Écrou de course à faire soi-même pour CNC. Vis à billes (vis à billes), vis mères et écrous

"S'il y avait une machine, mais qu'il y aurait quelque chose à voir avec elle", "Faisons-le, voyons ce qui se passe, alors nous verrons", "Je me demandais", "Je ne sais pas comment scier avec une scie sauteuse ou une lime, alors laissez la machine faire le sciage », « Le problème lui-même et le processus pour le résoudre sont intéressants », « Je veux une machine pour pouvoir y couper beaucoup de KITs et gagner beaucoup d'argent ," etc. et ainsi de suite. De telles incitations pour démarrer la construction d'un appareil aussi complexe et coûteux qu'une machine CNC ne sont pas sérieuses, bien qu'elles soient courantes.

Mon motif ne coïncidait avec aucun de ceux ci-dessus. Je savais ce que je ferais sur la machine : scier des pièces en balsa pour mes avions. Pourquoi la CNC ? Mais parce que j'étais fatigué avec mes mains et que ça prenait trop de temps. Par exemple, voici une photo des consoles supérieures de l'aile et du stabilisateur d'une copie de l'avion I-5, conçue pour une machine CNC et entièrement découpée sur celle-ci.

C'est mon premier modèle conçu exclusivement pour la CNC. Les nervures sont en balsa 1,5 mm, toutes sur tenons, 80% des pièces sont uniques. Faire cela manuellement vous fatiguera et vous ne pourrez probablement même pas le faire. Pouvez-vous imaginer écraser un tel modèle lors de son premier vol ? Ou dans la seconde ? Vous deviendrez gris ! Et puis j'ai pris et découpé une nouvelle aile, ou, peut-être, un stabilisateur….

Alors ok. Pourquoi la machine ? Où que vous crachiez - un bureau avec découpe laser ! J'ai donné les fichiers, reçu les pièces, et pas cher. Oui, cela est vrai si vous produisez des KITs, mais pas pendant le processus de développement. Les bureaux ont besoin de volumes, ils ne sont pas intéressés à couper 2-3 parties, ils ne couperont même pas 10 parties, donnez-leur 10 feuilles standards. Oui, et vous ne courez pas vers eux.

Vous ne pouvez le concevoir qu'à l'intérieur et à l'extérieur, puis le découper au laser à partir d'une feuille pour que tout s'emboîte parfaitement. modèle simple, mais pas une copie. Peut-être que quelqu'un peut faire ça, mais pas moi. J'ai dessiné un nœud, je l'ai coupé, collé, fait tournoyer dans mes mains, corrigé ce qui ne me plaisait pas, je suis passé à autre chose, c'est ma démarche. Et pour cela, la machine doit être à la maison.

En lisant le forum dédié aux machines CNC sur notre site Internet, je suis arrivé à la conclusion que ceux qui veulent construire une machine sont à la pelle. Mais si les gens, en général, sont familiers avec l'électronique et les programmes, au moins ils comprennent quoi et comment faire, alors avec la partie mécanique de la machine, c'est un tuyau. Le but de l'article est de présenter les personnes intéressées par le sujet à l'aide de l'exemple de conception d'une machine spécifique. J'aimerais que les questions sur les forums soient plus significatives et basées sur des faits réels, et non sur des spéculations. Je n'ai aucune tâche à enseigner et à indiquer exactement comment VOUS devez construire VOTRE machine. Vous pouvez prendre en compte mes recommandations, ou vous pouvez les ignorer, c’est votre droit.

Cet article ne dira pas un mot sur l'électronique et les programmes. Et pas seulement parce que c'est le sujet d'un article séparé, que quelqu'un écrira peut-être. Je ne veux offenser personne, mais, à mon avis, l’électronique n’est pas un problème aujourd’hui. Contrairement à la mécanique, il peut être assez facilement acheté dans son intégralité - branchez-le et cela fonctionne, et son coût ne dépasse pas le quart de tous les coûts de la machine. Mais une mécanique de qualité acceptable à un prix abordable pose problème. Je veux que les gens, en plus de vouloir une machine CNC, comprennent également ce qui se cache derrière.

Nous définissons les caractéristiques techniques

But

1. Comme déjà mentionné, la machine est principalement nécessaire pour fraiser des plaques de balsa - en découpant des parties de modèles d'avions. Pour ce matériau, la machine doit avoir une productivité maximale. En plus du balsa, du contreplaqué de construction et d'aviation, du bois, du plastique, de la fibre de verre et de la fibre de carbone seront broyés. La précision de la machine pour les matériaux répertoriés ne doit pas être inférieure à 0,1 mm sur la longueur maximale.
2. En plus des non-métaux, la machine doit être capable de couper des alliages d'aluminium avec des fraises d'un diamètre allant jusqu'à 3 mm avec des avances de 150...250 mm/min, avec une profondeur allant jusqu'à 2 mm. Précision de fraisage alliages d'aluminium doit être d'environ 0,05 mm sur une surface de 150x150 mm.
3. Le fraisage de l'acier n'est pas prévu, sauf dans certains cas, et la vitesse et la précision ne sont pas réglementées.
4. Il devrait être possible de fraiser en 3D des modèles et des matrices à partir de matériaux non métalliques pour coller et mouler des ailes, des capots, des lumières, etc.

Idéalement de petite taille machine de table pour les tâches énumérées doivent avoir une conception-cadre.

Forces de coupe et moteur pas à pas

Il existe une idée fausse selon laquelle lors du fraisage, vous devez exercer une pression sur la fraise pour qu'elle coupe mieux. Ce n'est pas correct. N'oubliez pas de découper avec une scie sauteuse, si vous appliquez un peu de pression, la lime se casse. La vitesse de coupe dépend de la rapidité avec laquelle vous déplacez la scie sauteuse d'avant en arrière et de la netteté de la lime. Lors du fraisage avec des fraises fines, la même image est observée : si vous définissez de mauvaises conditions de coupe, la fraise se casse. Nous comptons donc sur des outils affûtés et de haute qualité et sur des conditions de coupe optimales. Dans ces conditions, les charges sur la broche et les réactions dans les supports devraient être faibles, de l'ordre de quelques kilogrammes.

Il n'est pas nécessaire de calculer ces kilogrammes à l'aide de formules. Vous pouvez évaluer facilement et clairement l'effort maximal possible directement à mains nues. Pour ce faire, prenez une fraise fine d'un diamètre de 1 mm et essayez de la casser entre vos mains. Vous serez surpris de voir à quel point il est facile pour vous de le faire. Un cutter d'un diamètre de 3 mm est plus difficile à casser entre les mains, mais ces efforts ne sont néanmoins pas prohibitifs. La destruction de la fraise lorsque les charges admissibles sont dépassées sera le fusible qui protégera notre machine des contraintes critiques et des pannes. La rigidité de la machine doit être conçue pour ces charges, de préférence avec une double marge.

La puissance d'un moteur pas à pas n'est principalement pas nécessaire pour couper, mais pour vaincre les forces de friction dans les guides et la paire de vis, et ces forces dépendent de la qualité de fabrication, des jeux, des distorsions et de la présence de lubrification. Il est possible de calculer ces forces, des méthodes existent, mais plus le mécanisme est petit, moins les résultats sont fiables. Alors choisir un moteur pour une machine en fonction de la puissance est le même chamanisme que choisir un moteur pour un modèle réduit d'avion à moteur à combustion interne : il tirera ou pas, avec une réserve - à la limite, c'est-à-dire à partir de l’expérience ou sur la base de l’analyse de prototypes.

Il existe de nombreux moteurs pas à pas sur le marché. Choisir les bons parmi cette abondance n’est pas facile. Par conséquent, nous nous concentrerons sur les moteurs les plus souvent utilisés dans de tels équipements - les moteurs pas à pas à inductance soviétiques DSHI-200-3 ou DSHI-200-2. Ils diffèrent par leur puissance. Il existe également le DSHI-200-1, mais il est franchement faible. Les DSHI-200 sont de bons moteurs, si vous avez de la chance, vous pouvez trouver ces moteurs avec l'indice OS (série spéciale, acceptation militaire), leur qualité de fabrication est meilleure, mais les standards sont tout à fait à la hauteur.

Voici les caractéristiques techniques du moteur DSHI-200-3 (valeurs pour le DSHI-200-2 entre parenthèses) :

• Moment statique maximum, nt - 0,84 (0,46).
• Un seul pas, degré - 1,8 (1,8).
• Erreur de traitement des étapes, % - 3 (3).
• Fréquence de captage maximale, Hz - 1000 (1000).
• Courant d'alimentation en phase, A - 1,5(1,5).
• Tension d'alimentation, V – 30 (30)
• Consommation électrique, W - 16,7 (11,8).
• Poids, kg - 0,91 (0,54).

Précision

La résolution de positionnement et la précision de fraisage sont souvent confondues. La résolution dépend du choix du moteur pas à pas et du type de transmission. Par exemple, le moteur pas à pas DSHI-200-3, lorsqu'il fonctionne en mode demi-pas optimal, effectue 400 pas par tour. Par conséquent, si nous utilisons un engrenage à vis avec un pas de vis de 2 mm, alors en une seule étape, l'élément de travail se déplacera de 2/400 = 0,005 mm, c'est-à-dire de 5 microns. Avec un pas de 3 mm – 3 / 400 = 0,0075 mm, soit plus loin de 2,5 microns, mais la vitesse sera d'un tiers plus élevée.

Si vous utilisez un engrenage avec une courroie crantée, l'image que vous obtenez est la suivante. Le diamètre moyen minimum possible (pour des raisons de conception) du pignon d'entraînement est de 14 mm. Cela signifie que pour un tour, la trajectoire est de 3,14 * 14 = 43,96 mm, c'est-à-dire le mouvement en 1 pas sera de 43,96 / 400 = 0,11 mm. Pour le balsa, c'est acceptable, avec un craquement, bien sûr, mais on pourrait vivre avec si c'était tout. Mais ce n’est malheureusement pas tout.

Pour obtenir une précision de fraisage, il convient d'ajouter à la valeur de résolution le jeu technologique dans les guides et la transmission, ainsi que les valeurs de déplacement dues aux déformations élastiques dues à la rigidité générale de la machine. Les jeux peuvent être calculés, mais avec une rigidité générale, c'est plus difficile. Il est impossible de le calculer.

Dans la production de masse, un prototype est d'abord conçu et fabriqué (généralement sur la base d'un prototype, c'est-à-dire d'une autre machine). Ensuite, la machine est testée, des mesures minutieuses sont prises et on vérifie si sa précision répond ou non aux exigences des spécifications techniques. S'il ne répond pas, la conception est analysée, les zones problématiques sont identifiées où la rigidité doit être renforcée, des modifications sont apportées à la documentation de conception et une série d'installations est lancée. Le processus est répété sur plusieurs exemplaires. Cette procédure est appelée finition machine.

Le design amateur est aussi en quelque sorte un prototype, mais malheureusement, il s'avère aussi être le dernier. Cela oblige la conception à inclure une rigidité manifestement excessive dans le circuit de puissance de la machine. Il n’y a pas lieu d’avoir peur de cela. Il vaut mieux être en sécurité ici. Le désir de créer un espace élégant et dessin original peut faire une blague cruelle au concepteur. La machine peut ne pas s'avérer rigide et il se peut qu'il n'y ait pas de deuxième tentative - c'est trop cher.

La « finition » mal comprise de la machine - correction des erreurs dans le circuit de puissance en vissant des coins, des goussets et des nervures supplémentaires - ne donne aucun résultat. C'est la même chose que traiter les dents avec des comprimés : il y a un soulagement temporaire, puis la situation s'aggrave encore. Il est impossible d’enseigner comment réaliser des structures fiables et rigides. Vous devez ressentir le design, cela vient avec l'expérience de la même manière qu'un conducteur expérimenté commence à ressentir une voiture.

Si vous souhaitez construire une machine fiable et durable pour un usage quotidien, et ne pas démontrer des capacités fondamentales, mais que vous n'avez pas suffisamment d'expérience en conception, ne tentez pas le destin, prenez comme base un prototype éprouvé, cela vous fera gagner des nerfs, du temps et argent.

Si vous décidez de concevoir la machine vous-même, suivez quelques règles simples :

• Ne lésinez pas sur la raideur. Dans les cas douteux, soyez prudent. Adhérez au principe d’une force égale et d’une rigidité égale.
• Dans le cadre porteur de la machine, utilisez autant que possible des ajustements borgnes et serrés ou des goupilles, car une simple connexion boulonnée n’assure pas la rigidité.
• N'oubliez pas qu'en moyenne, en torsion, la raideur est proportionnelle au carré des dimensions de la section, et en flexion, elle est proportionnelle à la quatrième puissance, c'est-à-dire Lorsque les dimensions de la section transversale d'une pièce sont doublées, sa rigidité augmente seize fois.
• Ne vous laissez pas emporter par les palmes. Une pièce monolithique en aluminium est plus rigide qu'une pièce en acier de résistance et de poids égaux, mais nervurée.

Mais nous nous éloignons. La précision de la machine est déclarée dans les spécifications de conception en fonction des tâches qui seront effectuées sur la machine. Nous avons donc déclaré une précision de l'ordre de 0,05 mm sur la zone de travail de fraisage, limitée aux dimensions de 150x150 mm. Nous allons essayer de le fournir. Lorsque la machine sera prête, nous verrons ce qui s’est réellement passé, mais pour l’instant faisons quelques évaluations.

D'abord. Un entraînement par courroie crantée n'est pas adapté à la résolution. C'est donc une vis. D'un point de vue résolution, un pas de vis de 2 ou 3 mm n'est pas critique, les deux conviennent. Soit dit en passant, une autre idée fausse très répandue est que petit pas vis, plus la précision de la machine est élevée. La résolution de positionnement augmente, mais pas la précision de fraisage.

Deuxième. Évidemment, les guides les plus chargés de la machine se trouvent le long de l'axe X. Le poids du chariot X devrait être compris entre 5 kg, les forces de coupe attendues sont de 2...3 kg. Sous de telles charges, deux guides cylindriques d'un diamètre de 16 mm et d'une longueur de 700 mm, en acier 40X collé, auront une déflexion d'environ 2-3 microns. Même si c’est 5 microns, c’est quand même tout à fait acceptable.

Troisième. Nous supposerons que nous serons en mesure de garantir la rigidité des parties de la carrosserie du chariot X de telle sorte qu'il n'y aura pas de déformations notables dues aux forces de coupe. Ensuite, toute l'erreur (environ 0,04 mm) restera due au jeu, principalement dû au jeu dans les paires de vis et aux erreurs de fabrication des vis mères.

Des exigences très strictes, en fait, c'est le maximum que l'on peut obtenir d'une machine faite maison. Quant à toute la zone de fraisage, si on la maintient à 0,1 mm sur une longueur de 700 mm, ce sera tout simplement génial.

Dans un entraînement avec courroie crantée, il n'y a pas d'erreur de vis accumulée, mais la courroie ne s'étire que de manière conditionnelle, en fait elle s'étire, donc la précision de fraisage avec elle est faible et est rarement meilleure que 0,25...0,3 mm sur un longueur de 700 mm.

Vitesse

La machine a deux vitesses : la vitesse à laquelle la broche se déplace pendant le fraisage (avance) et la vitesse à vide (positionnement). Le premier est réglé en fonction des conditions de coupe et peut varier dans une large plage, le second doit être le maximum possible. Évidemment, si la vitesse maximale possible est inférieure à alimentation optimale Lors du fraisage du matériau pour lequel la machine est conçue, la productivité de la machine sera insuffisante.

Pour le balsa, les modes de fraisage optimaux sont les suivants :

• Épaisseur de tôle de 1 à 2 mm – coupeur d'un diamètre de 0,6 mm (0,8 mm) ; avance 600 mm/min ; vitesse 40 000…50 000 tr/min.
• Épaisseur de tôle de 2 à 6 mm – coupeur 0,8 mm ; avancer 500 mm/min à la même vitesse ;

Pour les autres matériaux, il y a moins d'avances. La vitesse dépend de la broche. Même si aujourd'hui je n'ai pas de broche à 50 000 tr/min, peut-être qu'elle apparaîtra demain, donc la machine doit être réalisée à une avance de 500...600 mm/min.

Le DSHI-200-3 a une fréquence de démarrage de 1000 Hz, en mode demi-pas elle est de 150 tr/min, ce qui signifie que l'avance maximale avec une vis au pas de 3 mm sera de 450 mm/min. Un peu à court de mode optimal. Avec une vis au pas de 2 mm, l'avance sera encore moindre, seulement 300 mm/min, ce qui n'est clairement pas suffisant. Lorsque le moteur tourne mode normal la vitesse maximale est de 900 mm/min, mais la précision de positionnement tombe à 0,015 mm. Cela fonctionnera pour le balsa, mais pas pour l'aluminium.

Taille de la zone de travail de fraisage

Comme on dit, la taille compte, et pas seulement en termes de placement de la pièce. zone optimale(100x1000 pour le balsa, 300x500 pour le contreplaqué balsa). Le coût de la machine dépend fortement de la taille du plan de travail de fraisage, surtout si un entraînement à vis est utilisé. Un compromis est nécessaire ici. Pour ma part, j'ai trouvé ce compromis - 700x300x70 mm. Vos tailles peuvent être différentes.

Paliers et guides coulissants

Pour des machines de petite taille relativement précises comme celle que nous concevons, il est difficile de trouver une alternative aux guides ronds en acier à paliers lisses. Au moins en ça catégorie de prix, sur lequel nous comptons.

Récemment, un grand nombre de types différents de roulements linéaires à billes sont apparus. Pour être honnête, je ne comprends pas les raisons de leur popularité croissante. Outre le seul avantage - une extraordinaire facilité de mouvement (et donc la possibilité d'utiliser des moteurs moins puissants), ils présentent des inconvénients continus. Les principaux ne sont pas haute précision et des exigences accrues sur l’environnement dans lequel ils travaillent. Toutes sortes d'astuces de conception pour protéger ces roulements de la poussière, de la saleté et des copeaux ne permettent pas d'économiser grand-chose. De plus, toute pièce supplémentaire dans l'ensemble roulement, qu'il s'agisse d'une manchette, d'un grattoir ou d'une brosse, en plus d'augmenter le coût, introduit un élément de manque de fiabilité dans l'ensemble.

Pour les mêmes raisons, nous éliminerons de l'examen toutes sortes de schémas de conception utilisant des rails et des roues sous forme de roulements à billes, car frivoles pour une machine d'une précision donnée, et examinerons de près les supports coulissants.

Les paliers lisses ont des dimensions radiales et un poids réduits ; leur fabrication ne nécessite aucun équipement spécial ; ils peuvent supporter de lourdes charges à des vitesses élevées. Mais dans notre cas, cela n'a pas d'importance ; leur autre grand avantage est important : ils sont silencieux et ont une capacité d'amortissement élevée lorsqu'ils sont exposés à des charges cycliques et à des chocs.

Matériaux

Lors du choix d'un matériau pour les paliers lisses, nous nous concentrerons sur les matériaux disponibles qui ont bonnes caractéristiques friction pour nos conditions de fonctionnement. Et ces conditions sont les suivantes :

Vitesse de glissement 0,2…5 m/s.

Type de frottement - semi-sec - les surfaces du guide et du roulement entrent en contact complètement ou sur de longues zones. Il n’y a pas de couche d’huile séparatrice. L'huile est présente sur les surfaces uniquement sous la forme d'un film adsorbé.

Lubrification périodique.

Pour les guides de haute précision, comme dans notre cas, Attention particulière il faut prêter attention au bon fonctionnement, qui dépend avant tout de la différence entre les coefficients de frottement statique et de frottement de glissement (aussi bien sans lubrification qu'avec faible lubrification). Cette caractéristique est particulièrement importante pour nous, car... Nous utilisons un moteur pas à pas et les chariots le long des guides se déplaceront au moins par de minuscules secousses.

Après une simple recherche, nous sommes arrivés à la liste suivante de matériaux disponibles et acceptables en terme de douceur de fonctionnement (avec une mauvaise lubrification) avec coefficients de frottement sur un arbre en acier :

• Fonte grise – 0,15…0,2.
• Fonte antifriction – 0,12…0,15.
• Bronze – 0,1…0,15.
• Textolite – 0,15…0,25.
• Polyamides, nylon – 0,15…0,2.
• Nylon – 0,1…0,2.
• Fluoroplastique sans lubrification – 0,04…0,06.
• Caoutchouc lubrifié à l’eau – 0,02…0,06.

En principe, n'importe lequel des matériaux ci-dessus peut être utilisé pour les roulements, à l'exception du caoutchouc, qui est donné à titre de comparaison, et de la fonte, que nous rejetterons comme matériau exotique pour une machine domestique. Franchement, le choix n'est pas génial. En gros, cela se résume à ce qui suit : métal (bronze) ou non métallique (n'importe lequel des éléments ci-dessus, à l'exception du caoutchouc).

Pour ma part, j'ai longtemps choisi le bronze - une solution éprouvée, pourrait-on dire standard, largement utilisée et ne nécessitant pas de justification détaillée. Mais par souci d’ordre, considérons d’autres options.

Roulements non métalliques

Je n'ai rien contre les roulements non métalliques. Si, pour une raison quelconque, le bronze n'était pas disponible pour moi (il est vrai qu'aujourd'hui il est difficile d'imaginer de telles raisons), je choisirais pour les roulements textolite. Les roulements Textolite sont fabriqués à partir de tissu mousseline multicouche, imprégné de bakélite et pressé sous une pression d'environ 1 000 kg/cm2, à 150...180 degrés. Ils fonctionnent mieux si les couches sont perpendiculaires à la surface de friction. La textolite peut être traitée avec des outils en carbure à faibles avances et à des vitesses de coupe élevées avec des tolérances assez serrées.

Nylon et nylon fonctionnent bien avec une lubrification insuffisante ou sans lubrification du tout. Mais comme tous les polyamides, ils sont difficiles à usiner. Les roulements en nylon et en nylon sont fabriqués par moulage sous pression dans des moules métalliques avec une précision dimensionnelle de quelques centièmes de millimètre près. Lors de la fabrication avec les tolérances requises sur des équipements de traitement universels, des problèmes peuvent survenir - personne ne les acceptera.

Fluoroplastique(Téflon) est un excellent matériau, mais malheureusement pas très bon pour la fabrication de roulements en raison de sa douceur, de son coefficient de dilatation linéaire élevé, de son fluage à froid (apparition de déformations résiduelles sous une exposition prolongée à des contraintes relativement faibles) et de sa complète non mouillant avec de l'huile.

Tous les roulements non métalliques sont utilisés en combinaison avec des guides de dureté accrue (> HRC 50). Dans ces conditions, ils présentent une résistance élevée à l’usure. L'exigence d'une dureté de guidage accrue n'est pas un inconvénient des roulements non métalliques, c'est une évidence. D’ailleurs, c’est aussi une bonne idée de chauffer le guide pour les bagues en bronze.

Ressource

En ce qui concerne la durée de vie des roulements, les considérations suivantes doivent être prises en compte. Si nous avons accepté le principe d'égale résistance et d'égale rigidité comme concept fondamental de la conception, rien ne nous empêche d'adopter le même principe en ce qui concerne la ressource des principaux composants. Ce que je veux dire? Les principaux composants de notre machine sont des vis-mères avec écrous et guides. Il est logique de les réaliser de manière à ce que la durée de vie de la paire de vis soit proportionnelle à la durée de vie des paliers lisses. Ceux. Après avoir installé les roulements une fois, ils devraient fonctionner aussi longtemps que les vis et les écrous fonctionnent. Si les paires de vis échouent, la machine devra rénovation majeure, à ce stade, les roulements peuvent être remplacés. Il n'est pas pratique de procéder à un remplacement plus tôt ; installez des roulements qui survivront non seulement à la paire de vis, mais aussi à vous et moi.

On sait qu'une paire de vis ordinaire composée d'une vis-mère en acier et d'un écrou en bronze dure très longtemps. Avec une sélection appropriée de paramètres et une fabrication de haute qualité, ces unités fonctionnent pendant des années chaque jour en trois équipes. Je ne pense pas que ma machine sera chargée comme ça. Cependant, il est impossible de calculer avec précision la ressource. Vous pouvez faire des prédictions basées sur votre expérience et votre connaissance du sujet. je pense que dans dans ce cas la paire de vis servira pendant environ 8 ans, même en tenant compte du fait que je scierai des KIT sur la machine. Pendant ce temps, beaucoup d'eau coulera, la machine deviendra obsolète, de nouvelles technologies apparaîtront et le coût de production pourrait baisser. Il ne sert peut-être à rien de le réparer.

Evidemment, la paire vis acier - écrou bronze fonctionne dans des conditions bien plus sévères qu'un guide acier - roulement bronze, ce qui fait que, théoriquement, le roulement aura évidemment une durée de vie plus longue. Mais si l'écart qui apparaît à la suite du développement du filetage dans l'écrou est réglable, alors l'écart dans la bague en bronze du roulement ne l'est pas. Nous accepterons donc (pas à l'improviste, mais sur la base d'une analyse de prototypes et avec un degré de probabilité élevé) que la vis et le roulement en bronze auront à peu près la même durée de vie.

Un roulement non métallique durera-t-il aussi longtemps ? Pas certain. Peut-être qu'il vivra, peut-être pas. En principe, ce n'est pas fatal, vous pouvez prévoir des chemises remplaçables, mais cela augmente le coût de l'ensemble roulement, et d'ailleurs, après avoir investi beaucoup d'argent dans la fabrication de la machine, vous ne voulez pas provoquer dans un premier temps des hémorroïdes en remplaçant les roulements.

Nous prenons une décision

Compte tenu de ce qui précède, lors de la conception des guides, la décision technique suivante peut être prise pour mettre en œuvre l'ensemble de roulements :

• Nous perçons des trous dans les boîtiers pour les bagues avec des exigences minimales en matière de tolérances de forme et d'emplacement des surfaces (c'est-à-dire assez grossièrement) ;
• Nous enfonçons fermement les bagues en bronze des paliers lisses dans les parties du corps avec une tolérance le long du diamètre interne ;
• nous avons percé les bagues pour les guides dans le cadre des boîtiers avec des tolérances calculées.

On peut déjà dire qu’une telle solution semble appropriée, mais nous envisagerons quand même d’autres options.

La première chose qui me vient à l'esprit est pourquoi fabriquer des bagues en bronze, puis les enfoncer et les percer, alors que le marché regorge de manchons pour paliers lisses prêts à l'emploi, avec bien plus encore. meilleures propriétés que le bronze pur, par exemple les paliers lisses en métal fluoroplastique ? N'est-il pas plus facile de les acheter et de les presser de la même manière ?

Voyons cela. Un roulement en métal fluoroplastique est un manchon en acier imprégné sous vide d'une composition téflon-plomb dispersée dans le liquide d'une couche antifriction poreuse d'alliages de bronze frittés. En soi, l’association du bronze et du plastique fluoré est tentante et promet des bénéfices significatifs en termes de propriétés. C'est comme ça. Un roulement en métal fluoré à basse vitesse et à friction sèche (!) permet des charges très élevées (jusqu'à 350 MPa) et reste opérationnel dans la plage de température de -20 à +280 degrés. Mais, avec des charges comprises entre 0,1 et 10 MPa et des vitesses de glissement de 0,2 à 5 m/s (comme la nôtre), le coefficient de frottement peut varier de 0,1 à 0,2, soit être dans les limites des matériaux de roulement conventionnels sous lubrification limite. Cela revient à mettre des jantes en alliage sur les roues d'un Zaporozhets aux grandes oreilles - c'est possible, bien sûr, mais cela ne sert à rien.

Alors peut-être qu'on gagnera en précision, simplifiera usinage et ainsi économiser de l'argent ? Aussi non. Si dans le premier cas nous alésons avec précision la bague en bronze, alors dans le second cas nous devrons percer avec précision le siège du manchon dans le corps, c'est-à-dire Nous n'excluons pas une opération coûteuse sur une bonne aléseuse. De plus, le calcul des chaînes dimensionnelles inclut les tolérances de désalignement, de faux-rond, d'arrondi, etc. du manchon acheté lui-même, qui devront être prises en compte, à condition que ces tolérances soient connues et fiables, c'est-à-dire Ce sont de bons roulements chers, pas des manchons d'origine inconnue - 3 roubles par sac. En conséquence, tout cela n’ajoute pas de précision à notre machine, bien au contraire.

Le coût d'une bague en bronze, qui est simplement un morceau de tuyau, est de 50 roubles, et un bon roulement en métal fluoré coûte environ 10 $. Vous avez besoin de 12 de ces roulements. Calculez vous-même combien nous payons en trop sans pratiquement rien acquérir. On peut dire la même chose des autres options possibles roulements lisses achetés - nous payons trop cher, mais les avantages ne sont pas évidents.

Et s'il n'y avait pas de bronze ? Mais ça, excusez-moi, c'est de la connerie totale. Si vous avez accès à une quantité décente de machines-outils et que vous avez lancé un projet coûteux, alors ne pas trouver un morceau de bronze pour douze petites bagues et quatre écrous tournants est tout simplement ridicule !

De quoi faire et comment ?

Jusqu'à présent on a toujours dit : « acier », « bronze »…. Quel type d’acier et quel type de bronze en particulier ?

Compte tenu de nos exigences en matière de résistance à l'usure (nous ne travaillerons pas en trois équipes par jour) et de nos faibles exigences en matière de stabilité des forces de frottement, le choix des nuances d'acier et de bronze, ainsi que le traitement thermique des guides en acier, n'ont pas d'importance significative. Par conséquent, s'ils m'appellent de l'usine et me demandent : « Nous n'avons pas le type de bronze (acier) que vous avez noté sur le dessin. Pouvons-nous faire un remplacement par… ? » Je répondrai immédiatement et sans l’ombre d’un doute : « Vous pouvez ! Si seulement c'était vraiment du bronze et que l'acier avait une teneur en carbone moyenne. Par exemple, l'acier 30, 40 ou 45. »

Mais tu dois quand même écrire quelque chose dans le dessin, et tu dois l'écrire Meilleure option. Cela peut toujours empirer. Les bronzes à l'étain, au phosphore (BrOF10-1) et au zinc (BrOTsS5-7-12, BrOTsS6-6-3) conviennent bien aux paliers lisses. Les bronzes sans étain (BrAZh9-4, BrS30) fonctionnent mieux avec des guides durcis traités en douceur, donc dans tous les cas, les guides doivent être durcis à une dureté de 40...50 HRC et polis avec une rugosité de Ra 0,63. savoir de quoi les bagues finiront par être coupées. Surface intérieure Les bagues n'ont pas besoin d'être polies, mais leur rugosité ne doit pas être pire que Ra1,25.

N'oublions pas qu'en plus des coussinets, nous proposons également des écrous de roulement en bronze. Là, les exigences concernant le matériel sont plus strictes, mais dans notre cas pas beaucoup. Il est logique d'unifier le matériau des écrous mobiles et des bagues coulissantes.

Quant à la géométrie et aux écarts, il vaut mieux ici ne pas prendre de libertés. Pour garantir la fonctionnalité de notre produit aux précisions données, l'écart maximum garanti entre la douille et le guide (diamètre 16 mm) doit être d'environ 0,034 mm, ce qui correspond à un ajustement courant selon la 7ème qualité (H8/f7).

Dans la pratique, en cas de production à la pièce (et non en série), ils le font. Tout d'abord, les bagues pressées dans les boîtiers sont percées selon les tolérances requises pour la forme et l'emplacement des surfaces, puis les trous résultants sont mesurés avec précision, et ensuite seulement les guides sont rectifiés à une taille qui fournit le jeu requis. Ensuite, le tout est balisé pour ne plus confondre à l'avenir quels corps glissent sur quels guides.

Hormis l'écart paramètre important coussinet - sa longueur. Ou plutôt, pas la longueur en tant que telle, mais le rapport longueur/diamètre (l/d). On sait que la capacité portante est proportionnelle au carré du rapport l/d. Compte tenu de l'influence positive et négative de l/d sur la capacité portante, les valeurs moyennes de l/d = 0,8...1,2 sont le plus souvent respectées. Avec un diamètre de guidage de 16 mm, la gamme de longueurs de bagues est de 12,8 à 19,2 mm. Cependant, dans notre conception, la capacité portante du roulement importe peu ; nos charges sont faibles. Plus préoccupé par la sensibilité de la bague aux distorsions. Evidemment, plus le rapport l/d est faible, plus cette sensibilité est faible. Il est donc préférable de choisir une longueur de manche plus proche de 13 mm que de 20.

Une dernière remarque. Que dois-je faire si je ne parviens pas à suivre toutes les recommandations de ce chapitre ? Dois-je abandonner et ne pas m'en soucier ? Eh bien, pourquoi pas, il faut simplement se préparer au fait qu'à la fin, la qualité du produit (machine) en souffrira. C'est tout. Et s'il n'est pas blessé ? Il va souffrir, il va souffrir, la question est combien ? Mais personne ne peut le dire avec certitude. Une question comme : « Que se passera-t-il si le bronze est remplacé par du laiton, ou si nous réalisons même une paire coulissante - acier sur acier ? - ça n'a pas de sens. Essayez-le, faites-le, puis dites-le-moi. Une chose est claire : la situation va empirer. À propos, dans les guides non critiques de faible précision, une paire coulissante acier-acier est autorisée et les parties de la paire doivent avoir une dureté différente, par exemple, le guide est trempé et la bague, au contraire, est tempéré.

Vis et écrous

En pratique, il ne peut y avoir ici que deux options : une vis mère classique en acier avec un écrou en bronze équipé d'un dispositif de compensation de jeu, ou une vis à billes (vis à billes).

Engrenage hélicoïdal à friction coulissante

Presque toutes les considérations générales exprimées dans le chapitre précédent concernant le choix des matériaux pour les guidages et les paliers lisses sont également valables pour les engrenages à vis à friction de glissement ; il est inutile de les répéter. Considérons une autre propriété importante d'une paire de vis qui peut avoir grande importance par rapport à notre cas, à savoir la capacité d'amortissement de la transmission à vis à friction coulissante.

Les moteurs pas à pas ont un effet indésirable appelé résonance. L'effet se manifeste par une chute soudaine du couple à certaines vitesses. Cela peut entraîner des pas manqués et une perte de synchronicité. L’effet se manifeste si la fréquence de pas coïncide avec la fréquence de résonance propre du rotor. Cet effet peut être combattu dans deux directions. Par des méthodes électroniques, par exemple en passant à un mode de fonctionnement du moteur micropas (ou au niveau de l'algorithme de fonctionnement du conducteur), et en organisant un amortissement mécanique.

C’est dommage, après avoir fabriqué ou acheté un contrôleur et construit une machine, de se heurter au phénomène de résonance. Par conséquent, vous devez veiller à l'avance à ce que la fréquence de résonance soit transmise sans douleur lors de l'accélération et de la décélération du moteur. Le passage au mode micropas n'est pas toujours acceptable en raison d'une forte perte de vitesse et de couple sur l'arbre. Oui, même si cela est acceptable, il n’y a jamais de mal à garder à l’esprit l’amortissement mécanique.

La fréquence de résonance est calculée à l'aide de la formule F 0 = (N*T H /(J R +J L)) 0,5 /4*pi,

• F0 – fréquence de résonance,
• N – nombre de pas complets par tour,
• TH – couple de maintien pour la méthode de contrôle utilisée et le courant de phase,
• JR – moment d'inertie du rotor,
• JL – moment d'inertie de la charge.

La formule montre que la résonance dépend en grande partie de la charge connectée au moteur. Il est évident que lorsque la vis mère est fixée rigidement à l'arbre du moteur, le moment d'inertie total du système augmentera considérablement, ce qui déplacera la résonance vers des fréquences plus basses, auxquelles les propriétés d'amortissement du frottement visqueux dans les tours de la vis mère les fils sont bien manifestés. En choisissant le nombre de tours et en ajustant l'écart (préférence) dans le filetage, vous pouvez éliminer les symptômes de résonance.

Ici, beaucoup dépend du matériau de l'écrou. Une bonne adsorption de l'huile sur le matériau est requise. Par exemple, un écrou en plastique fluoré ne peut pas servir d'amortisseur en raison de son non-mouillage total avec l'huile. Capron, en ce sens, se comporte mieux, mais pas très bien non plus. Parmi les non-métaux, la textolite est la meilleure, car elle est respectueuse du pétrole. Le bronze est bon de tous côtés.

Vis mère

Les vis mères sont conçues pour la solidité, la résistance à l'usure et la stabilité. Nous nous intéressons peu à la force et à l'efficacité. La résistance à l'usure est intéressante pour déterminer la pression moyenne sur les surfaces de travail du filetage et choisir la hauteur du filetage. Mais, sur la base du calcul de stabilité, il faut déterminer le diamètre de la vis pour une longueur donnée et le schéma choisi pour la fixation de la vis dans les supports. Ce schéma doit également être sélectionné.

Ici, je ne vais pas gonfler mes joues, faire semblant d'être intelligent et vous ennuyer avec des calculs utilisant des formules délicates. D'ailleurs, moi-même, bien que je sache faire cela, je n'ai pas calculé de telles choses depuis longtemps. Notre machine n'est pas un cric avec un fil de charge persistant pour une charge donnée de plusieurs tonnes, mais un dispositif mécanique précis. Le choix des paramètres géométriques de la vis peut, et doit, être effectué sur la base de l'analyse de prototypes. Si vous analysez (vous devez analyser des équipements industriels, et non des produits faits maison) un grand nombre de machines et d'appareils similaires de conception similaire, vous trouverez ce qui suit :

• Supports à vis : une extrémité est fixée rigidement, l'autre repose directement sur le moteur pas à pas.
• Diamètre minimum de vis : 12 mm pour des longueurs jusqu'à 700 mm, 16 mm pour des longueurs jusqu'à 1200 mm.
• Profil de filetage : trapézoïdal ou ruban (avec un profil rectangulaire).
• Avec un pas de 3 mm, la hauteur du profil fileté est de 1,5 mm.

Nous pouvons effectuer des calculs spécifiquement pour notre machine et le vérifier, mais le temps est une perte de temps. Lors de la conception, l'attention principale doit être accordée aux matériaux et à la technologie, ce qui est dans ce cas beaucoup plus important. Ensuite sera indiqué les pré-requis techniques aux vis. Vous devez vous efforcer de les remplir, mais cela n'est pas toujours possible et coûte assez cher. Ici, il faut rechercher des compromis. Ce à quoi vous pouvez renoncer et ce à quoi vous ne pouvez pas renoncer est une question complexe et est résolue par chaque concepteur différemment, en fonction de ses préférences. Sans insister sur mon opinion, je vais donner les exigences de base sur ce que cela devrait réellement être.

Pour vis-mères non traitées thermiquement de précision normale et élevée le meilleur matériel est en acier laminé à chaud A40G. Des aciers améliorés 45 et 40X sont également utilisés. Dans ce cas, le matériau des guides peut être unifié avec le matériau de la vis.

Dans le cas du traitement final de la vis avec une fraise, on utilise de l'acier U10A, qui est recuit jusqu'à une dureté de 197 HB.

Pour les vis trempées et rectifiées selon le profil du filetage, on utilise des nuances d'acier 40ХГ et 65Г, qui présentent une résistance élevée à l'usure. Cette option est trop cool pour une machine domestique, mais les vis à billes, soit dit en passant, sont le seul moyen de le faire.

Écarts de vis admissibles :

1. La plus grande erreur de pas accumulée admissible, µm :
   • en une seule étape - ±3…6 ;
   • à une longueur de 25 mm – 5…9 ;
   • à une longueur de 100 mm – 6…12 ;
   • à une longueur de 300 mm – 9…18 ;
   • pour chaque 300 mm de longueur, 3…5 sont ajoutés ;
   • sur toute la longueur de la vis, pas plus de 20...40.
2. Les tolérances pour les diamètres extérieur, médian et intérieur du filetage ne sont pas définies plus que les tolérances correspondantes pour les filetages trapézoïdaux conformément à GOST 9484-81, avec une plage de tolérance de 7N conformément à GOST 9562-81.
3. Pour garantir la précision des vis en termes de pas et pour protéger le filetage d'une perte rapide de précision due à une usure locale, l'écart d'ovalité du diamètre moyen du filetage à un pas de 3 mm doit être de 5...7. µm.
4. Le faux-rond du diamètre extérieur de la vis lors du contrôle au centre d'une longueur allant jusqu'à 1 mètre est de 40...80 microns.
5. Si le diamètre extérieur de la vis sert de base technologique au filetage (et c'est presque toujours le cas), alors la tolérance pour le diamètre extérieur est attribuée selon h5.

Il n'est pas difficile de deviner que la précision de la machine dépend directement des écarts selon la revendication 1. Si nous déplacions les chariots manuellement le long des verniers, ce serait le cas, mais dans notre cas, la vie est plus facile, car dans une machine CNC, l'erreur accumulée peut être compensée par un logiciel.

Si nous commencions le filetage trapézoïdal, alors aux exigences déjà énoncées, nous devrions ajouter un ensemble d'exigences importantes, mais difficiles à remplir, concernant les angles du profil du filetage. Mais le coût de la vis mère est déjà trop élevé pour être produit outil spécial pour couper des filetages trapézoïdaux (et il est fabriqué pour chaque cas spécifique). Pour la production de pièces sans préparation d'équipement spécial, un fil de ruban à profil rectangulaire convient tout à fait.

Et pourtant, pourquoi le fil trapézoïdal est-il meilleur que le fil ruban ? Une seule chose : une meilleure résistance à l'usure, car... La surface de travail de la bobine d'un filetage trapézoïdal est plus grande et la pression sur cette surface est proportionnellement moindre. Le choix entre un filetage trapézoïdal et un filetage en ruban est une question de compromis entre durabilité et coût. Si vous êtes prêt à payer un prix décent (comparable au coût d'une vis à billes) pour la durabilité, choisissez un filetage trapézoïdal. Personnellement, je ne suis pas prêt.

Je prévois une question de la série : « Que se passera-t-il si... ? » Que se passe-t-il si vous prenez une bonne tige et coupez un filetage métrique avec un profil triangulaire ? Je réponds - ce sera pire. Sur un diamètre de 12 mm, les filetages métriques sont taillés en standard au pas de 1,75. Sa hauteur de profil est de 1,137 mm, ce qui n'est pas suffisant pour la résistance à l'usure. Le filetage le plus proche correspondant à la hauteur du profil (1,624) a un pas de 2,5 et est coupé à un diamètre de 18 mm. Il s'avère que c'est un club décent. Mais plus important encore, les exigences relatives à l'hélice aux points 1 à 5 restent les mêmes. Le gain en coûts de fabrication, s’il y en a, sera faible.

D’ailleurs, le coût de fabrication d’une vis augmente de façon exponentielle avec sa longueur. Cela est dû à la technologie de filetage et à l'utilisation d'équipements spéciaux. Par exemple, pour réaliser une vis jusqu'à 500 mm de long, une lunette est nécessaire, et pour une vis de 700 mm, deux. Les lunettes d'une hélice spécifique doivent être modifiées ; le coût de la modification et des autres équipements nécessaires, comme vous le comprenez, est inclus dans le coût de l'hélice. Si nous fabriquions 50 vis, ou contactions une usine de production où ces vis sont produites en série, cela reviendrait moins cher, mais sinon... C'est pourquoi, dès le début, j'ai défini le champ de travail X dans la machine - 700 mm et non 1000. C'est cher et ils ne le feront pas partout.

Écrou courant

En règle générale, les écrous sont fabriqués à partir de nuances de bronze BrO10F1 et BrO6Ts6S3. Si vous trouvez un tel bronze, ce sera très bien, mais ce n'est en aucun cas fatal si vous en utilisez un autre. En général, tout ce que nous avons dit sur les matériaux des bagues coulissantes est également vrai pour les écrous mobiles.

Écarts admissibles des écrous :

1. Le point 2 pour les vis s'applique également aux écrous.
2. Pour un écrou fendu, le diamètre extérieur du filetage est déterminé en fonction des conditions permettant d'assurer l'ajustement de l'écrou à la vis le long du profilé, il est donc réglé pour être 0,5 mm plus grand que selon GOST 9484-81. Le diamètre interne est attribué en fonction des conditions de l'espace requis, il est donc réglé 0,5 mm plus grand que selon le même GOST.
3. Dans les cas où le diamètre intérieur de l'écrou sert de base technologique pour le traitement final du corps de l'écrou (vous comprenez, c'est comme ça que ça se passe), le diamètre intérieur de l'écrou est réalisé selon H6.
4. Les écarts admissibles du profil et du pas ne sont pas réglementés, mais sont limités par la valeur de tolérance pour le diamètre moyen.

La présence d'espaces entre les filetages de la paire de vis provoque un jeu. Son élimination est obtenue par des mesures constructives - en serrant l'écrou fendu avec une vis, un ressort ou une pince de serrage. Le moyen le plus simple est de fabriquer un écrou fendu avec un serre-vis/

La façon de procéder?

Rappelez-vous ce que nous avons dit à propos des guides et des paliers lisses : « En pratique, ils font cela. Tout d’abord, les bagues sont alésées, puis les guides sont rectifiés à une taille permettant d’obtenir le jeu requis. Ainsi, avec les vis-mères et les écrous, tout se passe exactement à l'opposé : d'abord les vis sont fabriquées, puis les écrous y sont affûtés.

Cette circonstance promet de grands avantages. Les vis ne s'usent pratiquement pas (c'est ainsi que les machines sont révisées en production - elles fabriquent de nouveaux écrous pour les vieilles vis), ce qui signifie que vous pouvez apporter une vis mère appropriée à l'usine et qu'elles fabriqueront un écrou pour vous. Les vis appropriées peuvent être achetées, retirées des anciennes machines et appareils ou enfin trouvées dans une décharge. Cela réduira considérablement le coût de production de votre machine, car... le coût des vis mères représente plus de la moitié de tous les coûts de fabrication de la mécanique.

Comme cela arrive toujours, une telle décision ne présente pas que des avantages. Les vis achetées (trouvées) ont déjà des extrémités coupées, ce qui dicte une conception de supports complètement spécifique, ce qui peut ne pas être bénéfique pour vous, ainsi que l'utilisation des roulements qui s'adaptent à la vis, et non ceux que vous souhaiteriez fournir. Il devient souvent nécessaire de fabriquer des pièces supplémentaires pour les supports qui augmentent les coûts et qui ne seraient pas nécessaires si la conception des vis et des écrous était la vôtre. C'est un vrai moins.

Récemment, de nombreuses entreprises sont apparues (y compris étrangères) qui vendent des paires de vis prêtes à l'emploi. En principe, les coûts d'achat et de production ne diffèrent pas beaucoup, mais il y a un problème avec les fins. Souvent, ces entreprises sont prêtes à fabriquer des vis pour vous longueur requise et avec la coupe des extrémités, que vous dessinerez vous-même, mais le prix augmentera de 1,5...2 fois. Dans tous les cas, c’est à vous de fabriquer vous-même vos vis-mères ou d’en acheter des toutes faites.

Si vous n'êtes pas sûr de pouvoir produire des paires de vis de haute qualité et que vous décidez d'utiliser des vis achetées ou même « de gauche » dans votre machine, il serait alors correct de les acheter ou de les trouver d'abord, et seulement puis commencez à concevoir la machine. Plus précisément, pour le design, car il n'y a rien de spécial à concevoir dedans.

Vis à billes

Dans une vis à billes, le frottement de glissement est remplacé par le frottement de roulement. Cela vous permet d'augmenter considérablement l'efficacité du mécanisme jusqu'à 95...98 %, ainsi que d'augmenter sa durée de vie d'un ordre de grandeur. Ceci explique l'utilisation généralisée des vis à billes en construction mécanique.

La précision des vis à billes est inférieure à celle des engrenages à vis à friction coulissante. Cela s'explique simplement. Dans une vis à vis conventionnelle, il n'y a que deux pièces en contact et l'écart technologique (jeu) est ajusté, mais dans une vis à billes, en plus des mêmes deux pièces (vis et écrou), une troisième pièce est incluse dans le travail - une balle, ou plutôt un tas de balles, et le réglage du jeu est problématique. Mais cela ne veut pas dire que la vis à billes n’est pas précise. C’est précis, mais technologiquement, cette précision n’est pas facile. Disons simplement que si l'on compare une vis à billes et un engrenage à vis avec un frottement de glissement de même précision, alors la vis à billes s'avère nettement plus chère.

Je n’ai pas une mauvaise attitude envers les vis à billes et je ne prône pas exclusivement la vis classique avec écrou. Au contraire, j'aime les vis à billes, je rêve moi-même de faire une machine avec. Mais. En plus du fait qu'il soit fiable, beau, cher et généralement cool, cela oblige beaucoup. C'est étrange de voir des vis à billes à côté des guides de tubes de rideaux et des roulements en nylon, percé. Et vice versa, les bons guides dotés de roulements en plastique fluoré à la mode ne semblent pas moins étranges à côté d'une tige filetée achetée sur le marché et d'un écrou hexagonal pour 3 roubles.

Si vous utilisez des vis à billes, avec de bons guides, des manchons de roulements lisses de haute qualité, des accouplements adaptateurs de haute qualité pour connecter la vis à billes au moteur et le reste des pièces de la machine doivent être au même niveau. Sinon, cela ne sert à rien. Et c'est une catégorie de prix complètement différente.

Conception de la machine

1. Il n’est pas difficile de créer un mécanisme complexe composé de plusieurs pièces. Vous n'avez pas besoin de beaucoup d'intelligence ici. Il est difficile de proposer un mécanisme simple et technologiquement avancé, mais qui remplisse les mêmes fonctions qu’un mécanisme complexe. Pourquoi est-il difficile de proposer un vélo original ? Parce que tout y a déjà été inventé, il y a bien longtemps ! La question se pose : est-il nécessaire de s’engager dans un exercice d’équilibre entre invention et conception ? La machine est nécessaire pour les affaires et non pour démontrer l'imagination fébrile du concepteur. Alors, sans plus tarder, parcourons Internet et sélectionnons un produit tout fait. diagramme de conception machine qui répond à nos exigences.
2. Les pièces de machine doivent avoir une forme géométrique simple avec un nombre minimum d'opérations de fraisage. De plus, ces détails devraient être peu nombreux. Nous dépenserons déjà beaucoup d'argent en guides et en vis sans fin avec écrous, pour ensuite faire des folies avec des parties de corps en filigrane et en dentelle.
3. Pas de soudure. C'est de l'argent supplémentaire, et en plus, il faut encore recuire l'assemblage soudé dans un four pour éliminer les contraintes résiduelles et le mettre sur une machine pour l'usinage.
4. Le matériau de toutes les parties du corps est un alliage D16T. On gagnera en rigidité avec de grandes sections monolithiques, car Pour donner la rigidité nécessaire, une pièce épaisse coûte moins cher que trois pièces fines fixées ensemble.
5. Le moins de fixations possible. Le filetage coûte également de l’argent.
6. Ce serait bien d'inclure la possibilité de modernisation dans la conception. Par exemple, si nécessaire, modifiez le champ de travail de la machine avec des modifications minimes.

Les recherches sur Internet ont donné des résultats. J'ai aimé la machine austro-allemande Step-Four (Carriage Z.

Le chariot Y est déjà constitué de deux barres avec des roulements et des trous pour les guides Z. Les guides doivent être insérés dans les trous selon un ajustement serré (de transition) et fixés avec des vis de réglage. La fixation avec des vis est plus une question de tranquillité d'esprit que de fixation proprement dite. Les guides doivent rester dans les trous comme s’ils étaient ancrés sur place. Dans la barre inférieure, il y a un trou pour l'ensemble de roulement de la vis mère, et dans la barre supérieure, il y a un siège pour le moteur pas à pas.

Chariot X – deux parois ayant les mêmes éléments structurels que les barres du chariot Y. L'épaisseur des parois est de 15 mm. Vous ne pouvez pas en faire moins, sinon les guides ne tiendront pas bien. Des boîtiers de roulements coulissants sont vissés dans la partie inférieure des murs pour déplacer le chariot le long des guides situés dans le châssis.

Châssis assemblé.

Il ne reste plus qu'à visser le châssis fini de la machine sur une base solide et rigide en utilisant les coins des poutres. La base peut être, par exemple, un morceau de panneau stratifié utilisé pour fabriquer des plans de travail pour meubles de cuisine, ou simplement bureau. Les poutres du cadre elles-mêmes prendront la position souhaitée. L'essentiel est de ne pas les déranger.

Veuillez noter qu'en modifiant la longueur des guides, vous pouvez facilement fabriquer une machine avec n'importe quelle dimension (dans des limites raisonnables) du plan de travail de fraisage sans changer les parties du corps.

Transmission

Vous pouvez commencer à installer les vis.

Comme nous l'avons déjà dit, une extrémité de la vis pend directement sur le moteur pas à pas et l'autre repose sur un ensemble de roulements composé de deux roulements à contact oblique qui empêchent la vis de se déplacer le long de l'axe. Un roulement fournit une poussée dans un sens, l'autre dans l'autre. La tension dans les roulements est créée par un écrou borgne traversant les bagues situées entre les roulements. L'ensemble de roulement, et donc la vis entière, est fixé dans le boîtier avec une vis de réglage à travers un trou dans la bague extérieure.

Les roulements peuvent être n'importe lesquels. J'ai postulé avec dimensions hors tout 6x15x5. En théorie, il devrait y avoir un roulement à double contact oblique (série 176 GOST 8995-75), mais il est difficile à trouver. Il n’existe pas beaucoup de roulements à contact oblique simples sur le marché, encore moins de roulements doubles. Vous pouvez installer des roulements radiaux ordinaires. Nos forces axiales et nos vitesses ne sont pas élevées, et si elles se fissurent après un certain temps, elles peuvent être facilement remplacées, vous n'avez même pas besoin de démonter quoi que ce soit.

La vis est montée sur l'axe du moteur à travers une douille avec des pinces à bornes.

La transmission du couple de la vis d'entraînement en X à la vis non motrice est réalisée par une courroie crantée en plastique spéciale.

La courroie de distribution elle-même et les engrenages sont achetés. Une courroie de cette longueur ne s’étire pratiquement pas et doit être bien tendue. Est-ce fiable ? Fiable. Est-il possible de mettre deux steppers le long de l'axe X, un pour chaque vis ? Je ne sais pas, je ne l'ai pas essayé. Je pense qu'il y aura des problèmes de synchronisation. Et la ceinture est bon marché et amusante.

La touche finale. Nous installons le support de broche.

C'est tout. Vous pouvez connecter l'électronique, installer la broche et démarrer la machine. Tout devrait fonctionner. Et ça marche, je dois dire ! En principe, rien d'autre n'est nécessaire. Oh oui, des interrupteurs de fin de course doivent être installés, mais ce n’est pas obligatoire. C'est une option, la machine fonctionne parfaitement sans fin de course.

Nous comptons les pièces de carrosserie (à l'exception des guides et des vis-mères) qui doivent être commandées en usine - 14 pièces ! Plus 2 coins, plus deux pièces pour le support de broche. Total : 18 pièces. Et en termes de nomenclature, encore moins, seulement 8. Très bon résultat!

Nous lui donnons une apparence « commercialisable »

En regardant la photo du prototype sur le site, on voit qu'il y a une machine solide, mais la nôtre est un peu squelettique et morte !

Maintenant, faisons-le !

Nous installerons des canaux - bases (5 mm d'épaisseur) à partir du bas du cadre et recouvrirons les vis mères avec un canal - boîtier (2 mm d'épaisseur).

Nous installerons des traverses, également à partir de canaux. Ainsi, nous fermerons la transmission par courroie à une extrémité et, à l'autre extrémité, nous pourrons installer les connecteurs des moteurs pas à pas sur la traverse.

Sur le chariot X, nous installerons un boîtier qui protège la vis mère Y, et nous y visserons une rainure dans laquelle reposera le câble du chariot Z. Nous visserons la même rainure au châssis côté entraînement.

Tous ces capots rendront-ils notre machine plus rigide ? Bien sûr, ils ajouteront, mais pas grand-chose. Il est impossible de renforcer ainsi la structure et de lui conférer une rigidité globale. Le circuit de puissance de la machine doit fonctionner tout seul sans ces supports. Mais désormais, la machine peut être facilement déplacée d'un endroit à l'autre, plutôt que de la garder vissée au bureau.

Mettons les couvercles, découpons (pour tester) les boîtes sur la nouvelle machine pour cacher les blocs adaptateurs pour les fils des steppers qu'ils contiennent. Et, touche finale, nous installerons les rails pour les câbles.

Je ne suis pas un grand expert dans le domaine du travail des métaux et de la conception de machines spécifiquement pour le travail des métaux, alors peut-être que je me suis trompé ou que je me suis trompé quelque part ; des camarades bien informés me corrigeront. De plus, au cours de nombreuses années de conception réelle en fabrication d'instruments et en génie mécanique, j'ai développé certains stéréotypes dans les approches de conception de pièces de machines (choix des bases de conception, caractéristiques d'attribution des tolérances et des ajustements, adaptation de la conception à des équipements d'usine spécifiques , etc.), peut-être que ces approches vous conviendront. Elles ne me conviendront pas, je ne les liste donc pas ici. Mais lors de la conception de cette machine, je me suis appuyé précisément sur les considérations générales que j'ai exposées dans l'article. Et cette machine fonctionne ! Comme prévu! Je ne sais pas si cela durera 8 ans, le temps nous le dira, mais ayant la documentation de conception, je peux fabriquer non seulement des pièces de rechange, mais aussi quelques autres machines identiques. Si nécessaire.

1. V.I.Anuriev. Manuel du concepteur en génie mécanique. En 3 tomes. Moscou. "Génie mécanique". 2001.
2. I.Ya.Levin. Manuel du concepteur d'instruments de précision. Moscou. OBORONGIZ. 1962.
3. F.L. Litvin. Conception de mécanismes et de pièces d'appareils. Léningrad. "Génie mécanique". 1973.
4. P.I. Orlov. Bases du design. En 3 tomes. Moscou. "Génie mécanique". 1977.
5. Annuaire. Roulements à billes pour instruments. Moscou. "Génie mécanique". 1981.
6. Manuel du métalleux. En 5 tomes. Éd. B.L. Boguslavsky. Moscou. "Génie mécanique". 1978.

Zaxis vend des vis et des écrous à filetage trapézoïdal. Le catalogue contient des pièces des tailles standards les plus populaires. Les vis-mères sont fournies en tiges de 1 mètre de long. À la demande du client, les employés de Zaxis découperont et usineront sur mesure un tourillon du diamètre requis pour la connexion de l'accouplement. Les pièces finies présentent des chanfreins, des arrondis, des congés et aucune bavure. Dans votre demande, veuillez indiquer la rugosité de la surface et les plages de tolérance pour les dimensions diamétrales et linéaires.

Vis trapézoïdales

Le profil trapézoïdal sur vis est utilisé plus souvent que d'autres en raison de la combinaison optimale d'auto-freinage et de performances de conduite. Les fils conventionnels ne sont pas capables de transmettre des forces aussi élevées que les fils persistants, mais leurs propriétés de résistance sont suffisantes pour effectuer des mouvements de travail. Nous vendons des vis-mères en carbone structurel et en acier inoxydable. Les produits sont résistants à l'usure et ont une durée de vie élevée. L'ébauche des vis mères est une tige calibrée avec traitement thermique. Le profil du filetage est formé par laminage et ses surfaces de travail sont très propres. Le catalogue contient des vis-mères de diamètres 8, 10, 12, 16, 20 et 28 mm au pas de 2, 3, 4, 5. Sur le site vous trouverez les prix et descriptions techniques pour pièces de toutes tailles standards.

Des noisettes

Zaxis vend des écrous compatibles avec tous les types de vis Acme. Le catalogue contient des pièces fabriquées à partir des matériaux suivants :

• devenir. La plupart solution budgétaire pour les nœuds non critiques ;
• bronze. En combinaison avec des vis-mères en acier, ils forment des paires avec un coefficient de frottement de 0,07 à 0,1 ;
• caprolon. Le matériau est 6 fois plus léger que le bronze et augmente de 2 fois la durée de vie de la vis mère. Lorsqu'il est lubrifié à l'eau, le coefficient de frottement dans la paire est de 0,005 à 0,02. Les écrous sont fabriqués avec une étanchéité garantie, ce qui garantit une grande précision de positionnement.

Les pièces sont fabriquées avec une surface extérieure cylindrique et une bride. Vous pouvez commander des vis-mères sur le site Zaxis ou par téléphone.

Lors du choix d'un routeur CNC décider:

1. avec quel matériau allez-vous travailler ? Les exigences relatives à la rigidité de la structure de la fraiseuse et à son type en dépendent.

Par exemple, une machine CNC en contreplaqué vous permettra de traiter uniquement du bois (y compris le contreplaqué) et des plastiques (y compris les matériaux composites - plastique avec feuille).

À l'aide d'une fraiseuse en aluminium, vous pouvez également traiter des ébauches de métaux non ferreux et la vitesse de traitement des produits en bois augmentera également.

Les fraiseuses en aluminium ne sont pas adaptées au traitement de l'acier ; des machines massives avec un châssis en fonte sont ici nécessaires, tandis que le traitement des métaux non ferreux sur de telles fraiseuses sera plus efficace.

2. avec la taille des pièces et la taille du champ de travail de la fraiseuse. Cela détermine les exigences mécaniques d’une machine CNC.

Lors du choix d'une machine, faites attention à étudier la mécanique de la machine ; les capacités de la machine dépendent de son choix, et il est impossible de la remplacer sans altération significative de la conception !

Mécanique Fraisage CNC La machine en contreplaqué et en aluminium est souvent la même. Lire la suite ci-dessous dans le texte.

Mais plus la taille du champ de travail de la machine est grande, plus des guides de mouvement linéaires seront nécessaires pour son assemblage, plus rigides et plus coûteux.

Lors du choix de machines pour résoudre des problèmes de fabrication de pièces hautes, avec de grandes différences de hauteurs, il existe une idée fausse répandue selon laquelle il suffit de choisir une machine avec une grande course de travail le long de l'axe Z. Mais même avec une grande course le long de l'axe Z , il est impossible de réaliser une pièce avec des pentes fortes si la hauteur de la pièce est supérieure à la longueur utile de la fraise, soit plus de 50 mm.

Examinons la conception d'une fraiseuse et les options de sélection en utilisant comme exemple les machines CNC de la série Modelist.

A) Sélection de la conception de la machine CNC

Il existe deux options pour construire des machines CNC :

1) dessins avec table mobile, Image 1.
2) conception avec portail mobile, Figure 2.

Image 1Fraiseuse à table mobile

Avantages La conception d'une machine à table mobile est une facilité de mise en œuvre, une plus grande rigidité de la machine du fait que le portail est fixe et fixé au châssis (base) de la machine.

Défaut - grandes tailles, par rapport à une conception avec un portail mobile, et l'impossibilité de traiter des pièces lourdes du fait que la table mobile porte la pièce. Cette conception est tout à fait adaptée au traitement du bois et des plastiques, c'est-à-dire des matériaux légers.

Figure 2 Fraiseuse avec portail mobile (machine à portique)

Avantages conceptions d'une fraiseuse à portail mobile :

Table dure qui peut résister poids lourd des blancs,

Longueur de pièce illimitée,

Compacité,

Possibilité de réaliser la machine sans table (par exemple, pour installer un axe rotatif).

Défauts:

Moins de rigidité structurelle.

La nécessité d'utiliser des guides plus rigides (et coûteux) (du fait que le portail « s'accroche » aux guides, et n'est pas fixé au châssis rigide de la machine, comme dans une conception avec table mobile).

B) Sélection des mécanismes de routeur CNC

La mécanique est présentée (voir numéros sur les Fig. 1, Fig. 2 et Fig. 3) :

3 - porte-guides

4 - roulements linéaires ou bagues coulissantes

5 - roulements de support (pour la fixation des vis mères)

6 - vis-mères

10 - accouplement reliant l'arbre de la vis mère à l'arbre des moteurs pas à pas (SM)

12 - écrou tournant

figure 3

Sélection d'un système de mouvement linéaire pour une fraiseuse (guides - roulements linéaires, vis mère - écrou mère).

Les éléments suivants peuvent être utilisés comme guides :

1) guides à rouleaux, Figure 4.5

Figure 4

Figure 5

Ce type de guides a trouvé sa place dans la conception de lasers amateurs et de machines de l'industrie du meuble, Figure 6

Inconvénient - faible capacité de charge et faibles ressources, car ils n'étaient pas initialement destinés à être utilisés dans des machines avec gros montant mouvements et charges élevées, la faible résistance du profilé en aluminium des guides entraîne un effondrement, Figure 5 et, par conséquent, un jeu irréparable, ce qui rend l'utilisation ultérieure de la machine impropre.

Une autre version de guides à rouleaux, la figure 7, n'est pas non plus adaptée aux charges élevées et n'est donc utilisée que dans les machines laser.

Figure 7

2) guides ronds, sont un arbre en acier en acier à roulements de haute qualité résistant à l'usure avec une surface rectifiée, un durcissement superficiel et un chromage dur, représenté sous le numéro 2 sur la figure 2.

C'est la solution optimale pour les conceptions amateurs, car... les guides cylindriques ont une rigidité suffisante pour le traitement matériaux souplesà petites tailles Machine CNC à un coût relativement bas. Vous trouverez ci-dessous un tableau permettant de choisir le diamètre des guides cylindriques en fonction de la longueur maximale et de la déflexion minimale.

Quelques Chinois Fabricants de machines bon marché que j'installe des guides de diamètre insuffisant, ce qui entraîne une diminution de la précision, par exemple, lors de l'utilisation d'une machine en aluminium avec une longueur de travail de 400 mm, des guides d'un diamètre de 16 mm entraîneront une déviation au centre sous son propre poids de 0,3. .0,5 mm (selon le poids du portail).

Avec le bon choix du diamètre de l'arbre, la conception des machines qui les utilisent est assez solide ; le poids important des arbres confère à la structure une bonne stabilité et une rigidité structurelle globale. Sur les machines de plus d'un mètre, l'utilisation de guides ronds nécessite une augmentation significative du diamètre pour maintenir une déflexion minimale, ce qui fait de l'utilisation de guides ronds une solution déraisonnablement coûteuse et lourde.

Longueur axiale	Machine à contreplaqué	Machine en aluminium pour le travail du bois	Machine à aluminium pour le travail de l'aluminium
200 mm	12	12	16	12
300mm	16	16	20	16
400 mm	16	20	20	16
600 mm	20	25	30	16
900mm	25	30	35	16

3) guidages sur rails profilés
Les arbres polis des grandes machines sont remplacés par des guides profilés. L'utilisation d'un support sur toute la longueur du guide permet l'utilisation de guides de diamètres nettement inférieurs. Mais le recours à ce type de guides impose exigences élevéesà la rigidité du châssis porteur de la machine, puisque les lits en tôle de duralumin ou en tôle d'acier eux-mêmes ne sont pas rigides. Le petit diamètre des rails de guidage nécessite l'utilisation d'un tube professionnel en acier à paroi épaisse ou d'un profilé structurel en aluminium de grande section dans la conception de la machine pour obtenir la rigidité et la capacité portante nécessaires du châssis de la machine.
L'utilisation d'une forme spéciale du rail profilé permet une meilleure résistance à l'usure par rapport aux autres types de guidages.

Figure 8

4) Guides cylindriques sur support
Les guides cylindriques sur support sont un analogue moins cher des guides profilés.
Tout comme ceux profilés, ils nécessitent l'utilisation de tubes professionnels de grande section dans le châssis de la machine plutôt que de matériaux en tôle.

Avantages - pas de déviation et pas d'effet ressort. Le prix est deux fois plus élevé que celui des guides cylindriques. Leur utilisation se justifie pour des courses supérieures à 500 mm.

chiffre 9 Guides cylindriques sur support

Le mouvement peut se faire comme suit : bagues(frottement de glissement) - Fig. 10 à gauche, et en utilisant roulements linéaires(frottement de roulement)- riz. 10 à droite.

chiffre 10 Bagues et roulements linéaires

L'inconvénient des bagues coulissantes est l'usure des bagues, entraînant l'apparition d'un jeu, et un effort accru pour surmonter le frottement de glissement, nécessitant l'utilisation de moteurs pas à pas (SM) plus puissants et plus coûteux. Leur avantage est leur prix bas.

Récemment, le prix des roulements linéaires a tellement baissé que leur choix est économiquement réalisable, même dans les conceptions de loisirs peu coûteuses. L'avantage des roulements linéaires est un coefficient de frottement inférieur à celui des bagues coulissantes et, par conséquent, la majeure partie de la puissance des moteurs pas à pas est consacrée aux mouvements utiles et non à la lutte contre le frottement, ce qui permet d'utiliser des moteurs de moindre puissance.

Pour convertir un mouvement de rotation en mouvement de translation sur une machine CNC, il est nécessaire d'utiliser un entraînement à vis ( vis mère ). Du fait de la rotation de la vis, l’écrou avance. Peut être utilisé dans les machines à fraiser et à graver engrenages coulissants hélicoïdaux Et engrenages à roulement hélicoïdal .

L'inconvénient de la transmission à vis coulissante est le frottement assez élevé, qui limite son utilisation à des vitesses élevées et entraîne une usure de l'écrou.

Engrenages hélicoïdaux coulissants :

1) vis métrique. L'avantage d'une vis métrique est son petit prix. Inconvénients - faible précision, petit pas et faible vitesse de déplacement. Vitesse maximale de mouvement de l'hélice (vitesse en mm par minute) basée sur la vitesse maximale du moteur (600 tr/min). Les meilleurs pilotes maintiendront un couple jusqu'à 900 tr/min. A cette vitesse de rotation, un mouvement linéaire peut être obtenu :

Pour vis M8 (pas de filetage 1,25 mm) - pas plus de 750 mm/min,

Pour vis M10 (pas de filetage 1,5mm) - 900mm/min,

Pour vis M12 (pas de filetage 1,75mm) - 1050mm/min,

Pour vis M14 (pas de filetage 2,00 mm) - 1200 mm/min.

À vitesse maximale, le moteur aura environ 30 à 40 % de son couple initialement spécifié, et ce mode utilisé exclusivement pour les mouvements à vide.

Lorsqu'on travaille avec une avance aussi faible, la consommation des fraises augmente : après seulement quelques heures de travail, des dépôts de carbone se forment sur les fraises.

2) vis trapézoïdale. Au XXe siècle, elle occupait une place de leader dans les machines à travailler les métaux, avant l'avènement des vis à billes. L'avantage est une grande précision, un pas de filetage important et donc une vitesse de déplacement élevée. Vous devez faire attention au type de traitement, plus il est fluide et Surface lisse plus la durée de vie de la transmission vis-écrou est longue. Les vis roulées ont un avantage sur les vis filetées. Les inconvénients de la transmission vis-écrou trapézoïdale sont que le prix est assez élevé par rapport à une vis métrique ; le frottement par glissement nécessite l'utilisation de moteurs pas à pas de puissance assez élevée. Les vis les plus utilisées sont les TR10x2 (diamètre 10 mm, pas de filetage 2 mm), les TR12x3 (diamètre 12 mm, pas de filetage 3 mm) et les TR16x4 (diamètre 16 mm, pas de filetage 4 mm). Dans les machines, le marquage de ces engrenages est TR10x2, TR12x3, TR12x4, TR16x4

Roulements hélicoïdaux :

Entraînement par vis à billes (vis à billes). Dans la vis à billes, le frottement de glissement est remplacé par le frottement de roulement. Pour y parvenir, dans une vis à billes, la vis et l'écrou sont séparés par des billes qui roulent dans les évidements du filetage. La recirculation des billes est assurée par des canaux de retour parallèles à l'axe de la vis.

Figure 12

La vis à billes offre la possibilité de fonctionner sous de lourdes charges, un bon fonctionnement, une durée de vie (durabilité) considérablement accrue grâce à une friction et une lubrification réduites, une efficacité accrue (jusqu'à 90 %) grâce à moins de friction. Il est capable de fonctionner à des vitesses élevées, offre une précision de positionnement élevée, une rigidité élevée et aucun jeu. Autrement dit, les machines utilisant des vis à billes ont une durée de vie nettement plus longue, mais ont un prix plus élevé. Les machines portent les marques SFU1605, SFU1610, SFU2005, SFU2010, où SFU est un écrou simple, DFU est un écrou double, les deux premiers chiffres sont le diamètre de la vis, les deux seconds sont le pas du filetage.

Vis mère La fraiseuse peut être montée comme suit :

1) Conception de roulement à support unique. La fixation s'effectue d'un côté de la vis avec un écrou au roulement de support. Le deuxième côté de la vis est fixé à l'arbre du moteur pas à pas via un accouplement rigide. Avantages - simplicité de conception, inconvénient - charge accrue sur le roulement du moteur pas à pas.

2) Conception avec deux paliers de butée. La conception utilise deux paliers de support sur les côtés intérieurs du portail. L'inconvénient de la conception est que la mise en œuvre est plus complexe que l'option 1). L'avantage est moins de vibrations si la vis n'est pas parfaitement droite.

3) Exécution avec deux paliers d'appui en traction. La conception utilise deux paliers de support sur les côtés extérieurs du portail. Avantages - la vis ne se déforme pas, contrairement à la deuxième option. L'inconvénient est que la mise en œuvre de la conception est plus complexe que les première et deuxième options.

Courir des noix il y a:

Bronze sans jeu. L'avantage de ces écrous est leur durabilité. Inconvénients - ils sont difficiles à fabriquer (par conséquent - prix élevé) et ont un coefficient de frottement élevé par rapport aux écrous caprolon.

Caprolon sans jeu. Actuellement, le caprolon s'est répandu et remplace de plus en plus le métal dans conceptions professionnelles. Un écrou tournant en caprolon chargé de graphite a un coefficient de frottement nettement inférieur à celui du même bronze.

figure 14 Écrou tournant en caprolon chargé de graphite

Dans un écrou à vis à billes, le frottement de glissement est remplacé par le frottement de roulement. Avantages : faible frottement, capacité à fonctionner à des vitesses de rotation élevées. L'inconvénient est le prix élevé.

Sélection du couplage

1) connexion par accouplement rigide. Avantages : les accouplements rigides transmettent plus de couple d'arbre à arbre, il n'y a pas de jeu sous de lourdes charges. Inconvénients : nécessitent une installation précise, car cet accouplement ne compense pas les désalignements et désalignements des arbres.

2) connexion à l'aide d'un accouplement à soufflet (split). L'avantage d'utiliser un accouplement à soufflet est que son utilisation permet de compenser le désalignement de l'arbre d'entraînement et de l'axe du moteur pas à pas jusqu'à 0,2 mm et le désalignement jusqu'à 2,5 degrés, ce qui entraîne moins de charge sur le roulement du moteur pas à pas et un durée de vie plus longue du moteur pas à pas. Cela permet également d’amortir les vibrations qui en résultent.

3) connexion à l'aide d'un accouplement à mâchoires. Avantages : permet d'amortir les vibrations, de transmettre plus de couple d'arbre à arbre, par rapport à un type fendu. Inconvénients : moins de compensation de désalignement, désalignement de l'arbre d'entraînement et de l'axe du moteur pas à pas jusqu'à 0,1 mm et désalignement jusqu'à 1,0 degrés.

C) Sélection électronique

L'électronique est présentée (voir Fig. 1 et 2) :

7 - contrôleur de moteur pas à pas

8 - bloc d'alimentation pour le contrôleur SD

11 - moteurs pas à pas

Il existe 4 fils, 6 fils et 8 fils moteurs pas à pas . Tous peuvent être utilisés. Dans la plupart des contrôleurs modernes, la connexion s'effectue à l'aide d'un circuit à quatre fils. Les conducteurs restants ne sont pas utilisés.

Lors du choix d'une machine, il est important que le moteur pas à pas ait suffisamment de puissance pour déplacer l'outil de travail sans perdre de pas, c'est-à-dire sans sauter. Plus le pas de filetage est grand, plus des moteurs puissants seront nécessaires. Généralement, plus le courant du moteur est élevé, plus son couple (puissance) est élevé.

De nombreux moteurs ont 8 bornes pour chaque demi-enroulement séparément - cela vous permet de connecter un moteur avec des enroulements connectés en série ou en parallèle. Avec des enroulements connectés en parallèle, vous aurez besoin d'un pilote avec deux fois plus de courant qu'avec des enroulements connectés en série, mais la moitié de la tension suffira.

En cas de série, au contraire, pour atteindre le couple nominal, il faudra la moitié du courant, mais pour atteindre la vitesse maximale, il faudra deux fois la tension.

La quantité de mouvement par pas est généralement de 1,8 degrés.

Pour 1,8, cela donne 200 pas par tour complet. En conséquence, pour calculer la valeur, le nombre de pas par mm ( « Pas par mm » (Pas par mm)) on utilise la formule : nombre de pas par tour / pas de vis. Pour une vis au pas de 2mm on obtient : 200/2=100 pas/mm.

Sélection du contrôleur

1) Contrôleurs DSP. Avantages - la possibilité de sélectionner les ports (LPT, USB, Ethernet) et l'indépendance des fréquences des signaux STEP et DIR du fonctionnement du système d'exploitation. Inconvénients - prix élevé (à partir de 10 000 roubles).

2) Contrôleurs de fabricants chinois pour machines amateurs. Avantages - prix bas (à partir de 2500 roubles). Inconvénient - exigences accrues en matière de stabilité du système d'exploitation, nécessite le respect de certaines règles de configuration, il est préférable d'utiliser un ordinateur dédié, seules les versions LPT sont disponibles.

3) Conceptions amateurs de contrôleurs basées sur des éléments discrets. Bas prix Les contrôleurs chinois remplacent les conceptions amateurs.

Les contrôleurs chinois sont les plus largement utilisés dans la conception de machines amateurs.

Sélection d'une alimentation

Les moteurs Nema17 nécessitent une alimentation d'au moins 150 W

Les moteurs Nema23 nécessitent une alimentation d'au moins 200 W

La vis mère est détail important, qui est utilisé comme transducteur de mouvement. Il transforme le mouvement de rotation en mouvement linéaire. A cet effet, il est équipé d'un écrou spécial. De plus, il permet un mouvement avec une précision donnée.

Indicateurs de qualité des vis

La vis, en tant que pièce très importante, doit répondre à de nombreuses exigences. Pour qu'il puisse être utilisé, par exemple, dans un étau de table, il doit être adapté à des paramètres tels que : la taille diamétrale, la précision du profil et la précision du pas de filetage, le rapport entre le filetage de la vis et ses tourillons de support, la résistance à l'usure, le filetage. épaisseur. Il est également important de noter que, selon le degré de précision de mouvement fourni par les vis, elles peuvent être divisées en plusieurs classes de précision de 0 à 4. Par exemple, les vis-mères des machines à couper les métaux doivent correspondre à une classe de précision de 0 à 3. La classe de précision 4 ne convient pas à une utilisation dans de tels équipements.

Matériau vierge de vis mère

Comme ébauche pour la production d'une vis, une tige ordinaire est utilisée, découpée dans du métal de qualité. Cependant, il est important de noter ici qu'il existe certaines exigences concernant le matériau qui sert de pièce à usiner. Le métal doit avoir une bonne résistance à l'usure, une bonne usinabilité et également avoir un état d'équilibre stable dans les conditions de contrainte interne qui se produisent après le traitement. Ceci est très important, car cette propriété permettra d'éviter la déformation de la vis mère lors de son utilisation ultérieure.

Pour réaliser cette pièce avec une classe de précision moyenne (2ème ou 3ème), qui ne sera pas soumise à des exigences de résistance accrue à la température, on utilise de l'acier A40G, moyennement carboné, avec ajout de soufre et de l'acier 45 avec ajout de plomb. . Cet alliage améliore l'usinabilité de la vis et réduit également la rugosité de surface du matériau.

Profil de la vis

Il existe trois profils de vis qui sont utilisés dans la production d'un tour ou de toute autre vis mère. Le profil peut être trapézoïdal, rectangulaire ou triangulaire. Le type le plus courant est le filetage trapézoïdal. Ses avantages incluent le fait qu'il est plus précis que le rectangulaire. De plus, à l'aide d'un écrou fendu, vous pouvez régler les jeux axiaux à l'aide d'une vis trapézoïdale, dus à l'usure de l'équipement.

Il est également important de noter ici que la coupe et le meulage des filetages trapézoïdaux sont beaucoup plus simples que ceux rectangulaires. Mais vous devez comprendre que les caractéristiques de précision des filetages rectangulaires sont supérieures à celles des filetages trapézoïdaux. Cela signifie que si la tâche consiste à créer une vis avec le meilleur réglage de précision, vous devrez toujours couper un filetage rectangulaire. Les vis trapézoïdales ne conviennent pas aux opérations très précises.

Traitement des vis

Les pièces principales sur lesquelles repose la vis dans la machine sont les tourillons et les épaulements. La surface de travail d'une vis est son filetage. La plus grande précision dans un étau de table et toute autre machine équipée d'une telle vis doit être assurée entre la surface de travail de la pièce, ainsi que la surface de base principale. La base technologique pour la fabrication de la vis mère est considérée comme étant celle-ci. Pour cette raison, afin d'éviter toute déformation, le traitement de toutes ces surfaces est effectué à l'aide de l'application de cette pièce qui détermine les spécificités du traitement de la vis mère. vis.

Il est également important de noter ici que les vis avec différentes classes de précision sont traitées à des valeurs différentes. Les pièces qui appartiendront aux classes de précision 0,1 et 2 sont traitées à la 5ème qualité. Les vis appartenant à la 3ème classe de précision sont traitées jusqu'à la 6ème qualité. Les vis appartenant à la 4ème catégorie sont également traitées jusqu'à la 6ème qualité, mais elles ont en même temps une plage de tolérance pour le diamètre extérieur.

Centrage et filetage

Afin d'obtenir une vis de qualité acceptable, il est nécessaire d'effectuer plusieurs opérations supplémentaires. L’un d’eux était l’alignement de la pièce, qui s’effectue sur un tour. La vis mère, ou plutôt la pièce à usiner pour cette pièce, est centrée sur l'équipement spécifié et ses extrémités sont coupées ici. De plus, la pièce est polie. À cette fin, des rectifieuses sans centre ou cylindriques sont utilisées dans les centres. Il est important d'ajouter ici que le meulage au centre est effectué uniquement pour les vis des classes de précision 0,1 et 2.

Ensuite, avant de commencer à couper le fil, la pièce doit être redressée. Il convient de noter ici que seules les vis de 3ème et 4ème classes de précision sont soumises à cette opération. Après cela, leur surface est en outre polie. Un tour à décolleter est utilisé comme équipement pour couper les filetages de la vis mère.

Description de l'écrou à vis

L'écrou de la vis mère est conçu pour fournir des mouvements d'installation précis. Dans de rares cas, ils peuvent être réalisés dans un matériau tel que la fonte antifriction. Cet élément doit assurer un engagement constant avec les tours de vis, et également servir de pièce de compensation. Vous devrez compenser l'écart qui se produira inévitablement lors de l'usure de la vis. Par exemple, les écrous pour vis mères utilisées dans les tours sont fabriqués en écrous doubles. Ceci est nécessaire pour éliminer l'écart qui peut survenir soit à la suite de la production et de l'assemblage de la machine, soit à la suite de l'usure de ses pièces.

La particularité d'une vis de type double avec écrou est qu'elle comporte une partie fixe et une partie mobile. La partie mobile, qui se trouve à droite, peut se déplacer selon l'axe de la partie fixe. C'est ce mouvement qui va compenser l'écart. Les écrous sont produits uniquement pour les vis des classes de précision zéro, 1ère et 2ème. Pour leur fabrication, on utilise du bronze à l'étain.

De quoi sont faits les écrous et comment s’usent-ils ?

Les matériaux les plus courants pour la production de ce type de pièces sont le bronze aluminium-fer, selon les normes de construction de machines-outils MT 31-2. En plus de ce matériau, la fonte antifriction peut également être utilisée en remplacement des matériaux non responsables.

Il est important d'ajouter ici que l'écrou s'use beaucoup plus vite que la vis mère elle-même. Il y a plusieurs raisons à cela:

• le filetage de l'écrou est mal protégé de tout type de contamination, et il est également assez difficile de le nettoyer de ces éléments inutiles ;
• il arrive souvent que cet élément soit initialement mal lubrifié et cela affecte grandement sa durée de vie ;
• lorsque l'écrou s'enclenche dans la vis, il s'avère que tous les tours du deuxième élément travaillent simultanément, mais la vis n'a que ceux qui sont en prise avec l'écrou.

Pour ces raisons, les vis avec écrous doivent être vérifiées plus souvent, car l'écrou s'use assez rapidement.