Pikkuinen NC-sorvi

[Kestis]

Olen mallinnellut pikkuista NC-sorvia pienimpien Ebaysta löytyvien johteiden ja kuularuuvien ympärille. Liitteenä kuva siitä, mitä tähän mennessä on tullut tehtyä. Kuten näkyy, on tehtävää vielä paljon. Edes karalaatikkoa ei vielä ole.

Nyt tulikin vastaan tekninen ongelma. Z-akselin ruuvin sain oikeaoppisesti johteiden väliin, mutta X-akselin ruuvi yksinkertaisesti ei mahdu vastaavaan paikkaan. Mahtuisi toki, jos tilaa järjestäisi, mutta kelkasta tulisi silloin valtavan korkea, ja yritän pitää tukevuuden maksimissa.

Mietinkin siis ruuvin sijoittamista poikittaiskelkan sivulle. Väärä ratkaisuhan se olisi, mutta kuinka väärä?

[Snowfly]

Olen mallinnellut pikkuista NC-sorvia pienimpien Ebaysta löytyvien johteiden ja kuularuuvien ympärille. Liitteenä kuva siitä, mitä tähän mennessä on tullut tehtyä. Kuten näkyy, on tehtävää vielä paljon. Edes karalaatikkoa ei vielä ole.

Nyt tulikin vastaan tekninen ongelma. Z-akselin ruuvin sain oikeaoppisesti johteiden väliin, mutta X-akselin ruuvi yksinkertaisesti ei mahdu vastaavaan paikkaan. Mahtuisi toki, jos tilaa järjestäisi, mutta kelkasta tulisi silloin valtavan korkea, ja yritän pitää tukevuuden maksimissa.

Mietinkin siis ruuvin sijoittamista poikittaiskelkan sivulle. Väärä ratkaisuhan se olisi, mutta kuinka väärä?

Et maininnut mittoja... mutta oletan että nyt puhutaan 300-500mm max johde mitasta, jolloin liikematka Z on noin 200-400mm.
Jos koneen perusrakenteen haluat pitää tuollaisena kuin olet sen piirtänyt, niin silloin varmaan itse tekisin seuraavat muutokset:
Z-akseli:
Johteen ja ruuvin etäisyyden kasvattaminen (Johteet leveämmälle) => tukevoittaa päälle tulevaa pakettia.

X-akseli:
Jos haluat tuohon keskelle ruuvin sen saa siihen kyllä mahtumaan, kun nuo välilaipat suunnitelee uudestaan.
Tuo 2 levyä päällekkäin tuossa väliadapterissa voidaan korvata yhdellä levyllä.

Esitän sitten ehdotuksen miten pienellä muutoksella paketti yksinkertaistuu huomattavasti ja kokonaiskustannukset pysyvät lähes samana:
Z-akselin voit pitää samana kunhan teet tuon kelkka muutoksen. Eli levennät niitä kerta päälle tuleva akseli on kummiskin se mikä vie syvyyttä ja ei ole järkevää roikottaa sitä tyhjän päällä.
Sitten välilaippa muuttuu yhdeksi levyksi joka koneistetaan, jonka päälle tulee THK KR-kuularuuvi yksikkö (näitä oli pari viikko takaperin myynnissä täällä foorumilla mutta menivät aika äkkiä... olikohan jarkko joka ne osti ;) ):
Esim.
http://www.ebay.com/itm/THK-KR26-BALL-ACTUATOR-screw-linear-screw-with-DC-Servo-2842-01200-/262293571978?epid=1308084189&hash=item3d11ea498a:g:RWcAAOSwWnFV-cfg

3D-mallit löytyvät nuista THK:n tuotteista tuolta: http://thk.partcommunity.com/3d-cad-models/
Laskennalliset datat yksiköistä: https://tech.thk.com/upload/catalog_claim/pdf/cat_kr_en.pdf
Datalehden sivulla 9 on tuon KR26:n arvot:

THK KR2602
LM-Guide (Johde osuus)
Basic Dynamic Load Rating 7240N
Basic Static Load Rating 12150N
Ballscrew unit (Kuularuuvi osuus)
Basic Dynamic Load Rating 2350N
Basic Static Load Rating 4020N

Lisäksi perustelut + muut huomioon otettavat seikat:
Pohja kelkkojen leventäminen jakaa tuennan tasaisesti koko kuularuuvi yksikön pohja-alalle.
Suunnittele Z-akselin johteet ylipitkäksi ja osta 2 ylimääräistä kelkkaa, jotta voit rakentaa kärkipylkän samojen johteiden päälle.
THK:n KR-johde kelkan päälle suunnittelisin levy adapterin, jonka päälle tulee karuselli työkalunvaihtaja, joka toimii askelmoottorilla. Tämä on todella yksinkertainen rakentaa ja toimiva. Terien korkeus säätö on edelleen manuaalisesti.
Muista varata tila/kiinnitys paljesuojille, jotta ruuvit/johteet pysyvät hyväkuntoisina.

Mutta kyllä se siitä pikku hiljaa valmistuu varmastikkin... oikea suunta ideana sulla on ;)

Ai niin unohtu... itsellä on yksi käyttämätön THK KR33 hyllyssä... 400-500mm oli isku ellen väärin muista nyt ulkoa... saattaa olla hieman ylipitkä projektiisi...
Rakensin oman cnc:n nuilla ja tuo jäi vahingossa ylitse siitä koneesta sitten...

[Kestis]

Mitat tosiaan unohtuivat. Johteiden pituudeksi on tulossa 300 mm kumpaankin suuntaan. Pyörintähalkaisijaksi olen kaavaillut 100 milliä.

Taidan jättää valmiin yksikön X-akselille käyttämättä ja suunnittelen koko liikkeen uusiksi.
Työkalunvaihtajaakin aluksi mietin, mutta taidan pitäytyä kiinteissä työkaluissa. Tarpeeksi suureen kelkkaan kuitenkin saa asennettua ulkosorvaus- ja sisäsorvausterät sekä kiristysholkki-istukan niin, että ne eivät ole tiellä.

X-liikkeen kelkan runkolevyn suunnittelu on haastavaa, kun kuulajohteiden kelkat ovat mallia, joka pultataan vastapuolelta kiinni. Rungon molemmin puolin ei siis voi olla kelkkaa samassa kohtaa. Tämä olikin syy siihen, miksi ensimmäisessä konstruktiossa oli kaksiosainen runko. X-liikkeen ruuvi kuitenkin vaikuttaa mahtuvan johteiden väliin, kunhan sen upottaa runkolevyyn.

Tämänkertainen kysymys on, että onko Z-liikkeen ruuvin pakko olla johteiden keskellä? Helpottaisi kelkan suunnittelua, jos ruuvi voisi olla toisessa reunassa.

[Snowfly]

Työkalunvaihtajaakin aluksi mietin, mutta taidan pitäytyä kiinteissä työkaluissa. Tarpeeksi suureen kelkkaan kuitenkin saa asennettua ulkosorvaus- ja sisäsorvausterät sekä kiristysholkki-istukan niin, että ne eivät ole tiellä.

Et tainnut ymmärtää mitä tarkoitin.
Mieti normaali manusorvin 4 työkalun pidin...

Tuota sitten pyöritetään+lukitaan askelmoottori + solenoidi yhdistelmällä. 4 työkalu lisätään manuaalisesti kiinni ja pyörityksellä vaan vaihdetaan näiden välillä.
Tuo voi olla myös pikavaihtaja malli jolloin korkeus säätö on vakiona.

Sitten suosittelen että teet koneeseen kärkipylkän, joka on standardi kartiolla johon voit vaihtaa poraistukan/holkki istukan yms kiinni.
Kerta sulla tuskin tulee pyöriviä työkaluja kelkkaan kiinni, jonka myötä keskiökuopan ja keskireiän poraus on ainoat mitä teet, jotka voi tehdä koneella ns. manuaalisesti.
Eriasia olisi jos koneessa olisi pyörivät työkalut jolloin reikäjaon/jyrsinnän voisi tehdä otsa/ulkopinnalle...

Sitten jos vielä meinaat tehdä sorvin ilman kärkipylkkää, niin kannattee muistaa että se on myös turvallisuus tekijä, kun ei ole käytössä hydraulista pakkaa + piikki leukoja, joilla voi olla lähes varma että kappale ei irtoa, jos kappale on vain vähän kiinni leuoissa.

X-liikkeen kelkan runkolevyn suunnittelu on haastavaa, kun kuulajohteiden kelkat ovat mallia, joka pultataan vastapuolelta kiinni. Rungon molemmin puolin ei siis voi olla kelkkaa samassa kohtaa. Tämä olikin syy siihen, miksi ensimmäisessä konstruktiossa oli kaksiosainen runko. X-liikkeen ruuvi kuitenkin vaikuttaa mahtuvan johteiden väliin, kunhan sen upottaa runkolevyyn.

Katselet hommaa liian kapealla näkemyksellä...
http://www.zappautomation.co.uk/mechanical-products/ome-precision-profiled-rail/15mm-35mm-size.html
Nuita blockkeja saa kierteyttettynä että läpipultattavina malleja melkein kaikilta valmistajilta. (Uppokanta pultit välilaippaan ;) ja kelkat pultataan ensin välilaippaan kaikki kiinni ja sitten liututetaan kokopaketti (laippa+kelkat) paikoilleen akseli kerralla... näin ne on paljon mukavempi asentaa :) )
Blockit yksittäisenä ovat noin 10-80e hintahaitarissa riippuen valmistajasta ja johteen koosta.


Sitten tuosta kelkan sijainnista... jos teet fem-simuloinnin niin huomaat että tuossa käytössä jos välilaippa (oikea materiaali ja ainevahvuus) ja pohjakelkat (z-akselin kelkat) on oikein sijoiteltu niin x-akselin kelkat voi hyvinkin vapaasti sijoittaa... ja tällä on suhteellisen minimaalinen vaikutus koneen tukevuuteen.

Tämänkertainen kysymys on, että onko Z-liikkeen ruuvin pakko olla johteiden keskellä? Helpottaisi kelkan suunnittelua, jos ruuvi voisi olla toisessa reunassa.

Ruuvin voi asentaa johteiden sivuunkin, mutta tämä asettaa tiettyjä asioita huomioitavaksi:
1. Johteiden kelkkojen kuormitukset. Kerta ruuvin vetäessä sivuttain ja jos sorvin terä osuu kappaleeseen niin koko pakettiin kohdistuu vipuvarrella tapahtuvaa vääntöä + painetta itse sorvauksesta.
2. 1-kohdasta johtuvat rasitukset asettavat ruuvin moottorin enemmän vaatimuksia eli vääntöä tarvitaan enemmän.
3. Liikenopeudet ja ruuvin nousu. Tiheämmällä nousulla saadaan enemmän voimaa, mutta vastaavasti liikenopeudessa hävitään. Tosin tämä taas riippuu karamoottorista tuleeko se ongelmaksi. Kerta jos oletetaan että ajetaan perusyötöllä eli sen n. 0,15mm/kierros ja karamoottori on esim. 2000rpm että kuinka suuri liikenopeus akselille tarvitaan => 300mm/min.

[Hiekkaranta_92]

Monesti manuaalikoneissa Z:tan ruuvi on etujohteen alapuolla. Esimerkiksi jos googlaat kuvia TOS SN40, näet hyviä kuvia. Poikkikelkka taas on lähes poikkeuksetta johteen keskellä. Jos jotain muuta manuaalikoneesta apinoisin niin X:n johteen rakentaisin kiinteäkis, jolloin saat lisää jäykkyyttä koko työalueelle.

Jos itse rakentaisin konetta käyttäisin mieluummin rullajohteita.

[Miguel-]

Nuo vastakkain olevat kelkat samalla laipalla voi tehdä myös siten, että kelkat eivät ole vastakkain: ensin päällimmäiset kelkat kiinni alapuolelta ja sitten leveämmällä olevat (Z) kelkat kiinni päältä.

[Snowfly]

Laitetaanpa tämä tähän, niin voi porukka seurata koska piirustukset tulee saataville:
Pelkästään simuloitujen kuvien perusteella oman version suunnittelu ei ole älyttömän vaikeaa...

http://www.openbuilds.com/builds/farm-ox-four-axis-rotary-machine.2415/

[Kestis]

Työkalujen kiinnitykseen ajattelin kuvan mukaista tapaa. Se on huomattavasti yksinkertaisempi kuin työkalunvaihtaja ja mielestäni tarpeeksi monikäyttöinen. Eikä mikään estä myöhemmin rakentamasta työkalunvaihtajaa.

[Snowfly]

Työkalujen kiinnitykseen ajattelin kuvan mukaista tapaa. Se on huomattavasti yksinkertaisempi kuin työkalunvaihtaja ja mielestäni tarpeeksi monikäyttöinen. Eikä mikään estä myöhemmin rakentamasta työkalunvaihtajaa.

Miten tuon kanssa käytät kärkipylkkää? Se on ns. aika oleellinen varuste sorvissa ellei kappaletta puristeta 50mm aina kiinni ja tehdä ns. pitkiä hukkapätkiä...

[Kestis]

Nyt sain valmiiksi version numero kaksi. Saa nähdä montako vielä tulee, ennen kuin voi siirtyä toteutusvaiheeseen ::)

Sain sovitettua X-liikkeen ruuvin kelkan "sisään". Kelkan runkolevystä tuli kyllä varsin monimutkaisen mallinen.
Työkalunvaihtajistakin googlettelin ja löysin kuvia maltan ristiin perustuvasta mallista. Se olisi varsin yksinkertainen tehdä ja lukitus toimii automaattisesti.
Tarkemmin ajateltuna vaikuttaa tosiaan siltä, että työkalunvaihtaja on hyvä olla kuin myös kärkipylkkä.

[Snowfly]

Nyt sain valmiiksi version numero kaksi. Saa nähdä montako vielä tulee, ennen kuin voi siirtyä toteutusvaiheeseen ::)

Sain sovitettua X-liikkeen ruuvin kelkan "sisään". Kelkan runkolevystä tuli kyllä varsin monimutkaisen mallinen.
Työkalunvaihtajistakin googlettelin ja löysin kuvia maltan ristiin perustuvasta mallista. Se olisi varsin yksinkertainen tehdä ja lukitus toimii automaattisesti.
Tarkemmin ajateltuna vaikuttaa tosiaan siltä, että työkalunvaihtaja on hyvä olla kuin myös kärkipylkkä.

Nyt alkaa kuulostaa järkevämmältä...
Vinkki osa suunnitteluun:
Yritä välttää olakkeita levy kappaleissa... Tällöin pääset huomattavasti halvempiin valmistus kustannuksiin kun kappaletta ei tarvitse jyrsiä vaan se voidaan laser/vesileikata.
Myös yritä välttää isojen taso pintojen/alueiden koneistusta kerta se melkein aina laukaisee levyn sisäiset jännitykset ja vetää levyn banaaniksi... Jonka oikaisu on monesti aikaa vievä prosessi.

[Kestis]

Nyt kun rakenne ja sitä myötä massat alkavat olla oikealla hehtaarilla, voisi laskea alustavasti sopivia askelmoottoreita ja välityssuhteita.
Laskujen suoritus sinänsä on selvää, mutta millaisia arvoja voisi käyttää halutuille nopeuksille ja kiihtyvyyksille?
Kun kone ei ole tulossa tuotantokäyttöön urakkavauhdilla, niin ajattelisi ettei pikaliikkeiden tai kiihtyvyyksien taritse mitään järjettömiä olla. Mutta vaatiiko esim. kierteitys riittävän nopeaa kiihtyvyyttä?
Vai onko määräävänä tekijänä pitomomentti tai tarvittavat työstövoimat?

[Snowfly]

Nyt kun rakenne ja sitä myötä massat alkavat olla oikealla hehtaarilla, voisi laskea alustavasti sopivia askelmoottoreita ja välityssuhteita.
Laskujen suoritus sinänsä on selvää, mutta millaisia arvoja voisi käyttää halutuille nopeuksille ja kiihtyvyyksille?
Kun kone ei ole tulossa tuotantokäyttöön urakkavauhdilla, niin ajattelisi ettei pikaliikkeiden tai kiihtyvyyksien taritse mitään järjettömiä olla. Mutta vaatiiko esim. kierteitys riittävän nopeaa kiihtyvyyttä?
Vai onko määräävänä tekijänä pitomomentti tai tarvittavat työstövoimat?

Käytännössä liikenopeudet ovat sidonnaisia sulla karan pyörimisnopeuteen.

Otetaan pari esimerkkiä:

Esimerkki 1:
Vakio M10x1,5 kierteen sorvaus.
Nousu on 1,5mm eli kun kara pyörähtää yhden kierroksen meidän pitää päästä 1,5mm matka liikkumaan.
Käytetään 1000 rpm kierteen sorvauksessa. Saadaan (1,5*1000)/60=25mm/s on liikenopeus sillon kun sorvataan 1,5mm nousuinen kierre 1000rpm kierrosnopeudella.

Yleinen ohjesääntö mitä ohuempi akseli mitä sorvataan sitä enemmän kierroksia mielellään käytetään sorvauksessa.

Esimerkki 2.
Vakio M24x3 kierteen sorvaus
Nousu on 3mm eli kun kara pyörähtää yhden kierroksen meidän pitää päästä 3mm matka liikkumaan.
Käytetään 400rpm kierteen sorvauksessa. Saadaan (3*400)/60=20mm/s
Käytetään 1000rpm kierteen sorvauksessa. Saadaan (3*1000)/60=50mm/s

Yhteenveto:
Jos meillä on maksimi karan kierrosnopeus 1000rpm. Niin käytännössä 50mm/s nopeus riittää kattamaan nousut 0-3mm asti.
Kierteen sorvaus on oikea tapa minkä mukaan kannattee mitoittaa nopeudet... kerta normaali sorvauksessa syötöt ovat alueella 0,05-0,3mm/kierros yleensä eli kierteen sorvauksessa syöttönopeudet ovat huomattavasti isommat.
Mitä pienempi karan nopeus on käytössä kierteen sorvauksessa sitä vähemmän nopeutta tarvitaan.

Siitä päästäänkin sitten kiihtyvyys arvoihin.
Mitä enemmän karassa on kierroksia sitä kovemmat kiihtyvyys arvot tarvitaan... Miksi?

Kierteen lopetus saadaan tarkaksi... ettei lopussa ala nousu heittään tai osuta mahdolliseen olakkeeseen. Kun meillä kara aika varmasti pyörii vakionopeudella kokoajan.
Otetaan esimerkiksi tuo 3mm nousu ja 50mm/s liikenopeudeksi.
Yksi suositeltava tapa on tehdä ns. päätösura joka on nousun levyinen ja hieman alle kierteen pohjan niin mutteri ei jää kantamaan.

Tämä ura joudutaan joskus tekemään leveämmäksi mikäli kierreterän profiili tämän vaatii!!!

Tällöin voimme ns. uhrata hidastukselle viimeisen nousu kierroksen. Kerta meillä on ura siinä niin siihen ei tule kierrettä.

Tällöin 3mm matkalla meidän pitää hidastaa 50mm/s nopeus => 0mm/s
Kiihtyvyys/Hidastuvuus tulevat olemaan samat. Eli voimme tarkastella tämän asian 50mm/s=>0mm/s tai 0mm/s => 50mm/s
Sitten lasketaan:
Keskinopeus tasaisesti kiihtyvässä liikkeessä
vk=(v0+v)/2
vk=keskinopeus tasaisesti kiihtyvässä liikkeessä
v=loppunopeus
v0=alkunopeus

vk=(0+50)/2=25mm/s

Aika tasaisesti kiihtyvässä liikkeessä:
t=s/vk
s=matka
t=aika

t=3/25=0,12s aika mikä menee 0=>50mm/s kiihdyttäessä 3mm matkalla.

Tasaisesti kiihtyvä liike
a=(v-v0)/t
a=kiihtyvyys

a=(50-0)/0,12=416.6667mm/s^2 on kiihtyvyys mikä laskennallisesti pitäisi vähintään löytyä tässä tilanteessa.

Nyt kun tiedät laskennallisen arvon, niin tämän kun kertoo 1,5 varmuuskertoimella niin ollaan aika turvallisilla vesillä eli
416.6667*1,5=625mm/s^2 olisi se millä mitoitetaan moottorit yms...

Melkein unohtu sanoa:
Muista että tämä on myös se alkumatka minkä kone sulla tarvii kiihdytykseen eli kierteen lähtö piste on 3mm ennen kierteen alkua tässä esimerkki tapauksessa 3mm nousulla...
Muuten käy niin että kierteen alku on muuttuva nousuinen :P jos kierteen sorvaus alkaa kiihdytys alueella...

Ps.
Jos ei kaikkea jaksa käsin näpytellä niin... http://www.smartconversion.com/unit_calculation/Acceleration_calculator.aspx

[Kestis]

Nyt on ollut lopulta aikaa syventyä tähänkin projektiin.

Laskin, että askelmoottoreiden tulisi vääntää 2 Nm ja 1,5 Nm. Kuulostaako yhtään järkevältä? Mitoitin niin, että välityssuhde moottorilta ruuville olisi 1,3.

[Snowfly]

Nyt on ollut lopulta aikaa syventyä tähänkin projektiin.

Laskin, että askelmoottoreiden tulisi vääntää 2 Nm ja 1,5 Nm. Kuulostaako yhtään järkevältä? Mitoitin niin, että välityssuhde moottorilta ruuville olisi 1,3.

Otithan huomioon seuraavan asian askelmoottorissa tapahtuvan väännön laskun kierrosnopeuden kasvaessa...

Kannattee lukea: http://www.cnc-tekniikka.com/CNC-forum1/index.php?topic=8601.0
Sorvi asiat alkaa jossain vastaus 24:n kohdasta eteenpäin...