MEQ - CNC a tre assi in quarzo epossidico.

[overlights]

Questa è sostanzialmente la terza versione di CNC che presento al forum. Critiche permettendo, spero sarà  quella definitiva.
Dopo un primo progetto poco equilibrato, un secondo senz'altro migliore ma più complesso e impegnativo, ho rivisto le mie necessità , ridotto le corse e avviato il terzo progetto con l'obiettivo di contenere i costi (se possibile, impiegando materiali e attrezzature di cui già  dispongo) ma senza sacrificare troppo in termini di precisione e solidità .

Per il nuovo progetto ho preso spunto sia dalla Roland MDX-40 (per la sua linea compatta e per il completo isolamento della zona di lavoro), sia da un prototipo in granito epossidico di Thomas Zietz, datato 2007 e descritto nel sito come obsoleto.
http://thomas-zietz.de/gal_fs1mg.html
A differenza di Mr. Zietz che ha tenuto base e Gantry della stessa larghezza, stringendoli poi tra le spalle, ho preferito un appoggio delle spalle direttamente sulla base e un appoggio laterale alto 30 mm. Il Gantry incorpora interamente l'asse X. Come una trave appoggia direttamente sulle parti fresate delle spalle ed è fissato a queste ultime tramite viti. Queste soluzioni dovrebbero facilitare la messa in squadra della macchina, permettendo la lavorazione delle sedi di ciascun blocco con un unico piazzamento.
Oltre questo, la mia geometria permette una copertura completa della macchina a filo con la struttura (eccettuato per la parte superiore del gruppo mobile di Z, che ne avrà  una separata). Per la copertura frontale avevo pensato al lexan, opportunamente sagomato e incernierato.

Nelle immagini, le parti in quarzo epossidico sono sono in verde, l'alluminio in blu, l'acciaio in rosso.

MEQ_cnc_1f_solid.jpg

MEQ_cnc_1f_transp.jpg

Descrizione:
CNC a ponte fisso a tre assi (con 4° asse già  abbozzato) realizzata in *"quarzo epossidico", con armatura e supporti in acciaio.
Movimentazione a ricircolo di sfere (ma anche TPN andrebbero benissimo), guide e carrelli da 20mm, viti da 16x5mm e motori step in presa diretta per tutti gli assi. Corse 440 x 280 x 120-130 mm. con la possibilità  di spostare in alto il supporto mandrino per fresare particolari fino a 150 mm. di altezza ( = passaggio massimo sotto al ponte). Il mandrino è il classico Cinese raffreddato ad acqua da 2,2KW.

MEQ_cnc_1f_exp.jpg

L'impiego del quarzo epossidico per la struttura, dovrebbe portare ad una macchina decisamente rigida, con un buon smorzamento delle vibrazioni, basso coefficiente di dilatazione termica (inferiore a quello dell'acciaio ), peso specifico ridotto (circa 2,35 Kg/dm3) ad un costo del composto relativamente basso (circa 2,5 €/dm3).

* = Gli interessati al quarzo epossidico possono cominciare leggendo un paio di discussioni specifiche di un po di tempo fa. Contengono anche link utili ad ulteriori approfondimenti.
https://www.cncitalia.net/forum/viewtopi ... 25&t=35667
https://www.cncitalia.net/forum/viewtopi ... 4&start=45

Come si vede nelle immagini, non ho ancora impostato l'armatura delle spalle. Ho ancora molti dubbi su quale sia il modo più adatto di armarle.
Al momento ho solo previsto il completo disaccoppiamento di questi elementi tra loro: - Supporti dei piedini - armatura interna e battute di assemblaggio dei vari blocchi - supporti di ancoraggio (di guide, viti, motori). In sostanza, le vibrazioni che dovessero generarsi in uno qualunque di questi gruppi, non potranno trasferirsi "via acciaio" anche agli altri elementi, perché isolati dal granito epossidico.
Con meno vibrazioni trasferite e un buon fattore di smorzamento, si dovrebbero raggiungere migliori condizioni di lavoro per le frese, che taglieranno meglio (= finiture migliori) e si consumeranno meno rapidamente.

Mi sono dato fino alla fine di settembre per definire il progetto. Poi devo passare alla realizzazione.
Qualunque suggerimento sarà  il benvenuto.

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Saluti,
Marco

[claudio.lorini]

Veramente un bel progetto. ti seguo con interesse!

per la preparazione dell'epg hai gia fatto delle prove?
Sul thread (di lunghezza infinita) su CNCZone ci sono un milione di formule diverse...
Anche come attrezzature non sono riuscito a capire se per ottenere dei risultati soddisfacenti basti
una tavola vibrante o sia necessario il vuoto....

in bocca al lupo! C.

p.s. l'unica cosa che non mi convince del tutto è la realizzazione del piano di lavoro in epg
ed il metodo di fissaggio dei carrelli: i fori pensavi di farli 'di stampo' o forando a macchina?
Penso che la lavorazione dell'epg sia un vero 'P.I.T.A.'

[pollopopo]

Veramente molto interassante questo quarzo epossidico... una curiosità  come valori di rigidità  e durezza rispetto all'acciaio c40 come e messo? Comunque in sostanza una costruisce l'armatura lo stampo e fa la colata ? Perche potrebbe essere utilissima nella reazizazione della c (la struttura portante dell'asse z e della tavola croce avrebbe come forma una c) di una CNC con tavola croce che volevo realizzare....il tutto costerebbe molto meno avendo il vantaggio di costruire tutta la struttura in un elemento singolo evitando di dover riposizzionare su una CNC ogni singolo pezzo per costruire la struttura e dover eseguire mille fori e filettature necessarie e quindi risparmiando un sacco di soldi...

L'armatura la custruirei con acciaio saldandolo e poi forando in maniera larga i punti di fissaggio generali di tavola e asse z della cnc...

[dany-dm]

ciao, stavo anch'io valutando delle soluzioni con questo materiale.

perchè non fai anche tutto l'asse Y e Z in quarzo eposidico? tieni conto che se il quarzo eposidico ha una bassa dilatazione termica, circa la metà  dell'acciaio cioè 0.000005, l'alluminio è 5 volte superiore. se come nel mio caso hai escursioni termiche tra pausa invernale ed estate di circa 30 gradi, calcolando una distanza tra i cuscinetti di circa 200mm hai una differenza di dilatazione di circa 0.14 mm... i cuscinetti a ricircolo potrebbero rovinarsi.

[pollopopo]

La rigidità  torsionale guardando un po non mi pare sia uguale a quella della ghisa o comunque di metalli duri e quindi mi ritroverei con una struttura solida una tavola croce in ghisa solida ma un asse z che lavorando acciaio potrebbe flettere molto...il mio interesse di questo materiale riguarda il fatto di poter fare grosse strutture con forme anche partolari per migliorare la rigidita senza giunzioni particolari lavorando solo i punti di interesse quindi risparmiando un sacco di soldini...

Per quanto riguarda le differenze termiche cercherò di smorzarle quanto più posso...

Una cosa ma inserendo una armatura i differenti gradi di dilatazione termica non portano a qualche deformazione a lungo andare?

[dany-dm]

Non si deforma se l'armatura è ben inglobata e centrata nella resina.
Se tu hai un foglio di un materiale e uno di un'altro attaccati assieme allora si deformerà¡. La deformazione può essere trascurabile a seconda delle lunghezze e del rapporto di spessore. Oppure fai un panino.

[pollopopo]

No il tutto verrebbe inglobato come mi sembra piu ovvio.... me gusta come idea... se riesco a trovare le caratteristiche meccaniche di questa resina abbozzo un progetto della struttura e ne faccio una simulazione sotto carico statico per avere una idea delle flessioni... verrebbe fuori una teorica z di 60 quindi deve essere tutto molto ma molto rigido in particolare anche l'asse z

Overlights hai per caso le caratteristiche tecniche sotto mano perche zio google non le trova...

[btiziano]

Ciao overlights,
complimenti per il progetto.
Osservandolo non sò perchè ma mi fa pensare ad una struttura in acciaio.
Realizzare questo progetto in acciaio pieno, con dei riferimenti certi fatti da fresatori professionisti vorrebbe dire avere una macchina in grado di lavorare tutto !
Ovviamente non ti voglio portare fuori strada, ma se è la tua macchina, quella definitiva, io ci farei un pensiero.

Predisponi sul progetto i soffietti di protezione, darebbero un tocco di bellezza e di praticità  in più, magari sull'asse inferiore potresti ricreare 2 tappi frontali dove ancorarli.

Cosa ne pensi?

Buon lavoro.

[overlights]

Grazie Claudio,
Personalmente, di formule non ne ho trovate molte in quel thread. E comunque relative a tipologie di inerti che non possiedo o non esattamente. Tra un attimo spiego meglio. Poi... i fori devono essere fatti da stampo. Forare il granito non sarà  semplicissimo e ovviamente non si può filettare. Per quanto potrò imposterò tutto da stampo. Il ponte mobile in EG è un pezzo interessante, ne parlerò più avanti.
(PS: Piadina Greca a parte... non ho la più pallida di cosa sia una P.I.T.A. Mi illumini?)

Ciao btiziano!
Tutta in acciaio dici? Penso non peserebbe meno di 500-600 Kg, quindi oltre l'omologazione della mia Gruetta. Certo, avendo a disposizione la tua meravigliosa officina e tutte le tue macchine, sul granito epossidico non ci perderei un secondo (o anche si...), ma non possiedo ne la prima ne le seconde. Ho giusto una certa esperienza nella realizzazione di stampi, 350 Kg di inerti, 25 Kg di resina epossidica di prima qualità , un piano vibrante che ho costruito questo inverno e volendo (ma per l'EQ non servirà ...) anche una pompa per il vuoto che lavora impeccabilmente dal 1995.
Partendo con questi ingredienti, una macchina in EQ mi sembra quasi la naturale conseguenza.
Si, per l'asse X avevo pensato ad un soffietto. Il fatto che la vite sia quasi totalmente incassata nel Gantry dovrebbe semplificarne la geometria.
Ciò che mi preoccupava di più era come proteggere la vite di Y da spruzzi diretti di refrigerante, ma credo di avere risolto. Userò una coppia di molle a spirale di protezione. Nel modello se ne vede solo una, l'altra andrà  opposta. Le guide dovrebbero essere meno delicate, anche per via delle tenute. Ho comunque già  modellato una piccola vasca di contenimento che circonda il piano mobile, giusto per arginare un bel po di spruzzi. L'idea è che attraverso dei fori possa scaricare il refrigerante direttamente sul piano sottostante, e di li via per lo scarico principale.
Per la lubrificazione ho previsto moduli auto lubrificanti E2 (Hiwin) per tutti i carrelli. Nel 3D ho già  considerato gli ingombri aggiuntivi. Al pelo, ma ci stanno.
Altro paio di maniche le chiocciole, perché avendo incorporato i supporti vite nella corsa degli assi non avrei margini per i moduli auto lubrificanti.
Domanda: Potrei lubrificarli per caduta (evitando lunghi condotti e pompe apposite), semplicemente realizzando un piccolo serbatoio d'olio nelle vicinanze, magari integrato e incassato nella struttura (uno dei vantaggi dell'EQ), giusto appena più alto del centro della chiocciola?
Trovo che l'accessibilità  delle parti (e dei punti di fissaggio / regolazione) sia un lavoro di pianificazione assai più complesso della disposizione di viti e guide.


Dany-dm,
Se il suggerimento di fare tutti gli assi in EQ era rivolto a me, ti dirò che ci ho pensato a lungo e avrei anche qualche idea. E lo preferirei anche per il motivo dei diversi coefficienti di dilatazione, come ricordi anche tu. E si, l'accoppiamento ideale è proprio a sandwich (acciaio - EQ - acciaio) e il più simmetrico possibile. Per contro, fare l'asse Z in quel modo è più complesso.
Certo, avendo competenze, macchine e officina di btiziano (hem... ) farei un guscio - sandwich - parziale in acciaio (per la solidità  dell'insieme) interamente riempito di EQ, che apporterebbe leggerezza ed elevato smorzamento. Tutto bilanciato in modo che il peso complessivo non superi un analogo in alluminio. In quel caso le differenze di dilatazione sarebbero quasi trascurabili, perché tutte nel range acciaio - EQ. Poi, credo non abbia molto senso considerare un'escursione termica così ampia (40°C) per il fatto che la condizione di partenza sta circa nel mezzo (circa 20°C). Non lavorerò mai a 0°C e difficilmente la macchina arriverà  a temperature così basse anche da spenta. L'escursione maggiore si ha a salire. Ho calcolato un incremento massimo di 20°C, quindi un temperatura ambiente fino a +40°C.
Il mio calcolo è stato questo: Acciaio, circa 0,0108 - Alluminio 0,0234 - EQ (supponiamo) 0,005 mm/m/°C (millimetri di dilatazione, per metro lineare, per °C di variazione).
Nel caso dell'accoppiamento peggiore (Alluminio - EQ) la differenza di dilatazione trai due sarà  di: 0,0234 - 0,005 = 0,0184 mm/m/°C
L'interasse tra le guide di X è di 160 mm.
Quindi 0,0184 x 0,16 = 0,002944 (scostamento in mm/160mm/°C). Moltiplico per 20 (l'incremento di temperatura massimo) e ottengo 0,0588 (mm/160mm/20°C di variazione).
Diciamo circa 6 centesimi di scostamento a 40°C, solo 3 se stiamo lavorando a 30°C. Non sembra moltissimo, ma non è neppure poco. Btiziano, tu che ne pensi?

Pollopopo,
Ho la sensazione che i link di approfondimento sul quarzo epossidico ti siano sfuggiti. In uno degli interventi spiego bene che "LA" formula di quarzo epossidico è aleatoria quanto la formula del pane. Non ne esiste una già  pronta e chi possiede buone formulazioni preferisce realizzare manufatti, guardandosi bene dal rendere pubbliche le formule (direi giustamente). Vuoi specifiche tecniche di una formulazione tra le mille possibili? Cerca il documento "Anocast.pdf". Per semplificare, riporto io le principali caratteristiche del materiale:

Density - 2.32 g/cm3
Compressive Strength - 110-117 MPa
Tensile Strength - 15.2 MPa
Flexural Strength - 17.2 MPa
Young’s Modulus - 35,982 MPa
Poisson’s Ratio - 0.23 0.23
Thermal Expansion - 16.9 x 10-6 mm/mm/°C
Thermal Conductivity 0.244 W/cm °C

Dati totalmente inutili senza formula e componenti impiegati, e soprattutto senza una precisa procedura di lavorazione.
Se hai già  quel tipo di esperienza e conoscenza, allora la realizzazione in sé è abbastanza economica. Ma non lo è arrivare a quel punto.
Vorrei anche ricordarti che questo è un post su di una macchina precisa, pubblicato non per orgoglio ma per avere consigli specifici su aspetti importanti che ancora non sono risolti (come la questione di come armare). Le domande si scrivono facilmente, risposte esaurienti richiedono invece molto tempo (come vedi).
Sono aperto a qualunque intervento purché sia costruttivo e inerente il progetto. Commentare più volte al giorno tipo chat, sviando il discorso per girarlo sulle tue esigenze e sul tuo progetto, trovo sia poco rispettoso, oltre che OT. Per apprendere e valutare non è indispensabile intervenire. E' il bello del forum...

Alcune note tecniche della mia esperienza con la lavorazione del granito epossidico, nel prossimo post.

_______
Saluti,
Marco

MEQ_cnc_1f_front.jpg

MEQ_cnc_1f_right.jpg

Piano_vibra.jpg

[graziano69]

Complimenti,
complimenti per l'iniziativa, ti seguo anche io con interesse.

Ti faccio un paio di domande:

-Il quarzo epossidico può essere miscelato con qualunque tipo di inerte?
-A parte gli inerti, il quarzo epossidico in questione quanto costa al kg. ?

Ciao
Graziano

[Garkoll]

Graziano, il quarzo epossidico non è altro che sabbia di quarzo + resina.
Se ci misceli altro cambia il nome ma puoi!! infatti il tipo del link iniziale utilizza varie granulometrie per ottenere la migliore struttura.

Io tempo fa ne presi per fare alcune prove ma mi sono fermato sul posizionamento degli attacchi e la loro precisione.
In merito a questo volevo capire come overlights riesce a realizzare la struttura, non ho conoscenze in merito e una persona con esperienza fa comodo!!


Ultima domanda che volevo sapere è la tavola scanalata la farai in acciaio ghisa o quarzo?

grazie

[silvermoon]

Complimenti per il progetto e vedo che la realizzazione prende una bellissima forma, ti seguo con molto interesse.

Complimenti...

[claudio.lorini]

...(PS: Piadina Greca a parte... non ho la più pallida di cosa sia una P.I.T.A. Mi illumini?)...

...è un acronimo di un modo di dire inglese che in modo elegante si traduce in quello che hai detto anche tu:
"Forare il granito non sarà  semplicissimo e ovviamente non si può filettare"

[graziano69]

Ciao Garkoll,
mi fa piacere sentirti.

Per Garkoll

Tempo fa ti sei fermato: nooooooooo, perchè, potevi riposizionare, spianare e incollare.
Per le resine ed il marmo vendono gli inserti filettati, avendo il piano pronto è possibile creare degli alloggi per gli inserti in prossimità  delle viti.
Fammi capire una cosa, il quarzo in questo caso è considerato un inerte quale potrebbe essere lo strand di fibre di vetro,le microsfere o piuttosto la polvere di graphite oppure fa parte della formula chimica?

Per Overlights:
-quando parli di consigli sull'armatura ti riferisci ai materiali da inserire nei vari punti critici oppure agli inerti da inserire nello stampo?
Se la struttura la vuoi realizzare come singolo blocco senza riprese incollaggi ecc penso che sei costretto a realizzare prima una struttura (anche leggera in acciaio) con già  inserite le filettature ecc. Se invece vuoi creare i singoli componenti ed assemblarli, ti servono solo dei rinforzi sulle battute e nelle parti filettate come hai già  previsto in rosso nel disegno.

La difficoltà  in questo secondo tipo di esecuzione però mi sembra non tanto la scelta dell'armatura quanto il posizionamento dei pezzi e penso che l'unica soluzione per ottenere precisione sia creare il componente armato,rettificarlo e poi montarlo.
Questo però presuppone piani di appoggio micrometricamente perfetti e squadre e comparatori di alta precisione.

Io avevo pensato molto alla soluzione in materiale epossidico e avendo spazio e strumenti lo farei subito.
In assenza di ottimi strumenti e attrezzature opterei per la prima soluzione e cioè creare/farmi creare una struttura leggera di precisione (perfetta ed in grado di sopportare lo sballottamento durante le successive lavorazioni), posizionerei la struttura su un banco e poi creerei degli stampi intorno alla stuttura per poi colare il composito scelto.

Spero che questo ti possa far venire ulteriori idee.

[dany-dm]

si, il primo post era riferito a te.
non mi sembrava difficile fare anche gli altri carri in eposidico ma anche così dovrebbe andar bene.
L'escursione termica di 30 gradi la avevo calcolata considerando i 40 gradi estivi e i 10 gradi in inverno (il lunedì mattina) trascurando che durante le pause invernali la temperatura interna arriva anche a 5 gradi. In oltre le guide in estate si scaldano per effetto scorrimento, non so di quanto ma stimo di 3-4 gradi.

Le guide della hiwin serie HG supponiamo da 20 senza precarico, tollerano una non parallelità  di 2,5 centesimi mantenendo una buona fluidità . Non conosco la tolleranza "statica" (ammesso che che non sia la stessa) ma nei miei calcoli preferisco stare sempre al di sotto dei valori "dinamici" per evitare possibili deformazioni durante i periodi limite (macchina ferma in pausa invernale - macchina in lavoro in estate). Tuttavia se faccio il setup con 20 gradi, posso considerare solo il "delta t" positivo, dimezzando la dilatazione termica.