cnc-club.ru

Суть проблемы: Хочется подобрать оптимальные сечения для элементов конструкции станка.
Если брать профиль потолще, то придётся не слабо потратиться сначала на саму конструкцию, а потом и на двигатели, которые смогут такую тяжесть таскать.
В сопромате я не силён, но решив на днях познакомиться с программой 3D моделирования SolidWorks, я обнаружил в ней модуль «Simulation» . Данный модуль производит различные испытания 3D модели, в том числе и испытание на прочность.
Кто ни будь делал тесты в данном приложении или в подобных ? Очень хотелось бы услышать советы о том как правильно применять их и вообще на сколько результат будет близок к реальности.

Вот что получилось у меня:
Накидал модельку – фрагмент подвижной части оси Z. Чтоб было понятно где что: площадка для инструмента, кубик на ней – чтоб было куда прикладывать силу в тесте, трубка – ходовой винт, квадратная труба катается между подшипниками качения (на рисунке не показаны).
Сечение квадратной трубы 100х100х3,2

Параметры теста:
Материал: Сталь AISI 1010, горячекатаная полоса
Крепления:
1) на каждой грани трубы по 4 площадки контакта 5*5мм (вместо подшипников) - Ролик/ползун
2) на ходовом валу участок длиной 40мм - Зафиксированный шарнир
Силы: приложил на кубик сверху вес шпинделя * g + вес шпинделя * a = 4 * 10 + 4 *1 = 44Н
И по оси Х и Y на кубик по 10Н
Соответственно самый большой прогиб в красной зоне 0,05 мм

Результирующие силы в зоне контакта с «подшипниками» (не знаю как нормально таблицу вставить )
Компоненты [X] [Y] [Z] [Результирующая]
Сила реакции(N) [-3.04141e-007] [0.000293973] [2.87159] [2.87159]
Сила реакции(N) [4.31104] [7.67692e-005] [-1.68709e-005] [4.31104]
Сила реакции(N) [-1.70258e-005] [0.000121153] [8.21409] [8.21409]
Сила реакции(N) [-5.03417] [-7.41307e-005] [-4.45038e-005] [5.03417]

Результирующие силы в зоне контакта ходового винта с гайкой
Компоненты [X] [Y] [Z] [Результирующая]
Сила реакции(N) [10.7232] [44] [-21.0857] [49.9559]

Это к Aftaevу

посчитать то можно, а вот воспользоваться такими расчетами под вопросом... основная проблема в том, как правильно задать условия сопряжения отдельных элементов конструкции. сварка, клепка, прикручивание болтами?

Да-да. Если бы полная сборка станка была и к ее частям прикладывать напруги, то картина была-бы немного реальнее.
Что за станок-то вообще?

aegis писал(а):основная проблема в том, как правильно задать условия сопряжения отдельных элементов конструкции

в расчёте есть возможность задавать следующие соединения: "Болты, Пружины, Гибкие основания, Подшипники, Шпильки, Сварка/клей, Сварные швы".
Но с этим я пока не разобрался, собственно поэтому я и задаю вопрос о том пользовался ли кто подобными расчётами. Есть много нюансов, в правильности которых я сомневаюсь - какие выбрать опоры, закрепления и силы, какие упрощения можно допустить и т.д. ?

Fisher писал(а):Да-да. Если бы полная сборка станка была и к ее частям прикладывать напруги, то картина была-бы немного реальнее.

Если начертить сразу сборку станка, то:
1 - без опыта и знаний работы с подобными расчётами может не получится правильно проставит все взаимосвязи. Если это вообще возможно (предусмотрено программой). Следовательно расчёт просто не получится или будет большая погрешность.
2 - неделю проектировать станок, а потом, сделав тест, узнать что нужно подправить что-то в самом начале и отсюда поплывёт всё ? - столько лишней работы.
3 - и ещё не факт что мой комп осилит расчитать всю сборку разом...

Fisher писал(а):Что за станок-то вообще?

Сейчас я доделываю свой первый (экспериментальный) станок, правда оказалось проблемой у меня в городе купить двигатели. Но расчёты я хочу применить к следующему станку, который я потихоньку начинаю обдумывать.
Скорее всего станок будет собран из металлопроката, но даже если будут покупаться какие либо готовые элементы, то и для них расчёты были бы полезны. Зачем платить больше за большие диаметры...
Насчёт металлопроката у меня пока много сомнений. Читаю форумы - вижу как все дружно критикуют данный вариант, однако просматривая видео на ютубе не нахожу к чему придраться в работе подобных станков и в результатах их работы - но это отдельная тема...

Ti-j писал(а):в расчёте есть возможность задавать следующие соединения: "Болты, Пружины, Гибкие основания, Подшипники, Шпильки, Сварка/клей, Сварные швы".
Но с этим я пока не разобрался, собственно поэтому я и задаю вопрос о том пользовался ли кто подобными расчётами. Есть много нюансов, в правильности которых я сомневаюсь - какие выбрать опоры, закрепления и силы, какие упрощения можно допустить и т.д. ?

Все позже после построения модели.

Ti-j писал(а):Если начертить сразу сборку станка, то:
1 - без опыта и знаний работы с подобными расчётами может не получится правильно проставит все взаимосвязи. Если это вообще возможно (предусмотрено программой). Следовательно расчёт просто не получится или будет большая погрешность.
2 - неделю проектировать станок, а потом, сделав тест, узнать что нужно подправить что-то в самом начале и отсюда поплывёт всё ? - столько лишней работы.
3 - и ещё не факт что мой комп осилит расчитать всю сборку разом...

Для этого и существует САПР - принять нужное и своевременное решение на стадии проектирования.

Ti-j писал(а):Сейчас я доделываю свой первый (экспериментальный) станок, правда оказалось проблемой у меня в городе купить двигатели. Но расчёты я хочу применить к следующему станку, который я потихоньку начинаю обдумывать.
Скорее всего станок будет собран из металлопроката, но даже если будут покупаться какие либо готовые элементы, то и для них расчёты были бы полезны. Зачем платить больше за большие диаметры...
Насчёт металлопроката у меня пока много сомнений. Читаю форумы - вижу как все дружно критикуют данный вариант, однако просматривая видео на ютубе не нахожу к чему придраться в работе подобных станков и в результатах их работы - но это отдельная тема...

Для начала задам самый первый вопрос, который обычно задается на этом форуме: Какие цели преследуешь при постройке станка - размеры, обрабатываемый материал, требования к точности и повторяемости.

Сделай для себя ТЗ. С ним легче, поверь. Затем приступай к предварительным расчетам.

Вот на ось Z ты вешаешь трубу сотку и проверяешь изгиб пластины под ней. А нагрузка на вал? А если на эту трубу навесить еще каретку, шпиндель? Кароч не заморачивайся пока с расчетами нагрузок, а ответь на поставленные вопросы. Как только совместно определим, что за станок - перейдем к конструктиву и выбору материалов. Ок?

з.ы.: металлопрокат разный бывает. кому-то достаточно трубы 80х40х2, а кому-то швеллера 10П мало

лично мне нравится вот такой http://www.youtube.com/watch?NR=1&featu ... 13SGoGt0tU
относительно не сложная конструкция и приемлемая по цене.

Задача - фрезерование дерева.
Точность ориентировочно - 0,1мм...1мм.
Размеры - по больше хотелось бы иметь рабочее поле 2,5м х 2м

Fisher писал(а):Вот на ось Z ты вешаешь трубу сотку и проверяешь изгиб пластины под ней. А нагрузка на вал? А если на эту трубу навесить еще каретку, шпиндель?

давление на кубик, который на пластине = 4кг - это и есть шпиндель. И эта труба сама катается на каретке. Усилия по килограмму с боков кубика - это силы резания. тут отсутствует только вес двигателя и не заданы связи типа сварки и болтов.
Определимся с названиями (наиболее часто встречающаяся компановка хобийных станков) - портал = ось Х, Каретка = ось Y, Шпиндельная бабка = ось Z - верно ?

лично мне нравится вот такой http://www.youtube.com/watch?NR=1&featu ... 13SGoGt0tU
относительно не сложная конструкция и приемлемая по цене.
Посмотреть пока не могу - на работе дохлый инет. Опиши, вкратце, чтобы понять.

Задача - фрезерование дерева.
Точность ориентировочно - 0,1мм...1мм. Про 0,1 забудь. Для дерева достаточно 0,5-1мм
Размеры - по больше хотелось бы иметь рабочее поле 2,5м х 2м - Тем болдее забудь про 0,1мм и про 0,5 забудь. Ориентируйся на 1-2 мм на этом размере

Fisher писал(а):Вот на ось Z ты вешаешь трубу сотку и проверяешь изгиб пластины под ней. А нагрузка на вал? А если на эту трубу навесить еще каретку, шпиндель?

давление на кубик, который на пластине = 4кг - это и есть шпиндель. - Шпиндель висит на одной точке?
И эта труба сама катается на каретке. Усилия по килограмму с боков кубика - это силы резания. тут отсутствует только вес двигателя и не заданы связи типа сварки и болтов.
Определимся с названиями (наиболее часто встречающаяся компановка хобийных станков) - портал = ось Х, Каретка = ось Y, Шпиндельная бабка = ось Z - верно ?
Типа того. Каретка - это узел, который катается по направляющей. Определим так: Портал двигается по Х; На портале узел крепления оси Z - он двигается по оси Y; шпиндель вверх-вниз - это Z

Вот пара кадров из видео:

Fisher писал(а):Тем болдее забудь про 0,1мм и про 0,5 забудь. Ориентируйся на 1-2 мм на этом размере

Имеется ввиду что погрешность 2мм будет только на большой длине ? например: 2м, т.е. реально я попаду не в координату 2000, а в 2002 или 1998.
Или на малых дистанциях я так же буду промахиваться на 2мм и в результате не смогу фрезеровать мелкие детали ?
не знаю как описать.... страдает погрешность в размерах - где то шаг идёт чуть плотнее, где то чуть шире... в результате картинка сжимается/расширяется, но чёткость изображения остаётся ?

Fisher писал(а):Шпиндель висит на одной точке?

для упрощения - да. Данный расчёт был экспериментальным и меня больше волнует прочность трубы (чтоб её уменьшить), чем полки. Хотя при уменьшении профиля возникнет вопрос устойчивости в подшипниках - как это рассчитывать я вообще без понятия.

А задача какая, фрезеровка рельефов по дереву, как на видео?

Тогда я бы посоветовал обратить больше внимания перемещениям по осям XY, они должны быть быстрыми и жесткими. По Z обычно перемещения гораздо меньше. Плюс по Z обычно не нужны такие большие скорости - можно поставить винт.

На таких размерах - 2х2 метра делают большие детали, на которые обычно не смотрят вблизи. Их скорее всего придется дополнительно шлифовать.
Поэтому на погрешность +-мм можно спокойно забить.

Какие детали хочешь делать?

ЗЫ читал тему Master_70 Бюджетный ЧПУ 1150(2000) х 660(1250) мм #1 ?

В первую очередь хочется обрабатывать габаритные детали, как на видео. Но и мелкие вещицы тоже могут потребоваться.

Nick писал(а):ЗЫ читал тему Master_70 Бюджетный ЧПУ 1150(2000) х 660(1250) мм #1 ?

да - читал.

P.S.
мой вопрос про расчёт на прочность в 3D потерялся
ну тогда хотя бы так: по какому принципу подбирают сечение и конструкцию другие станкостроители ?

В конечном итоге на глаз.

Попробуй начни с осей XY прикинь массу портала и размер каретки, и сделай нагрузку в середине направляющей оси X, равной массе портала, посмотри прогиб оси, потом сделай рычаг и добавь туда нагрузку от ускорения портала + 10-15 кг (100-150Н) на силу фрезеровки

Ti-j писал(а):мой вопрос про расчёт на прочность в 3D потерялся
ну тогда хотя бы так: по какому принципу подбирают сечение и конструкцию другие станкостроители ?

Вопрос не потерялся - он открыт, но для прочностного анализа у тебя мало данных. Нельзя проводить анализ, приложив силы к какому-то кубику-милипуське. Повесь туда шпиндель с реальным весом, а затем приложи силы к точкам крепления. Тогда картина станет яснее.Большинство наколенных станков делают без какого-либо анализа, но с 3D-моделью, которую можно покрутить-повертеть, а где-то и нагрузки приложить. Так что об анализе говорить без самого конструктива станка рано. Обычно сечение и конструкция подбирается исходя из требований к станку. Мне, например, хочется на своем попробовать погрызть (не путать с "фрезеровать" ) сталюку. Поэтому и швеллер и труба со стенкой 6 мм и прочие фигли. Т.е. если сделать заведомо жесткий станок, то для работ по мягкому материалу он уж точно подойдет.

Nick писал(а):В конечном итоге на глаз.

печально

Nick писал(а):нагрузку от ускорения портала

я так понимаю можно взять 1 м/с2 и это будет значение с запасом ?

Nick писал(а):10-15 кг (100-150Н) на силу фрезеровки1

а не многовато ? фреза не сломается ?


Какие лучше использовать передачи на большой длине ?
ремни ругают за то что они растягиваются, винт будет вибрировать, цепи тоже ругают.
А рейку мне кажется будет сложно установить, так чтоб на все длине не возникало перекосов с зацепляемым колесом.

лично я склоняюсь к ремням. Натягивать 2 ремня по бокам оси Х. Ставить один двигатель на портал. Через ременную передачу вращать вал, который уже будет передавать движение на шкивы по обе стороны от портала.

Fisher писал(а):Нельзя проводить анализ, приложив силы к какому-то кубику-милипуське.

Это всё понятно, я просто надеялся что найдутся люди, имеющие опыт в 3D расчётах и подскажут как правильно пользоваться программой.
Дело в том, что сделав более сложную модель я не смог задать в ней все связи. не получился сварной шов, т.к. его оказывается можно использовать только с листовым материалом. Те ли опоры я даю на связи под подшипниками я тоже не знаю. А при попытке применить болтовые соединения в расчётах, комп вообще повис.

И для расчётов не обязательно иметь всю модель. Можно испытывать по частям. А на следующие компоненты потом переносить силы из предыдущего расчёта, например - реакции опор под подшипниками в этом тесте можно перенести в виде сил действующих на подшипники в тесте с кареткой.

Ti-j писал(а):Какие лучше использовать передачи на большой длине ?

Лучше всего рейку. Потом ремень и цепь. Хороший ремень не тянется - в нем стальной корд.
Винт не рекомендую - скорости не хватит. Максимум - скоростную ШВП, но да, ее скорее всего будет колбасить = нужен большой диаметр, чтоб не провисала = стоит дорого и нужен сильный движок.

Еще варианты - тросики и прочая ерунда, но на них не советую смотреть.

В итоге выбирай между рейкой, ремнем и цепью. Рейка лучше всего, но скорее всего выйдет дороже. Проще всего работать наверное будет с ремнем, ему нет так критичны точности в установке, как рейке и он легче, чем цепь. Плюс у ремня не должно быть люфта на шкиве, а вот на счет люфта цепь-звездочка не уверен, основная задача цепи - передавать усилие в одном направлении.

Ti-j, я аэрогидродинамику считал в космос флоуворксе и ансисе. скажу сразу правильный расчет дело очень сложное и зависит от многих факторов. в тонких каналах нужно чтобы нормально считать нужно иметь минимум 3-5 ячеек. это я к чему - в расчете на прочность наверняка аналогично в толщине листового материала минимум 3 ячейки должно быть. зная номинальный размер кубика, можно прикинуть общее их количество. у меня 2 гига ОЗУ затыкалось при 1.2-1.4 миллиона ячеек и расчет длился в среднем около 9 часов и это на С2Д при 3ГГц. докупил озу до 8 гиг, перешел на х64 систему и смог считать уже до 10-12 лямов, но длительность тоже была несусветная. если брать не кубики, а тетраэдры, то количество ячеек будет еще больше, но какую именно ячейку брать я не подскажу для твоей задачи - нужно читать инструкции. я стараюсь не запугать, а предостеречь от ненужных действий и трудо- и временных затрат...
намного полезней было бы поставить ТЗ, нарисовать то что кажется нормальным, выставить на обсуждение, подкорректировать, причем думаю не 1 раз, а потом уже воплощать в железе, предварительно проведя прочностные испытания (поставил между 2х табуреток, сел, померял прогиб как-то так )
на такой длине можно рассматривать систему винт+вращающаяся гайка. на винте 16х4 люди работают до 4.5м/мин, что для дерева более чем я думаю. если живешь в Украине или доставка отсюда не проблема, скоро на рынок попадут эти самые гайки моего производства, но пока нужно подождать чтобы все доделать...

Нашёл литературу по испытаниям и форум на подобную тему... буду читать. А вообще мне кажется можно будет обойтись упрощёнными моделями для расчёта, главное правильно их выбрать.

Лучше начать с расчета прогиба направляющих самых длинных осей, а не с прогиба крепежа шпинделя.
И отталкиваться от этого при выборе профилей.

А по весу и моторам, лучше чуть-чуть переплатить за моторы, но сделать конструкцию более жесткой.

Этим я и занимаюсь. Крепёж шпинделя в тесте присутствовал для учёта рычага прикладываемой силы.
Смещение так же определять надо в точке, где ведётся обработка (балку скрутило на пол градуса, а фреза из за этого сместилась на сантиметр)