| Y軸シャフトたわみ量の計算 |
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前のページを書いてから半年、忙しさにかまけてなかなか更新できなくているううちにも、部品集めは着々と進行していました。
まず、当初リニアウェイと台形ネジで自作する予定だったZ軸はX軸と同様にリニアアクチュエータを使う仕様に変更。精度と剛性は格段にアップするはず。
一方、Y軸の方は(あれほど嫌がっていたのに)あっさりリニアシャフトで支持する方向に。 直径25ミリという極太のリニアシャフトが手に入ったのと、この太さと長さであれば、たわみは無視できると判断したため。決して「たまたま手に入ったから」というわけでは・・・いえ、まあ、自作ならではの設計の柔軟さということで。
一応メーカーのカタログを入手して確認したところ、シャフトのたわみ量は以下の計算式で算出できるらしい。(他にもありますが一番簡単な公式で試算)
δmax=-(Wl^3/192EI)
δmax : 最大たわみ量
W : 荷重(kgf)
l : シャフト長さ
E : 縦弾性係数= 2.1×10^4(kgf/mm^2)
I : 断面二次モーメント= πD^4/64(mm^4)丸棒の場合
D: シャフト直径
両端は固定支持
わかります? まあ、それぞれの意味は良くわからなくても、公式に数字を当てはめればいいので計算するのは難しくないはず。
まず、荷重に関しては適当に値を決めてしまいます。自作のCNCでそう重たいものを加工する事はないと思うので、ここはテーブルの重量や刃物の圧力も込みにして最大で50kg程度(これでもオーバーだけど)にしてみる。
シャフトの長さは500ミリ。両端で支持するので本当はもう少しだけ短いはずだけど、まあ誤差の範囲なので無視。最後の断面二次モーメントは直径25ミリの場合、約19175(mm^4)という計算。
で、計算してみると、δmaxは0.08(mm)となる。実際はこのシャフトを2本使い、さらに中央には台形ネジも使うので、最大たわみ量はおおむねこの1/3程度、つまり、約0.027mm。
この数値を大きいと見るか、十分と見るか・・・。
悩んだ結果、今回はとりあえずこれで様子をみる事にする。
実際にこれほどの重量物を切削することはまあなさそうだし、(仮に半分の25kgで計算すると、たわみ量は0.013mmとなる)マシン全体の誤差量によってはもっとたわみの少ないものに変更するつもり。
とりあえず、 実際の加工ではワーク(加工物)の重量にあわせて切削量を多少アレンジする必要があることは覚えておかないとね。
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Z軸用アクチュエータ

ちゃんと勉強もしています

極太リニアシャフト(φ25)
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