Самоустанавливающаяся печатающая головка

Всех приветствую, продолжаю делится наработками в части конструкции принтеров. Сегодня речь пойдет про печатающую головку, а именно про кинематическую схему линейной оси, по которой она ездит. Более подробно все это рассказываю в видео.

Классическая схема конструкции оси на двух цилиндрических направляющих представляет собой, собственно, две эти цилиндрические направляющие и два подшипника качения или скольжения, которые ездят по этим направляющим. Такая конструкция характеризуется повышенными требованиями к точности всех видов: точность самих деталей, точность ориентации этих деталей и тд. Конструкция чувствительна к изменениям геометрии оси, например в следствии температурных расширений. В частности, конструкция требует высокой прямолинейности самих цилиндрических направляющих, высокой параллельности между этими цилиндрическими направляющими, достаточно точного совпадения межосевого расстояния посадочных отверстий подшипников в каретке с межосевым расстоянием посадочных отверстий цилиндрических направляющих на ответных деталях.

На практике имеющиеся в продаже цилиндрические направляющие даже калиброванные имеют некоторую неточность, обычно некоторую небольшую дугообразность. Эта дугообразность, в частности, и ряд других отклонений неизбежно присутствующих в реальных конструкциях заставляют искать более качественные компоненты, которые конечно же стоят дороже + менее доступны.

Но есть другой путь: мира и добра.

Механизмы известные под названием «самоустанавливающееся» такие механизмы характеризуются тем, что работают в достаточно широком диапазоне отклонений как деталей, так и всей системы в целом.

Начать нужно с того, что цилиндрическая кинематическая пара имеет 2 степени свободы, а именно:

1. Линейная вдоль оси – которая, собственно, нас и интересует нам нужно чтоб каретка двигалась линейно

2. Вращательная вокруг оси – которая нам не нужна, и мы хотим «выключить» вращение вокруг оси.

В том случае, когда вращение вокруг оси «выключают» добавляет дополнительной цилиндрической пары, получается то, что система становится кинематически несколько раз замкнутой, и эта замкнутость требует повышенной точности деталей и прочего.

Мной была сконструирована, изготовлена и апробирована на дистанции 2,5+ лет самоустанавливающаяся ось следующей конструкций:

Рисунок 1 - Общий вид

Рисунок 2 – Общий вид с прозрачным основным кронштейном

Рисунок 3 - Общий вид в жизни

Тут зеленое – печатные детали корпуса каретки (основной кронштейн, прижимы ремня, рамка с гибкой балкой для регулировки зазора) Оранжевые – цилиндрические оси, Синие – валики которые скользят по оси (контакт валиков и оси точечный)

Рисунок 4 – Вид спереди

Работа каретки происходит следующим образом:

1. Линейность перемещения обеспечивается осью, на которой находятся подшипники

2. «Выключение» поворота кронштейна обеспечивается двумя синими валиками, находящимися сверху и снизу от оси, валики из антифрикционного материала, в моем случае из капролона. Нижний валик сидит на упругой балочке, которая посредствам винтика, который закручивается в гайку находящийся в пазике, может двигать упругую балочку вверх тем самым убирая люфт и при необходимости создавать небольшой преднатяг.

Такая конструкция позволяет линейной оси работать при достаточно широких отклонениях от заданной геометрии, при всем этом точность работы оси не нарушается, то есть:

1. Изменение межосевого расстояния – не влияет, так как если такое изменение наступит, то вторая ось просто переместиться на удобное ей место вдоль валиков.

2. Отклонения от параллельности оранжевых осей – не влияет, так как если такое изменения наступит, то вторая ось просто повернутся, не выходя за пределы валиков будет поддерживать каретку от проворота точно так же, как и при хорошей параллельности осей.

3. Кривизна осей – не влияет, так как направление дугообразности можно заранее определить на лекальной плите с помощью щупов или на просвет. Ось, которая проходит между валиками нужно расположить дугообразностью параллельно столу 3д принтера, в этом случае дугообразность не будет вилять на точность перемещения. Ось, которая проходит сквозь подшипники нужно расположить дугообразность вниз, тогда при наличии построения карты высот стола, эта дугообзность будет скомпенсирована программно и влиять на работоспособность в известном предел – не будет.

Важной особенностью конструкции является тот факт, что вместо подшипников качения может быть использован один длинный или два коротких подшипника скольжения, этот факт имеет несколько положительных моментов:

1. Подшипники скольжения обладают большей жесткостью

2. Подшипники скольжения более точны (если их делать самому, то можно, например, подобрать подходящую разветку и исключить люфт при наличии легкого перемещения подшипника по оси)

3. Подшипники скольжения не шумят.

4. Подшипники скольжения могут быть практически любого типоразмера (если делать самому)

5. Подшипники скольжения дешевле.

При использовании двух цилиндрических осей, где подшипник скольжения имеется на двух, крайне повышаются требования к точности деталей, сборки и тд. Думаю, кто пробовал сделать такое знает о чем я пишу. При достаточно качественном и точном изготовлении и сборки такая система все равно работает ощутимо туго и с большим натягом.

Опять же напоминаю, что более подробно рассказываю видео, поэтому если вдруг текстовое описание показалось не совсем полным, советую посмотреть его.

Интересно будет почитать ваши комментарии, сюда на 3дтудэй захожу редко, но несколько дней заходить буду точно, если захотите что-то спросить или прокомментировать что бы я точно увидел пишите на ютуб.

Благодарю за внимание.