Retrofit Cielle Star 50x35 Again (new machine)

[odino87]

Ebbene sono di sono qua per vedere di dare ordine ai miei pensieri ed opere da fare.
All'epoca (ormai quasi 2 anni fa direi) avevo ordinato delle cielle Star 50x35 dalla Cielle stessa (chi mi ha seguito sull'altro post sa già questa cosa) e me ne è rimasta un'altra.
Questa era messa molto peggio, aveva problemi nello scorrimento degli assi per via delle viti/chiocciole impastate (vedrete poi in seguito lo stato) ed in parte l'ho usata come pezzi di ricambio (ho tolto i cuscinetti star dall'asse X per usarli come ricambi per l'altra macchina).

Avendo avuto qualche pomeriggio libero con la scusa di fare ordine ho deciso di completare il take apart della macchina in questione.
Ho smontato quasi tutto quello che potevo smontare così da poter analizzare anche come poter sostituire le varie parti ed o apportare modifiche.

Come si può vedere dalle foto ho separato il basamento sia dalle colonne laterali che dal piano di lavoro che dal ponte.

Poi piano piano procederò a descrivere meglio lo stato delle singole parti, ma intanto posso dire che la chiocciola del piano di lavoro era andata (si era spezzata in due) così come una delle chiocciole della Z.
Quella della X e dell'altra Z sono salve.
Le barre di scorrimento della Z sembrano aver sofferto nella parte bassa, mentre quella della X hanno delle macchioline nere piccolissime che però non si sentono al tatto.

Voglio dire che come obiettivo mi pongo quello di rimettere la macchina in funzione togliendo il cassone nero e facendo un cablaggio in box a parte.
Devo valutare se lasciare tondini rettificati o modificare e mettere delle guide lineari con relativi pattini.
Un must sarà quello di convertire a viti a ricircolo di sfere (avevo visto dei buoni prezzi per lunghezze standard da sorotec) ed il passaggio a motori nema 23 closed loop (li sto usando per un cliente e ne abbiamo già presi 18 e stanno lavorando benissimo).

[odino87]

le barre dell'asse Z sono da 20mm di diametro con lunghezza 500mm.
Nella parte bassa sembrano aver sofferto e hanno delle incrostazioni.
I fori di fissaggio delle colonne della Z sono M8, e sono disposti ai vertici di un rettangolo di misure 115x40mm.
I cuscinetti delle barre dell'asse Z (quelli che sono nelle spalle del ponte) li devo ancora rimuovere per vedere la sigla adatta ed eventualmente trovare il sostituto ma cercando su qualche catalogo penso possano essere dei KH 20 30.
Le barre sono tenute bloccate in basso da 2 grani ed in altro semplicemente vincolate con una piastrina che serve da allineamento per la guida di scorrimento e per la vite (ha un cuscinetto che ha la funzione di supporto vite non vincolato).

Mi piacerebbe tenere il sistema a ponte che sale (mi sto trovando bene) ma potrei valutare anche di rifare le spalle e tenere il ponte bloccato in alto ed avere l'asse Z che sale e scende dal carrello della X (un asse Z più o meno lungo da decidere).

Una delle due colonne, non so se si vede bene dalla foto, sembra abbia avuto un problema durante il processo di fusione ed è come se ci fosse una crepa nel metallo, ma non so valutare quanto possa essere dannosa dato che dall'altra parte non si vede. E di certo non provo a prenderla a martellate per provare la tenuta del metallo... Comunque ha retto tutti questi anni e penso possa reggere ancora.

Nell'ipotesi di tenere le colonne attuali e quindi un sistema di scorrimento Z basato su tondini cementati quelli attuali li devo cambiare.
I cuscinetti della Z sono comprimibili quindi lasciando il ponte attuale non ci sarebbero problemi a farlo funzionare ed a regolare il gioco
Vorrei passare ad un sistema con doppio motore per la Z (così in caso posso avere anche una regolazione tra i due estremi) ed usare delle SFU1204 per movimentare il tutto. Per fare questo dovrei rifare le piastre superiori delle colonne (scusate ma nelle foto non si vedono) così da poter ospitare i motori ed il supporto fiso della vite SFU1204.

Tra le altre ipotesi abbiamo la conversione del sistema di scorrimento cambiano i cuscinetti ed utilizzando degli SCS20 (ne ho 4 avanzati da un vecchio progetto cnc presi proprio da CNC store) ma in tal caso dovrei rifare la spalla del ponte e quindi rifarlo completamente. Questo porterebbe ad un cambio radicale della CNC.

Altra ipotesi è il cambio delle colonne e passare ad un sistema scorrimento con guide lineari ed SFU1204 (questo mi costringerebbe a rifare completamente il ponte).

Altra ipotesi sarebbe quella di cambiare le colonne e di utilizzare un sistema veramente a ponte fisso, e spostare l'asse Z sul carrello della X.
Attualmente sull'altra Cielle ho una luce sotto il ponte di circa 180mm e vorrei vedere di avere sempre qualcosa di simile anche su questa macchina. Con il ponte che sale in Z è più facile mentre con un singolo asse Z posto sul carrello questo asse avrebbe molta escursione. Renderebbe forse più facile la gestione dell'asse Z senza vere troppe rogne con il doppio motore.
Nel caso di rifacimento del ponte con uno nuovo penso lo metterei in verticale invece dell'attuale orizzontale. Renderebbe anche più facile gestire un asse verticale singolo.

Riassumendo. La soluzione più economica, con meno stravolgimenti strutturali sarebbe quella di cambiare solo i tondini cementati e montare le viti SFU120. Questo mi implica di lasciare la struttura base del ponte come si trova attualmente.

[Scj]

Le due torri laterali danno rigidità.
Io le terrei.

[odino87]

Allora continuerò con le varie ipotesi di rimessa in modo considerando di lasciare le due colonne originali, cambiando le barre cementate (se quelle originali risultassero troppo andate le riprendo nuove) ma montando poi delle SFU1204 per la movimentazione dell'asse verticale.

[PumaPiensa]

Se con le 1204 intendi le classiche cinesi è un terno al lotto . Vanno dal "utilizzabile" al "cesso" a seconda della voglia del cinese che le ha realizzate. Lo dico perchè ne ho provate alcune. Rischi di avere meno precisione che con delle trapezoidali di qualità e chiocciole auto costruite. Per la movimentazione preferisco sempre il motore unico con cinghia, poi con delle ricircolo va ancora meglio.

[odino87]

Per le viti a ricircolo pensavo di prendere la serie blu sa sorotec.
Hanno da 1204 fino a 2010 mi pare.
La serie blu è la più economica mentre la serie verde è più costosa. dovrebbe comunque essere buona per i miei utilizzi.

Dovrò chiedere loro maggiori delucidazioni a riguardo.

[odino87]

Allora continuo a ragionare dal punto di vista puramente teorico.
Mettiamo come ipotesi di partenza di tenere le colonne originali.
Questo mi implica di tenere anche la struttura del ponte della X originale con le sue spalle.
Se non sono buoni cambierò i cuscinetti della Z, mentre le barre le cambio sicuramente.

Partiamo con il pensare come cambiare il sistema di scorrimento del ponte della X.
il ponte è composto da 3 pezzi fondamentali, cioè le due spalle e la traversa centrale.
Il tutto è imbullonato con 2 viti per parte (nemmeno tante alle fine) con offset di 45mm l'una dall'altra.
I tondini cementati sono diametro 16mm lunghezza 655mm con fori distanti 100mm l'uno dall'altro e la distanza del foro iniziale dal termine barra è circa 27.5mm (perchè ci sono 6 fori distanti 100mm, quindi avanzano circa 27.5mm per parte).
Il foro dove passavano le viti della Z è circa 15mm quindi potrebbe passarci senza grossi problemi una SFU1204 in caso di conversione.

Come potete vedere dalle foto ho già fatto (per prova) delle piastre di conversione per poter montare un sopporto lato fisso per vite SFU1605 e poter montare il relativo nema 23 (anche se questo viene più distante ma poco importa). Devo dire che le piastre fanno il loro lavoro senza lode e senza infamia. Stavo pensando di adottare il meccanismo usato su alcune isel che ho avuto tra le mani e cioè di non mettere il supporto vite all'altro estremo la lasciarlo non vincolato. Queste piastre mi servono anche come prova per poter convertire "al volo" l'asse X dell'altra cielle che sta lavorando con una vite a ricircolo in caso di bisogno.

Ho provato a far scorrere sulle barre (quelle originali bosch) un cuscinetto SBR16UU preso da cnc store (marca NBS se ricordo bene) ma mi pare abbia un pelo di gioco se provo a torcerlo. Magari è solo un'impressione mia e mettendo comunque 4 cuscinetti (magari leggermente in tensione) il gioco dovrebbe annullarsi.

Potrei anche pensare di prendere le SBR16 da CNC store, rimuovere il supporto sottostante ed avvitarle al posto di quelle vecchie. Solo che le SBR16 hanno i fori sottostanti ogni 150mm invece che ogni 100, quindi dovrei rifare alcuni fori fissaggio altrimenti ne avrei solo 3 e mi sembrano pochi sinceramente. Inoltre le viti di fissaggio delle SBR sono M6 contro le M5 usate sulle Bosch.
Un'altra soluzione potrebbe essere quella di cambiare il sistema di scorrimento e di mettere delle HGR15 con fori ciechi (cioè avvitate da sotto). Anche qua dovrei rifare dei fori dato che quelli della guida sono ogni 60mm, ma la guida da 15mm sarebbe in appoggio dove ora risiede il tondino ed i pattini serie 15 hanno comunque più stabilità rispetto a quelli SBR.
Il tondino era in appoggio sulla struttura in alluminio e calava leggermente nella cava. In caso di una guida linera HGR15 questa starebbe in appoggio solo sulle due creste e non so quanto possa essere una buona cosa. Ho il timore che solo le due creste siano poche per garantire che la guida non slitti di poco durante la lavorazione per via delle vibrazioni. O magari mi faccio delle pippe inutili dato che ci sarebbero 10 viti per guida lineare tenerla bloccata.

[odino87]

Penso di aver trovato una soluzione veloce.
Devo controllare le barre di scorrimento a modo, ma se sono buono penso di poter prendere i TBR16 da cnc store. I TBR hanno la flangia larga di fissaggio ed hanno anche un grano laterale per regolare la pressione del cuscinetto sulla barra.
Devo solo vedere se la flangia larga di fissaggio non da noia nello scorrimento dell'asse Y.

Proseguiranno aggiornamenti

[odino87]

Sono arrivati i due cuscinetti che ho preso come campioni da cnc store.
Ottima fattura devo dire ed anche il contatto con le barre originali è ottimo! niente gioco.
magari quel cuscinetto precedente che avevo preso era difettato.

Comunque ora ne devo ordinare altri per poter avere il set per convertire i sistemi lineari della cielle.

Leggendo la documentazione del catalogo ISB ho notato però che i fattori di capacità di carico sono
SRB16
C 590N C0 910N
TBR16
C 392N C0 490N

C dovrebbe essere la capacità di carico dinamico mentre C0 quella di carico statico.
Da quello che ho capito sono il carico massimo permissibile prima che le sfere si deformino. Ma come le valuto esattamente?
Da quel poco che ricordo di fisica fatta il primo anno di Università (ormai son passati più di 10 anni) mi pare che 490N corrispondano a circa 49Kgf, cioè alla forza che 49Kg di massa riescono ad applicare grazie alla gravità.
Questo vorrebbe dire che se applicassi più di 49k di peso statico su di un cuscinetto le sfere di questo si deformerebbero.

Il peso del piano di lavoro è indicativamente 15kg direi, forse più.
Il peso scarica su 4 cuscinetti (2 per guida) quindi da quel punto di vista non ci dovrebbero essere problemi.
Se considero di 4 cuscinetti in teoria dovrei poter applicare 200kg circa compreso piano prima di deformare le sfere o il cuscinetto.
Con la versione SBR invece è quasi il doppio, cioè quasi 370kg prima di avere deformazioni.

Tutto questo per arrivare a dire che non se usare o meno i TBR per il piano di lavoro.
Per l'asse X avevo già pensato di usare gli SBR16 mentre per il piano di lavoro i TRB16 erano comodi dato che li potevo montare da sotto (avrei realizzato una piastra con i fori per i cuscinetti attuali che avrei montato sulle zone di montaggio cuscinetto, poi avrei messo il piano ed avrei avvitato da sotto i TBR16. Se dovessi usare anche per il piano di SBR16 mi renderebbe tutto più complesso.
Sono sufficienti a garantire una buona stabilità durante la lavorazione?

Voi cosa dite? Mi sto facendo pensieri inutili e i TBR vanno bene oppure conviene impazzire un attimo di più ed usare gli SBR per tutto?

[odino87]

Stavo cercando di mettere ordine nei miei pensieri e calcoli (sperando che siano corretti).
Se qualcuno se la sente di commentare benvenga.

Premetto che sarà un wall of text e che molto probabilmente prenderò gli SBR16 anche per il piano ma vorrei cercare di dargli una logica, anche se sarà uno sforzo mentale e basta.

Prendendo il manuale della ISB si ha questa formula per la sicurezza del sistema per il carico statico

pic1.png

che definisce il fattore di sicurezza del cuscinetto.
Per 2 cuscinetti fc = 0.81 mentre per la configurazione delle sfere nel cuscinetto fB=1.41
C0 è definito dalle tabelle dei cuscinetti.
Il carico massimo P penso lo si possa esprimere come la somma di tutte le forze (compreso il peso del piatto). Per semplificazione considero che il carico sia uniformemente distribuito tra i 4 cuscinetti ed immagino un carico massimo di 800N (circa 80kg forza) sui cuscinetti dell'asse Y. Questa cifra l'ho presa a braccio considerando il peso del piano (circa 15-20kg da pesare a modo) più il peso dell'oggetto e la forza di lavorazione del mandrino e la spinta dei motori. Più spero di aver considerato un po' di margine.
Se divido il carico sui 4 cuscinetti ogni cuscinetto si prende 200N e dalla formula ho che il parametro as è di circa 2.7 per i TBR e di 5.19 per gli SBR.
Sempre il manuale dice che per un sistema "Dinamico con urti, vibrazioni e leggere flessioni" (flessione dell'albero, che in questo caso non ci possono essere perchè sono sorrette) il parametro di sicurezza deve essere tra [3,5]. Quindi con i TBR sarei leggermente sotto.
Ora questo nel caso siano effettivamente 800N (~80Kgf) di carico complessivo.
Se già fossero 600N i fattori As sarebbero rispettivamente 3.7 e 6.9

Ma andiamo avanti e cerco di ragionare con il carico dinamico.

pic2.png

Ci sarebbe anche la formula più semplice ma considera solo per 1 cuscinetto per albero.
I fattori di temperatura e durezza di considero 1 (lavorerò sotto i 100° e considero buona la durezza degli alberi bosch).
Il fattore a1 lo considero 1, mentre per fw faccio riferimento a questa tabella.

pic3.png

ed anche se avrò una velocità bassa voglio considerare 2.5.
Se considero sempre un carico di 200N per cuscinetto avrò che la lunghezza L sarà 35.9 per ti TBR e 122 per gli SBR.
Se il carico invece fosse di 150N per cuscinetto la lunghezza sarà rispettivamente 85 e 290.
Prendiamo il caso peggiore.
Andiamo a calcolare la durata in ore considerando una velocità media di 1.5 m/min (1500mm/min) avrei una durata di circa 400h per il TBR e di 1356h per il cuscinetto SBR.

Questo mi porta a prendere in considerazione di prendere gli SBR16 anche se più rognosi da montare.
E mi si potrebbe dire... grazie si poteva decidere anche solo guardando i parametri di carico statico e dinamico nelle tabelle?
Si forse... ma volevo cercare di fare uno sforzo in più per comprendere esattamente quello che c'è dietro quando si fa una valutazione simile.
Sperando naturalmente che i calcoli ed i fattori considerati siano comunque stati scelti correttamente.
Quello che proprio non riesco a capire è come valutare il carico complessivo inteso come somma di tutte le forze in gioco su di un asse.
Ok la forza peso dell'asse da muovere e del pezzo da lavorare ma per il resto come lo si può valutare?
Io ho preso a braccio (perchè non posso fare altrimenti) circa 800N e 600N considerandoli come l'equivalente di 80kg forza e 60kg forza, e mi rendo conto che sia una forzatura...

Ripeto che il mio è stato più che altro un esercizio mentale e che prenderò gli SBR16.
Un grazie a chi ha avuto il coraggio di seguire questa mia progressione mentale fino alla fine

[odino87]

Aggiorno il post per notificare che il progetto sta andando avanti anche se a rilento dati i miei impegni di lavoro che non mi permettono di dedicargli molto tempo.

Sto impazzendo nel cercare una soluzione per l'asse Z.
Non riesco a trovare una soluzione che mi piace per sostituire le viti trapezie (marca kerk) con delle viti a ricircolo.
La mia idea era di mettere delle SFU1204 (le ho già trovate di dimensione adeguate da Sorotec come avevo già detto) ma non trovo una soluzione adeguatamente fattibile per convertire le piastre attuali del ponte. La chiocciola ha dimensione diversa rispetto a quella precedente e non la posso inserire così come è.

Mi trovo davanti a due strade:
sto valutando di montare dei cuscinetti SCS20uu al posto di quelli attuali. Essendo già con il loro blocco in alluminio potrei ancorare a questi una piastra che potrei riusare per fare il laterale del ponte.
Qualcosa tipo questo (solo a livello concettuale)

20221016_145538.jpg

Annotazione 2022-10-17 210633.jpg

In tal caso potrei montare la vite con il suo supporto chiocciola (anche se dovrei limare qualche mm per farlo scorrere bene dentro la colonna). Avrei il vantaggio della vite 12mm con chiocciola e ricircolo.
Superiormente dovrei montare una piastra (rifatta) con il supporto fisso della chiocciola ed il motore.
La parte più rognosa è proprio rifare il ponte, perchè dovrei rifarlo proprio tutto. Potrei fare un ponte in verticale e non orizzontale usando anche delle guide lineari volendo (ho in casa delle THK serie 20) che sono il a prendere polvere.
Escluso l'alluminio, il costo delle viti 1204 e degli accessori si aggira sui 200€ solo per i laterali del ponte.

La seconda soluzione è quella di provare ad usare un prodotto Igus.
Hanno delle madreviti nel loro materiale auto lubrificante con vite in acciaio inox volendo.
Mi pare di aver visto che hanno una composizione madrevite 10x50, quindi anche parecchio "veloce" come passo. Solo che non so quanto possa durare come asse Z di una CNC. Devo contattare il rappresentante e sentire cosa mi dice a riguardo.
Le dimensioni sono paritarie a quella della vite che devo sostituire così come quelle della chiocciola.

Annotazione 2022-10-17 213255.jpg

Dovrò solo usare dei collari per bloccare la vite sui cuscinetti presenti nella base della colonna che fungeranno quindi da lato fisso della vite. La parte superiore devo farla tornire così da poter riusare il cuscinetto di testa della colonna per l'allineamento.
Il costo dovrebbe essere più o meno dello stesso ordine di grandezza. Solo che in caso di sostituzione 1:1 non dovrei rifare il ponte ma riusare completamente quello originale (usando comunque viti a ricircolo per x-y).

E nulla la cosa andrà avanti e cercherò di aggiornare al meglio che posso.

[Scj]

Io sto usando quasi quotidianamente una Star 30/35 e non sento assolutamente la mancanza delle viti a ricircolo. Quelle trapezie con la chiocciola registrabile mi tengono il paio di centesimi sull'alluminio senza problemi.
Quindi valuta se veramente ti val la pena sbatterti tanto.
Spesso si pensa che le ricircolo siano migliori ma bisogna vedere anche il contesto.
La mia macchinetta è sicuramente vissuta e nonostante tutto la precisione è ancora ottima.Sintomo di un Progetto ben fatto usando materiali di qualità (viti trapezie comprese)

Quindi io ripristinerei la macchina allo stato iniziale ri utilizzando le stesse componenti usate durante la costruzione.

[odino87]

La necessità di cambiare le chiocciole e viti sta nel fatto che questa macchina era mal messa. Delle 4 chiocciole solo due si sono salvate e non sono comunque perfette.
Per xy forse potrei riusarle (dovrei vedere quanto sono precise) ma per z devo vedere di trovare un'alternativa a queste con passo in pollici.

[odino87]

Mi ha risposto il rappresentante Igus.
A sua detto il passo 10x25 delle viti non sarebbe adeguato dato che essendo un passo lungo riesce male a tenere la posizione sulla Z, c'è il rischio che l'asse Z si muova sotto il suo stesso peso.
Mi ha proposto un chiocciola per vite diametro 10 passo 12, quindi più o meno uguale a quella che ho attualmente sull'altra cielle (circa 10mm diametro passo circa 10mm, sono misure in pollici).
Solo che con il passo 12 avrei ancora il problema dei passi per mm non interi (per esempio con un motore 200 passi, con micro step a 1/8 avrei 133.33 passi per mm, e quel .33 mi irrita le personalità interiori) che vorrei andare a risolvere con il passo metrico.

O provo con un passo 25 oppure prendo il passo 12 e mi tengo i decimali sulle impostazioni degli step/mm.
Il prezzo del passo 12 non è male tra l'altro.
mi pare che con 140€ + iva posso fare tutto...
ci ragiono qualche giorno e poi vediamo

[Scj]

Io ho il passo in pollici (viti originali) e mach non fa una piega anche se è impostato un numero decimale con parecchie cifre dopo la virgola ...
Non vedo il problema