Хоббийный станок с ЧПУ 2го поколения типа "Рука"

[Nick]

Шар не получится сделать, по крайней мере за одну обработку, придется закреплять заготовку два раза. Куб и пирамида - хорошо, действительно будет видно отклонения. Можно еще полушар и цилиндр...

[Petka]

Или лучше срезанную по диагонали полусферу?

[Nick]

Точно, наполовину сферу, наполовину динозавра .

Если определяем фигуру, надо бы определить допуски обработки, которые хотим достичь для каждого из материалов.

[Гармонист]

Точность обработки в пределах 1мм.

надо бы определить допуски обработки

Так ведь уже определились.(?)

[Nick]

1мм... Многовато кончено, но для не промышленных целей пойдет.

[Гармонист]

Появилась мысль как можно программно частично убрать люфты.
Я назвал эти методы "Нахождение и вход в заготовку вдоль оси люфта"

Условия: допустим все люфты, кроме одного (вертикального) отсутствую и станок у нас абсолютно жесткий. Остался люфт на суставе В. Его и планируется этим способом убрать.
Т.е. на его примере я хочу показать этот способ.
Это вертикальный люфт, например люфт редуктора или подшипника. Т.е. сустав можно рукой крутить на какой-то угол:

вставлю чуть позже рисунок...

-----------------------
Это мне напомнило велосипед - когда едешь и крутишь педали - цепь натянута на звездочку(люфты "выбраны"), но как только тебе нужно остановиться и для этого - прокрутить педали в обратную сторону. Начинаешь педали крутить в обратную сторону - вначале натянутая цепь провисает из-за люфтов - а тормоз не сработает пока не "выберется" люфт. Когда люфт "выбран" и цепь натянута в обратную сторону, тогда слышишь щелчок и начинаешь чувствовать усилие и торможение...
надеюсь я смог словами донести образы...
или например
разбитая жизнью советская ручка от балкона. Если её медленно поворачивать чтобы открыть балкон - вначале ручка легко/свободно поворачивается, но ничего не происходит - замок не открывается. Это выбирается/убирается люфт. Затем происходит "удар" и далее с усилием поворачивая ручку - открываем балкон.
чтобы еще такое яркое привести в пример...?
-----------------------

На этом суставе В стоит датчик положения. Суть идеи - зарегистрировать и измерить его этот люфт, а точнее угол биения - начало угла и количество градусов.
Для этого заставляем двигатель В из точки 0 проехаться в положение макс. При этом сустав С - при движении будет описывать окружность.
В точке G из-за люфта и из-за прохождения максимума окружности центром тяжести рукой
- вначале рука начнет падать(начало угла биения), при этом двигатель не крутиться, но движение/вращение происходит,
-а потом резко остановится из-за "удара"(конец угла биения).
Таким образом мы найдем и начало угла и его конец.

позже вставлю рисунок...

Итак: находим энкодером/датчиком это угол биения
(по другому: вершину/максимум окружности описываемую центром тяжести при вращении сустава В)
при котором центр тяжести перевешивает конструкцию в сторону с заготовкой.

А теперь самое главное:
Понятно что при фрезеровании, когда сустав будет проходить этот угол биения
и рука под действием своего веса и люфта упадет - то это повредит заготовке и соответственно качеству.
Нужно не дать это сделать.


Метод 1: "поймать" энкодером на моменте когда рука начинает падать - компенсировать люфт по принципу сигвэя и тем самым не дать руке "упасть"(крутить двигатель в обратную сторону) .
Но я предполагаю что потребуется не просто крутить двигатель в обратную сторону, а потребуется крутить его туда-сюда(например из-за усилий которые создает фреза), чтобы удержать равновесие.
Хотя взять тот же двухколесный сигвэй - он ведь держит равновесие даже под нагрузкой, правда там такая точность как у нас не нужна...
А если точно не удастся держать - качество снова пострадает. В общем - этот метод пока - не самый лучший. Возможно когда шаговые двигатели смогут регистрировать еще и усилие, с которым им пришлось вращать/держать вал, то можно будет еще придумать пару способов...

Метод 2: не работать с заготовкой в положении угла биения. Т.е. вначале обеспечить чтобы рука прошла угол биения(например это можно сделать создав рычаг на том же суставе С - что сместит цент тяжести), а потом входить в заготовку. При этом люфт будет выбран собственным весом руки(точнее сказать-той частью-которая выше сустава В).
Остается проблема с усилием создаваемой фрезой. Эта проблема решится если вес руки будет достаточный чтобы фреза не смогла этого сделать. Т.е. - сделать руку потяжелее

Этим способом можно (подумать как) выбрать люфты на всех осях.

Ведь проблема не в том, что люфты есть, а в том какими методами они воздействуют на потерю качество!
Это потеря шагов, бения, "удары", вибрации... вот их-то я и предлагаю компенсировать программно.
У люфта часто есть ось или плоскость люфта, в которой он может лугять.
Вот я и предлагаю, найти у станка слабые места и врезаться в заготовку вдоль оси люфта, тем самым на порядок увеличится качество даже в очень люфтовых станках.
Например: в заготовку часто можно входить под разными углами, при этом где-то есть люфт, где-то его нет, и если ось люфта направиться в заготовку, то под действием упругости при резании этот люфт выберется! ну или максимум - фреза не дорежет положенные ей доли миллиметра.

Это как рисовать карандашом линию. У большинства рука набита на вертикальную(горизонтальную) линию - причем лучше получаются линии - сверху вниз слева направо! Все остальные линии получаются не так ровно из-за тех же люфтов
Попробуйте провести ровную линию по диагонали справа налево, снизу вверх, а потом сравните качество этой линии со вертикальной и вы увидите разницу.
И что мы делаем если нам все же нужно нарисовать неудобную линию? - правильно - поворачиваем лист(заготовку) так, чтобы линия стала для нас вертикальной.


Кстати этот принцип применим к станкам всех типов.
Мне кажется станки портального типа выигрывают так же(еще "отсутствием" рычагов, хотя рычаг сам по себе не проблема - проблема в его побочных эффектах) и тем,
что конструкция портала большинство люфтов направляет вдоль оси входа в заготовку - т.е. вдоль оси Z.

Конечно есть и минусы: например мы вошли в заготовку вдоль оси люфта, под действием упругости заготовки люфт выбрался, причем потерю шагов мы компенсировали датчиками, но когда мы начнем выходить - тот же люфт начнет работать в обратном направлении- т.е. двигатель крутится - вытаскивает из заготовки фрезу, а она не вытаскивается(вспоминаем аналог - тормоз велосипеда), и теоретически может еще больше войти в заготовку из-за веса руки(если вошли в заготовку вертикально) и еще не выбранного люфта. Но это тоже должно быть решаемо.

Может я ошибаюсь - поправьте меня, но не вижу причин чтобы этот метод не работал.
Все он не уберет, но хуже сделать не должен.
Плюс этот метод кажется не "выберет" люфт если он "гуляет" в нескольких плоскостях одновременно... разве что на каждый сустав повесить еще один датчик?

[Гармонист]

1мм... Многовато кончено, но для не промышленных целей пойдет.

А сколько стоит задать для промышленных целей?

[Nick]

Метод 1: "поймать" энкодером на моменте когда рука начинает падать - компенсировать люфт по принципу сигвэя и тем самым не дать руке "упасть"(крутить двигатель в обратную сторону) .

Метод сигвея не подойдет, на нем все усилия плавные, а тут ты будешь долбиться фрезой в заготовку, через пару часов/дней обработки раздолбаешь или шарнир или двигатель или что-нибудь еще.

Метод 2: не работать с заготовкой в положении угла биения.
...
У люфта часто есть ось или плоскость люфта, в которой он может гулять.

Таким образом мы сразу убираем степень свободы. Т.е. люфтит одна ось = мы ее закрепляем сваркой и работаем в других осях.

Вообще в том же Mach и EMC2 есть программная компенсация люфтов. Как она работает, просто добавляется дополнительное перемещение при смене направления вдоль оси. Но здесь все держится на основе того, что есть постоянный прижим со стороны инструмента. И такой способ не спасет, если у нас люфтит ось Y, а мы делаем длинный ровный пропил вдоль оси X. Пропил будет гулять из стороны в сторону на всю величину люфта по Y.

А сколько стоит задать для промышленных целей?

Все зависит от задачи, но я думаю, что даже для сборки деревянной мебели 0.2-0.5 а может и меньше.

[Гармонист]

Метод 1: "поймать" энкодером на моменте когда рука начинает падать - компенсировать люфт по принципу сигвэя и тем самым не дать руке "упасть"(крутить двигатель в обратную сторону) .

... ты будешь долбиться фрезой в заготовку

Не смог это представить. Можешь пояснить почему при этом методе фреза будет долбить заготовку?

Метод 2: не работать с заготовкой в положении угла биения. Т.е. вначале обеспечить чтобы рука прошла угол биения(например это можно сделать создав рычаг на том же суставе С - что сместит цент тяжести), а потом входить в заготовку. При этом люфт будет выбран собственным весом руки(точнее сказать-той частью-которая выше сустава В).

Таким образом мы сразу убираем степень свободы. Т.е. люфтит одна ось = мы ее закрепляем сваркой и работаем в других осях.

Или я тебя не понял или ты не понял что я предлагаю.

Я вовсе не предлагал зафиксировать ось.

Схема угла биения из-за люфта оси В

[Nick]

Фрезер будет отскакивать или притягиваться к заготовке. И даже если он будет отскакивать на 0.1 мм мы это увидим на энкодере и захотим это компенсировать. Для этого нам нужно резко крутануть мотором в обратную сторону, резко, т.к. нужно выбрать люфт. Фреза подпрыгнет и нам надо будет ее обратно подать, и опять резко прыгаем но в другую сторону и т.д..

Вообще, если бы ты перемещал что-то легкое и спокойное, например детальки по печатной плате или лазерную голову, все было бы хорошо. Но мы хотим фрезеровать, и это совсем другая история. Попробуй повесь фрезер на веревку так чтобы он стоял на фрезе на куске дерева и у него было 5 мм свободы. Можешь даже с грузом, чтобы инерция была по больше. И включи. Только отойди заранее по-дальше и включай дистанционно . И через 20-30 секунд выключи и посмотри, что он нафрезерует. А потом подумай, что останется от фрезера через 10 часов такой работы ....

Для такой руки было бы прикольно сделать автоматический краскопульт - рисовать графити на машинах. Не так сложно и есть куча применений .

[Гармонист]

Появилась идея - использовать Гироскопы (датчики на основе гироскопов)
для определения положения в пространстве.
И соответственно - для программной компенсации люфтов

гироскоп с булавочную головку.jpg (9.31 КБ) 7434 просмотра

В идеале, в будущем, можно вообще отказаться от шаговых двигателей
и использовать: обычные двигатели+датчики положения и получится = серводвигатели,
только на порядок дешевле.)))

В iPhone уже встроили такой чип. Интересно какую точность он может дать?

http://mac.net.ua/news/2010/07/04/giros ... one-4.html

а вот еще интересная статья по теме
http://www.3dnews.ru/software-news/giro ... oy-golovke

[Nick]

Самая проблема в том, что гироскоп будет копить погрешность. Т.е. даже если он на первых парах будет хорошо работать, то через пару циклов рука уйдет в сторону на значительное расстояние.

[Гармонист]

гироскоп будет копить погрешность

...а жаль.

А если использовать гироскоп для стабилизации вибраций?
По идее - все перемещения должны сгладится...

[Nick]

Если есть люфт от вибраций не избавишься, на то он и люфт. Если есть не контролируемая не постоянная сила (от фрезера), то вибрации будут на величину люфта и никуда от этого не денешься.

[Гармонист]

Если есть люфт от вибраций не избавишься, на то он и люфт.

Но люфт можно многократно уменьшить разными методами.
Цель ведь не убрать люфты вообще и сделать станок абсолютно жестким ! Это невозможно даже теоретически!
Цель минимизировать люфты и "нежесткость" руки до промышленного(хоббийного) уровня.

Конечно последствия люфтов и "нежесткости" в руке умножаются на длину руки, но я считаю это не фатально.

Между прочим классический портальник так же имеет люфты всегда. Причем и домашние станки и промышленные и даже лабораторные портальники не лишены люфтов. Понятно что из-за отсутствия рычагов их действие минимализировано...

Вот появилась идея как еще больше минимализировать люфты руки: в суставах использовать подшипники(втулки) скольжения вместо подшипников качения.

Подшипник скольжения

Подшипники скольжения

Причем чем длиннее подшипник скольжения - тем лучше.
Конечно больше трение, но меньше люфтов.

[Nick]

В промышленных подшипниках качения люфты минимальны, и стоят они не дорого. Для руки подойдут обычные подшипники качения (в крайнем случае радиально упорные, чтобы лучше зафиксировать поперечные биения сочленений, и совсем в крайнем случае роликовые, для больших нагрузок)!

Основные проблемы будут в:

• Жесткости передач
• Жесткости пролетов руки

Также нужно хорошо продумать вопрос крепления/установки подшипников на несущие детали станка.

[АБу]

Мысль для обсуждения:
для точного (достаточно ли?) определения положения режущего инструмента в пространстве теоретически достаточно установить например на шпинделе 2 точечных источника света.
и стационарно 2 камеры с заранее известным или оттарированным положением в пространстве. на практике камер и источников света надо ставить больше но в принципе система должна быть работоспособна.
подобные системы применяют для оцифровки движения сложных объектов в кино и т.д.
м.б. в эту сторону идти надо?

[Nick]

Да, можно и так, но все упирается в точность. С камеры сложно будет позиционировать объект с точностью даже до 1мм.

[АБу]

2.5mP камера 1920 точек по горизонтали поле зрения 1 метр -> 0,52мм на пиксель. думаю что через интерполяцию светового пятна можно еще в 2-3 раза уменьшить дискрет.
итого ~0.1мм с натяжной.
имхо 3 сустава и 3 плеча "руки" будут прогибатся и люфтить поболее.

[Nick]

Да, еще одно но, скорость съемки/обработки изображений. В лучшем случае эта камера будет снимать 25 кадров в секунду. Этого тоже слишком мало для фрезерной обработки. Камера - это не realtime элемент.