Tipos de transmisión, Acoples anti backlash

En este Apunte / Tutorial hablaremos principalmente de:

• Diferentes tipos de Acoples para nuestra máquina CNC.

• Acoples anti-backlash. Que son, para que sirven y porque debemos usarlos.

• Como fabricar un acopie "Anti backlash" y como funciona un acople, anti o cero, retroceso.

• Explicación de los diferentes tipos de transmisión.

 

Diferentes tipos de acople para el motor:

Cuando estamos llegando al final del ensable de nuestra fresadora CNC nos topamos con el inconveniente de cual es la forma adecuada de acoplar los motores paso a paso a la varilla roscada o tornillo.
Desde ya hay muchas opciones para realizar de la forma correcta el acople del motor a la transmicion, pero por este motivo entramos en duda cual sera el sistema que debemos elegir.

Cual es el sistema mas efizas de transmicion CNC ?

No hay una opcion general, sino que dependiendo de factores como Torque de los motores, materiales que trabajamos, dispocicion contructiva, y por sobre todo, el presupuesto que manejamos.

Tratare de dar una idea general de cada alternativa, para que puedan analizarlas.
Debido que no hay una opción mejor que la otra, o mejor dicho cada una es mas propicia que otra dependiendo el caso.

Nosotros seremos quien elegiremos que convendría usar para el acople como para la transmicion dependiendo de cuanta fuerza debe soportar el acople.

Aqui les muestro algunos acoples comerciales...

 

• Engranajes de dientes rectos.

  
  Se utilizan engranajes de dientes rectos para que la fuerza ejercida entre dientes de diferentes engranajes empuje horizontalmente y no en forma oblicua, como uno de dientes helicoidales. ya que esta fuerza empujara al engranaje hacia adentro o fuera de su occisión. oponiendo resistencia al movimiento y causando perdidas mecanicas.

 

 

 

 

Este metodo es uno de en los que mas fuerza desperdiciamos pero muy facul de implementar dado que se consiguen fácilmente engranajes de este tipo.
Los engranajes que se ven en la foto son se encuentran en cualquier fotocopiadora o impresora antigua, si bien no es lo mejor es uno de los mas economicos.

Los engranajes soportan fuerzas mecanicas de acuerdo al tamaño de sus dientes,
siendo proporcional el peso con el tamaño, hace que: un tamaño/peso excesivo sea desfavorable para la aceleración y desaceleración en los movimientos,
esto lo hace apto solo para bajas Velocidades / Fuerzas.

 

Reducciones en la transmicion

• Engranages

Con engranajes o con polea y correas dentadas es muy fácil de conseguir una reduccion que nos sea favorable a la hora de conseguir una mayor resulcion en la herramienta.

Los engranajes se recomiendan para transmisiones que no requieran de velocidad, debido a que desperdiciamos mucha fuerza y el efecto inercial de los mismos nos dificulta para realizar rapidos movimientos, este tipo de acople seria util solo para el eje "Z".

• Polea y correa dentada.

Este metodo es muy útil para los ejes. ya que nos proporciona un acople seguro,
que soporta mucha fuerza y es apto para obtener grandes velocidades, mas aun utilizando reducciones.
No opone resistencia a la aceleración, ni al estado de reposo, ni a los movimientos mas que el propio del objeto a mover. ademas de poseer un coeficiente "Anti backlash"exelente.

Viendo la imagen de arriba podemos comentar tres puntos a favor para este sistema de transmicion.

El mas importante como se ve su soporte posee corredera para elegir la tension de la correa. eligiendo la tensión adecuada, obtendremos un movimiento no tan rigido pero muy seguro.

Con este tipo de transmicion podemos elegir reducciones que nos ayuden a conseguir alta resolucion en el posicionamiento de la herramienta, para lo que debemos tener en cuenta el paso del tornillo.

Nos queda como vemos sobre la polea del tornillo un mando manual para posicionar la herramienta en caso de fresados muy finos como en PCBs y perforados, ademas ahorramos espacio en la colocacion del motor.

Las correas dentadas (sincrónicas) y las poleas para las mismas son muy fácil de conseguir, y al menos las poleas de fabricar. no sonmuy costosas y en el pais hay varios fabricantes.

• Acoples tipo "Manchón"

Sea simplemente un trozo de manguera de alta presión o de goma, posee una amortiguación bastante buena.
Es un acople extremadamente economico y util.
En este u otros acoples de aluminio/estrella/manchon hay que tener que por este acople como en otros se transmiten las fuerzas y estos deben soportar por demas las mismas.

Como vemos en la foto una manguera de aire comprimido puede soportar suficiente fuerza para pequeñas maquinas aunque es poco seguro con el paso del tiempo, ya que la manguera se resecara y tendra juego muerto.

Otras opciones mas profesionales son los acoples de este estilo, son un poco mas costosos pero dan excelentes resultados.

 

 

 

 

 

 

 

 

Estos acople antibacklash posee un exelente coeficiente anti-backlash y soporta fuerzas verdaderamente grandes.

Acople antibacklash
Que son?, para que sirven?, y porque debemos usarlos.

Un acople Anti-backlash es un "acople cero retroceso".
este "retroceso" ocurre en las transmisiones de toda máquina, por ejemplo nuestras fresadoras, donde necesitamos minimizar al minimo y tener en cuenta donde se pueden producir estas holguras.
Cuando aplicamos movimiento al carro, este intenta oponerse al movimiento,
debido al peso del mismo o a la fuerza que ejerce la herramienta sobre el material que estemos trabajando, y causa un efecto de retroceso de movimiento u oposicion.
Este tipo de acople hace que ese movimiento sea minimamente incremental, asi evitando tal efecto.

Estos acoples, piezas que cumplen la función de unir los dos ejes amortiguando vibraciones
y movimientos bruscos de los motores, manteniendo a cero el juego muerto.

Usando acoples antibacklash solucionamos los problemas de perder pasos y
los saltos bruscos en los movimientos, dando mas calidad a los trabajos de nuestra máquina.

Fabricacion casera de un acople antibacklash

Marcelo Frontalini parece que se baso en estos modelos comerciales para fabricar un acople antibacklash casero.

 

Click para ampliar

Acople antibacklash casero
Por Marcelo Frontalini

En la siguiente imagen marcelo ha mostrado como construir
este acople que funciona realmente bien.

Se puede ver que esta formado por dos piezas cilíndricas de aluminio, con el diámetro interior de los ejes a acoplar, están unidas entre si por 3 discos de acero delgado adecuados para una rígides tal que soporten la fuerza sobre ellos.

En la forma que estan unidos los discos, permiten una cierta flexión, la cual va a generar la amortiguación de las fuerzas y creando asi, el efecto Antibacklash.

Mas acoples.

 

Tipos de transmisión:

Varillas roscadas:

Es lo mas común y "Simple" por asi decirlo para crear la transmisión de nuestra máquina.

Con solo una varilla roscada por ejemplo de 1/2" y un par de tuercas.

Creamos una transmisión de 0.0105mm de resolucion..
Dado que la varilla de 1/2" tiene un paso de 2,1mm. con 200 vueltas del motor tendremos 0.0105mm de movimiento en cada paso, sin contar que podremos trabajar en micro pasos.. pero ese es otro tema.

Una varilla roscada es muy útil, siempre y cuando no sea demasiado pesada,
una de 1/2" de las que se consiguen en una ferretería estaría bien para un largo de 60cm.
no más que eso y debera estar lo mas derecha posible, ya que no se comercializan con este fin

Por supuesto que una varilla roscada se puede mandar a fabricar y lo ideal es construirla con un paso cuadrado para transmitir la fuerza en forma horizontal y no angular sobre los filetes de la rosca de una varilla roscada comun.

Vemos un ejemplo de barilla roscada de paso cuadrado:

Si tenemos la posibilidad de enviar a fabricar un tornillo lo ideal seria utilizar este paso cuadrado y no triangular.

Por lo mismo que ocurre con los engranajes rectos y helicoidales, claro está que debemos fabricarla para tal fin y de tal forma que sea óptima.

Lo ideal seria fabricarla de un paso mayor a 4mm, como por ejemplo 6.35mm el cual despues de mucho tiempo de calculo me ha resultado ser el mejor paso por su relación a Pulgadas y milimetros.

Tornillos de paso cuadrado a partir de barras de acero rectificado

También existen las tuercas de bolas recirculantes. este sistema consta de una varilla roscada de paso en forma de "u" en verdad es la forma de una media esfera ya que la tuerca quien es la que lleva el secreto, Posee en vez de filetes, bolitas o perdigones de acero.

Vemo el detalle del tornillo para dichas tuercas.

 

Este sistema desarrolla un rendimiento exelente y lo que podemos ahorrar en perdidas mecanicas aquí es inigualable. pero como todo lo bueno.. es bastante costoso.

Polea y correa dentada

Otra opción seria la de correa dentada. El motor moverá una polea dentada, quien sera la encargada de transmitir el movimiento a la correa.

El motor podrá estar montado sobre el carro que se moverá, inapropiado dado que agregamos peso al carro, y los dos extremos de la correa fijados al bastidor de la máquina. esta transmisión funcionara como una cremallera.
Tal como se aprecia en las fotos.

 

o fijaremos un punto de la correa al carro y movemos la correa por las puntas.

No tenia fotos, disculpen el dibujo, espero se entienda.

este tipo de transmisión, con correas es muy beneficioso debido a su escaso peso.
pero debemos tener en cuenta que deben estar bien centrados todas las poleas y
la correa bien tensa. seria un proyecto ambicioso empezar por una fresadora con correa.
si bien el resultado es óptimo. es algo complejo.

Transmisión de los carros

Lo mas útil y común por donde hacer correr los carros seria un par de bujes de bronce, si son autolubricados mejor, y un par de varillas de acero pulido o cromado.

Pero lo ideal seria reemplazar los bujes de bronce que poseen un rozamiento considerable, por estos rodamientos lineales, los cuales no son demasiado costos por sus prestaciones.

También existe la posibilidad de utilizar guías lineales con patines. aunque es mas costos es igual de beneficioso. estas guías son mas recomendables para el eje X, el cual estara sostenido por el bastidor, asi no agregamos peso a ningún carro, dado que si lo colocaramos en el Y, el carro X soportaría el peso de las guías.

Por ultimo, los rodamientos que sostendrán la varilla roscada, son muy importantes.

como material reciclado puedo sugerir los portarulemanes con rodamientos radiales,
de las disqueteras viejas de 5 1/2".

Pero lo mas conveniente seria utilizar rodamientos axiales dado que la fuerza que ejercerán las varillas serán horizontales y no verticales, como para las que fueron fabricados lo rodamientos radiales.

Espero les haya sido de ayuda. iré editando a medida que agregue cosas.

Cualquier sugerencia. Bienvenidos sean!.

 

Suerte!