Κοιτώντας προσεκτικότερα τα στοιχεία κίνησης μιας αναλογικής φρέζας ή μιας φρέζας CNC ή ακόμα και ενός CNC κέντρου κατεργασίας θα δούμε ότι ο μεγαλύτερος εχθρός της ακρίβειας του μηχανήματος είναι το λεγόμενο backlash.
Το Backlash είναι τα κενά που υπάρχουν μεταξύ των γραναζιών, μεταξύ μιας βίδας πρόωσης και του παξιμαδιού της, μεταξύ των διάκενων των ρουλεμάν, και να θυμόμαστε ότι τα διάκενα αυτά από όπου και αν προέρχονται λειτουργούν αθροιστικά, δηλαδή αν η βίδα πρόωσης του τραπεζιού μια φρέζας έχει κενό 0.1mm πράγμα καθόλου σπάνιο και τα ρουλεμάν που την στηρίζουν έχουν άλλο ένα 0.1mm ανά διεύθυνση τότε το συνολικό διάκενο 0.3mm ή 0.2mm ανά διαδρομή προς την μια ή την άλλη πλευρά του άξονα Χ /Y/Z
Βλέπουμε λοιπόν ότι η ακρίβεια έχει πάει περίπατο και δεν κατοικεί στο μηχάνημα μας, το ίδιο συμβαίνει σε ότι κινείται σε ένα μηχάνημα επεξεργασίας μετάλλων, είτε είναι στα συστήματα κίνησης των αξόνων Χ / Υ / Ζ είτε στην ίδια την άτρακτο που φέρει τα κοπτικά εργαλεία ( spindle ) της οποίας τα ρουλεμάν πρέπει να είναι μιας ποιότητας όσον αφορά την ακρίβεια, για τα οποία υπάρχουν αρκετές διαβαθμίσεις ανάλογα το ζητούμενο αποτέλεσμα και το κόστος τους, πληροφοριακά να πω ότι η σχέση τιμής ενός απλού ρουλεμάν κλάσης 0 με ένα κλάσης Ρ3 που είναι το απλά αποδεκτό όριο ακριβείας είναι περίπου 1:10, με ένα κλάσης Ρ4 είναι 1:20 και με κλάσης Ρ7 ή Ρ9 το κόστος ξεφεύγει της λογικής.
Το ίδιο περίπου συμβαίνει και με τα υπόλοιπα στοιχεία της κίνησης των εξαρτημάτων, υπάρχουν απλά Linear ρουλεμάν με ρεκτιφιαρισμένους άξονες μέχρι ράγες με τα βαγόνια τους τα οποία είναι high grade βαμμένα και ρεκτιφιαρισμένα, οι βίδες κίνησης ( lead screw ) υπάρχουν απλές με τετράγωνο ή ACME σπείρωμα με το αντίστοιχο παξιμάδι τους συνήθως από μπρούτζο, όπως και απλές βίδες κατασκευασμένες υπό πίεση με στρογγυλή αύλακα αντί για σπείρωμα όπου εσωτερικά του παξιμαδιού τους περιστρέφονται μπίλιες ρουλεμάν μέχρι βίδες του ίδιου τύπου αλλά προσεκτικά ρεκτιφιαρισμένες και βαμμένες για μεγάλη σκληρότητα με της ίδιας ποιότητας παξιμάδια. ( ball screw )
Όσο ακριβότερα κοστίζουν αυτά τα εξαρτήματα τόσο μεγαλύτερης ακρίβειας είναι και τόσο μεγαλύτερη ακρίβεια προσδίδουν στο τελικό αποτέλεσμα. Ένα άλλο σημείο όπου πρέπει να έχει μηδενικό backlash είναι όταν το μηχάνημα έχει 4ο ή 5ο άξονα, εκεί έχουμε μια κούνια (trunion ) περιστρέφεται κατά τον εγκάρσιο άξονα της ( 4ος άξονας ) ή όταν στο μέσον της κούνιας υπάρχει ένα πλατό που περιστρέφεται ( 5ος άξονας ).
Στην περίπτωση της κίνησης της κούνιας δεδομένου του δικού της βάρους αλλά και των αντικειμένων που στηρίζονται επάνω της για κατεργασία είναι απαραίτητο στα σημεία που στηρίζεται η στήριξη να είναι απόλυτη χωρίς κενά, ειδικά όταν η κίνηση αυτή είναι συνεχής από πχ 10ο – 120ο και όχι σε μία θέση πχ σε κάποιες μοίρες σταθερά οπότε εκεί μπορεί να κλειδωθεί με αρκετούς τρόπους ( με δισκόφρενο, με μαγνητικό ή υδραυλικό φρένο κλπ )
Επίσης πρέπει να υπάρχει και ένας μειωτήρας στροφών γιατί η κίνηση της είναι αργή και αρμονική, υπάρχει μείωση με οδοντωτό ιμάντα όπως του εκκεντροφόρου στα αυτοκίνητα, υπάρχει μείωση με κλασσικό μειωτήρα worm gear η με υδραυλικό κινητήρα και μειωτήρα.
Οι μειωτήρες που προορίζονται για cnc εφαρμογές είναι ακριβείας και πολύ ακριβότεροι από τους κλασσικούς και έχουν μηδενικό backlash, όμως η κίνηση που έχει μπεί για τα καλά τα τελευταία χρόνια στη θέση αυτή όπως και στην θέση κάτω από το περιστρεφόμενο πλατό λέγεται Har monic Drive, είναι ένα εξάρτημα με 3 ξεχωριστά κομμάτια που λειτουργεί και σαν μειωτήρας με σχέσεις από πχ 11:1 – 50:1, παρακάτω θα δείτε σε βίντεο την αρχή λειτουργίας του, τα harmonic drive υπάρχουν σε πολλά μεγέθη και τιμές από 110€ τα μικρά απλά Κινέζικα μέχρι τα τέρατα των πολλών χιλιάδων δολαρίων.
Στα χέρια μου έχω ένα Ιαπωνικό μεταχειρισμένο σε άψογη κατάσταση που κόστισε 250€ ενώ καινούργιο έχει 850€, και ενώ είναι μικρό Φ110mm είναι ακριβό γιατί δεν έχει απλό ρουλεμάν αλλά είναι τύπου cross roller bearing ή X bearing που σημαίνει ότι δέχεται αξονικά και ακτινικά φορτία και παρόλο το μικρό του μέγεθος μπορεί να δεχθεί στην είσοδο του 8kg ροπής.
Άρα το ζητούμενο της κατασκευής μου μιας και στοχεύει σε μια αξιοπρεπή ακρίβεια με το μικρότερο δυνατό κόστος πρέπει να περάσει από πολύ ψάξιμο, σκέψη, σχεδίαση και ότι άλλο κρίνεται απαραίτητο ώστε να συνδυάζει ακρίβεια, επαναληψιμότητα και χαμηλό κόστος. Ξέροντας καλά ότι είναι αντιφατικά πολλά από αυτά για τον λόγο αυτό η κατασκευή προχωράει αργά.
Αυτό είναι το harmonic drive, είναι φωτογραφημένο βιαστικά επάνω σε ένα δισκόφρενο, τουλάχιστον φαίνεται το μέγεθος του συγκριτικά πάντα με το δισκόφρενο.
Δείτε και τα σχετικά βίντεο και θα καταλάβετε πολλά, γιατί αν μια εικόνα χίλιες λέξεις, ένα βίντεο είναι πολλές χιλιάδες λέξεις μαζί.
Στο βίντεο υπάρχει η εξήγηση τι είναι το harmonic drive και πως λειτουργεί
https://www.youtube.com/watch?v=3mWemlMEzFk
Σε αυτό το βίντεο φαίνεται χαρακτηριστικά η κούνια, το πλατό και ο τρόπος λειτουργίας τους.
https://www.youtube.com/watch?v=KAvzGJd8D7k