Struttura fresatrice CNC 3 assi

[guido91ra]

Buongiorno a tutti,

come scritto in un topic nella sezione elettronica, sto progettando una fresa cnc 3 assi.
un pò di dettagli:
Struttura a ponte
X 1600/1800
Y 1000/1200
Z 400
Motori brushless
Mandrino 3KW con ATC BT30

Aggiornerò il topic continuamente con immagini del progetto per consigli e punti di vista.

Oggi partiamo da una bozza dall'asse Z:
lunghezza totale 720mm, mandrino escluso che sporgerà di 60mm
corsa 400mm
guide a ricircolo di sfere 20mm
vite a ricircolo di sfere 20mm passo 10
piastra lavorata con spessore finito da 10mm in C40 con saldati tubolari da 50x30x2,6
peso 40Kg per ora

ASSE Z.JPG

ASSE%20Z2.JPG

Considerando una dima di bloccaggio o una morsa da 60/80mm + il Cono BT30 da 60mm + 20mm di utensile fanno già 120/140mm di corsa in meno quindi alla peggio lavorerà a sbalzo di 280/300mm. La lavorazione più pesante che dovrò fare è con una fresa da 6mm ae=6 ap=6 su fibra di carbonio.

Secondo voi può reggere con quel tipo di lavorazioni?

[SWL]

La lavorazione più pesante che dovrò fare è con una fresa da 6mm ae=6 ap=6 su fibra di carbonio.
Secondo voi può reggere con quel tipo di lavorazioni?

Dipende dalla velocità e dalla precisione che vuoi ottenere. Per condizioni "standard" è forse anche sovradimensionata.

Io vedo un oggetto un po' sbilanciato: la struttura è esile perché aperta e con un fattore di forma molto elevato a cui fa contrasto la realizzazione in acciaio e quindi il peso. Certamente uno scatolato di alluminio è più rigido e pesa di meno. Aspettiamo di vedere il resto.

Mi incuriosisce il mandrino: sono quelle le dimensioni di un ATC BT30 da 3 kW? Sicuro?

[Fiveaxis]

Non sono un'esperto di saldature quindi il mio giudizio potrebbe essere opinabile ma una piastra di C45 Sp 10 con una tale superficie a cui saldi quei tubolari temo che avrà deformazioni inaccettabili per una CNC...Hai pensato di fare qualche trattamento di distensione ed, eventualmente, lavorazioni successive? (a quel punto perchè al posto dei tubolari non utilizzare dei listelli pieni?).
Una macchina di quelle dimensioni, secondo me, il peso NON dovrebbe essere un problema...Anzi!

Altra nota: un mandrino BT30 da 3 Kw penserei di fissarlo con un paio di supporti come quelli disegnati...Magari più corti ma distanziati. Così per sicurezza.

Interesante progetto...Sono curioso!

EDIT: nel titolo, "Strutta" sta per "struttura"?

[guido91ra]

Per le saldature pensavo di farle a tratti e prima di fare le lavorazioni meccaniche, farei i trattamenti termici per eliminare le tensioni delle saldature.

Per il Mandrino, si sono le sue dimensioni D:100mm L:409mm, mentre il supporto lo avvolge per 80mm e viene fissato con 6 bulloni M8, sporgendo di 70mm dal supporto un ulteriore supporto sul retro non lo metterei.
Ne ho già un altro uguale e funziona bene senza nessun tipo di vibrazione o cose strane, molto silenzioso. Mi sembra un buon compromesso prezzo/qualità.
https://it.aliexpress.com/item/3KW-ATC- ... eLevelAB=5

Per scatolato di alluminio intendi i profili estrusi?
Io ho cercato in rete come sono fatto gli assi Z lunghi di macchine di questo tipo, ma un immagine con solo struttura non l'ho trovata.
Ho visto quelli fatti al contrario in cui Z è su pattini, ma la vedo più per Z con corse minori o a tavola mobile.

[SWL]

Per scatolato di alluminio intendi i profili estrusi?

No, no... per carità.

Intendevo dire che tutto quel peso potrebbe essere utilizzato in modo migliore. Strutture di questo tipo dovrebbero avere pianta quadrata ed essere chiuse sui quattro lati, giusto per dire.

[guido91ra]

Ok, considera che ancora mancano la piastra superiore che andrebbe a chiudere dove va montato il motore e la piastra inferiore(più sottile) dove attaccare il soffietto.
A parità di spessore secondo te potrei farlo in alluminio? e al posto dei tubolari mettere due piastre in coltello? saldato o imbullonato?

[SWL]

Le guide dovrebbero appoggiare su dei masselli robusti, anche per avere materiale da fresare dopo il rinvenimento. Il resto, magari spessore 8 invece di 10, ma chiuso sui quattro lati, almeno nella zona più bassa, e con una piastra orizzontale sotto. E' questo che dà rigidezza torsionale al sistema. Se puoi fare il rinvenimento, è certamente meglio la soluzione saldata. Sai già che lega utilizzare?

P.S. Belli i mandrini: accettano anche reni o polmoni in pagamento?

[guido91ra]

ASSE Z sez.JPG

Qui avevo già pensato di fare una superficie lavorabile e in una delle due un piano di riferimento per l'allineamento, e l'altra guida allinearla al

ASSE Z3.JPG

Così in alluminio pesa 32kg con piatti laterali da 15mm mentre la piastra è sempre 10mm.
Come lega di alluminio se si deve saldare la 6061 sarebbe la migliore, secondo me. Tra l'altro ho il piano dell'altra fresa cnc da 700x1200x35 in 6061, tra il materiale e farla spianare sopra e sotto, fori di fissaggio e 11 cave da 10 per tutta la lunghezza del 1200 ho speso 1075€.

Posso far saldare sia acciaio che alluminio e stessa cosa per i trattamenti termici.

Ti posso assicurare che sono puntigliosi nei pagamenti, però reni o polmeni non saprei.

[Fiveaxis]

Dico la mia da strutturista dilettante , perchè non pensi a prendere il mandrino flangiato e crei uno scatolato, miglioreresti la rigidità...Tipo la soluzione adottata in questa CNC, per realizzare la testa.
Per la struttura invece, secondo me, in questo progetto ci potrebbero essere degli spunti interessanti...

[guido91ra]

Ho cercato un mandrino flangiato, ma c'è dai 5,5Kw in su, mentre per un 3kw con cono BT30 c'è solo così

Alla fine dei conti con la copertura che voglio farci verrebbe simile a quello che mi ha postato, ma sarebbe 2 pezzi diversi che si unirebbero con le vite.
la copertura pensavo di farla in fibra di carbonio da 3mm così davo ulteriore rigidità.

Avevo pensato di fare tutta la struttura di Z in fibra di carbonio, ma ho dubbi sul accoppiamento carbonio-acciaio per quanto riguarda le dilatazioni termiche.

[Bender]

Ma i materiali compositi come si comportano con le vibrazioni?
La massa delle strutture metalliche svolge anche la funzione di smorzare e non solo quella di garantire rigitià.
I compositi come il carbonio oltre a fornire rigidità hanno questa caratteristica?

[guido91ra]

Ciao bender,
Dipende dal tipo di fibra utilizzato, dal tipo di resina e dallo spessore.
Diciamo che per esperienza le vibrazioni sono eliminabili andando a lavorare su quei fattori, i problemi maggiori invece sono la quasi assenza di dilatazione termica, infatti quado si accoppia composito e metallo si va sul titano per evitare il distacco tra i due o in alcuni casi la rottura del composito.
L'altro problema non da poco è fare lavorazioni meccaniche, perché andando ad asportare delle fibre in alcune zone vai a cambiare le forze interne al pezzo e di conseguenza si sposta.
Esempio ho una lastra, la spiano da un lato per avere una superficie piana e planare. Con più la lavoro con più si imbarla verso il lato spianato. Quindi anziché un superficie piana otterrai una U.
Per ovviare a questo problema si ricorre a spessori importanti e ad alcuni tipi di fibra...ma non è del tutto certo il risultato.
Ultimo punto la fibra di carbonio tende ad usare i metalli come anodi, dipende dalle condizioni dell'ambiente ma in generale tende a farlo.
Io che lo freso usando acqua distillata ho problemi seri di corrosione sulle ghiere e nel cono porta utensile. Non fa ruggine ma fa proprio i buchi.

Comunque in questa macchina non credo che lo userò ma lo sfizio di farne una solo in carbonio me lo voglio cavare per vedere tutte le problematiche applicate e capire come andarle a correggere.

Buon Natale a tutti.

[Bender]

Grazie delle risposte!
Mi pare di capire che siete dei professionisti delle lavorazione della fibra, complimenti!

Per quanto riguarda la flangiatura del mandrino non penso che ci siano problemi a realizzarla in un successivo momento.
Vedo che in alcuni modelli la flangia non è un corpo unico con il resto dell'elettromandrino, ma viene collegata mediante filettatatura e poi magari rilavorata.
Immagino per risparmiare evitando di partire da un diametro troppo grande di materiale da lavorare.
Anche una soluzione con la flangia calettata (tipo calettatori conici) al resto del corpo può funzionare bene a patto che ci sia una base spessa sotto.

Come di hanno già consigliato una struttura tubolare per l'asse Z è buona cosa.

[guido91ra]

Domani mi rimetto dietro al progetto, pensavo di seguire la strategia delle lamiere inscatolate con i vari rinforzi, avendo la possibilità di saldare a filo e poter fare i trattamenti termici. Inoltre posso anche fare qualche analisi fem veloce per vedere i punti deboli e le deformazioni.
Io per ora ho considerato di spingere 150kg sul utensile per il dimensionamento dei motori, ma forse è eccessivo.

Bender se hai altri dubbi chiedi.

[guido91ra]

I nuovi aggiornamenti dell'asse Z.
L'interasse delle guide è di 140mm la corsa effettiva è di 400mm. L'altezza totale dell'asse è 730mm con un peso di 47,5kg escludendo Vite, supporti e motore. Per il dimensionamento del motore avevo contato 60kg dell'asse completo motore escluso, quindi ho ancora circa 10kg di margine nel caso ci siano da fare modifiche o aumentare degli spessori.

Qui si vede tutta la copertura in fibra di carbonio sp 2mm, imbullonata alla struttura. Oltre a fare da copertura, essendo da 2mm, irrigidesce anche la struttura

ASSE-Z-Rev1-2.JPG

Questa invece è una panoramica della struttura, le lamiere sono da 3/4/5mm in base alla loro posizione e funzione. Saranno tagliate al laser, saldate a filo e sucessivamente si farà la normalizzazione per eliminare le tensioni dovute alle saldature e stabilizzare il materiale.

ASSE-Z-Rev1-3.JPG

Qui invece ci sono due foto che mostrano un pò di dettagli in più, ho previsto uno sportellino nella piastra posteriore per poter ispezionare la chiocciola della vite e anche per facilitare il montaggio e l'allineamento di chiocciola e relativo supporto.

ASSE-Z-Rev1-5.JPG

ASSE-Z-Rev1-4.JPG

Questa invece, mostra in dettaglio la parte posteriore, dove andranno saldate le piastre per le guide e i supporti vite, che dopo il trattamento termico verranno fresati. In un supporto di una guida ho lasciato una battutta di riferimento per facilitare l'allineamento.

ASSE-Z-Rev1-1.JPG