Posizionamento ideale del gruppo Z.

[overlights]

Salve a tutti,
Avrei bisogno di un chiarimento circa il posizionamento del gruppo Z, rispetto ai pattini di X, nel caso di una classica CNC a pantografo.

Ero abbastanza sicuro di aver appreso questa informazione più di un anno fa, nei primi giorni di full immersion nel forum.
Nel caso specifico, avevo letto almeno due o tre interventi in cui veniva citata l'importanza di tenere l'asse del mandrino (il centro punta...) perfettamente centrato tra i pattini di X, realizzando poi le spalle di Y di conseguenza.
Purtroppo, quando si è infetti dal virus "Nuova CNC" (qualcuno saprà  di cosa parlo... ) e si realizza che ci sono ancora un milione di cose da apprendere prima di poter arrivare in fondo, inevitabilmente si passa da un argomento all'altro per trovare una risposta. Una volta trovata (spesso senza cercare ulteriori verifiche...), via alla successiva (...cioè alle altre 999.987 domande in attesa).

Proprio in questi giorni ho completato quella che credevo fosse l'ultima revisione del progetto della nuova cnc, prima di procedere con l'acquisto di tutta la movimentazione (guide e viti). Ieri casualmente, mi imbatto in un paio di interventi di Zebrauno (...sempre colpa sua! ) in cui scrive:

"Fantastica, un gruppo Z vicinissimo al baricentro ideale..."
E in un altro post:
"Il consiglio che ti do e' di dare molta, moltissima importanza affinche' il baricentro di tutto il gruppo mobile Z risulti in mezzeria rispetto ai pattini su cui poggiano le spalle in modo da non farle lavorare in presenza di un momento costante, che si traduce in un carrello sempre in trazione ed un altro sempre in compressione sulle guide..."

Affermazioni che suonano giuste anche solo a livello di buon senso, ma che sono una cosa completamente diversa dal tenere il centro del mandrino in asse con i carrelli di X.
Così facendo, inevitabilmente si rimarrebbe con il baricentro del Gruppo Z spostato indietro e i conseguenti problemi riassunti da Zebrauno.

Quindi... per un pagherò da 10 mila euri (senza incentivi, non si riesce mai ad avere risposte, nel forum!) la domanda è:

Cosa bisogna allineare al centro dei carrelli di X?

1 - Il centro di massa dell'intero gruppo Z? (carrelli di Y compresi o esclusi?)
2 - Il mandrino?
3 - altro (specificare cosa).

Un sentito grazie a chiunque interverrà !
(PS: Per la riscossione del pagherò, ci si sente poi via telegrafo... )

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Saluti,
Marco

[vdeste]

A "sentimento" ti direi di considerare il baricentro di tutto il ponte, compresi motori, trasmissioni, guide e pattini mandrino e fresa. Se poi riesci a contenere al minimo lo sbalzo tra l'asse mandrino ed il ponte, e la distanza (in altezza)tra il piano di lavoro e le guide del ponte, la differenza tra movimenti in rapido e sforzi in lavorazione può diventare trascurabile.

[overlights]

Grazie vdeste.
Nel gruppo di cui considerare il baricentro (da allineare poi, tra i carrelli di X) considereresti anche le spalle di Y?
Ho già  lavorato per tenere il mandrino più vicino possibile al ponte di Y, e le guide di X abbastanza vicine al profilo superiore del piano.
Ma questo particolare di "cosa allineare a cosa", mi sembra un punto davvero importante, ed è un peccato che emerga solo sporadicamente
in vari post, e non se ne sia fatto uno specifico più approfondito (o almeno... io non l'ho trovato).

A questo proposito, mi piacerebbe trovare qualche guida anche online, che entri nel merito delle forze che agiscono su di una classica cnc
a pantografo (magari asse per asse...), e possibilmente con spiegazioni che non comportino solo formule matematiche.

Ma capisco bene che quando si parla di calcoli strutturali, avere la competenza di un... Aieie Brazorf, non aiuta...

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Saluti,
Marco

[vdeste]

Nel calcolo del baricentro devi considerare tutte le masse sospese, al limite pure i cavi ed i fine corsa. Io faccio tutt'altro che il progettista, ma su un pantografo, dove la velocità  è il primo dei parametri da ricercare, cercherei un bilanciamento "a vuoto" , cioè senza considerare gli sforzi da lavorazione. Questo perchè i calcoli si complicherebbero in maniera abnorme, oserei dire pure inutilmente, visto che la maggior parte dei pantografi "amatoriali" che ho visto in giro montano Kress o addirittura Dremel, con frese che di rado arrivano a 6 mm, in grado di sopportare sforzi in lavorazione che difficilmente possono mettere in crisi una meccanica robusta, ancorchè pensata per la velocità  nei rapidi.

[overlights]

vdeste, ti ringrazio per aver ampliato la risposta.
Sfortunatamente le tue parole aumentano la mia confusione.

Sto pensando alle varie LVL di btiziano (in particolare quelle blu, meno recenti), come anche la più massiccia LVL Tiziano, ma ce ne sono molte altre realizzate da membri del forum, che ricalcano quel tipo di configurazione. Tutte queste sembrano privilegiare la posizione del mandrino in asse con i carrelli di X. Il fatto che comporti un accentuato sbilanciamento posteriore (almeno visivamente...) sembra essere meno importante.
Diciamo che l'ideale sarebbe ascoltare il parere dei progettisti caso per caso, ma più che capire se macchine già  esistenti potevano essere realizzate diversamente, (l'evoluzione delle cnc di btiziano sembrerebbe confermarlo) penso sia utile conoscere semplici principi guida che ciascuno possa applicare al proprio progetto.
In questi giorni ho trovato altri post che toccano la questione, anche se quasi sempre si tratta di domande e consigli specifici per una certa macchina.
Forse è anche per questo che non mi viene facile "estrarre" il principio per adottarlo nel mio progetto.

Ad esempio, questo post affronta lo stesso problema:
https://www.cncitalia.net/forum/viewtopi ... lo#p214464
ma il principio più volte ripetuto, del: "Triangolo, come forma geometrica indeformabile" non viene poi spiegato nel dettaglio. O almeno, io non l'ho capito.

Quello che forse si avvicina di più (tra quelli che ho trovato) è:
https://www.cncitalia.net/forum/viewtopi ... o&start=15
Ma anche in questo caso non mi è chiaro (scusate...) cosa debba essere inscritto ne quadrato citato, e se questo approccio riguardi solo le cnc a portale fisso o anche quelle a pantografo. Per queste ultime, mi verrebbe da inscrivere nel quadrato solo il gruppo mobile di Z + Y. E' corretto?
E i lati del quadrato cosa devono considerare esattamente?

Un altro cenno parziale sulla questione, con un diagramma che impiega triangoli ed una semplice formula, è questo:
http://web.tiscali.it/toti_work_end_hob ... irecnc.htm
Questa l'immagine contenuta:

z_calc.jpg

E' attendibile?
Per larghezza ideale di Z, intende la profondità  del gruppo Z rispetto al ponte di Y? (l'immagine di profilo lo lascerebbe supporre).

L'ultimo trovato, usa i famigerati triangoli per sottolineare la bontà  del proprio prodotto, comparandolo con analoghi "Competitor".
Ho fatto un collage delle immagini prese dal loro sito. A e D la loro configurazione (descritta come migliore). B e C, la configurazione dei concorrenti (di riflesso, meno buona). A parte il fatto che i triangoli hanno forme lievemente diverse, non riesco ad estrapolare niente altro.
Questo il loro link: http://www.cnc-router-routers.com/html/ ... _rout.html

high_z.jpg

Concludo con un paio d immagini del mio progetto. Nel caso qualcuno voglia contribuire con la propria spiegazione, può prendere l'immagine e disegnarci sopra.
Nella prima coppia di foto si vede la diversa posizione del gruppo Z a seconda di mantenere al centro dei carrelli di X l'asse del mandrino, oppure il centro di massa del gruppo Z e il ponte di Y.
Se poi considerassi anche le spalle di Y, il baricentro arretrerebbe ancora e per compensare dovrei portare il centro del mandrino quasi al limite sinistro dei carrelli di X.

MHX_2a_comp.jpg

mhx_2a_side__3.jpg

Le domande sono molte, ma credo che l'argomento meriti un approfondimento.
Potrei dire che se arrivo a capirlo io, poi potrà  capirlo chiunque.

Resto sintonizzato.

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Saluti,
Marco

[vdeste]

Beh, il fatto che ci sia un dibattito ti fa capire come ci siano diversi punti di vista. Per quanto mi riguarda dei tuoi progetti preferisco il secondo: non vedo motivi per cui debba essere la punta della fresa a cadere tra i cuscinetti, ma non in generale, ripeto, bensì nel caso specifico di un pantografo. Si fosse trattato di una macchina destinata a lavorazioni "pesanti" intese come utensili e materiali, con frequenti "tuffi" nel materiale, potrei ancora capirlo, ma in un pantografo dove magari le lavorazioni durano ore, e gli sforzi in lavorazione non gravano più di tanto sulla struttura -( penso ad una finitura 3d con una ballnose da 1mm ad esempio), io preferirei una struttura bilanciata "a vuoto".

[Zebrauno]

Overlights mi sforzero' di essere sintetico per carenza di tempo ma rispondero' ai quesiti.

- nel tuo progetto e' meglio l'immagine di sinistra, dove la fresa cade al centro dei carrelli sulle guide di Y (quelle lunghe in basso).
- i diagrammi dove vengono mostrati i triangoli con le righe rosse sono errati. Per costruirli correttamente le linee si devono riferire alle leve relative, dunque si devono interrompere sul baricentro dei carrelli Z e ripartire verso al punta mandrino, altrimenti il calcolo del momento fornisce risultati errati perche' si assimila come un blocco rigido quello che di fatto non lo e'.

- Lz=zmax/2 e' un buon punto di inizio anche se bisogna reiterare la sua applicazione quando la forma della spalla viene definita: spalla asimmetrica non puo' soddisfare la legge di un triangolo isoscele o equilatero nella ripartizione degli sforzi e soprattutto delle vibrazioni.Quindi la linea verticale ideale potrebbe non coincidere con l'altezza del triangolo, ma risultare spostata in avanti.

Nel tuo progetto non hai rispettato questa regola, spalla troppo snella e alta rispetto alla Z, carrelli dunque troppo vicini sulla Y. La macchina funzionerebbe ugualmente, ma non nelle condizioni ideali di rigidezza.

In realta' tutti questi fattori vanno considerati nell'insieme.
Si parte sempre dalla verifica dei punti critici/deboli e li si rapporta in ordine di rigidezza in modo da ridurre al minimo la sproporzione tra punto di max debolezza e punto di max rigidezza.
Piu' sono sproporzionati quei valori e piu' soldi sono stati gettati al vento, per capirci.

ciao

[overlights]

@ vdeste:
Vero, i punti di vista sono la vera ricchezza del forum, anche se penso sia importante non fermarsi alla prima risposta.
Ancora più importante è fare le domande giuste.

Zebrauno, nonostante l'estrema sintesi, grazie.
La prima lettura delle risposte è stata spiazzante. Amareggia un po sentirsi dire che "la summa" di decine di revisioni di progetto sembra pensata con il popò.
Ma credo che l'ignoranza non sia una colpa, solo una condizione passibile di miglioramento, volendo. Quindi anche una sberla può avere una sua utilità .
Di una cosa sono certo. Ho intenzione di costruire una macchina che funzioni il meglio possibile a parità  di soldi spesi, non certo fare "lo stilista" di CNC.
Ma finché non si fa la domanda giusta e/o non si hanno risposte esaustive (come queste tue), non si sa di non conoscere aspetti fondamentali. Che è poi la condizione peggiore.

Direi che non ho problemi a ricominciare da zero. E come prima cosa vorrei verificare se ho capito bene.

Come convenzione, per evitare di confondere domande e risposte, consideriamo l'asse X parallelo al piano della CNC (nelle immagini, da sinistra a destra) e Y il ponte che sostiene l'asse Z. Non sarebbero coordinate convenzionali corrette, ma immaginiamo che la macchina si posta in questo modo.

Parto dal mandrino.
(Diamo per assodato che sia stato scelto in funzione delle tipologie di lavorazione e dei materiali che si lavoreranno).
Diciamo di voler raggiungere una corsa di 150 mm. (quindi abbastanza lunga). Questo non solo in previsione di un futuro quarto asse, ma anche per non precludere troppo eventuali lavorazioni 3D, magari limitando le lavorazioni con l'asse Z quasi tutto su, a materiali prevalentemente teneri.

Nel punto più basso della corsa utile, il mandrino arriva a 30 mm dal piano. Nel punto più alto, 180 mm. Ho considerato di tenere tra i 10 e i 15 mm. di margine di sicurezza per parte (l'extra corsa dopo i fondo corsa). Ho infine aggiunto la posizione dei cuscinetti all'interno del mandrino (dedotta da un esploso con buona approssimazione), come suggerito in questo post: https://www.cncitalia.net/forum/viewtopi ... 0&start=15
Questo ci porta all'immagine seguente:
(Ogni oggetto è in scala. La griglia è in centimetri e decimetri)

cnc_side_disp_1.jpg

Ho tenuto la distanza tra gli estremi dei carrelli di X, uguale alla distanza tra la guida di X e il punto di incrocio delle diagonali (In giallo) appena sopra il gruppo di cuscinetti inferiore del mandrino, quando questo è tutto sù (spero sia chiaro). Zebrauno, è una corretta interpretazione delle tue indicazioni?

Come suggerito da salvatore993 nel post citato sopra (...che penso descriva lo stesso principio, anche se riferito ad una macchina con ponte fisso) il lato superiore di questo rettangolo dovrebbe coincidere con la guida superiore del ponte di Y. E' corretto anche nel caso di una cnc a ponte mobile?

Nell'esempio 2 ho abbassato un po' il ponte di Y, mantenendolo comunque delle dimensioni che aveva prima.
Nell'esempio 1 ho invece alzato la guida superiore di Y, fino a raggiungere l'intersezione con il nostro rettangolo e dimensionato il ponte di conseguenza.
- Questo è un teorico, ideale ponte di Y, per permettere al mandrino di lavorare nelle migliori condizioni per tutta la corsa?
- Al lato pratico, il dimensionamento del ponte di Y dovrebbe essere una via di mezzo tra 1 e 2, oppure l'esempio 2 potrebbe già  essere adeguato?
- Aumentare la distanza tra i carrelli di Z (in verticale) prolungando il supporto oltre il mandrino (sempre negli esempi 1 e 2) potrebbe migliorare un po le cose?

Ho anche provato a invertire la posizione di guide e carrelli di Z (esempi 3 e 4).

Cnc_side_disp_2.jpg

A parte una più complessa pianificazione dell'asse, questa disposizione dovrebbe aggirare alcuni limiti della configurazione precedente (mi pare lavori sempre in condizioni ideali) ma sposta più in alto il centro del ponte di Y e in generale il baricentro.
Istintivamente, sarei più orientato verso la configurazione più semplice (esempi 1 e 2).

- Considerando una nuova ridefinizione delle spalle di Y e che il ponte esce solo di poco dal profilo del rettangolo, l'asimmetria delle spalle può essere trascurabile o va comunque compensata?

Abbiate pazienza...

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Saluti,
Marco

[Zebrauno]

Saro' nuovamente sintetico

- la convenzione e' Y per l'asse su cui scorre tutto il ponte, X per quello di traverso...cerchiamo di non cambiare la notazione anche per non confondere chi inizia a leggere da meta' discussione

- Nel disegno 3 e 4 stai creando uno sbalzo sul mandrino che riduce molto lo sbalzo sotto il ponte: questo di solito e' da evitare perche' la lunghezza di inflessione delle spalle e' inutilmente alta rispetto al reale passaggio sotto mandrino.

- il triangolo si costruisce misurando il suo vertice alla quota della vite in X (traversa).

- e' totalmente inutile distanziare i pattini in X di 30cm se quelli in Y sono piu' vicini, magari a 15 o 20cm. Deve esserci una progressione di rigidezze e quindi delle distanze in ordine: Z, poi X e Y, dove arrivano le sollecitazioni piu' forti.

L'asse mandrino non deve per forza cadere nella mezzeria dei pattini in Y, se un progetto e' raffinato al punto giusto il suo equilibrio deve verificarsi nella risultante delle forze data dal peso del ponte, dal momento ribaltante esercitato sui carrelli Y e da una spinta in lavorazione assunta come media. Se non si e' in grado di calcolare questi parametri va bene tenere la mezzeria, ma con una Z molto alta puo' essere meglio spostarsi lievemente in avanti (2/3).

ciao

[overlights]

*No, non ho cambiato la notazione.
Mantenevo quella usata fin dall'inizio del post, adottata anche da altri membri e indicata in questo modo anche nel libro: "Manuale delle macchine utensili a CNC" (a pag. 42).
In sostanza, mi stavo adeguando al costume locale...
Detto questo, mi va benissimo di impiegare la convenzione canonica, con l'asse X da ovest a est, l'asse Y (negativo) da sud a nord, asse Z verso l'alto. La stessa convenzione dei miei programmi 3D.

Zebrauno, parlando degli esempi 3 e 4, forse intendevi dire che lo sbalzo sul mandrino aumenta lo sbalzo sotto il ponte e non che lo riduce. Altrimenti non ho capito.
A meno di motivazioni importanti che facciano preferire quel tipo di configurazione, preferirei impiegare quella degli esempi 1 e 2, quindi proseguo in questa direzione.

Ricordo che si tratta di un diagramma bidimensionale che evidenzia esclusivamente il posizionamento e la proporzione tra le parti.

cnc_disp_3e_.jpg

Negli esempi 5, 6, 7, il mandrino è esattamente a metà  della corsa utile (75mm, su 150mm totali) e le tre diverse spalle di X, seguono semplicemente la linea delle diagonali.
(troppe linee generano confusione)

Esempio 5.
Partendo dall'esempio 2, ho mantenuto la medesima distanza dei carrelli di Y (300mm), ponendo la vite di X alla stessa altezza.
Ho poi abbassato Z e ponte di X, in modo da tenere giusto un margine di 10 mm, rispetto all'oggetto più alto lavorabile di max 150 mm.
A me sembra che il ponte di X sia comunque troppo basso per una corsa così lunga. O è troppa la corsa per un ponte così.
Immagino non abbia senso limitarsi ad alzare il carrello superiore di X (cerchio giallo), mantenendo asimmetrica la distanza tra vite e carrelli.
A quel punto è forse meglio la configurazione 6.

Esempio 6.
Stessa distanza tra i carrelli di Y (300mm), ma la vite di X è più in alto di 40mm rispetto all'incrocio ideale a quota 300mm.
La vite più alta permette una maggior distanza tra i carrelli di X (interasse 200mm) e un miglior "sostegno" all'intero asse Z.

Esempio 7.
Mantenendo la medesima altezza della vite di X, ho distanziato opportunamente i carrelli di Y per recuperare la proporzione corretta.
Credo sia la configurazione migliore, anche in funzione di uno sbalzo posteriore minimo, delle spalle di X.
Per contro, porta via 40 millimetri di corsa in Y.

Rimane in sospeso la questione del bilanciamento finale, per compensare l'eventuale asimmetria posteriore del ponte di X, rispetto alle spalle di Y.
Non credo di essere in grado di calcolare le variabili citate. Dovrò limitarmi ad un bilanciamento spannometrico?

Lascio analisi e precisazioni al maestro, o a chiunque voglia portare la propria esperienza.
(possibilmente limitando l'estrema sintesi, giusto a premiare l'impegno profuso...)

Zebrauno... ho messo mezza forma di Mustia sulla cattedra, può bastare?

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Saluti,
Marco

[Zebrauno]

Il 7 va bene, lascia pure l'asse del mandrino come si trova, a meno che tu non sia in grado di calcolare esattamente il baricentro delle masse complessive per correggere lievemente l'avanzamento del mandrino rispetto ai carrelli.

Sbalzo sotto il ponte: intendevo dire che piu' il mandrino sporge dalla sua piastra meno sfrutterai la luce libera lasciata sotto il ponte dalla traversa, dunque sprecherai l'altezza di spalla necessaria a produrre quella luce libera, e ti prenderai tutte le oscillazioni in piu' che l'altezza comporta.

ciao

[overlights]

Zebrauno, grazie.


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Saluti,
Marco

[Zebrauno]

Comunque basandosi sul tuo disegno, che va bene cosi' come e' impostato, direi che potresti far avanzare l'asse mandrino ancora del 10% rispetto ai pattini orizzontali.

La chiocciola della Z come l'hai posizionata, in alto, va bene poiche' in quel modo hai contenuto la distanza tra asse vite e asse mandrino. Di solito sarebbe meglio metterla a meta' strada tra i pattini ma nel tuo caso il beneficio maggiore e' nella sua posizione attuale.

ciao

[overlights]

Aggiorno il post, con l'immagine esaustiva delle ultime indicazioni fornite.

cnc_disp_3q.jpg

Piccoli aggiustamenti a parte, il diagramma 8 riassume la configurazione finale, con l'asse mandrino al centro dei carrelli di Y.
La configurazione alternativa (diagramma 9) integra uno spostamento del gruppo di Z di 30 mm. verso sinistra (-Y), portando il ponte di X praticamente a filo del lato destro del quadrilatero (in rosso). In sostanza, il 10% suggerito da Zebrauno.

Alla luce di queste indicazioni modificherò di conseguenza il progetto della mia futura cnc, ma per non abusare di questa sezione (dedicata alla geometria e al set-up delle CNC, in generale), descriverò le future modifiche nel post originario.


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Saluti,
Marco

[Zebrauno]

Vorrei suggerirti un'ultima modifica. La piastra sotto il piano, quella su cui osa il blocco chiocciola, e' bene che sia piu' larga, sfruttando tutta la larghezza disponibile sotto la spalla.
Tieni a mente che sara' lei a tenere in quadro l'allineamento tra le spalle poiche' la traversa superiore, quella su cui scorre il castello Z, non riuscira' ad avere un sistema di fissaggio sufficiente a contrastare le spinte che tenderanno a svergolare la geometria del ponte.

Se per ipotesi eliminassimo la piastra inferiore sotto il piano, applicando una spinta di lavorazione dicentrata rispetto alle spalle, la traversa superiore che unisce le spalle si comporterebbe come se alle sue estremita' ci fossero delle cerniere, non riuscendo a contrastare l'intraversamento del ponte.


ciao