geschliffener Oberfläche, oberflächengehärtet und hartverchromt dar, dargestellt unter Nummer 2 in Bild 2.

Das optimale Lösung für Amateurkonstruktionen, weil zylindrische führungen haben eine ausreichende steifigkeit, um weiche materialien in einer kleinen cnc-maschine relativ kostengünstig zu bearbeiten. Nachfolgend finden Sie eine Tabelle zur Auswahl des Durchmessers von zylindrischen Führungen in Abhängigkeit von der maximalen Länge und minimalen Durchbiegung.

Einige Chinesen Hersteller von günstigen Werkzeugmaschinen installieren die Führungen haben keinen ausreichenden Durchmesser, was zu einer Verringerung der Genauigkeit führt, z. B. beim Einsatz auf einer Maschine aus Aluminium mit einer Arbeitslänge von 400 mm führen Führungen mit einem Durchmesser von 16 mm zu einer Durchbiegung in der Mitte unter ihrem Eigengewicht um 0,3..0,5 mm (je nach Gewicht des Portals).

Beim die richtige Entscheidung der Durchmesser der Welle, die Konstruktion von Werkzeugmaschinen mit ihrer Verwendung ist ziemlich stark, das große Gewicht der Wellen verleiht der Struktur eine gute Stabilität, die Gesamtsteifigkeit der Struktur. Bei Maschinen mit einer Größe von mehr als einem Meter erfordert die Verwendung von Rundführungen eine deutliche Vergrößerung des Durchmessers, um eine minimale Durchbiegung aufrechtzuerhalten, was die Verwendung von Rundführungen unangemessen teuer und schwierig macht.

Achsenlänge	Sperrholzmaschine	Aluminium-Holzbearbeitungsmaschine	Aluminiummaschine zum Bearbeiten von Aluminium
200 mm	12	12	16	12
300 mm	16	16	20	16
400 mm	16	20	20	16
600 mm	20	25	30	16
900 mm	25	30	35	16

3) Profilschienenführungen
Bei großen Maschinen werden polierte Wellen durch Profilführungen ersetzt. Die Verwendung einer Abstützung über die gesamte Länge der Führung ermöglicht die Verwendung von Führungen mit deutlich kleineren Durchmessern. Aber die Verwendung dieser Art von Führungen erfordert hohe Anforderungen auf die Steifigkeit des Maschinentragrahmens, da die Betten aus Duraluminiumblech oder Stahlblech selbst sind nicht starr. Der geringe Durchmesser der Schienenführungen erfordert den Einsatz eines dickwandigen Stahlprofilrohres oder eines großflächigen Aluminium-Konstruktionsprofils im Maschinenaufbau, um die erforderliche Steifigkeit und Tragfähigkeit des Maschinenrahmens zu erreichen.
Die Verwendung einer speziellen Form der Profilschiene ermöglicht eine bessere Verschleißfestigkeit im Vergleich zu anderen Führungstypen.

Abbildung 8

4) Zylindrische Führungen am Träger
Zylindrische Führungen auf dem Träger sind ein billigeres Analogon zu Profilführungen.
Sie müssen, ebenso wie Profilmodelle, nicht im Maschinenrahmen verwendet werden. Plattenmaterialien, und das Profil eines Rohres mit großem Querschnitt.

Vorteile - keine Durchbiegung und keine Federwirkung. Der Preis ist doppelt so hoch wie bei zylindrischen Führungen. Ihr Einsatz ist gerechtfertigt, wenn die Verfahrlänge über 500 mm beträgt.

Bild 9 Zylindrische Führungen am Träger

Der Umzug kann sowohl auf als auch auf erfolgen Buchsen(Gleitreibung) - Abb. 10 links und mit Linearlager(Rollreibung)- Reis. 10 rechts.

Bild 10 Buchsen und Linearlager

Der Nachteil von Gleitbuchsen ist der Verschleiß der Buchsen, der zum Auftreten von Spiel führt, und ein erhöhter Aufwand zur Überwindung der Gleitreibung, was den Einsatz von leistungsstärkeren und teureren Schrittmotoren (SM) erfordert. Ihr Vorteil ist ihr niedriger Preis.

In letzter Zeit ist der Preis von Linearlagern so stark gesunken, dass ihre Auswahl auch in preiswerten Hobbyausführungen wirtschaftlich sinnvoll ist. Der Vorteil von Linearlagern in einem niedrigeren Reibungskoeffizienten im Vergleich zu Hülsenbuchsen und dementsprechend der größte Teil der Leistung von Schrittmotoren geht in nützliche Bewegungen und nicht in die Reibungsbekämpfung, was dazu führt, dass mögliche Anwendung Motoren mit geringerer Leistung.

Um auf einer CNC-Maschine eine Drehbewegung in eine Translationsbewegung umzuwandeln, ist es notwendig, ein Schrägstirnrad ( Leitspindel ). Durch die Drehung der Schraube bewegt sich die Mutter translatorisch. In Fräs- und Graviermaschinen einsetzbar Schraubengetriebe und Rollgewindetriebe .

Der Nachteil des Gleitschraubengetriebes ist eine ziemlich große Reibung, die den Einsatz bei hohen Drehzahlen einschränkt und zum Verschleiß der Mutter führt.

Schiebeschneckengetriebe:

1) metrische Schraube. Der Vorteil einer metrischen Schraube ist ihr günstiger Preis. Nachteile - geringe Genauigkeit, kleiner Schritt und langsame Geschwindigkeit ziehen um. Maximale Geschwindigkeit des Propellers (Geschwindigkeit mm pro Minute) basierend auf der maximalen Geschwindigkeit des Schrittmotors (600 U/min). Die besten Fahrer behalten das Drehmoment bis zu 900 U/min. Bei dieser Rotationsgeschwindigkeit kann eine lineare Bewegung erreicht werden:

Für M8-Schraube (Gewindesteigung 1,25 mm) - nicht mehr als 750 mm / min,

Für Schraube M10 (Gewindesteigung 1,5 mm) - 900 mm / min,

Für M12 Schraube (Gewindesteigung 1,75mm) - 1050mm/min,

Für Schraube М14 (Gewindesteigung 2,00 mm) - 1200 mm / min.

Bei maximaler Drehzahl hat der Motor etwa 30-40% seines ursprünglich spezifizierten Drehmoments und dieser Modus wird ausschließlich für Leerlaufbewegungen verwendet.

Bei einem so geringen Vorschub, erhöhter Verbrauch für Messer, bilden sich nach wenigen Betriebsstunden Kohleablagerungen an den Messern.

2) Trapezgewindespindel... Im zwanzigsten Jahrhundert nahm es eine führende Position bei Werkzeugmaschinen für die Metallbearbeitung ein, bevor die Kugelgewindetriebe aufkamen. Der Vorteil ist eine hohe Genauigkeit, eine große Gewindesteigung und folglich eine hohe Bewegungsgeschwindigkeit. Achten Sie auf die Art der Verarbeitung, je glatter und ebenmäßiger die Oberfläche der Schraube, desto länger die Lebensdauer des Schraube-Mutter-Getriebes. Gerollte Schrauben haben Vorrang vor Gewindeschrauben. Die Nachteile eines Trapezgewinde-Mutter-Getriebes sind ein im Vergleich zu einer metrischen Schraube recht hoher Preis, Gleitreibung erfordert den Einsatz von Schrittmotoren mit ausreichend hoher Leistung. Die Hauptschrauben sind TR10x2 (Durchmesser 10mm, Gewindesteigung 2mm), TR12x3 (Durchmesser 12mm, Gewindesteigung 3mm) und TR16x4 (Durchmesser 16mm, Gewindesteigung 4mm). In Maschinen ist die Kennzeichnung eines solchen Getriebes TR10x2, TR12x3, TR12x4, TR16x4

Rollgewindetriebe:

Kugelgewindetrieb (Kugelgewindetrieb). Beim Kugelgewindetrieb wird die Gleitreibung durch die Rollreibung ersetzt. Um dies zu erreichen, sind beim Kugelgewindetrieb Spindel und Mutter durch Kugeln getrennt, die in den Nuten des Gewindes rollen. Die Kugelumwälzung erfolgt über parallel zur Schneckenachse verlaufende Rücklaufkanäle.

Abbildung 12

Die Kugelgewindetriebe bieten hohe Belastungsfähigkeit, gute Laufruhe, deutlich gesteigerte Ressourcen (Haltbarkeit) durch reduzierte Reibung und Schmierung, gesteigerte Effizienz (bis zu 90%) durch weniger Reibung. Es kann mit hohen Geschwindigkeiten arbeiten, bietet eine hohe Positioniergenauigkeit, hohe Steifigkeit und kein Spiel. Das heißt, Maschinen mit Kugelgewindetrieben haben eine deutlich längere Ressource, aber sie haben einen höheren Preis. Die Maschinen sind mit SFU1605, SFU1610, SFU2005, SFU2010 gekennzeichnet, wobei SFU eine Einzelmutter ist, DFU eine Doppelmutter ist, die ersten beiden Ziffern den Schraubendurchmesser und die zweiten beiden die Gewindesteigung sind.

Leitspindel Die Fräsmaschine kann wie folgt montiert werden:

1) Ausführung mit einem Stützlager. Die Befestigung erfolgt einseitig der Schraube mit einer Mutter am Stützlager. Die zweite Seite der Schraube ist über eine starre Kupplung mit der Schrittmotorwelle verbunden. Vorteile - Einfachheit der Konstruktion, Nachteil - erhöhte Belastung des Schrittmotorlagers.

2) Ausführung mit zwei Stützlagern im Distanzstück. Die Konstruktion verwendet zwei Stützlager während Innenseiten Portal. Der Konstruktionsfehler ist eine komplexere Implementierung im Vergleich zu Option 1). Der Vorteil sind weniger Vibrationen, wenn die Schraube nicht ganz flach ist.

3) Ausführung mit zwei Stützlagern in Presspassung. Die Konstruktion verwendet zwei Stützlager an externe Teilnehmer Portal. Vorteile - die Schraube wird im Gegensatz zur zweiten Option nicht verformt. Nachteilig ist die aufwendigere Ausführung der Konstruktion im Vergleich zur ersten und zweiten Variante.

Reisenüsse es gibt:

Spielfreie Bronze. Der Vorteil solcher Nüsse ist die Haltbarkeit. Nachteile - schwierig herzustellen (daher hoher Preis) und haben einen hohen Reibungskoeffizienten im Vergleich zu Caprolonmuttern.

Caprolon spielfrei. Caprolon ist derzeit weit verbreitet und ersetzt zunehmend Metall in professionellen Konstruktionen. Die Laufmutter aus graphitgefülltem Caprolon hat im Vergleich zur gleichen Bronze einen deutlich geringeren Reibungskoeffizienten.

Abbildung 14 Überwurfmutter aus graphitgefülltem Caprolon

Bei der Kugelgewindemutter (Kugelgewindetrieb) wird die Gleitreibung durch Rollreibung ersetzt. Vorteile - geringe Reibung, die Fähigkeit, mit hohen Geschwindigkeiten zu arbeiten. Der Nachteil ist der hohe Preis.

Kupplungsauswahl

1) Verbindung über eine starre Kupplung. Vorteile: Starre Kupplungen übertragen mehr Drehmoment von Welle zu Welle, kein Spiel bei hoher Belastung. Nachteile: erfordern eine präzise Montage, da diese Kupplung Flucht- und Fluchtungsfehler der Wellen nicht ausgleicht.

2) Anschluss über eine Balgkupplung (geteilte Kupplung). Der Vorteil der Verwendung einer Balgkupplung besteht darin, dass Sie durch die Verwendung einen Versatz der Montage der Fahrwelle und der Achse des Schrittmotors bis zu 0,2 mm und einen Versatz von bis zu 2,5 Grad ausgleichen können, wodurch weniger Belastung des Schrittmotorlagers und eine längere Lebensdauer des Schrittmotors. Es dämpft auch auftretende Vibrationen.

3) Verbindung über eine Nockenkupplung. Vorteile: ermöglicht die Dämpfung der auftretenden Schwingungen, überträgt mehr Drehmoment von der Welle auf die Welle im Vergleich zur geteilten. Nachteile: geringerer Ausgleich von Fluchtungsfehlern, Fluchtungsfehler bei der Montage der Fahrwelle und der Achse des Schrittmotors bis 0,1 mm und Fluchtungsfehler bis 1,0 Grad.

C) Wahl der Elektronik

Die Elektronik ist dargestellt (siehe Abb. 1 und 2):

7 - Schrittmotorsteuerung

8 - Netzteil der Schrittmotorsteuerung

11 - Schrittmotoren

Es gibt 4-Leiter, 6-Leiter und 8-Leiter Schrittmotoren ... Alle können verwendet werden. Die meisten modernen Controller verwenden eine Vierdrahtverbindung. Der Rest der Leiter wird nicht verwendet.

Bei der Auswahl einer Maschine ist es wichtig, dass der Schrittmotor genügend Kraft hat, um das Arbeitswerkzeug schrittlos, also lückenlos zu bewegen. Je größer die Steigung der Schnecke, desto stärker werden die Motoren benötigt. Normalerweise gilt: Je höher der Motorstrom, desto höher sein Drehmoment (Leistung).

Viele Motoren haben 8 Klemmen für jede Halbwicklung separat - so können Sie einen Motor mit in Reihe geschalteten Wicklungen oder parallel schalten. Bei parallel geschalteten Wicklungen benötigen Sie einen Treiber mit dem doppelten Strom als bei in Reihe geschalteten Wicklungen, aber die halbe Spannung reicht aus.

Bei einer Serie im Gegensatz dazu - um das Nenndrehmoment zu erreichen, wird die Hälfte des Stroms benötigt, aber um die maximale Geschwindigkeit zu erreichen, die doppelte Spannung.

Der Bewegungsbetrag pro Schritt beträgt typischerweise 1,8 Grad.

Für 1.8 sind es 200 Schritte pro Eins volle Umdrehung... Dementsprechend muss zur Berechnung des Wertes die Anzahl der Schritte pro mm ( Schritt pro mm) verwenden wir die Formel: Anzahl der Schritte pro Umdrehung / Spindelsteigung. Für eine Schraube mit einer Steigung von 2 mm erhalten wir: 200/2 = 100 Schritte / mm.

Controller-Auswahl

1) DSP-Controller. Vorteile - die Möglichkeit, Ports auszuwählen (LPT, USB, Ethernet) und die Unabhängigkeit der STEP- und DIR-Signalfrequenzen vom Betrieb des Betriebssystems. Nachteile - hoher Preis (ab 10.000 Rubel).

2) Controller von Chinesische Hersteller für Amateurmaschinen. Vorteile - niedriger Preis (ab 2500 Rubel). Nachteil - Erhöhte Anforderungen an die Stabilität des Betriebssystems, erfordert die Einhaltung bestimmter Konfigurationsregeln, vorzugsweise Verwendung eines dedizierten Computers, es sind nur LPT-Versionen verfügbar.

3) Amateurdesigns von diskreten Controllern. Der niedrige Preis chinesischer Controller ersetzt Amateurdesigns.

Chinesische Steuerungen werden am häufigsten in Amateuverwendet.

Netzteilauswahl

Nema17-Motoren benötigen ein Netzteil von mindestens 150W

Nema23-Motoren benötigen mindestens 200 W Stromversorgung

Die Leitspindel ist ein wichtiges Teil, das als Bewegungswandler verwendet wird. Es wandelt Drehbewegungen in Linearbewegungen um. Dazu wird es mit einer speziellen Mutter geliefert. Darüber hinaus sorgt es für eine Bewegung mit einer vorbestimmten Genauigkeit.

Qualitätsindikatoren für Schrauben

Die Schraube als sehr wichtiges Bauteil muss viele Anforderungen erfüllen. Um ihn beispielsweise in einem Tischschraubstock einsetzen zu können, muss er in Bezug auf folgende Parameter geeignet sein: Durchmessermaß, Profil- und Gewindesteigungsgenauigkeit, Verhältnis des Gewindes zu seinen Lagerzapfen, Verschleiß Widerstand und Fadenstärke. Zu beachten ist auch, dass je nach Bewegungsgenauigkeit der Spindeln diese in mehrere Genauigkeitsklassen von 0 bis 4 eingeteilt werden können. Beispielsweise müssen Leitspindeln von Zerspanungsmaschinen einer Genauigkeitsklasse von 0 . entsprechen bis 3.4 Genauigkeitsklasse ist für den Einsatz in solchen Geräten nicht geeignet.

Leitspindelrohlingmaterial

Als Rohling zur Herstellung einer Schraube wird ein normaler Steg verwendet, der aus dem hochwertigen Metall herausgeschnitten wird. Dabei ist jedoch zu beachten, dass an das als Werkstück dienende Material einige Anforderungen gestellt werden. Das Metall sollte eine gute Verschleißfestigkeit, gute Bearbeitbarkeit und einen stabilen Gleichgewichtszustand unter inneren Spannungsbedingungen, die nach der Bearbeitung auftreten, aufweisen. Das ist sehr wichtig, denn diese Liegenschaft wird dazu beitragen, eine Verformung der Leitspindel bei der weiteren Verwendung zu vermeiden.

Für die Herstellung dieses Teils mit einer mittleren Genauigkeitsklasse (2. oder 3.), an das keine erhöhten Anforderungen an die Temperaturbeständigkeit gestellt werden, wird Stahl A40G verwendet, der ein Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt ist, mit Zusatz von Schwefel und Stahl 45 mit die Zugabe von Blei. Diese Legierung verbessert die Zerspanbarkeit der Schraube und reduziert zudem die Oberflächenrauheit des Materials.

Schraubenprofil

Es gibt drei Schneckenprofile, die bei der Herstellung der Leitspindel einer Drehmaschine oder einer anderen verwendet werden. Das Profil kann trapezförmig, rechteckig oder dreieckig sein. Die gebräuchlichste Art ist Trapezgewinde. Zu seinen Vorteilen gehört die Tatsache, dass es eine höhere Genauigkeit als rechteckig hat. Außerdem ist es mit einer geteilten Mutter möglich, die Axialspiele mit einer Trapezgewindespindel, die durch den Geräteverschleiß entstehen, auszugleichen.

Wichtig ist auch hier zu beachten, dass das Schneiden, wie das Schleifen eines Trapezgewindes an einer Schraube, viel einfacher ist als ein rechteckiges. Gleichzeitig müssen Sie jedoch verstehen, dass die Genauigkeitseigenschaften von rechteckigen Gewinden höher sind als die von trapezförmigen. Das heißt, wenn es darum geht, eine Schraube mit der besten Einstellung für die Genauigkeit zu erstellen, müssen Sie immer noch ein rechteckiges Gewinde schneiden. Trapezgewindespindeln nicht für sehr genaue Operationen geeignet.

Schraubenbearbeitung

Die Hauptteile, auf denen die Schraube in der Maschine basiert, sind die Lagerzapfen und Bunde. Als Betätigungsfläche gilt das Schraubengewinde. Die höchste Genauigkeit bei einem Tischschraubstock und allen anderen Werkzeugmaschinen mit einer solchen Schraube muss zwischen der Arbeitsfläche des Teils sowie der Hauptbezugsfläche gewährleistet sein. Aus diesem Grund, um Verformungen zu vermeiden, wird die Bearbeitung all dieser Oberflächen durchgeführt, wobei die Anwendung dieses Teils die Besonderheiten der Bearbeitung der Leitspindel bestimmt.

Auch hier ist zu beachten, dass eine Schraube mit einer anderen Genauigkeitsklasse auf unterschiedliche Größen bearbeitet wird. Teile, die der Genauigkeitsklasse 0,1 und 2 angehören werden, werden bis zur 5. Qualität verarbeitet. Die zur 3. Genauigkeitsklasse gehörenden Schrauben werden bis zur 6. Qualität verarbeitet. Auch Schrauben der 4. Kategorie werden bis zur 6. Klasse verarbeitet, haben aber ein Toleranzfeld für den Außendurchmesser.

Zentrieren und Gewindeschneiden

Um eine Schraube akzeptabler Qualität zu erhalten, müssen mehrere weitere Arbeitsgänge durchgeführt werden. Eine davon war die Zentrierung des Teils, das weitergeht Drehbank... Die Leitspindel bzw. das Werkstück für dieses Teil wird auf die vorgegebene Ausrüstung zentriert und hier die Enden darauf zugeschnitten. Außerdem wird ein Arbeitsgang zum Schleifen des Werkstücks durchgeführt. Verwenden Sie dazu Spitzenlos- oder Rundschleifmaschinen in den Spitzen. Wichtig ist hier hinzuzufügen, dass das Schleifen in den Spitzen nur für Schrauben der Genauigkeitsklassen 0,1 und 2 durchgeführt wird.

Außerdem muss das Werkstück vor dem Gewindeschneiden gerichtet werden. Dabei ist zu beachten, dass nur Schrauben der 3. und 4. Genauigkeitsklasse diesem Vorgang unterzogen werden. Danach wird ihre Oberfläche zusätzlich poliert. Als Ausrüstung zum Gewindeschneiden an der Leitspindel wird eine Schraubendrehmaschine verwendet.

Beschreibung der Schraubenmutter

Die Spindelmutter ist für präzise Positionierungsbewegungen ausgelegt. In einigen seltenen Fällen können sie aus einem Material wie z. B. reibungsarmem Gusseisen hergestellt werden. Dieses Element muss einen konstanten Eingriff mit den Windungen der Schraube gewährleisten und auch als Ausgleichsteil wirken. Der Spalt, der bei Verschleiß der Schraube zwangsläufig entsteht, müssen Sie ausgleichen. Zum Beispiel werden Muttern für Leitspindeln, die in Drehmaschinen verwendet werden, doppelt hergestellt. Dies ist notwendig, um den Spalt zu beseitigen, der entweder durch die Herstellung und Montage der Maschine oder durch den Verschleiß ihrer Teile entstehen kann.

Die Besonderheit einer Schraube mit Doppelmutter besteht darin, dass sie einen festen und beweglichen Teil hat. Der rechte bewegliche Teil kann sich entlang der Achse des feststehenden Teils bewegen. Es ist diese Bewegung, die die Lücke ausgleicht. Die Mutternfertigung erfolgt nur für Schrauben der Genauigkeitsklasse Null, 1. und 2. Zu ihrer Herstellung wird Zinnbronze verwendet.

Woraus bestehen Nüsse und ihre Abnutzung?

Die gebräuchlichsten Materialien für die Herstellung dieser Art von Teilen sind Aluminium-Eisen-Bronzen gemäß der Werkzeugmaschinennorm MT 31-2. Neben diesem Material kann auch Antifriktionsguss als Ersatz für verantwortungsloses . verwendet werden

Wichtig ist hier hinzuzufügen, dass die Mutter viel schneller verschleißt als die Leitspindel selbst. Dafür gibt es mehrere Gründe:

• das Gewinde der Mutter ist schlecht vor jeglicher Art von Verunreinigungen geschützt und es ist auch ziemlich schwierig, es von diesen unnötigen Elementen zu reinigen.
• es kommt oft vor, dass dieses Element anfänglich schlecht geschmiert ist und dies die Lebensdauer stark beeinflusst;
• Wenn die Mutter mit der Schraube kämmt, stellt sich heraus, dass beim zweiten Element alle Windungen gleichzeitig arbeiten, bei der Schraube jedoch nur die, die mit der Mutter verbunden sind.

Aus diesen Gründen müssen Schrauben mit Mutter öfter kontrolliert werden, da die Mutter recht schnell verschleißt.

„Wenn es eine Maschine gäbe, aber was könnte man damit machen“, „Lass uns machen, sehen was passiert, dann werden wir sehen“, „Ich frage mich nur“, „Ich kann nicht mit einer Stichsäge sägen oder eine Feile, also lass die Maschine sägen“, „Das Problem selbst und der Prozess seiner Lösung sind interessant“, „Ich möchte eine Maschine, auf der ich viele KITs schneiden und viel Geld verdienen kann“, usw. usw. Solche Anreize, mit dem Bau einer so komplexen und teuren Vorrichtung wie einer CNC-Maschine zu beginnen, sind nicht ernst, obwohl sie üblich sind.

Mein Motiv stimmte mit keinem der oben genannten überein. Ich wusste, was ich an der Maschine machen würde – Balsateile für meine Flugzeuge sägen. Warum CNC? Aber weil er mit seinen Händen müde war und zu lange. Hier zum Beispiel ein Foto der oberen Tragflächenkonsolen und des Stabilisators einer Kopie des I-5-Flugzeugs, die für eine CNC-Maschine entworfen und darauf vollständig ausgeschnitten wurde.

Dies ist mein erstes Modell, das ausschließlich für CNC entwickelt wurde. Rippen - Balsa 1,5 mm, alle mit Stacheln, 80% der Details sind einzigartig. Dies manuell zu tun, ist erschöpft, aber vielleicht nicht. Können Sie sich vorstellen, ein solches Modell beim Erstflug zum Absturz zu bringen? Oder im zweiten? Du wirst grau! Und dann nahm er einen neuen Flügel und schnitt ihn aus, oder dort einen Stabilisator ....

Gut. Und warum ist die Maschine? Wo auch immer Sie spucken - ein lasergeschnittenes Büro! Habe die Akten gegeben, die Teile bekommen und es ist nicht teuer. Ja, dies ist der Fall, wenn KITs gestempelt werden, jedoch nicht während des Entwicklungsprozesses. Die Büros brauchen Volumen, sie sind nicht daran interessiert, 2-3 Teile zu schneiden, sie werden nicht einmal 10 Teile schneiden, geben ihnen 10 Standardblätter... Und du triffst sie nicht.

Um innen und außen zu gestalten und dann mit einem Laser aus einem Blech zu schneiden, damit alles perfekt zusammenpasst, kann man nur ein einfaches Modell haben, keine Kopie. Vielleicht gelingt es jemandem, aber mir nicht. Ich habe einen Knoten entworfen, geschnitten, geklebt, in den Händen verdreht, repariert, was mir nicht gefiel, ging weiter - das ist mein Ansatz. Und dafür muss die Maschine zu Hause sein.

Als ich das Forum für CNC-Maschinen auf unserer Website gelesen habe, bin ich zu dem Schluss gekommen, dass es ein Dutzend Leute gibt, die eine Werkzeugmaschine bauen möchten. Aber wenn die Leute im Allgemeinen mit Elektronik und Programmen befreundet sind, gibt es zumindest ein Verständnis dafür, was und wie zu tun ist, dann mit dem mechanischen Teil der Maschine - einem Rohr. Ziel des Beitrags ist es, Interessierten den Verlauf der Materie am Beispiel der Konstruktion einer konkreten Werkzeugmaschine vorzustellen. Ich möchte, dass die Fragen in den Foren aussagekräftiger sind und auf echte Fakten, keine Spekulation. Ich habe keine Aufgabe zu lehren und genau anzugeben, wie SIE IHRE Maschine bauen. Sie können meine Empfehlungen zur Kenntnis nehmen oder sie ignorieren, es ist Ihr gutes Recht.

In diesem Artikel wird kein Wort über Elektronik und Software verloren. Und das nicht nur, weil dies Thema eines separaten Artikels ist, den vielleicht jemand schreiben wird. Ich möchte niemanden beleidigen, aber Elektronik ist meiner Meinung nach heute kein Problem. Im Gegensatz zu Mechanikern kann es ganz einfach komplett gekauft werden - eingesteckt und in Betrieb genommen, und seine Kosten betragen nicht mehr als ein Viertel aller Kosten der Maschine. Aber Mechanik von akzeptabler Qualität zu einem vernünftigen Preis ist ein Problem. Ich will Menschen, außer Lust - ich will eine CNC-Maschine, da war auch ein Verständnis dafür, was dahinter steckt.

Wir legen die technischen Eigenschaften fest

Termin

1. Wie bereits erwähnt, wird die Maschine hauptsächlich zum Fräsen von Balsaplatten benötigt – also Teile von Flugzeugmodellen daraus herauszuschneiden. Für dieses Material muss die Maschine Höchstleistungen erbringen. Neben Balsa, Bau- und Flugzeugsperrholz werden Holz, Kunststoff, Glasfaser und Carbon gefräst. Die Genauigkeit der Maschine für die aufgeführten Materialien sollte bei maximaler Länge nicht schlechter als 0,1 mm sein.
2. Neben Nichtmetallen soll die Maschine auch Aluminiumlegierungen mit Fräsern bis 3 mm Durchmesser mit Vorschubgeschwindigkeiten von 150 ... 250 mm/min, bei einer Tiefe von bis zu 2 mm gut schneiden. Die Genauigkeit beim Fräsen von Aluminiumlegierungen sollte im Bereich von 0,05 mm auf einer Fläche von 150x150 mm liegen.
3. Das Fräsen von Stahl ist außer in Einzelfällen nicht vorgesehen, während Geschwindigkeit und Genauigkeit nicht geregelt sind.
4. Es soll möglich sein, 3D-Modelle und Stanzformen aus nichtmetallischen Materialien zum Kleben und Formen von Kotflügeln, Hauben, Leuchten usw.

Optimal, klein Tischmaschine für die aufgeführten Aufgaben sollte eine Rahmenstruktur haben.

Schnittkräfte und Schrittmotor

Es gibt ein Missverständnis, dass Sie beim Fräsen Druck auf den Fräser ausüben müssen, damit er besser schneidet. Das ist nicht richtig. Denken Sie daran, mit einer Stichsäge auszuschneiden, nur heruntergedrückt - die Feile ist kaputt. Die Sägegeschwindigkeit hängt davon ab, wie schnell Sie mit der Stichsäge hin- und hergehen und von der Schärfe der Säge. Beim Fräsen mit dünnen Fräsern ist das gleiche Bild zu beobachten, wenn Sie falsche Schnittbedingungen einstellen - der Fräser ist gebrochen. Deshalb setzen wir auf ein scharfes Qualitätswerkzeug und optimale Schnittbedingungen. Unter diesen Bedingungen sind geringe Spindelbelastungen und Lagerreaktionen im Bereich von mehreren Kilogramm zu erwarten.

Es ist nicht notwendig, diese Kilogramm mit den Formeln zu berechnen. Die maximal mögliche Anstrengung können Sie einfach und visuell direkt mit Ihren bloßen Händen auswerten. Nehmen Sie dazu einen 1 mm dünnen Schaftfräser und versuchen Sie, ihn in Ihren Händen zu brechen. Sie werden überrascht sein, wie einfach es für Sie sein kann. Es ist schwieriger, einen Fräser mit einem Durchmesser von 3 mm in den Händen zu brechen, aber diese Anstrengungen sind dennoch nicht übertrieben. Die Zerstörung des Fräsers bei Überschreitung der zulässigen Belastungen ist die Sicherung, die unsere Maschine vor kritischen Spannungen und Ausfällen schützt. Die Steifigkeit der Maschine sollte auf diese Belastungen ausgelegt sein, am besten mit doppeltem Spielraum.

Die Leistung eines Schrittmotors wird hauptsächlich nicht zum Schneiden benötigt, sondern um die Reibungskräfte in den Führungen und dem Schraubenpaar zu überwinden, die von der Fertigungsqualität, Spiel, Verzug und dem Vorhandensein von Schmierung abhängen. Es ist möglich, diese Kräfte zu berechnen, es gibt Methoden, aber je kleiner der Mechanismus ist, desto weniger zuverlässig sind die Ergebnisse. Die Wahl eines Motors für eine Maschine in Bezug auf die Leistung ist also der gleiche Schamanismus wie die Wahl eines Motors für ein Flugzeugmodell mit Verbrennungsmotor: ziehen - wird nicht ziehen, mit einem Spielraum - am Limit , dh aus Erfahrung oder auf Basis von Prototypenanalysen.

Schrittmotoren auf dem Markt in loser Schüttung. Es ist nicht leicht, aus dieser Fülle die richtigen auszuwählen. Daher konzentrieren wir uns auf die Motoren, die bei einer solchen Technik am häufigsten verwendet werden - sowjetische Induktor-Schrittmotoren DSHI-200-3 oder DSHI-200-2. Sie unterscheiden sich in der Macht. Es gibt auch DSHI-200-1, aber es ist ehrlich gesagt schwach. DSHI-200 sind gute Motoren, wenn man Glück hat, findet man diese Motoren mit dem OS-Index (Sonderserie, Militärabnahme), die Verarbeitungsqualität ist besser, aber die üblichen sind ganz auf dem Niveau.

Hier die technischen Eigenschaften der DSHI-200-3-Engine (die Werte für die DSHI-200-2 in Klammern):

• Maximales statisches Moment, nt - 0,84 (0,46).
• Einheitsschritt, Grad - 1,8 (1.8).
• Schrittverarbeitungsfehler, % - 3 (3).
• Maximale Aufnahmefrequenz, Hz - 1000 (1000).
• Versorgungsstrom in einer Phase, A - 1,5 (1,5).
• Versorgungsspannung, V - 30 (30)
• Leistungsaufnahme, W - 16,7 (11,8).
• Gewicht, kg - 0,91 (0,54).

Genauigkeit

Positionierauflösung und Fräsgenauigkeit werden oft verwechselt. Die Auflösung hängt von der Wahl des Schrittmotors und der Übertragungsart ab. Beispielsweise macht der Schrittmotor DSHI-200-3 im optimalen Halbschrittmodus 400 Schritte pro Umdrehung. Wenn Sie also ein Stirnrad mit einer Gewindesteigung von 2 mm verwenden, bewegt sich der Arbeitskörper in einem Schritt um 2/400 = 0,005 mm, d. 5 Mikrometer. Bei einem Schritt von 3 mm - 3/400 = 0,0075 mm, d.h. um 2,5 Mikrometer weiter, aber die Geschwindigkeit wird um ein Drittel höher sein.

Wenn Sie ein Getriebe mit Zahnriemen verwenden, sieht das Bild wie folgt aus. Der kleinstmögliche (aus konstruktiven Erwägungen) durchschnittliche Durchmesser des Antriebsrades beträgt 14 mm. Dies bedeutet, dass bei einer Umdrehung der Weg 3,14 * 14 = 43,96 mm beträgt, d.h. Verschiebung in 1 Schritt beträgt 43,96 / 400 = 0,11 mm. Für Balsa ist es akzeptabel, mit einem Knarren natürlich, aber wenn das alles wäre, könnte man es ertragen. Aber das ist leider nicht alles.

Um die Fräsgenauigkeit zu erhalten, sollten zum Auflösungswert das technologische Spiel in den Führungen und dem Getriebe sowie die Verlagerungswerte aufgrund elastischer Verformungen aufgrund der allgemeinen Steifigkeit der Maschine addiert werden. Spiel kann berechnet werden, aber die Gesamtsteifigkeit ist schwieriger. Es ist unmöglich, es zu berechnen.

In der Serienfertigung wird zunächst ein Prototyp konstruiert und gefertigt (in der Regel auf Basis eines Prototyps, also einer anderen Maschine). Dann wird die Maschine getestet, gründlich vermessen und überprüft, ob ihre Genauigkeit den Anforderungen des TOR entspricht oder nicht. Wenn sie nicht antwortet, wird die Struktur analysiert, Problembereiche identifiziert, wo Steifigkeit erforderlich ist, Änderungen in der Konstruktionsdokumentation vorgenommen und eine Installationsserie gestartet. Der Vorgang wird für mehrere Kopien wiederholt. Dieser Vorgang wird als Fertigstellen der Maschine bezeichnet.

Auch das Amateur-Design ist in gewisser Weise ein Prototyp, aber leider stellt es sich auch als endgültig heraus. Dies zwingt bei der Konstruktion dazu, dem Leistungskreis der Maschine eine bewusst überhöhte Steifigkeit zu verleihen. Habe keine Angst davor. Hier ist es besser, auf Nummer sicher zu gehen. Der Wunsch, ein elegantes und originelles Design zu kreieren, kann dem Designer einen grausamen Scherz spielen. Die Maschine darf sich nicht als starr erweisen, und der zweite Versuch darf nicht - zu teuer sein.

Das fälschlicherweise verstandene "Feintuning" der Maschine - Korrektur von Fehlern im Stromkreis durch Einschrauben zusätzlicher Ecken, Tücher und Rippen - führt zu keinem Ergebnis. Dies ist dasselbe wie die Behandlung Ihrer Zähne mit Pillen - es gibt vorübergehende Linderung und dann wird es schlimmer. Es ist unmöglich zu lehren, wie man zuverlässige, starre Strukturen herstellt. Die Struktur muss gefühlt werden, sie kommt mit der Erfahrung, so wie ein erfahrener Fahrer ein Auto zu fühlen beginnt.

Wenn Sie eine zuverlässige und langlebige Maschine für den täglichen Gebrauch bauen wollen und nicht grundlegende Möglichkeiten demonstrieren möchten, aber nicht genug Konstruktionserfahrung haben, das Schicksal nicht in Versuchung führen, einen bewährten Prototypen als Grundlage nehmen, das spart Ihnen Nerven, Zeit und Geld.

Wenn Sie sich dennoch entscheiden, das Design der Maschine selbst zu entwickeln, beachten Sie einige einfache Regeln:

• Sparen Sie nicht an Steifigkeit. In Zweifelsfällen sollten Sie sich rückversichern. Halten Sie sich an den Grundsatz gleicher Stärke und gleicher Steifigkeit.
• V Kraftrahmen Werkzeugmaschine, wo immer möglich, Blind- und Presspassungen oder Stifte verwenden, weil eine einfache Schraubverbindung bietet keine Steifigkeit.
• Vergessen Sie nicht, dass die Steifigkeit bei Torsion im Durchschnitt proportional zum Quadrat der Querschnittsabmessungen ist und bei Biegung - bis zum vierten Grad, d. Wenn die Abmessungen des Abschnitts des Teils verdoppelt werden, erhöht sich seine Steifigkeit um das Sechzehnfache.
• Lassen Sie sich nicht von Rippen mitreißen. Ein monolithisches Aluminiumteil ist steifer als ein Stahl mit gleicher Festigkeit und gleichem Gewicht, jedoch gerippt.

Aber wir wurden abgelenkt. Die Genauigkeit der Maschine wird in der Konstruktionsspezifikation basierend auf den an der Maschine auszuführenden Aufgaben angegeben. Daher haben wir die Genauigkeit innerhalb von 0,05 mm auf dem Fräsarbeitsbereich angegeben, begrenzt durch Abmessungen von 150x150 mm. Wir werden versuchen, es bereitzustellen. Wenn die Maschine bereit ist, sehen wir uns an, was wirklich passiert ist, aber lassen Sie uns zunächst einige Schätzungen vornehmen.

Zuerst. Ein Zahnriemenantrieb ist von der Auflösung her nicht geeignet. Also die Schraube. Aus Auflösungssicht ist die Schneckensteigung von 2 oder 3 mm unkritisch, beide sind geeignet. Ein weiterer häufiger Irrtum ist übrigens, dass die Genauigkeit der Maschine umso höher ist, je kleiner die Steigung der Spindel ist. Die Positionierauflösung wird höher, nicht jedoch die Fräsgenauigkeit.

Zweite. Natürlich liegen die am stärksten belasteten Führungen der Maschine entlang der X-Achse.Das Gewicht des X-Schlittens liegt voraussichtlich bei 5 kg, die zu erwartenden Schnittkräfte betragen 2 ... 3 kg. Unter solchen Belastungen haben zwei zylindrische Führungen mit einem Durchmesser von 16 mm und einer Länge von 700 mm aus geklebtem 40X-Stahl einen Durchbiegungspfeil in der Größenordnung von 2-3 Mikrometern. Auch wenn es 5 Mikrometer sind, ist es noch ganz akzeptabel.

Dritte. Wir gehen davon aus, dass wir die Steifigkeit der Karosserieteile des Laufwagens X so gewährleisten können, dass es zu keinen spürbaren Verformungen durch die Schnittkräfte kommt. Dann bleibt der gesamte Fehler (in der Größenordnung von 0,04 mm) für das Spiel übrig, hauptsächlich für das Spiel in Schraubenpaaren und für Fehler bei der Herstellung von Leitspindeln.

Sehr strenge Anforderungen, in der Tat ist dies das Maximum, das von einer hausgemachten Maschine erreicht werden kann. Was den gesamten Fräsbereich betrifft, wenn wir auf einer Länge von 700 mm 0,1 mm einhalten, wird es einfach super.

Bei einem Antrieb mit Zahnriemen fehlt der akkumulierte Schraubenfehler, aber der Riemen dehnt sich nur bedingt nicht, also ist die Fräsgenauigkeit damit gering und selten besser als 0,25 ... 0,3 mm über a Länge von 700 mm.

Geschwindigkeit

Die Maschine hat zwei Geschwindigkeiten - die Bewegungsgeschwindigkeit der Spindel beim Fräsen (Vorschub) und die Geschwindigkeit Leerlauf bewegen(Positionierung). Ersteres richtet sich nach den Schnittbedingungen und kann in weiten Grenzen variieren, zweiteres sollte möglichst sein. Wenn die maximal mögliche Geschwindigkeit beim Fräsen des Materials, für das die Maschine ausgelegt ist, niedriger als der optimale Vorschub ist, wird die Produktivität der Maschine offensichtlich nicht ausreichen.

Für Balsa sind die optimalen Mahlmodi:

• Blechdicke von 1 bis 2 mm - Fräser mit einem Durchmesser von 0,6 mm (0,8 mm); Vorschub 600 mm/min; Drehzahl 40.000 ... 50.000 U/min.
• Blechdicke von 2 bis 6 mm - 0,8 mm Fräser; Vorschub 500 mm / min bei gleicher Geschwindigkeit;

Weniger Vorschub für andere Materialien. Die Drehzahl hängt von der Spindel ab. Auch wenn ich heute keine Spindel für 50.000 U/min habe, erscheint sie vielleicht morgen, also muss die Maschine mit Vorschubgeschwindigkeiten von 500...600 mm/min gefertigt werden.

DSHI-200-3 hat eine Aufnahmefrequenz von 1000 Hz, im Halbschrittbetrieb sind es 150 U/min, was bedeutet, dass der maximale Vorschub bei einer Schnecke mit einer Steigung von 3 mm 450 mm / min beträgt. Fällt etwas hinter den optimalen Modus zurück. Bei einer Schnecke mit einer Steigung von 2 mm wird der Vorschub noch geringer sein, nur 300 mm / min, was eindeutig nicht ausreicht. Wenn der Motor im Normalmodus läuft, beträgt die maximale Geschwindigkeit 900 mm / min, aber die Positioniergenauigkeit sinkt auf 0,015 mm. Es funktioniert für Balsa, aber nicht für Aluminium.

Größe des Fräsarbeitsbereichs

Wie man sagt, kommt es auf die Größe an, und zwar nicht nur in Bezug auf die Platzierung des Rohlings in der optimalen Fläche (100x1000 für Balsa, 300x500 für Balsasperrholz). Die Kosten der Maschine hängen stark von der Größe der Fräsbearbeitungsebene ab, insbesondere wenn ein Gewindetrieb verwendet wird. Hier ist ein Kompromiss erforderlich. Für mich selbst habe ich diesen Kompromiss gefunden - 700x300x70 mm. Sie können andere Größen haben.

Gleitlager und Führungen

Für relativ genaue kleine Werkzeugmaschinen, wie wir sie entwickeln, ist es schwierig, Alternativen zu Rundstahlführungen mit Gleitlagern zu finden. Zumindest darin Preiskategorie wir zählen auf.

Kürzlich erschienen große Menge Kugellinearlager verschiedener Typen. Ehrlich gesagt verstehe ich die Gründe für ihre wachsende Popularität nicht. Neben dem einzigen Vorteil - der außergewöhnlichen Leichtgängigkeit (und damit der Möglichkeit, weniger leistungsstarke Motoren zu verwenden) haben sie handfeste Nachteile. Die wichtigsten sind geringe Genauigkeit und erhöhte Anforderungen an die Umgebung, in der sie betrieben werden. Allerlei konstruktive Tricks, um solche Lager vor Staub, Schmutz und Spänen zu schützen, werden schlecht gespart. Darüber hinaus führt jedes zusätzliche Teil in einer Lageranordnung, sei es eine Manschette, ein Schaber oder eine Bürste, zusätzlich zu einer Erhöhung der Kosten, ein Element der Unzuverlässigkeit in die Anordnung ein.

Aus den gleichen Gründen werden wir alle Arten von Konstruktionsschemata, die Schienen und Räder in Form von Kugellagern verwenden, als leichtfertig für eine Maschine mit gegebener Genauigkeit aus der Betrachtung ziehen und die Gleitlager genauer betrachten.

Gleitlager haben geringe radiale Abmessungen und Gewicht, ihre Herstellung erfordert keine spezielle Ausrüstung, sie können bei hohen Geschwindigkeiten schwere Lasten tragen. Aber in unserem Fall ist das nicht wichtig, ihr anderer großer Vorteil ist wichtig - sie sind leise und haben ein hohes Dämpfungsvermögen bei zyklischer und stoßartiger Belastung.

Material

Bei der Werkstoffauswahl für Gleitlager legen wir den Fokus auf verfügbare Materialien haben gute Eigenschaften Reibung für unsere Einsatzbedingungen. Und diese Bedingungen sind wie folgt:

Gleitgeschwindigkeit 0,2 ... 5 m / s.

Die Art der Reibung ist halbtrocken - die Oberflächen der Führung und des Lagers berühren sich vollständig oder in Bereichen mit großer Länge. Es gibt keine trennende Ölschicht. Öl wird auf Oberflächen nur als adsorbierter Film gefunden.

Periodische Schmierung.

Bei Führungen mit erhöhter Genauigkeit, wie in unserem Fall, ist besonderes Augenmerk auf die Laufruhe zu legen, die in erster Linie von der Differenz der Haftreibungs- und Gleitreibungskoeffizienten (sowohl ohne Schmierung als auch mit schwacher Schmierung) abhängt. Diese Eigenschaft ist uns besonders wichtig, denn wir verwenden einen Schrittmotor, und die Schlitten entlang der Führungen bewegen sich, zumindest spärlich, aber ruckartig.

Nach einer einfachen Suche bekam ich folgende Liste von verfügbaren und hinsichtlich der Laufruhe (bei schlechter Schmierung) akzeptablen Materialien mit Reibungskoeffizienten auf einer Stahlwelle:

• Grauguss - 0,15 ... 0,2.
• Wälzlagerguss - 0,12 ... 0,15.
• Bronze - 0,1 ... 0,15.
• Textolith - 0,15 ... 0,25.
• Polyamide, Nylon - 0,15 ... 0,2.
• Nylon - 0,1 ... 0,2.
• Fluorkunststoff ohne Schmierung - 0,04 ... 0,06.
• Gummi mit Wasser geschmiert - 0,02 ... 0,06.

Grundsätzlich können alle oben genannten Materialien für Lager verwendet werden, mit Ausnahme von Gummi, das zum Vergleich gezeigt wird, und Gusseisen, das wir als exotisches Material für eine Heimmaschine verwerfen werden. Ehrlich gesagt ist die Auswahl nicht groß. Im Großen und Ganzen läuft es auf Folgendes hinaus - Metall (Bronze) oder Nichtmetall (jedes der oben genannten, außer Gummi).

Für mich selbst habe ich mich längst für Bronze entschieden - eine bewährte Lösung, man könnte sagen Standard, weit verbreitet und bedarf keiner ausführlichen Begründung. Aus Gründen der Ordnung werden wir jedoch andere Optionen in Betracht ziehen.

Nichtmetallische Lager

Ich habe nichts gegen nichtmetallische Lager. Wenn mir Bronze aus irgendeinem Grund nicht zur Verfügung stünde (obwohl man sich solche Gründe heute nur schwer vorstellen kann), würde ich mich für Lager entscheiden textolith... Textolite-Lager werden aus mehrlagigem Chiffon-Gewebe hergestellt, das mit Bakelit imprägniert und unter einem Druck von ca. 1000 kg / cm2 bei 150 ... 180 Grad gepresst wird. Sie funktionieren am besten, wenn die Schichten senkrecht zur Reibfläche stehen. Leiterplatten können mit einem Hartmetallwerkzeug bei niedrigen Vorschubgeschwindigkeiten und hohen Schnittgeschwindigkeiten mit relativ engen Toleranzen bearbeitet werden.

Nylon und Nylon funktionieren bei unzureichender oder gar keiner Schmierung gut. Aber wie alle Polyamide sind sie schwer zerspanbar. Nylon und Nylonlager werden im Spritzgussverfahren in Metallformen mit einer Maßgenauigkeit von wenigen Hundertstel Millimetern hergestellt. Bei der toleranzgerechten Fertigung auf universellen Bearbeitungsmaschinen kann es zu Problemen kommen - niemand nimmt es auf.

Fluorkunststoff(Teflon) ist ein ausgezeichnetes Material, aber leider aufgrund seiner Weichheit, des hohen Längenausdehnungskoeffizienten, des Kaltkriechens (Auftreten von bleibenden Verformungen bei längerer Einwirkung relativ geringer Belastungen) und der vollständigen Nichtbenetzung nicht sehr gut für die Herstellung von Lagern geeignet mit Öl.

Alle nichtmetallischen Lager werden in Kombination mit Führungen mit hoher Härte (> HRC 50) verwendet. Unter dieser Bedingung weisen sie eine hohe Verschleißfestigkeit auf. Die Forderung nach erhöhter Härte der Führungen ist kein Nachteil von nichtmetallischen Lagern, sondern selbstverständlich. Übrigens, bei den Bronzebuchsen ist es auch gut, die Führung anzuwärmen.

Ressource

Bezüglich der Lagerlebensdauer sind folgende Überlegungen zu berücksichtigen. Wenn wir das Prinzip gleicher Stärke und gleicher Starrheit als grundlegendes Konzept im Design akzeptiert haben, hindert uns nichts daran, dasselbe Prinzip in Bezug auf die Ressource der Hauptknoten zu übernehmen. Was ich meine? Die Hauptkomponenten unserer Maschine sind Gewindespindeln mit Muttern und Führungen. Es ist logisch, sie so zu gestalten, dass die Ressourcen des Schraubenpaares der Ressourcen der Gleitlager entsprechen. Jene. Nachdem die Lager einmal eingebaut wurden, sollten sie funktionieren, solange die Schrauben und Muttern funktionieren. Bei Ausfall der Schraubenpaare muss die Maschine einer Generalüberholung unterzogen werden, bei der die Lager ausgetauscht werden können. Es ist unpraktisch, früher einen Austausch vorzunehmen, Lager einzubauen, die nicht nur das Schraubenpaar, sondern auch Sie und ich überdauern.

Es ist bekannt, dass ein herkömmliches Schraubenpaar mit einer Stahlleitspindel und einer Bronzemutter sehr lange hält. Bei richtiger Auswahl der Parameter und hochwertige Verarbeitung, arbeiten solche Einheiten jahrelang täglich im Dreischichtbetrieb. Ich glaube nicht, dass meine Maschine auf diese Weise geladen wird. Es ist jedoch unmöglich, die Ressource genau zu berechnen. Kann aufgrund von Erfahrung und Kenntnissen des Themas vorhergesagt werden. Ich denke, dass das Schraubenpaar in diesem Fall ca. 8 Jahre halten wird, auch wenn man bedenkt, dass ich auf der KIT-Maschine sägen werde. Während dieser Zeit tritt viel Wasser aus und die Maschine wird veraltet, neue Technologien werden auftauchen und die Produktionskosten können sinken. Vielleicht macht eine Reparatur keinen Sinn.

Offensichtlich arbeitet ein Paar Stahlschraube - Bronzemutter unter viel härteren Bedingungen als ein Stahlführungs-Bronzelager, was bedeutet, dass das Lager theoretisch eine bewusst längere Lebensdauer hat. Wenn jedoch das Spiel, das sich aus dem Einschrauben der Mutter ergibt, einstellbar ist, dann ist das Spiel in der Bronzelagerhülse nicht einstellbar. Daher werden wir (nicht von der Decke, sondern aufgrund der Analyse von Prototypen und mit hoher Wahrscheinlichkeit) akzeptieren, dass die Schraube und das Bronzelager ungefähr die gleichen Ressourcen haben.

Hält ein nichtmetallisches Lager so lange? Nicht sicher. Es kann leben oder nicht. Im Prinzip ist es nicht tödlich, austauschbare Liner können bereitgestellt werden, aber dies erhöht die Kosten der Lagermontage, und außerdem möchte ich, nachdem ich viel Geld in die Herstellung der Maschine investiert habe, Hämorrhoiden nicht zunächst mit dem verlegen Austausch von Lagern.

Wir treffen eine Entscheidung

Unter Berücksichtigung des oben Gesagten kann bei der Konstruktion der Führungen folgende technische Lösung für die Implementierung der Lageranordnung gefunden werden:

• Löcher in Gehäusen für Buchsen werden mit minimalen Anforderungen an die Toleranzen der Form und Lage der Oberflächen gebohrt (d. h. ziemlich rau);
• Bronzebuchsen der Gleitlager mit Aufmaß für den Innendurchmesser fest in die Gehäuseteile einpressen;
• Wir bohren Buchsen für Führungen als Teil von Gehäusen mit Konstruktionstoleranzen.

Wir können bereits jetzt sagen, dass eine solche Lösung angemessen erscheint, aber wir werden dennoch andere Optionen in Betracht ziehen.

Da kommt einem als erstes in den Sinn, warum Bronzebuchsen herstellen und dann einpressen und bohren, wenn der Markt voll von vorgefertigten Gleitlagerhülsen mit deutlich besseren Eigenschaften als reine Bronze ist, zum Beispiel Metall-Fluor-Kunststoff-Gleitlager? Ist es nicht einfacher, sie zu kaufen und auf die gleiche Weise zu pressen?

Lass es uns herausfinden. Das Metall-Fluorkunststoff-Lager ist eine Stahlhülse mit Vakuumimprägnierung eine in einer Flüssigkeit dispergierte Teflon-Blei-Zusammensetzung einer porösen Gleitschicht aus gesinterten Bronzelegierungen. Alleine die Kombination aus Bronze und Fluorkunststoff ist verlockend und verspricht deutliche Eigenschaftsvorteile. Wie es ist. Die Metall-Fluorkunststoff-Lagerung erlaubt bei niedrigen Drehzahlen und trockener (!) Reibung sehr hohe Belastungen (bis 350 MPa) und bleibt im Temperaturbereich von -20 bis +280 Grad einsatzfähig. Aber bei Belastungen im Bereich von 0,1 ... 10 MPa und Gleitgeschwindigkeiten von 0,2 ... 5 m / s (wie bei uns) kann der Reibungskoeffizient von 0,1 bis 0,2 variieren, d.h. innerhalb der Grenzen konventioneller Lagerwerkstoffe mit Grenzschmierung liegen. Es stellt sich als dasselbe heraus, als ob man Leichtmetallfelgen auf die Räder eines ohrigen Zaporozhets setzt - man kann natürlich einfach keinen Sinn machen.

Dann gewinnen wir vielleicht an Präzision, vereinfachen mechanische Bearbeitung und damit sparen? Auch nicht. Wenn wir im ersten Fall die Bronzebuchse genau bohren, müssen wir im zweiten Fall den Sitz für die Hülse im Körper bohren, d.h. Wir schließen eine teure Operation an einer guten Bohrmaschine nicht aus. Darüber hinaus beinhaltet die Berechnung von Maßketten Toleranzen für Fluchtungsfehler, Rundlauf, Unrundheit usw. des gekauften Liners selbst, die berücksichtigt werden müssen, sofern diese Toleranzen bekannt und zuverlässig sind, d.h. dies sind gute teure Lager und keine Hülsen unbekannter Herkunft - 3 Rubel pro Beutel. Im Ergebnis trägt dies alles nicht zur Genauigkeit unserer Maschine bei, eher im Gegenteil.

Die Kosten für eine Bronzebuchse, die nur ein Stück Rohr ist, betragen 50 Rubel, und ein gutes Metall-Fluorkunststoff-Lager kostet etwa 10 US-Dollar. Diese Lager benötigen 12 Stück. Berechnen Sie selbst, wie viel wir zu viel bezahlen und praktisch nichts erwerben. Dasselbe gilt für andere mögliche Optionen für gekaufte Gleitlager - wir zahlen zu viel und die Vorteile liegen nicht auf der Hand.

Nun, was ist, wenn es keine Bronze gibt? Aber das ist leider kompletter Müll. Wenn man Zugang zu einem ordentlichen Maschinenpark hat und ein teures Projekt anfängt, dann ist es lächerlich, für zwölf kleine Buchsen und vier Reisemuttern kein Stück Bronze zu finden!

Was machen und wie?

Bisher haben wir die ganze Zeit gesagt: "Stahl", "Bronze" .... Und welche Art von Stahl und welche Art von Bronze konkret?

Aufgrund unserer Anforderungen an die Verschleißfestigkeit (wir arbeiten nicht täglich im Dreischichtbetrieb) und geringen Anforderungen an die Stabilität der Reibungskräfte, ist die Auswahl von Stahl- und Bronzesorten sowie die Wärmebehandlung von Stahlführungen nicht zwingend erforderlich. Deshalb, wenn sie mich aus der Fabrik anrufen und fragen: „Wir haben nicht solche Bronze (Stahl), die Sie in der Zeichnung aufgeschrieben haben. Können wir einen Ersatz für ... machen?". Ich werde sofort und ohne Zweifel antworten: „Du kannst! Wenn es nur wirklich Bronze wäre und Stahl einen durchschnittlichen Kohlenstoffgehalt hätte. Stahl ist beispielsweise 30, 40 oder 45".

Aber in der Zeichnung musst du immer noch etwas aufschreiben, und du musst es aufschreiben Die beste Option... Es gibt immer Zeit, sich zu verschlechtern. Für Gleitlagerbuchsen sind Zinn-Phosphor- (BrOF10-1) und Zink- (BrOTsS5-7-12, BrOTsS6-6-3) Bronzen gut geeignet. Zinnlose Bronzen (BrAZh9-4, BrS30) funktionieren besser mit glatt verarbeiteten gehärteten Führungen, daher müssen die Führungen auf jeden Fall auf eine Härte von 40 ... 50 HRC gehärtet und mit einer Rauheit von Ra 0,63 poliert werden. Die Innenfläche der Buchsen muss nicht poliert werden, aber ihre Rauheit sollte nicht schlechter als Ra1,25 sein.

Vergessen wir nicht, dass wir neben Lagerbuchsen auch Laufmuttern aus Bronze haben. Dort sind die Anforderungen an das Material strenger, aber nicht viel für unseren Fall. Es ist sinnvoll, das Material für Laufmuttern und Gleitbuchsen zu vereinheitlichen.

Was Geometrie und Lücken angeht, ist es besser, sich hier keine Freiheiten zu nehmen. Um die Leistung unseres Produktes bei der angegebenen Genauigkeit zu gewährleisten, sollte das maximal garantierte Spiel zwischen Buchse und Führung (Durchmesser 16 mm) ca. 0,034 mm betragen, was einer Laufpassung nach der 7. Klasse (H8 / f7) entspricht.

In der Praxis tun sie dies bei einer Stück- (keine Serien-)Produktion. Zuerst werden die in die Körper eingepressten Buchsen mit den erforderlichen Toleranzen der Form und Lage der Oberflächen gebohrt, dann werden die resultierenden Löcher genau vermessen und erst dann werden die Führungen auf ein Maß geschliffen, das das erforderliche Spiel bietet. Dann wird das Ganze markiert, um in Zukunft nicht zu verwechseln, auf welchen Gehäusen, auf welchen Führungen sie gleiten.

Ein wichtiger Parameter der Lagerhülse ist neben dem Spiel ihre Länge. Vielmehr nicht die Länge an sich, sondern das Verhältnis von Länge zu Durchmesser (l/d). Es ist bekannt, dass Tragfähigkeit Peilung ist proportional zum Quadrat des l / d-Verhältnisses. Angesichts der positiven und negativer Einfluss l / d für die Tragfähigkeit, meistens halten sie sich an Durchschnittswerte l / d = 0,8 ... 1,2. Bei einem Führungsdurchmesser von 16 mm beträgt der Bereich der Hülsenlängen 12,8… 19,2 mm. Bei unserer Konstruktion spielt die Tragfähigkeit jedoch keine Rolle, unsere Belastungen sind gering. Mehr Bedenken wegen der Verzerrungsempfindlichkeit der Buchse. Offensichtlich als weniger Einstellung l / d, desto geringer ist diese Empfindlichkeit. Daher ist es besser, die Ärmellänge näher bei 13 mm als bei 20 zu wählen.

Und noch eine letzte Bemerkung. Was ist, wenn Sie nicht alle Empfehlungen in diesem Kapitel befolgen können? Dieses Geschäft aufgeben und kein Dampfbad nehmen? Nun, Sie müssen nur darauf vorbereitet sein, dass die Qualität des Produkts (Werkzeugmaschine) darunter leidet. Das ist alles. Was ist, wenn es nicht leidet? Wird leiden, wird leiden, die Frage ist, wie viel? Aber das kann niemand mit Sicherheit sagen. Eine Frage wie: "Was passiert, wenn Sie Bronze durch Messing ersetzen oder sogar ein Paar Gleitstücke herstellen - Stahl auf Stahl?" - Es ist nicht sinnvoll. Probieren Sie es aus, tun Sie es und erzählen Sie es dann. Eines ist klar – es wird schlimmer. Übrigens ist bei verantwortungslosen Führungen mit geringer Genauigkeit die Stahl-Stahl-Gleitpaarung zulässig, während die Teile der Paarung unterschiedliche Härte aufweisen müssen, z. B. die Führung ist gehärtet und die Hülse dagegen angelassen.

Leitspindeln und Muttern

In der Praxis gibt es nur zwei Möglichkeiten - eine klassische Stahlgewindespindel mit einer Bronzemutter, die mit einer Spielausgleichsvorrichtung ausgestattet ist, oder eine Kugelumlaufspindel (Kugelgewindetrieb).

Gleitreibungsstirnradgetriebe

Fast alle im vorigen Kapitel gemachten allgemeinen Überlegungen zur Werkstoffwahl für Gleitführungen und Gleitlager gelten auch für Gewindetriebe mit Gleitreibung, eine Wiederholung macht keinen Sinn. Betrachten Sie noch einen wichtige Eigenschaft Schraubenpaar, das in unserem Fall von großer Bedeutung sein kann, nämlich das Dämpfungsvermögen der Schraubenübertragung der Gleitreibung.

Schrittmotoren haben einen unerwünschten Effekt, der Resonanz genannt wird. Der Effekt tritt als plötzlicher Drehmomentabfall bei bestimmten Drehzahlen auf. Dies kann zu übersprungenen Schritten und zum Verlust der Synchronität führen. Der Effekt tritt auf, wenn die Schrittfrequenz mit der Eigenresonanzfrequenz des Rotors übereinstimmt. Der Kampf gegen diesen Effekt kann in zwei Richtungen geführt werden. Elektronische Verfahren, zum Beispiel durch Umschalten auf Mikroschrittbetrieb des Motors (oder auf der Ebene des Bedienalgorithmus des Fahrers) und durch die Organisation einer mechanischen Dämpfung.

Es ist eine Schande, einen Controller gebaut oder gekauft und eine Maschine gebaut zu haben, auf das Phänomen der Resonanz zu stoßen. Daher müssen Sie im Voraus darauf achten, dass der Motor beim Beschleunigen und Abbremsen die Resonanzfrequenz schmerzfrei passiert. Der Übergang in den Mikroschrittmodus ist aufgrund eines starken Drehzahl- und Drehmomentverlustes an der Welle nicht immer akzeptabel. Ja, wenn es akzeptabel ist, schadet es nie, die mechanische Dämpfung im Auge zu behalten.

Die Resonanzfrequenz berechnet sich nach der Formel F 0 = (N * T H / (J R + J L)) 0,5 / 4 * pi,

• F0 - Resonanzfrequenz,
• N ist die Anzahl der Vollschritte pro Umdrehung,
• TH ist das Haltemoment für das verwendete Regelverfahren und den Phasenstrom,
• JR ist das Trägheitsmoment des Rotors,
• JL ist das Trägheitsmoment der Last.

Aus der Formel ist ersichtlich, dass die Resonanz in Größtenteils hängt von der am Motor angeschlossenen Last ab. Offensichtlich erhöht sich bei einer starren Befestigung der Leitspindel an der Motorwelle das Gesamtträgheitsmoment des Systems erheblich, was die Resonanz in den Bereich niedrigerer Frequenzen verschiebt, bei dem die Dämpfungseigenschaften der viskosen Reibung in den Gewinden von die Leitfäden sind gut manifestiert. Durch die Wahl der Anzahl der Umdrehungen und das Einstellen des Spiels (Spannung) im Gewinde können Sie die Resonanzsymptome beseitigen.

Hier hängt viel vom Material der Mutter ab. Benötigen eine gute Adsorption von Öl an das Material. Beispielsweise kann eine PTFE-Mutter aufgrund ihrer vollständigen Nichtbenetzung mit Öl nicht als Dämpfer dienen. Capron verhält sich in diesem Sinne besser, aber auch nicht zu gut. Von den Nichtmetallen ist Textolith am besten geeignet, das ölfreundlich ist. Bronze ist von allen Seiten gut.

Leitspindel

Leitspindeln sind auf Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Stabilität ausgelegt. Stärke und Effizienz interessieren uns wenig. Die Verschleißfestigkeit ist von Interesse, um den mittleren Druck auf die Arbeitsflächen des Gewindes zu bestimmen und die Höhe des Gewindes zu wählen. Aufgrund der Stabilitätsberechnung müssen wir jedoch den Durchmesser der Schraube für eine bestimmte Länge und das gewählte Befestigungsschema der Schraube in den Stützen bestimmen. Dieses Schema muss ebenfalls gewählt werden.

Ich werde hier nicht die Wangen aufblasen, so tun, als ob ich schlau wäre und Sie mit Berechnungen mit listigen Formeln langweilen. Außerdem habe ich, obwohl ich selbst weiß, wie es geht, schon lange nicht mehr mit solchen Dingen gerechnet. Unsere Maschine ist kein Wagenheber mit Dauerlastgewinde für eine gegebene Tonnenlast, sondern ein feinmechanisches Gerät. Die Wahl der geometrischen Parameter der Schraube kann und sollte auf Basis der Analyse von Prototypen erfolgen. Wenn du analysierst (du musst analysieren industrielle Ausrüstung, und keine hausgemachten Produkte) eine große Anzahl ähnlicher Maschinen und Geräte eines ähnlichen Schemas, dann finden Sie Folgendes:

• Propellerstützen: ein Ende ist starr befestigt, das andere ruht direkt auf dem Schrittmotor.
• Mindestschraubendurchmesser: 12 mm für Längen bis 700 mm, 16 mm für Längen bis 1200 mm.
• Gewindeprofil: Trapez oder Band (mit rechteckigem Profil).
• Bei einer Steigung von 3 mm beträgt die Gewindehöhe 1,5 mm.

Sie können speziell für unsere Maschine Berechnungen anstellen und sich davon überzeugen, aber die Zeit ist schade. Bei der Gestaltung sollte das Hauptaugenmerk auf Materialien und Technik gelegt werden, was in diesem Fall viel wichtiger ist. Außerdem werden die technischen Anforderungen an die Schrauben dargelegt. Deren Umsetzung sollte angestrebt werden, ist aber nicht immer möglich und recht teuer. Hier gilt es Kompromisse zu suchen. Worauf verzichtet werden kann und was nicht, ist eine schwierige Frage und wird von jedem Designer nach seinen Vorlieben anders gelöst. Ohne auf meiner Meinung zu bestehen, werde ich die Grundvoraussetzungen nennen, wie es in der Realität sein sollte.

Warmgewalzter Stahl A40G ist der beste Werkstoff für thermisch unbehandelte Gewindetriebe mit normaler und erhöhter Genauigkeit. Sie verwenden auch verbesserten Stahl 45 und 40X. Dabei kann das Material der Führungen mit dem Material der Schraube vereinheitlicht werden.

Bei der Endbearbeitung der Schraube mit einem Fräser kommt U10A-Stahl zum Einsatz, der auf eine Härte von 197 HB geglüht wird.

Für entlang des Gewindeprofils gehärtete und geschliffene Schrauben werden die Stahlsorten 40HG und 65G verwendet, die eine hohe Verschleißfestigkeit aufweisen. Diese Option ist für eine Heimmaschine zu cool, aber die Kugelumlaufspindel ist übrigens die einzige Möglichkeit, die sie tun.

Schraubentoleranzen:

1. Der größte zulässige kumulierte Schrittfehler, μm:
   • innerhalb eines Schrittes - ± 3 ... 6;
   • auf einer Länge von 25 mm - 5 ... 9;
   • bei einer Länge von 100 mm - 6 ... 12;
   • bei einer Länge von 300 mm - 9 ... 18;
   • pro 300 mm Länge - 3 ... 5 werden hinzugefügt;
   • über die gesamte Länge der Schraube, nicht mehr - 20 ... 40.
2. Außerhalb, durchschnittlich und Innendurchmesser Die Gewinde werden maximal mit den entsprechenden Toleranzen für das Trapezgewinde nach GOST 9484-81, mit einem Toleranzfeld von 7H nach GOST 9562-81 eingestellt.
3. Um die Steigungsgenauigkeit der Schrauben zu gewährleisten und das Gewinde vor schnellem Genauigkeitsverlust durch lokalen Verschleiß zu schützen, sollte die Ovalitätsabweichung des mittleren Gewindedurchmessers bei einer Steigung von 3 mm 5 ... 7 µm betragen.
4. Rundlauf des Außendurchmessers der Schraube beim Prüfen in den Zentren mit einer Länge von bis zu 1 Meter - 40 ... 80 Mikrometer.
5. Wenn Außendurchmesser Schraube dient als technologische Grundlage für das Gewindeschneiden (und passiert fast immer), dann wird die Toleranz für den Außendurchmesser nach h5 zugewiesen.

Es ist leicht zu erraten, dass die Genauigkeit der Maschine direkt von den Abweichungen nach Anspruch 1 abhängt. Wenn wir die Schlitten manuell entlang der Nonius bewegen würden, wäre es so, aber in unserem Fall ist das Leben einfacher, weil der angesammelte Fehler in der CNC-Maschine programmgesteuert kompensiert werden kann.

Wenn wir mit einem Trapezgewinde begonnen haben, dann sollten zu den bereits genannten Anforderungen noch eine Reihe wichtiger, aber schwer zu erfüllender Anforderungen an die Winkel des Gewindeprofils hinzugefügt werden. Aber die Kosten für die Leitspindel sind bereits so hoch, dass ein spezielles Werkzeug zum Schneiden von Trapezgewinden hergestellt werden kann (und es wird für jeden speziellen Fall genau angefertigt). Bei Einzelfertigung ohne Vorbereitung einer speziellen Ausrüstung reicht ein Bandgewinde mit rechteckigem Profil.

Und doch, was ist das bessere Trapezgewinde im Vergleich zum Band? Nur eines - bessere Verschleißfestigkeit, denn die Arbeitsfläche des Gewindes am Trapezgewinde ist größer bzw. der Druck auf diese Fläche geringer. Die Wahl zwischen Trapez- und Bandgewinde ist eine Frage des Kompromisses zwischen Haltbarkeit und Kosten. Wenn Sie bereit sind, für die Haltbarkeit ein angemessenes Geld (vergleichbar mit den Kosten einer Kugelumlaufspindel) auszugeben, wählen Sie ein Trapezgewinde. Ich persönlich bin noch nicht bereit.

Ich sehe eine Frage aus der Serie: "Was passiert, wenn ...?". Was passiert, wenn Sie eine gute Stange nehmen und ein metrisches Dreiecksgewinde darauf schneiden? Die Antwort ist - es wird schlimmer. Auf einem Durchmesser von 12 mm werden standardmäßig metrische Gewinde mit einer Steigung von 1,75 geschnitten. Seine Profilhöhe beträgt 1,137 mm, was in Bezug auf die Verschleißfestigkeit nicht ausreicht. Das nächstliegende, für die Profilhöhe geeignete Gewinde (1.624) hat eine Steigung von 2,5 und wird auf einen Durchmesser von 18 mm geschnitten. Es stellt sich heraus, dass es sich um einen anständigen Club handelt. Vor allem aber bleiben die Anforderungen an die Schraube an den Punkten 1-5 gleich. Der Gewinn an Herstellungskosten, falls vorhanden, wird gering sein.

Übrigens steigen die Kosten für die Herstellung einer Schraube exponentiell mit ihrer Länge. Dies liegt an der Technologie des Gewindeschneidens und dem Einsatz spezieller Geräte. Um beispielsweise eine Schraube mit einer Länge von bis zu 500 mm herzustellen, wird eine Lünette benötigt, für eine 700-mm-Schraube zwei. Lünetten für einen bestimmten Propeller müssen modifiziert werden, die Kosten für die Modifikation und andere notwendige Ausrüstung sind, wie Sie wissen, in den Kosten des Propellers enthalten. Wenn wir 50 Schrauben herstellen oder die Produktion kontaktieren würden, wo diese Schrauben in Massenproduktion hergestellt werden, wäre es billiger, und so…. Deshalb habe ich von Anfang an ein Arbeitsfeld entlang X - 700 mm und nicht 1000 in die Maschine gelegt. Teuer und nicht überall werden sie es tun.

Reisemutter

Normalerweise werden Muttern aus den Bronzesorten BrO10F1 und BrO6Ts6S3 hergestellt. Wenn Sie eine solche Bronze finden, wird sie sehr gut, aber keinesfalls tödlich, wenn Sie eine andere verwenden. Generell gilt alles, was wir über die Materialien der Gleitbuchsen gesagt haben, auch für die Laufmuttern.

Toleranzen von Nüssen:

1. Punkt 2 für Schrauben gilt auch für Muttern.
2. Bei einer geteilten Mutter wird der Außendurchmesser des Gewindes aus den Bedingungen für die Gewährleistung der Haftung der Mutter an der Schraube entlang des Profils zugewiesen, daher wird er 0,5 mm größer als nach GOST 9484-81 eingestellt. Der Innendurchmesser wird aus den Bedingungen des erforderlichen Spiels zugewiesen, daher wird er um 0,5 mm größer eingestellt als nach dem gleichen GOST.
3. In Fällen, in denen der Innendurchmesser der Mutter als technologische Grundlage für die Endbearbeitung des Mutternkörpers dient (Sie verstehen selbst, so kommt es vor), wird der Innendurchmesser der Mutter nach H6 gefertigt.
4. Die zulässigen Abweichungen von Profil und Steigung sind nicht geregelt, sondern durch die Größe der Toleranz für den mittleren Durchmesser begrenzt.

Das Vorhandensein von Lücken zwischen den Gewinden des Schraubenpaares ist die Ursache des Spiels. Seine Beseitigung wird durch konstruktive Maßnahmen erreicht - durch Anziehen der Spaltmutter mit einer Schraube, Feder oder Spannzange. Am einfachsten ist es, eine geteilte Mutter mit einer Ankerschraube /

Wie geht es weiter?

Denken Sie daran, was wir über Gleitführungen und Gleitlager gesagt haben: „In der Praxis tun sie dies. Zuerst werden die Buchsen aufgebohrt und erst dann werden die Führungen auf ein Maß geschliffen, das das erforderliche Spiel bietet.“ Bei Leitspindeln und Muttern passiert also genau das Gegenteil - zuerst stellen sie Schrauben her und schärfen dann die Muttern darauf.

Dieser Umstand verspricht große Vorteile. Die Schrauben verschleißen praktisch nicht (so werden Maschinen in der Produktion überholt - neue Muttern werden zu alten Schrauben), das heißt, Sie können eine geeignete Leitspindel ins Werk bringen und sie fertigen eine Mutter für Sie. Passende Schrauben können gekauft, aus alten Maschinen und Geräten entfernt und schließlich auf dem Schrottplatz gefunden werden. Dies wird die Herstellungskosten Ihrer Maschine erheblich reduzieren, denn die kosten für gewindetriebe betragen mehr als die hälfte aller kosten für die herstellung von mechaniken.

Wie immer hat diese Lösung mehr als Vorteile. Gekaufte (gefundene) Schrauben haben bereits abgeschnittene Enden, die komplett diktieren ein bestimmtes design Stützen, die für Sie vielleicht nicht rentabel sind, sowie die Verwendung der Lager, die zur Schraube passen, und nicht die, die ich Ihnen liefern möchte. Oft besteht Bedarf an der Herstellung von Stützen Zusätzliche Details die einen Mehrwert schaffen und nicht erforderlich wären, wenn das Design der Schrauben und Muttern von Ihnen stammt. Das ist ein echtes Minus.

In letzter Zeit sind viele (auch ausländische) Unternehmen erschienen, die vorgefertigte Schraubenpaare verkaufen. Grundsätzlich unterscheiden sich die Anschaffungs- und Herstellungskosten nicht sehr, aber es gibt ein Problem mit den Enden. Oft sind diese Firmen bereit, Ihnen Schrauben der erforderlichen Länge und mit einer Nut der Enden herzustellen, die Sie selbst zeichnen, aber der Preis erhöht sich um das 1,5 ... 2-fache. In jedem Fall liegt es an Ihnen, Ihre eigenen Gewindespindeln herzustellen oder fertige zu kaufen.

Wenn Sie sich nicht sicher sind, qualitativ hochwertige Schraubenpaare herstellen zu können, und Sie sich entschieden haben, gekaufte oder generell "linke" Schrauben in Ihrer Maschine zu verwenden, dann ist es richtig, diese zuerst zu kaufen oder zu finden, und erst dann Beginnen Sie mit der Konstruktion der Maschine. Genauer gesagt für das Design, denn darin gibt es nichts Besonderes zu entwerfen.

Kugelumlaufspindel

Bei Kugelgewindetrieben wird die Gleitreibung durch die Rollreibung ersetzt. Dies ermöglicht es, die Effizienz des Mechanismus auf 95 ... 98% erheblich zu steigern und seine Ressource um eine Größenordnung zu erhöhen. Dies erklärt den weit verbreiteten Einsatz von Kugelgewindetrieben im Maschinenbau.

Die Genauigkeit von Kugelgewindetrieben ist geringer als die von Gleitreibungsspindeln. Die Erklärung ist einfach. Bei einem herkömmlichen Spindelgetriebe berühren sich nur zwei Teile und der technologische Spalt (Spiel) ist einstellbar, und bei der Kugelumlaufspindel ist zusätzlich zu den gleichen beiden Teilen (Schraube und Mutter) der dritte Teil in der Arbeit enthalten - eine Kugel, oder besser gesagt ein Haufen Kugeln, und stellen Sie das Spiel problematisch ein. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Kugelumlaufspindel nicht genau ist. Es ist genau, aber technologisch ist diese Genauigkeit nicht einfach. Sagen wir einfach, vergleichen wir Kugelgewindetriebe und einen Gewindetrieb mit Gleitreibung gleicher Genauigkeit, dann fällt der Kugelgewindetrieb deutlich teurer aus.

Ich bin nicht schlecht in Bezug auf Kugelgewindetriebe und plädiere nicht nur für die klassische Schraube und Mutter. Im Gegenteil, ich mag Kugelgewindetriebe, ich träume selbst davon, eine Maschine damit zu bauen. Aber. Abgesehen davon, dass es zuverlässig, schön, teuer und im Allgemeinen cool ist, verpflichtet es viel. Es ist seltsam, die Kugelumlaufspindeln neben den Vorhangrohrführungen und mit einem Bohrer gebohrten Nylonlagern zu sehen. Umgekehrt sehen gute Führungen mit modischen Metall-Fluor-Kunststoff-Lagern neben einer auf dem Markt gekauften Gewindestange und einer 3-Rubel-Sechskantmutter nicht minder seltsam aus.

Wenn Sie Kugelgewindetriebe verwenden, dann müssen zusammen mit guten Führungen hochwertige Gleitlagerhülsen, hochwertige Übergangskupplungen zum Anschluss von Kugelgewindetrieben an den Motor und die restlichen Maschinenteile auf gleicher Höhe sein. Sonst macht es keinen Sinn. Und das ist eine ganz andere Preiskategorie.

Maschinendesign

1. Es ist nicht schwer, einen komplexen Mechanismus mit vielen Details zu entwickeln. Hier braucht man nicht viel Intelligenz. Es ist schwierig, einen einfachen und technologisch fortschrittlichen Mechanismus zu entwickeln, der jedoch die gleichen Funktionen wie ein komplexer Mechanismus erfüllt. Warum ist es schwierig, ein Originalfahrrad zu finden? Denn darin ist schon längst alles erfunden! Es stellt sich die Frage, ist ein Spagat zwischen Erfindung und Gestaltung notwendig? Die Maschine wird für das Geschäft benötigt und nicht, um die entzündete Vorstellungskraft des Designers zu demonstrieren. Daher werden wir kurzerhand im Internet stöbern und ein fertiges Bauschema der Maschine auswählen, das unseren Anforderungen entspricht.
2. Maschinenteile müssen eine einfache Geometrische Figur Mit Mindestbetrag Fräsarbeiten. Darüber hinaus sollten diese Details wenige sein. Wir werden sowieso eine Menge Geld für Führungen und Leitspindeln mit Muttern ausgeben, um auch an den filigranen, spitzen Körperteilen kaputt zu gehen.
3. Kein Schweißen. Das ist zusätzliches Geld, und außerdem muss man die geschweißte Einheit dann noch im Ofen glühen, um Eigenspannungen abzubauen, und zur Bearbeitung auf eine Maschine legen.
4. Das Material aller Karosserieteile ist Alloy D16T. Wir werden mit großen monolithischen Abschnitten an Steifigkeit gewinnen, da Ein dickes Teil ist billiger als drei dünne Teile, die aneinander befestigt sind, um die erforderliche Steifigkeit zu erzielen.
5. So wenig Befestigungselemente wie möglich. Auch das Zapfen kostet Geld.
6. Es wäre schön, die Möglichkeit der Modernisierung in das Design einzubeziehen. Ändern Sie beispielsweise bei Bedarf das Arbeitsfeld der Maschine mit minimalen Modifikationen.

Eine Recherche im Internet ergab Ergebnisse. Ich mochte die österreichisch-deutsche Step-Four-Maschine (Z-Wagen.

Der Y-Schlitten besteht bereits aus zwei Stangen mit Lagern und Bohrungen für die Z-Schienen.Die Schienen müssen in die Bohrungen kraftschlüssig (Übergangs-)Passung eingesetzt und mit Gewindestiften fixiert werden. Die Fixierung mit Schrauben ist mehr zur Beruhigung der Seele als zur echten Fixierung erforderlich. Die Führungen müssen in den Löchern verwurzelt sein. In der unteren Leiste befindet sich ein Loch für die Spindellagerbaugruppe und in der oberen Leiste befindet sich ein Sitz für einen Schrittmotor.

X-Wagen - zwei Wände mit den gleichen Strukturelementen wie die Y-Wagenstangen Wandstärke 15 mm. Weniger geht nicht, sonst halten die Führungen nicht gut. Im unteren Teil der Wände sind Gleitlagergehäuse angeschraubt, um den Schlitten entlang der im Rahmen befindlichen Führungen zu bewegen.

Montage des Fahrwerks.

Es bleibt übrig, das fertige Untergestell der Maschine an eine starke und steife Basis für die Ecken der Balken zu schrauben. Die Unterlage kann beispielsweise eine laminierte Platte sein, die für die Herstellung von Küchenarbeitsplatten verwendet wird, oder einfach nur ein Schreibtisch. Die Rahmenträger werden automatisch in Position gebracht. Die Hauptsache ist, sie nicht zu stören.

Beachten Sie, dass Sie durch Ändern der Länge der Führungen problemlos eine Maschine mit beliebigen (in vernünftigen Grenzen) Abmessungen der Fräsbearbeitungsebene herstellen können, ohne die Karosserieteile zu ändern.

Übertragung

Sie können mit der Installation der Schrauben beginnen.

Wie gesagt, ein Ende der Schraube hängt direkt am Schrittmotor und das andere ruht auf einer Lageranordnung bestehend aus zwei Schrägkugellagern, die eine Bewegung der Schraube entlang der Achse verhindern. Ein Lager unterstützt die eine Seite, das andere die andere. Die Lagervorspannung wird durch eine Hutmutter durch Buchsen zwischen den Lagern erzeugt. Die Lagerbaugruppe und damit die gesamte Schraube wird mit einer Stellschraube durch eine Bohrung im Außenring im Gehäuse fixiert.

Beliebige Lager können verwendet werden. Ich habe mich beworben mit Gesamtabmessungen 6x15x5. Theoretisch sollte es ein doppeltes Schrägkugellager geben (Serie 176 GOST 8995-75), aber es ist schwer zu finden. Auch einfache Schrägkugellager auf dem Markt liegen nicht auf dem Haufen und es gibt auch keine doppelten. Gewöhnliche Radiallager sind lieferbar. Axiale Kräfte und Geschwindigkeiten sind für uns nicht so toll, und wenn sie nach einer Weile knirschen, dann sind sie einfach auszutauschen, man muss nicht einmal etwas demontieren.

Die Schraube wird durch eine Hülse mit Anschlussklemmen an der Motorachse befestigt.

Die Drehmomentübertragung von der Antriebsschraube der X-Koordinate auf die Nichtantriebsschraube erfolgt durch einen speziellen Kunststoffzahnriemen.

Zahnriemen und Zahnräder werden gekauft. Bei dieser Länge dehnt sich der Riemen praktisch nicht und er muss eine gute Spannung bereitstellen. Ist es zuverlässig? Zuverlässig. Ist es möglich, zwei Shagoviks auf der X-Achse anzubringen, einen für jede Schraube? ich weiß es nicht, ich habe es nicht probiert. Ich denke, es wird Probleme mit der Synchronisation geben. Und der Gürtel ist billig und fröhlich.

Feinschliff. Wir setzen die Halterung für die Spindel.

Das ist alles. Sie können die Elektronik einhängen, die Spindel einsetzen und die Maschine starten. Alles sollte funktionieren. Und es funktioniert, muss ich sagen! Im Grunde wird nichts anderes benötigt. Ach ja, die Endschalter müssen eingebaut werden, aber man kann sie nicht einbauen. Dies ist eine Option, die Maschine funktioniert auch ohne Endschalter einwandfrei.

Wir zählen Karosserieteile (außer Führungen und Gewindespindeln), die ab Werk bestellt werden müssen - 14 Stück! Plus 2 Ecken, plus 2 Teile für die Spindelhalterung. Gesamt: 18 Teile. Und laut Nomenklatur noch weniger, nur 8. Sehr gutes Ergebnis!

Wir geben einen "marktfähigen" Auftritt

Wenn wir uns das Foto des Prototyps von der Website ansehen, sehen wir, dass die Maschine dort solide ist, aber unsere ist irgendwie skelettiert und tot!

Jetzt machen wir es!

Montieren Sie die Kanalstangen - Sockel (5 mm dick) von der Unterseite des Rahmens und schließen Sie die Leitschrauben mit einem Kanal - Gehäuse (2 mm dick).

Wir werden Traversen einbauen, auch von Kanälen. So schließen wir an einem Ende den Riemenantrieb und am anderen Ende an der Traverse können Sie die Verbinder von den Stufen montieren.

Am X-Schlitten montieren wir eine Abdeckung, die die Leitspindel Y schützt, und schrauben eine Nut daran, in der das Kabel vom Z-Schlitten liegt, und schrauben dieselbe Nut von der Seite der Antriebe an den Rahmen an.

Werden all diese Gehäuse unserer Maschine Steifigkeit verleihen? Natürlich werden sie das, aber nicht sehr viel. Es ist unmöglich, die Struktur auf diese Weise zu verstärken und ihr allgemeine Steifigkeit zu verleihen. Der Stromkreis der Maschine muss von selbst und ohne diese Stützen funktionieren. Aber jetzt kann die Maschine leicht von Ort zu Ort getragen werden, anstatt sie an den Schreibtisch geschraubt zu halten.

Wir setzen die Deckel auf, wir schneiden (zum Testen) die Schachteln auf der neuen Maschine aus, um die Adapterblöcke für die Drähte vor den Stufen darin zu verbergen. UND, Feinschliff, Schienen für Kabel installieren.

Ich bin kein großer Spezialist auf dem Gebiet der Metallbearbeitung und der Konstruktion speziell metallverarbeitender Werkzeugmaschinen, daher kann es sein, dass ich mich irgendwo als falsch oder ungenau herausgestellt habe, sachkundige Kameraden werden mich korrigieren. Darüber hinaus habe ich im Laufe der langjährigen realen Konstruktion im Instrumenten- und Maschinenbau gewisse Stereotype in Ansätzen zur Konstruktion von Maschinenteilen entwickelt (Wahl der Konstruktionsgrundlagen, Besonderheiten bei der Vergabe von Toleranzen und Anschlägen, Anpassung einer Konstruktion für eine bestimmte Anlage Ausrüstung usw.), vielleicht brauchst du diese Ansätze nicht passend, deshalb bringe ich sie hier nicht mit. Aber beim Entwerfen dieser Maschine habe ich mich auf die allgemeinen Überlegungen verlassen, die ich in dem Artikel vorgestellt habe. Und diese Maschine funktioniert! Wie beabsichtigt! Ob es 8 Jahre hält - ich weiß es nicht, die Zeit wird zeigen, aber mit der Konstruktionsdokumentation kann ich nicht nur Ersatzteile herstellen, sondern auch ein paar der gleichen Maschinen. Wenn nötig.

1. V. I. Anurev. Handbuch des Konstrukteurs-Maschinenbauers. In 3 Bänden. Moskau. "Maschinenbau". 2001.
2. I. Ya Levin. Handbuch zum Konstrukteur von Präzisionsinstrumenten. Moskau. OBORONGIZ. 1962.
3. F. L. Litvin. Konstruktion von Mechanismen und Teilen von Geräten. Leningrad. "Maschinenbau". 1973.
4. P. I. Orlov. Grundlagen der Gestaltung. In 3 Bänden. Moskau. "Maschinenbau". 1977.
5. Verzeichnis. Kugellager des Instruments. Moskau. "Maschinenbau". 1981.
6. Handbuch für Metallbauer. In 5 Bänden. Hrsg. B. L. Boguslawski. Moskau. "Maschinenbau". 1978.

Zaxis vertreibt Trapezgewindespindeln und Muttern. Der Katalog enthält Angaben zu den am meisten nachgefragten Standardgrößen. Leitspindeln werden in Form von 1 Meter langen Peitschen geliefert. Auf Wunsch des Auftraggebers schneiden und schleifen Mitarbeiter von Zaxis den Hals des benötigten Durchmessers für die Muffenverbindung. Fertigteile haben Fasen, Verrundungen, Verrundungen, keine Grate. Bitte geben Sie im Antrag die Oberflächenrauheit und Toleranzfelder für Durchmesser- und Längenmaße an.

Trapezgewindespindeln

Das Trapezprofil an den Schrauben wird aufgrund der optimalen Kombination von Selbsthemmung und Antriebseigenschaften häufiger als andere verwendet. Herkömmliche Gewinde können nicht die gleichen hohen Kräfte übertragen wie dauerhafte, ihre Festigkeitseigenschaften reichen jedoch aus, um Arbeitsbewegungen auszuführen. Wir verkaufen Gewindespindeln aus Strukturcarbon und aus Edelstahl... Die Produkte sind verschleißfest und haben eine lange Lebensdauer. Das Werkstück für die Leitspindeln ist ein kalibrierter Stab mit Wärmebehandlung. Das Gewindeprofil wird durch Rändelung gebildet und seine Arbeitsflächen sind von hoher Reinheit. Der Katalog enthält Gewindetriebe mit einem Durchmesser von 8, 10, 12, 16, 20 und 28 mm mit einer Steigung von 2, 3, 4, 5. Auf der Website finden Sie Preise und technische Beschreibungen für Teile aller gängigen Größen.

Nüsse

Zaxis verkauft Muttern, die mit allen Arten von Trapezgewindetrieben kompatibel sind. Der Katalog enthält Teile aus folgenden Materialien:

• werden... Die kostengünstigste Lösung für nicht kritische Knoten;
• Bronze-... In Kombination mit Stahlgewindetrieben bilden sie Paare mit einem Reibungskoeffizienten von 0,07-0,1;
• Caprolon... Das Material ist 6-mal leichter als Bronze und verdoppelt die Lebensdauer der Leitspindel. Bei Schmierung mit Wasser beträgt der Dampfreibungskoeffizient 0,005-0,02. Die Muttern sind mit garantierter Dichtheit gefertigt, was eine hohe Positioniergenauigkeit gewährleistet.

Teile werden mit zylindrischer Außenfläche und mit Flansch gefertigt. Gewindespindeln können auf der Zaxis-Website oder telefonisch bestellt werden.