sr480 писал(а):Раз в рассчитывали прогиб всего и вся, то каким принимали усилие на конце фрезы?
Можно сказать, что этот параметр я в расчет не брал.
Я фрезерую пластики и использую фрезы до 3 мм (очень редко 6 мм), и там усилия довольно низкие.
Я взял цифру в 20 Н (для 3 мм фрезы), и увеличил ее на порядок (10 раз), т.к. возможны неудачные режимы, где помимо ударных нагрузок будет присутствовать еще и резонанс.
При этом хотелось бы, чтобы отклонение не превысило 0,1 мм (у меня довольно скромные требования к точности).
Для меня было важнее искривление геометрии станка при ускорениях, т.к. хотелось добиться высоких ускорений и не потерять при этом точность обработки.
Я как минимум хотел получить ускорения 2000 мм/сек² при отклонениях не более 0,02 мм, а, вообще, хотел получить ускорения 0,5 g (соответственно с отклонениями не более 0,05 мм).
Вот с этим уже сложнее. Если движение каретки вдоль портала можно сделать без отклонений, то сам портал при ускорении вдоль стола будет прогибаться (даже скручиваться винтом) из за собственной массы и массы шпинделя (да еще усилие фрезеровки может добавлять свою долю).
У меня портал весит примерно 50 кг, из них око 30 кг - верхняя часть, которая будет действовать на его изгиб при ускорениях.
При ускорении 0,5 g получаем силу 150 Н (сравнима с относительно тяжелым режимом фрезеровки). Так вот мне было нужно, чтобы при таком усилии портал прогнулся бы (скрутился) не более, чем на 0,05 мм. Еще я добавил двукратный запас на возможные резонансные вибрации.
Вот эти расчеты были главными. Далее, зная требуемые ускорения, массы, и шаг ШВП можно легко найти требуемый крутящий момент моторов. При чем, этот момент должен обеспечиваться на любых рабочих скоростях (я взял для себя цифру в 10 000 мм/мин). Т.е. в моем случае маленький Nema 23 моторчик должен был способен ускорять портал весом 50 кг на скорости 10 000 мм/мин с ускорением 0,5 g. Оказалось это возможно лишь при довольно высоком напряжении питания (расчет исходя из индуктивности обмоток и требуемого максимального тока, либо - по графикам производителя, если там есть разные варианты подключения и напряжения), либо, как оказалось, удачный вариант - подключить половины обмоток (у меня 6-выводные моторы). В общем - моторы, на удивление менять не пришлось.
С осью Z - немного другая ситуация. Ускорения и скорости там получаются с запасом (при использовании такого же мотора). Т.к. сам шпиндель не такой тяжелый, как портал, и при движении вверх его масса увеличивает требуемую силу всего в 3 раза по сравнению с ускорением 0,5 g в горизонтали. А вот с усилиями и отклонениями ситуация посложнее.
При фрезеровке на инструмент/материал может действовать вертикальное усилие до нескольких десятков Ньютонов (в момент врезания, и тогда, когда фреза пытается "задрать" материал). При этом важно, чтобы отклонения не превысили 0,01 мм, т.к. иначе фреза либо вгрызется больше, чем нужно, и задерет материал еще сильнее, или наоборот - не сможет прорезать материал, если нужно врезаться на небольшую глубину (будет скользить кромкой по поверхности). Поэтому требования к жесткости по вертикали довольно серьезные. При фрезеровке печатной платы, например, слой меди всего 0,035 мм. И еще мне очень важно, чтобы стол не гулял по Z, если, например, я на него облокочусь.
В общем - конструкции, где направляющие движения портала не связаны жестко со столом (рама - отдельно, а стол - висячий) меня категорически не устраивали. С обычными материалами результат не влезал "ни в какие ворота". Это мне нужно было 5 см стальную плиту в качестве стола использовать, и каменную раму станка, чтобы добиться нужного результата.
Т.е. висячий стол был не мой вариант. Я прикрепил направляющие движения портала - к столу (про несущие элементы конструкции не рассказываю), и получил требуемый результат.
Я еще заикался про емкость конденсаторов питания. Их я прикинул исходя из кинетической энергии движущихся частей станка (массы и скорости), и выбрал такие, чтобы при резкой остановке всех осей выброс энергии увеличил бы напряжение питания в пределах 5%.
В целом - как-то так.
Естественно, до всего этого я дошел не сразу, и до текущего станка у меня был другой, попроще, и расчеты я произвел не в один день.
С электроникой и моторами - вообще долго думал. Но в результате - все это сейчас учтено, и если я буду собирать новый станок - все это будет предварительно рассчитано.
Более того, сейчас я еще стану оценивать отклонение шаговых моторов от требуемого положения при микрошаге при тех или иных усилиях. Если использовать сервы - то придется учитывать их точность удерживания позиции (в этом плане очень важно разрешение энкодера и скорость работы пид регулировки). Еще учту люфты и эластичность приводов (хочу рискнуть использовать ремни), и еще всякого по мелочи. Может быть даже задумаюсь над лучшей геометрией деталей конструкции для равномерного распределения усилий.
Основные три аспекта:
