Husillo CNC de 8 mm por revolución. Tuerca de bricolaje para CNC

La peculiaridad de su diseño es que el tornillo de avance a lo largo del eje X está fijo e inmóvil (no gira). Un tornillo estático requiere una tuerca roscada especial. En máquinas CNC No talla grande Por lo general, la tuerca de rodadura está fijada rígidamente y el tornillo gira para mover el carro. Tengo lo contrario: la tuerca gira alrededor del tornillo, impulsada por un motor paso a paso. Bueno, es obvio que una tuerca de gran tamaño para CNC debe hacerse a mano, ¡porque una como esta simplemente no se vende en ninguna parte!

¿Por qué rotaríamos una tuerca de avance en lugar de un tornillo de avance en una máquina CNC de gran tamaño?

1. Un husillo de bolas industrial con una longitud de 2 metros o más cuesta una locura (en comparación con un pasador de construcción). el debe ser bonito diametro largo- a partir de 20 mm de espesor, lo que cuesta aún más dinero. Además, no todos los motores paso a paso pueden lograr semejante coloso y es necesario instalar un servo, que cuesta aún más dinero (en comparación con un paso a paso). Y, en términos generales, una máquina CNC grande suele tener 2 tornillos de avance (uno a cada lado). Resulta ser una doble locura con un presupuesto limitado.
2. Una opción extremadamente económica y buena es un alfiler de construcción (ver), pero si intentamos girarlo 2 metros de largo, comenzará a saltar como una cuerda para saltar y eventualmente se caerá.
3. En una cama larga de 2-3 metros con un tornillo fijo a lo largo del eje X, puede instalar no uno, sino dos o incluso tres ejes Y independientes, cada uno de los cuales funcionará individualmente según su propio orden. Aquellos. en una bancada se instalarán, por así decirlo, 2 máquinas CNC independientes con un eje X mecánicamente común. Evidentemente, con un tornillo giratorio no se obtendrán carros independientes, solo se obtendrá clonación de ejes.

Hacer una tuerca para CNC con sus propias manos es bastante simple: tome un trozo de caprolón de la longitud requerida y simplemente córtelo Hilo interno debajo del montante de construcción. Caprolon es bastante suave y los hilos se pueden cortar incluso con la mayoría de los pasadores de construcción, habiendo hecho previamente un grifo cortando ranuras con una amoladora. Hice las roscas internas en el torno de mi casa y luego hice una pasada con un grifo casero con una horquilla para un ajuste más preciso y ajustado de la rosca. Para hacer esto, en un torno es necesario no cortar específicamente el hilo, para dejarlo para el paso del pasador. Entonces la tuerca giratoria se moverá firmemente y sin juego. El juego también se elimina aumentando la longitud de la tuerca de rodadura. Ya con una longitud de 35-40 mm, el juego desaparece por completo. En Internet se pueden encontrar muchos diseños con una tuerca de rodadura doble ajustable, que también puede eliminar el juego, pero su desventaja es que complica significativamente el diseño. Si utiliza su máquina CNC como pasatiempo, una tuerca de caprolón normal le servirá durante mucho, mucho tiempo, ¡seguro que varios años! Todavía los tengo, aunque incluso les vi aluminio.

La tuerca de rodadura de mi gran máquina CNC girará sola alrededor de un tornillo estacionario, por lo que la apoyamos en ambos lados con cojinetes y la sujetamos con bastante fuerza entre dos placas de aluminio. En estas placas se fresan asientos para rodamientos. No importa si los asientos quedan un poco torcidos. El aluminio es muy blando, por lo que el rodamiento se puede presionar firmemente en un tornillo de banco a través de espaciadores de madera contrachapada. Y esto es aún mejor, porque necesitamos eliminar por completo el movimiento longitudinal de la tuerca en el espacio entre estas dos placas. Para la fijación rígida de placas entre sí, así como para transmitir el movimiento de traslación de la tuerca al carro de la máquina, utilizamos hoja de metal 4-5 mm de espesor (ahí está, el trozo de hierro oxidado y desaliñado en la foto). A la foto le faltan un montón de placas similares en el plano horizontal (justo debajo de la tuerca). Lo terminaré más tarde.

Solo queda transferir la rotación del motor paso a paso a la tuerca. Planeo hacer esto usando una correa de distribución. Pero el problema es que tendré que hacer mi propio equipo personalizado, algo que nunca he hecho antes.

Para hacer mi propio equipo, tuve que inhalar un poco. Y tuve que fumar frente a la computadora. Escribí mi propio programa para calcular poleas con parámetros determinados, porque no encontré nada útil ni gratuito. Fue tomado como base abrir documento en Thingiverse en OpenSCAD, que reescribí en Python y exporté a DXF. Hice el equipo con caprolon, un plástico estructural duradero y fácil de procesar. Además del engranaje en sí, la correa dentada también necesita un rodillo tensor (también conocido como tensor) para la correa. También lo hice con caprolon, pero inserté un cojinete en el interior.

Después de instalar la tuerca giratoria en la máquina, tuve un pequeño problema con las poleas de los motores, que seguían resbalando debido a la muy alta velocidad de rotación y la alta tensión. Incluso tuve que perforar pequeñas ranuras en los ejes del motor paso a paso y asegurar las poleas a los ejes con tornillos Allen. Pero al final, el resultado fue satisfactorio: a lo largo de toda la longitud del tornillo de avance, la tuerca se movió suavemente y no agitó el tornillo ni un poco.

La reducción de la tuerca de rodadura resultó ser 30:12 (30 dientes en la tuerca, 12 dientes en la polea del motor), es decir. La caja de cambios aumenta el par motor 2,5 veces. La resolución de la máquina en una horquilla con un paso de 2 mm/revolución resultó ser 0,004 mm (2 mm/revolución ÷ (200 pasos/revolución * 2,5)).

El tornillo de avance es detalle importante, que se utiliza como convertidor de movimiento. Cambia el movimiento de rotación en movimiento lineal. Para ello está equipado con una tuerca especial. Además, proporciona movimiento con una precisión determinada.

Indicadores de calidad de tornillos

El tornillo, como pieza muy importante, debe cumplir muchos requisitos. Para que pueda utilizarse, por ejemplo, en tornillo de banco, debe ser adecuado para parámetros tales como: tamaño diametral, precisión del perfil y precisión del paso de la rosca, relación entre la rosca del tornillo y sus muñones de soporte, resistencia al desgaste y espesor de la rosca. También es importante tener en cuenta que, dependiendo del grado de precisión del movimiento que proporcionen los tornillos, se pueden dividir en varias clases de precisión de 0 a 4. Por ejemplo, los tornillos de avance de las máquinas cortadoras de metales deben corresponder a una clase de precisión de 0 a 3. La clase de precisión 4 no es adecuada para su uso en este tipo de equipos.

Material en blanco del tornillo de avance

Como pieza en bruto para la producción de un tornillo, se utiliza una varilla común, que se corta de metal de calidad. Sin embargo, es importante tener en cuenta aquí que existen algunos requisitos para el material que sirve como pieza de trabajo. El metal debe tener buena resistencia al desgaste, buena maquinabilidad y también tener un estado de equilibrio estable en las condiciones de tensión interna que se produce después del procesamiento. Esto es muy importante, ya que esta propiedad ayudará a evitar la deformación del tornillo de avance durante su uso posterior.

Para producir esta pieza con una clase de precisión media (2.ª o 3.ª), que no estará sujeta a requisitos de mayor resistencia a la temperatura, se utiliza acero A40G, de contenido medio en carbono, con la adición de azufre y acero 45 con la adición de plomo. . Esta aleación mejora la maquinabilidad del tornillo y también reduce la rugosidad superficial del material.

Perfil del tornillo

Hay tres perfiles de tornillo que se utilizan en la producción de un torno o cualquier otro tornillo de avance. El perfil puede ser trapezoidal, rectangular o triangular. El tipo más común es la rosca trapezoidal. Sus ventajas incluyen el hecho de que tiene mayor precisión que el rectangular. Además, utilizando una tuerca partida se pueden ajustar los juegos axiales con un tornillo trapezoidal, que surgen debido al desgaste del equipo.

También es importante señalar aquí que cortar, así como rectificar, las roscas de los tornillos trapezoidales es mucho más sencillo que las rectangulares. Pero debe comprender que las características de precisión de los hilos rectangulares son mayores que las de los hilos trapezoidales. Esto significa que si la tarea es crear un tornillo con el mejor ajuste de precisión, igualmente tendrás que cortar una rosca rectangular. Los tornillos trapezoidales no son adecuados para operaciones muy precisas.

Procesamiento de tornillos

Las principales partes sobre las que se basa el tornillo de la máquina son los muñones y hombros de soporte. La superficie de trabajo de un tornillo es su rosca. Se debe garantizar la mayor precisión en un tornillo de banco de mesa y en cualquier otra máquina que tenga dicho tornillo entre la superficie de trabajo de la pieza, así como la superficie de base principal. Se considera que la base tecnológica para la producción del husillo es ésta. Por esta razón, para evitar deformaciones, el procesamiento de todas estas superficies se realiza mediante la aplicación de esta pieza que determina las características específicas del procesamiento del husillo. tornillo.

También es importante tener en cuenta aquí que el tornillo con clase diferente precisión, procesados ​​a varios valores. Las piezas que pertenecen a las clases de precisión 0,1 y 2 se procesan con la 5ª calidad. Los tornillos de la tercera clase de precisión se procesan hasta la sexta calidad. Los tornillos de la cuarta categoría también se procesan hasta la sexta calidad, pero al mismo tiempo tienen un rango de tolerancia para el diámetro exterior.

Centrado y roscado

Para obtener un tornillo de calidad aceptable es necesario realizar varias operaciones más. Uno de ellos fue la alineación de la pieza, que discurre sobre torno. El tornillo de avance, o mejor dicho, la pieza de trabajo de esta pieza, se centra en el equipo especificado y sus extremos se cortan aquí. Además, se pule la pieza de trabajo. Para ello se utilizan rectificadoras cilíndricas o sin centros en los centros. Es importante agregar aquí que el rectificado en los centros se realiza solo para tornillos de clase de precisión 0,1 y 2.

Además, antes de comenzar a cortar el hilo, se debe enderezar la pieza de trabajo. Cabe señalar aquí que a esta operación sólo se someten tornillos con las clases de precisión 3.ª y 4.ª. Después de esto, su superficie se pule adicionalmente. Se utiliza un torno cortatornillos como equipo para cortar roscas en el tornillo de avance.

Descripción de la tuerca del tornillo

La tuerca del husillo está diseñada para proporcionar movimientos de instalación precisos. En algunos casos raros, pueden estar hechos de un material como hierro fundido antifricción. Este elemento debe asegurar un acoplamiento constante con las vueltas del tornillo, y también actuar como pieza de compensación. Tendrás que compensar el hueco que inevitablemente surgirá cuando el tornillo se desgaste. Por ejemplo, las tuercas para husillos utilizados en tornos se fabrican con tuercas dobles. Esto es necesario para eliminar los huecos que puedan surgir como consecuencia de la producción y montaje de la máquina, o como consecuencia del desgaste de sus piezas.

La peculiaridad de un tornillo de doble tipo con tuerca es que tiene una parte fija y otra móvil. La parte móvil, que está a la derecha, puede moverse según el eje de la parte fija. Es este movimiento el que compensará la brecha. Las tuercas se fabrican únicamente para tornillos de clase de precisión cero, primera y segunda. Para su elaboración se utiliza bronce al estaño.

¿De qué están hechas las tuercas y cómo se desgastan?

Los materiales más habituales para la producción de este tipo de piezas son el bronce aluminio-hierro, según la norma de construcción de máquinas herramienta MT 31-2. Además de este material, también se puede utilizar hierro fundido antifricción como sustituto de materiales no responsables.

Es importante agregar aquí que la tuerca se desgasta mucho más rápido que el propio tornillo de avance. Hay varias razones para esto:

• la rosca de la tuerca está mal protegida de cualquier tipo de contaminación, y además es bastante difícil limpiarla de estos elementos innecesarios;
• a menudo sucede que este elemento inicialmente está mal lubricado y esto afecta en gran medida su vida útil;
• cuando la tuerca engrana con el tornillo, resulta que todas las vueltas del segundo elemento funcionan simultáneamente, pero el tornillo solo tiene las que engranan con la tuerca.

Por estas razones, los tornillos con tuercas deberían revisarse con más frecuencia, ya que la tuerca se desgasta con bastante rapidez.

En un accionamiento de eje CNC, se utiliza un engranaje para convertir el movimiento de rotación del eje de un motor en un movimiento lineal a lo largo de un eje. Para que le resulte más fácil seleccionar un engranaje CNC, a continuación se enumeran los tipos de engranajes más utilizados en las máquinas CNC. Las transmisiones exóticas para el sector del bricolaje, como el servomotor lineal y el motor paso a paso lineal, quedarán fuera del alcance de este artículo por razones prácticas, y se considerarán las más comunes.

Transmisión tornillo-tuerca

Por transmisión tornillo-tuerca se entiende un par de tornillos de acero con rosca trapezoidal o métrica y una tuerca. Este tipo de transmisión es una transmisión con fricción deslizante y en la práctica, a su vez, tiene varias variedades.

• Perno y tuerca de construcción. Mayoría una opción de presupuesto. El pasador de construcción no está destinado en absoluto a su uso en la industria de máquinas herramienta; el proceso técnico de su fabricación está destinado a su uso en la industria de la construcción, por lo que; este tipo La transmisión tiene el conjunto más completo de desventajas: alto error, baja rectitud, características de carga baja, baja resistencia al desgaste, alta fricción, etc. Sin embargo, todavía se utiliza en máquinas de bricolaje fabricadas con fines educativos debido a su bajo coste. Si decide ahorrar a toda costa en equipo e instalar un pasador de construcción, asegúrese de considerar la posibilidad de reemplazarlo con un tornillo trapezoidal o de bolas. Lo más probable es que la máquina montada en un pasador de construcción no esté a la altura de sus esperanzas.
• Tornillo de accionamiento con rosca trapezoidal o rectangular. Un tornillo de rosca trapezoidal es el tipo de transmisión más común en las máquinas para trabajar metales durante el siglo pasado y hasta la actualidad. Los tornillos trapezoidales son producidos por ellos. diferentes tipos Aceros al carbono estructurales cortando hilos en una barra de acero o laminándolos. Los tornillos moleteados tienen características significativamente mejores que los tornillos roscados. El uso generalizado de tornillos trapezoidales se debe a su amplia gama y a la disponibilidad en el mercado de tornillos de diferentes clases de precisión, desde C10 hasta C3. La tuerca roscada está fabricada de materiales resistentes al desgaste, como poliamidas (caprolón, nailon), teflón y bronce. Los engranajes trapezoidales correctamente diseñados y fabricados se caracterizan por una alta resistencia al desgaste, porque... La fricción se produce con baja presión (debido a la superficie de fricción relativamente grande). En muchas máquinas de fabricación soviética que aún funcionan, los pares han estado en su lugar desde el lanzamiento de la máquina y no se han cambiado durante 30 a 40 años. También es posible utilizar tuercas partidas en dichos tornillos de avance, lo que le permite ajustar la tensión comprimiendo la tuerca y seleccionar el juego que aparece con el tiempo. De las desventajas, cabe destacar, por extraño que parezca, la facilidad de fabricación del tornillo, lo que automáticamente significa la presencia de muchos fabricantes, con una gama muy amplia de indicadores de calidad. La serie económica de tornillos está hecha de acero #45 sin endurecimiento de la superficie, lo que puede alterar la rectitud del tornillo (en otras palabras, los tornillos de diámetro pequeño son blandos y a menudo se doblan durante el transporte). Las desventajas y ventajas al mismo tiempo incluyen una alta fricción en la transmisión. Por un lado, esto reduce la eficiencia; se requiere un motor más potente para hacer girar la hélice. Por otro lado, la fricción amortigua un poco las vibraciones rotacionales del tornillo, lo que puede resultar útil cuando se utilizan motores paso a paso (ver resonancia de motores paso a paso). Este efecto, sin embargo, se manifiesta bastante débilmente y se necesitan otros métodos para combatir la resonancia. En resumen, podemos decir que el tornillo trapezoidal aún no ha perdido su importancia como transmisión de máquina herramienta CNC y se utiliza con éxito en máquinas herramienta de todas las clases.
• husillo de bolas() El husillo de bolas, o husillo de bolas (también llamado "husillo de bolas"), es actualmente el estándar de facto en la construcción de máquinas CNC. Un husillo de acero con pistas de bolas, templado por inducción y luego rectificado, y una tuerca especialmente adaptada con bolas circulando en su interior. A medida que el tornillo gira, las tuercas ruedan a lo largo de las pistas, transmitiendo fuerza al cuerpo de la tuerca. Esta transmisión es diferente. alta precisión, alta eficiencia (80, 90% o más) y vida útil. Los husillos de bolas se utilizan con mayor frecuencia en las máquinas CNC, ya que su uso permite el uso de motores de menor potencia (no se requieren fuerzas de rotura tan importantes como en el caso de una transmisión tornillo-tuerca). El husillo de bolas se suministra como un par completo, no requiere ajuste de la tuerca y, a menudo, no requiere procesamiento de los extremos para su instalación en soportes; esto lo hace el fabricante, es decir. Los husillos de bolas suelen ser plug and play, mientras que con los tornillos trapezoidales, las tuercas y los tornillos suelen fabricarse en diferentes ubicaciones y pueden requerir un ajuste cuidadoso, sin el cual pueden producirse espacios, juego, mayor fricción, desgaste, etc. Los husillos de bolas son menos resistentes al serrín, al polvo y a la falta de lubricación que las transmisiones de tornillo-tuerca, si entra un cuerpo extraño, aunque sea muy pequeño, la transmisión puede atascarse, porque; las bolas vecinas en el canal giran direccion opuesta. A menudo se requiere protección adicional Atornillar utilizando materiales corrugados. Los husillos de bolas, al igual que los husillos trapezoidales, tienen limitaciones de longitud: un husillo demasiado largo se hunde por su propio peso y cuando gira (velocidad de rotación del husillo en incrementos de 5 mm por máquinas de portal alcanza 10-15 rps y más) se comporta como una cuerda para saltar, lo que hace que la máquina vibre y los nodos que fijan el tornillo experimentan cargas de choque, su recurso está disminuyendo rápidamente, en asientos Aparecen huecos, lo que a su vez aumenta la vibración de la máquina y reduce la calidad de los productos fabricados. La experiencia demuestra que la relación entre el diámetro del husillo de bolas y su longitud no debe ser inferior a 0,022 y tampoco se recomienda exceder la longitud del husillo de 2000 mm. Para eliminar el efecto "saltar la cuerda", se utilizan diseños con un tornillo fijo y una tuerca giratoria, pero tales unidades, por regla general, son mucho más caras y más difíciles de fabricar, y también requieren espacio, que no siempre es posible implementar en portales compactos. Si a veces planea apagar los motores de accionamiento y operar la máquina manualmente, es mejor no usar un husillo de bolas: la transmisión sin autofrenado puede causarle muchos problemas. Para obtener información sobre los tipos de husillos de bolas y sus características, consulte el artículo principal.

Engranaje

Cómo seleccionar un engranaje para una máquina CNC

Con el fin de seleccionar engranaje para máquina CNC, la elección debe basarse en las características más críticas para su máquina. Las transmisiones de tornillo-tuerca se utilizan cuando no existen altos requisitos de precisión y velocidad de movimiento, si se requiere autofrenado de la transmisión, así como en el caso de estrictas restricciones presupuestarias. Los husillos de bolas tienen la gama más amplia de aplicaciones; puede comprar husillos de bolas con la clase de precisión, paso y capacidad de crear precarga que necesite o sin ella. El único caso en el que no se puede utilizar un husillo de bolas es si se requiere autofrenado de la transmisión; sin embargo, si hablamos de frenar la transmisión por razones de seguridad (sujetando el cabezal del husillo), entonces el problema se resuelve utilizando un husillo electromagnético. freno en el motor, un contrapeso, etc. La cremallera y la correa se utilizan en máquinas con un gran campo de trabajo, desde 1,5 metros cuadrados y más, principalmente para lograr altas velocidades de corte y movimientos en vacío. En máquinas de este tamaño el objetivo no es conseguir una precisión de decenas de micras; 0,2-0,3 mm es más que suficiente en la mayoría de los casos, por lo que la extensibilidad de la correa y la precisión del piñón y cremallera no son un obstáculo. a su uso.

Por lo tanto, si tiene una máquina cortadora grande, debe elegir una transmisión por cremallera o por correa. Si tiene una máquina fresadora y grabadora de escritorio para fines educativos o de hobby, una transmisión de tornillo-tuerca es adecuada para usted. Si está construyendo una máquina de formato medio para negocios, producción, elección óptima Habrá un husillo de bolas. Después de elegir el tipo, debes decidir los parámetros de transmisión específicos.

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husillo de bolas– una transmisión de tipo “tornillo-tuerca” que convierte el movimiento de rotación del tornillo, transmitido a él por el eje de un motor paso a paso o servoaccionamiento, en el movimiento de traslación de una tuerca montada sobre una mesa o caja de husillo. Inicialmente estaba destinado a su uso en equipos de alta precisión, pero en realidad sirve como base para construir diagramas cinemáticos de ejes controlados en el 90% de las máquinas CNC creadas en la actualidad, independientemente de los requisitos de precisión.

Ventajas de los husillos de bolas frente a otro tipo de engranajes:

• alta precisión de movimientos lineales;
• La eficiencia alcanza el 98%;
• larga vida útil;
• en los husillos de bolas, a diferencia de los pares de engranajes, la precarga se crea según la clase requerida;
• la posibilidad de utilizar motores de menor potencia debido a que el husillo de bolas no requiere mayor fuerza para transferir la mesa o caja de husillo del estado de reposo al estado de movimiento.

Desventajas: temen la suciedad y el polvo, restricciones de longitud (debido al peligro de que el tornillo se hunda, lo que provoca la deformación de los puntos de fijación y el desgaste acelerado de la tuerca), mayor sensibilidad a las vibraciones.

Clasificación de husillos de bolas

Los husillos de bolas se clasifican según varios criterios.

Tecnología de fabricación de husillos. En tornillos laminados, la ranura se aplica mediante laminación en frío. Este método es más económico, pero solo es adecuado para productos de precisión media. En los tornillos rectificados, la ranura se corta antes del tratamiento térmico y luego se rectifica. Resulta más caro, pero más preciso.

Tipo tuerca. Los hay con bridas y redondos, dentro de cada tipo se dividen en simples y dobles.

Tipo de mecanismo de retorno de bola. Recirculación externa: las bolas regresan a área de trabajo a través de un tubo ubicado fuera del cuerpo de la tuerca. El ciclo de retorno es de 1,5 a 5,5 vueltas de tornillo. Recirculación interna: las transiciones de bolas se cortan en el perfil interno de la tuerca en cada vuelta. El ciclo de retorno es una revolución. Sistema de retorno final: la bola recorre el recorrido completo a través de todas las vueltas dentro de la tuerca. Utilizado en engranajes con hélices de paso grande.

El paso de la hélice es el criterio básico para elegir una marcha para resolver problemas específicos. Los husillos de bolas de paso fino se utilizan en máquinas de baja velocidad y se caracterizan por una larga vida útil y una alta capacidad de carga. Aumentar el paso conduce a una disminución en la capacidad de absorber cargas elevadas, pero aumenta la velocidad de movimiento.