Расчет жёсткости станка чпу

Доброго дня, чпушники. Это проект моего станка по которому собственно вопрос.

Расчет жёсткости станка чпу ЧПУ, Фрезерный станок, Своими руками, Проектирование, Фрезеровка, Длиннопост

А это то "нечто" которое пойдет в помойку.

Расчет жёсткости станка чпу ЧПУ, Фрезерный станок, Своими руками, Проектирование, Фрезеровка, Длиннопост

Достался мне совершенно случайно вот такой "СТАНОК)))". Сходу поставил на него 500w моторчик с цангой ER11, который китайцы горды именуют "шпиндель". И решил я попробовать обработать на нем латунь. Купил листовой лс59-1тв, фрез 1мм и 2мм и посчитав подачи перемещения и на зуб вгрызся в эту самую латунь. Ну как сказать вгрызся, стал ее нееежно щекотать до получения результата. Ибо при 12тыс об в минуту скорость резания никакая, и при подаче 600мм/мин и заглублении больше 0.03мм вся эта конструкция начала убегать со стола (гипербола). Вдобавок ещё и фрезы ломала на счёт раз. В общем жёсткости ее хватит чтобы пошкрябать теплое говно, но не более.
А латунь то надо обрабатывать. Засел я в автодеск инвентор и нарисовал себе станочек 300х400 из 40мм листовой стали на 250кг. Прогнал по симуляциям - красота! Жёсткости хватит сталь резать с хорошим шпинделем. Позвонил в несколько контор по обработке металла и загрустил. Вырезать то его не проблема и даже не очень то и дорого, сварить и сам могу, а вот отжечь после сварки и прогнать плоскость под рельсы вылетает в такую копеечку что волосы на голове шевелятся, проще уже готовую раму купить за 70тыр.

Решил проверить, а что же по жёсткости у станков из более серьезного алюминиевого профиля. На основание взял 60х60 (2т.р) , боковые стойки из имеющейся 8мм стали, на ось Х и Y заложил вот такой профиль по 3850 за метр:

Расчет жёсткости станка чпу ЧПУ, Фрезерный станок, Своими руками, Проектирование, Фрезеровка, Длиннопост

141х40 мм. Готовые места под рельсы HG15 и подшипники швп BF12/BK12.
Рабочее поле 400х250х200мм.
И вот что из этого вышло:

Расчет жёсткости станка чпу ЧПУ, Фрезерный станок, Своими руками, Проектирование, Фрезеровка, Длиннопост

Прогиб под нагрузкой 100Н (у станка с первой картинки, как по симуляции, так и по ощущениям, микрометр там нафиг не нужен, прогиб 2мм!!!

Расчет жёсткости станка чпу ЧПУ, Фрезерный станок, Своими руками, Проектирование, Фрезеровка, Длиннопост

Тоже 100Н, но нагрузка боковая на каретку Z (стрелку вектора нагрузки плохо видно).

Вот решил спросить у силы Пикабу, хватит ли такой жёсткости для съёма 0.2-0.3 мм латуни за проход и долгой жизни фрезы. Фреза максимум 4мм, в основном 1 -2 мм, подача на зуб 0.02мм. Обороты пока доступны только 12тыс( , так что мелким фрезам придется потяжелее. Ессно без сож( В планах шпиндель на 40к оборотов.

Лига ЧПУшников

1.5K постов11K подписчиков

Добавить пост
Вы смотрите срез комментариев. Показать все
1
Автор поста оценил этот комментарий

Я режимы резания никак понять не могу. 600 мм/мин по латуни на этом лазерном гравере, на который по недоразумению поставили фрезу? 0,02 мм/зуб на самопальном настольном станке?? 0,2 мм глубина? У вас ведь не высокоподачные фрезы, они на таких режимах очень неэффективно работают, естественно, что их ненадолго хватает (да еще без обдува, надо полагать). ИМХО, надо подумать об изменении схемы обработки или фрезы брать с радиусами хотя бы.
Проект станка на мой взгляд, неплохо выглядит, но:
плоскость под направляющие надо обрабатывать все равно, что дорого
сила в расчете приложена некорректно (надо к фрезе). Жесткость стола вообще не рассчитана, нужен еще расчет с силой, приложенной к заготовке (сильно сомневаюсь насчет направляющих стола).
Боковые стойки выглядят тонкими, увеличение их толщины позволит дешево увеличить жесткость.
Силу резания по справочнику технолога Косиловой можно посчитать, либо в технических рекомендациях производителей инструмента бывают формулы. Прогиб, желательно, в пределах 0,05 чтобы был под максимальной силой резания (для настольного гравировального станка сойдет, мне кажется). А еще здесь очень многое от вибраций зависит. Если у вашего станка частота собственных колебаний будет недалеко от рабочей частоты вращения - то это провал.

раскрыть ветку (10)
Автор поста оценил этот комментарий
Станок защемлен за верхнюю плоскость стола (собственно нас смещение фрезы относительно стола и интересует). Получилось 0.1 при 10кг усилия при стенках портала 8мм. При увеличении стенок до 20мм смещение уменьшается в 2 раза до 0.05мм. Но что-то мне подсказывает что усилие на фрезе 2-3мм на порядок меньше. Формулу даже примерно не представляю где искать. Полистал справочник, но ничего похожего в разделе фрезерования не увидел.
По вопросу скоростей, подач и съёма получается как раз так как пишут в среднем по всем производителям фрез. Какие бы вы режимы порекомендовали попробовать при условии шпинделя на 12к оборотов?
Иллюстрация к комментарию
раскрыть ветку (7)
2
Автор поста оценил этот комментарий

Тогда нагрузку не только параллельно столу нужно прилагать. Например, надавить на стол ближе к углу. Если смещение уменьшается в 2 раза, усиление стенок, определенно, стоит того (это ведь почти бесплатно). Справочник Косиловой, 2 том, стр 290.
Те подачи на зуб, что пишут производители фрез, хорошо работают только на идеальной технологической системе (практически абсолютная жесткость, биение фрезы меньше сотки, отсутствие вибраций, даже незаметных). Не стоит думать, что на гравировальном станке такую же подачу ставить можно.
Конечно, вряд ли получится назначить режимы, не видя станка, но общие рекомендации, исходя из своего опыта, попробую дать:
1. Обороты -  максимум, что выдерживает система без заметных вибраций (с тв. сплавной фрезой такого диаметра по латуни, вряд ли вы превысите предел скорости, ограничиваемый теплостойкостью фрезы - тот, что указывают в каталогах производители)
2. Осевая глубина (ширина фрезерования). По возможности использовать высокоэффективное фрезерование (HEM) на глубину 1..1,5D. Естественно, рекомендуемых для промышленного оборудования подач здесь не достичь, радиальную глубину 3% я бы попробовал (рекомендуется около 12%).
3. Подача. Здесь только экспериментально, на рекомендации производителя фрез не стоит смотреть, они и на серьезных станках часто не работают. Можно начать с 0,005 мм/зуб и вверх, по возможности.
4. Настроить обдув. Должно помочь увеличить стойкость не только за счет охлаждения, но и отвода стружки.
5. Борьба с вибрациями. За этим нужно внимательно следить. Жесткости много не бывает, вибраций мало не бывает. У меня были случаи, когда изменение схемы закрепления детали, увеличивающее вибростойкость, при том, что вибрации при обработке не были заметны никому, увеличивали стойкость инструмента в несколько раз.
Теперь о высокоподачном фрезеровании, которое вы используете. Оно является эффективным в определенных случаях, это: черновая обработка, высокая жесткость СПИД в осевом направлении, низкая жесткость в радиальном направлении, возможность переточки фрез или работа фрезой с пластинами. Но необходимо применение специального инструмента (угол в плане около 20°), иначе, используя обычную концевую фрезу, вы заставляете работать её только очень небольшим участком режущей кромки в углу, на вершине зуба. Это, к тому же, самое слабое место зуба фрезы. Это вынуждает снижать подачу, убивает фрезу при вибрациях, не дает использовать 99% режущей кромки, увеличивая затраты на инструмент. Что-то похожее на геометрию высокоподачной фрезы можно получить на концевой фрезе с радиусами (тороидальная), D4/R1, например, но это все равно сильно хуже, чем специальная фреза. В некоторых случаях эта технология меня спасала, например, обрабатывали нержавейку, лист которой имел настолько низкую жесткость, что его можно было пальцем на 2мм сдвинуть (в радиальном по отношению к фрезе направлении), фреза Iscar EFF-S.

1
Автор поста оценил этот комментарий

И еще. На гравировальном станке, который в наличии у вас, фрезеровать металл, думаю, вообще не стоит на любых режимах. Нужно хотя бы боковые стойки усилить, например, 2 пластины сделать и скрепить ими стойки с основанием как можно большим количеством винтов. А сейчас на таком станке только фрезы ломать или фрезеровать, максимум, дерево.

раскрыть ветку (3)
Автор поста оценил этот комментарий
Не, тот станок что есть, даже при облизывании на 0.03мм съема, ломает фрезы при движении по Y. Самое слабое место у него валы по Х, на них всю каретку Z выгибает.
раскрыть ветку (2)
Автор поста оценил этот комментарий

Ну вот, в симуляцию, как раз и нужно добавить ещё силу вдоль Y.

раскрыть ветку (1)
Автор поста оценил этот комментарий
Вдоль Y тоже конечно же моделировал. Смещение меньше, все таки ребром стойки на изгиб работают, но начинает играть балка портала.
Автор поста оценил этот комментарий

Обратите внимание на ГОСТ 18101-85 в части норм жесткости станка. И, в том случае, если все контактные условия заданы жесткой склейкой, то полученные значения перемещений смело умножайте на 2-2,5. В одной умной советской книжке по жесткости станков читал, что выборка зазоров и контактная деформация в местах стыков деталей составляет 50-60 % от деформации всего станка.

раскрыть ветку (1)
Автор поста оценил этот комментарий
Спасибо за совет. Пока тормознул сборку, по дешевке подвернулся немецкий чпу из 20мм алюминия. Пока работаю на нем.
Автор поста оценил этот комментарий
По калькулятору требуемая мощность на шпинделе 0.17Нм при таких параметрах как на скриншоте. 0.17Нм/0.004м=42.5Н=4,25кгс. Но с такими режимами я навряд ли буду фрезеровать. Т.е. при смещении 0.1мм на 10кгс можно проектировать?
Иллюстрация к комментарию
раскрыть ветку (1)
Автор поста оценил этот комментарий

Момент, а не мощность. Его нужно на радиус поделить, а не на диаметр, 8,7 кгс получится. Проектировать то можно, только не надо забывать, что это симуляция, которая реальности может и не соответствовать. Соединения элементов, зазоры в направляющих здесь ведь не учитываются.
Вот похожая конструкция https://aliexpress.ru/item/4001094775996.html?spm=a2g0s.8937...

Вы смотрите срез комментариев. Чтобы написать комментарий, перейдите к общему списку