Reforzando el eje Z de forma sencilla

Reforzando el eje Z

Hoy os traigo una mejora sencilla que puede hacerse, y deberíais planteárosla hacer, en muchas CNCs. Se trata de que solemos tener diseños algo deficientes en nuestros eje Z. Concretamente en la pletina que soporta el spindle. Vamos a reforzar el eje Z de una forma sencilla.

Los eje Z que suelen montar spindles de sección redonda, como la gran mayoría, suelen ir anclados a nuestras máquinas por uno o varios soportes. Pero para poder alcanzar el requerimiento de tener una altura en Z que buscamos, muchas veces sacrificamos rigidez. Y podemos tener un chasis muy bien diseñado y robusto, pero la podemos liar en este detalle. La pletina sobre la que anclamos nuestro spindle, que en muchos casos, queda sin apoyo y por tanto, nos hace efecto palanca cuando estamos mecanizando. Por tanto, necesitaremos reforzar el eje Z en la medida de lo posible.

Muchos podréis pensar que una buena placa de 10-12mm de aluminio no va a vibrar ni flexar, que vaya locura. Coged vuestros relojes comparadores y hacer la prueba, para que lo podáis apreciar vosotros mismos y seáis conscientes de la rigidez de vuestra máquina, al igual de como poder localizar puntos flacos de vuestros chasis. El reloj comparador mas económico son 20€, si mal no recuerdo, y esta en Amazon. Es una herramienta que todos deberíamos tener en casa. Y no uno, si no dos, para poder ajustar mas cómodamente, como vimos en esta entrada sobre ajuste del eje Z.

Asuntos aparte, vamos a tratar de concretar la posible mejora, para que podías implementarla en vuestras maquinas actuales o tenerla en cuenta para diseños en curso. Yo la he aplicado en mi CNCDesktop 500 v2, ya que es una mejora muy sencilla y me deje dicha pletina preparada para alojar estas piezas en el futuro.

Concretando el problema...

El problema reside en que el apoyo o anclaje del soporte de nuestro spindle (y aquí hay casos a parte que hablare un poquito mas abajo), nos queda total o parcialmente en el aire. Os ilustro con mi caso.

EjeZ_Upgrade

En la imagen que tenemos a la izquierda, os he remarcado con líneas rojas donde esta el problema localizado.

Tenemos que el soporte del spindle esta anclado a una pletina de 12mm de espesor, pero la posición del anclaje queda en una zona, donde dicha pletina no tiene ningún tipo de apoyo, con lo que tenemos un efecto de palanca. Y este defecto, se acentúa muchísimo mas cuanto mas larga sea esta pieza o mas fina (espesor) sea la pletina que soporta el spindle. He visto diseños con esta placa mucho mas larga que la mía. Yo trate de apurarla lo máximo posible, pero esto es todo lo que pude hacer el día que la diseñé.

Una posible solución rápida, es haber hecho esta pletina en 15 o mejor aun, 20mm de espesor. Otra opción es montar otro tipo de spindle. Pero la solución que en su día deje medio preparada por si acaso, es la de hacer la pletina un poquito mas ancha, unos 30mm mas en total (sobre 15mm a cada lado) y hacer una serie de agujeros roscados para el futuro.

Otra opción es tener dos puntos de anclaje para el spindle, de forma que uno de ellos quede comprendido dentro de la zona apoyada sobre los patines.

Aquí os muestro rodeados en rojo los agujeros que deje preparados por si hacían falta. Y un poquito mas de rigidez, nunca nunca nunca, viene mal. Sobre todo si se trata de un par de piezas pequeñas.

Entonces ¿Cuál es la mejora que he implementado?

Hice un par de piezas en aluminio de 10mm de espesor y 25mm de ancho. Como si se trataran de unas costillas, como habéis podido ver en al foto de entrada en el post.

En las dos fotos de abajo os muestro como es la pieza y como queda instalada. Para aclarar la idea del refuerzo. Con esta estructura, hacemos que la pletina de 12mmd e espesor, sea mucho mas robusta y no flexe o vibre mucho menos en la zona que no esta apoyada sobre los patines.

Por tanto, importante, como se comento en las CNCBasic Series Model A, en los capítulos correspondientes al eje Z; Evitar dejar la zona de anclaje del soporte del spindle sin apoyo. Para poder reducir muy significativamente este efecto que se produce. Os dejo una foto mas abajo de la situación ideal, así tenéis un ejemplo.

EjeZ_update_agujeros
Refuerzo eje Z instalado 2
Refuerzo eje Z instalado

Si os fijáis aquí, en este diseño, el soporte del spindle queda comprendido en su totalidad dentro de la zona de apoyo de los patines. Con lo que las fuerzas que se generan en el momento del mecanizado, sobre todo las que son perpendiculares a la pletina de apoyo y las que mas efecto palanca generarían sobre el eje Z, pasan directamente a la estructura del eje Z, y esta pletina que usamos para anclar, no sufre vibraciones.

Hay gente que invierte la posición de patines y guías. Colocando las guías en la pletina esta donde anclamos el spindle y los patines en la base del eje Z. Con ello, buscan dar rigidez a dicha pletina mediante las propias guías, que son elementos muy rígidos. A mi esta solución no me termina de gustar, la veo engorrosa de cara a realizar ajustes en esta área de la maquina, que es la que mas trabajo lleva en las fases de escuadrado.

Mi recomendación es que tratéis de minimizar al máximo posible la longitud de esta pletina para evitar el efecto negativo que se produce. O se tenga en cuenta en el diseño para acoplar costillas y otro tipo de soluciones. Sed creativos, es una parte de la maquina importante pero barata de prototipar. 

CNCBasicModelA_EjeZ_Makita2

Os he comentado antes que había un tipo de spindle que no se ve afectado a este efecto. Pero lo vamos a coger un poco con pinzas, ya que si la totalidad del apoyo del spindle, queda en una zona de la pletina sin apoyo, estamos ante la misma situación, o incluso peor, ya que estos spindles no miden poco que digamos, el efecto se ve mas agravado.

Los spindle que me refiero son los que van con variador, y van incrustados en una estructura cuadrada, con lo que no trabajamos directamente con un objeto cilíndrico. Las dos fotos de abajo, son los tipos a los que me refiero.

Aprovecho para hacer un simple comentario. Tenemos este tipo de diseño de spindle, pero como podéis ver, son dos diseños parecidos. Si os fijáis en la foto, uno lleva como unas aletas (foto izquierda) y el otro no(foto derecha).

En la foto de la izquierda, es el mas cómodo de anclar, ya que lleva en ambos laterales la pestaña con agujeros para poder atornillar a la estructura de nuestro eje Z. En el caso de la foto de la derecha, el spindle lleva por detrás una matriz de agujeros roscados, para anclar ese spindle, una buena solución es meter una pletina intermedia y que sobresalga por los laterales, con el fin de obtener lo mismo que en la foto de la izquierda, unos laterales con agujeros para poder anclar en el eje Z. Porque es mejor esto, recordar que tenemos que ajustar la escuadra de nuestro spindle, y si tenemos los tornillos muy accesibles, podremos hacer esta tarea mas cómodamente. Esto os lo dejo como una nota, a modo de curiosidad para que os suene.

Este tipo de spindles, tienen ya una estructura cuadrada, muy fácil de anclar, y que además proporciona mas rigidez al conjunto del eje Z. Fijaros, es como si añadimos un perfil cuadrado a nuestra pletina donde anclamos el spindle. Al tener una mayor zona de apoyo, esto nos proporciona mayor rigidez al conjunto.

spindle_
spindlesinsoporte

Con esto, llegamos al final de esta entrada. Veis que es algo muy fácil de hacer, y de implementar, porque muchos diseños de eje Z les sobra un poquito de espacio en esa pletina, y la podéis aprovechar perfectamente para hacer esto mismo que he hecho yo. En mi caso, he logrado un poquito de mejora, y de cara a los acabados de las piezas en aluminio, se nota. Aparte de que se le puede extraer un poquito mas a la maquina, e ir mas rápido.

En los casos donde se tengan pletinas con espesores menores a 10mm, la mejora puede ser muy sustancial. Eso si, el puente de nuestra máquina tiene que ser también robusto, aquí no existen los milagros. Si nuestro puente es deficiente, esta solución apenas la notaremos.

Por mi parte esto es todo por este capítulo de reforzando el eje Z de forma sencilla, me gustaría que dejarais diseños, sugerencias de diseños o ideas sobre el eje Z. 

Nos vemos en el siguiente.

Saludos,

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2 comentarios en “Reforzando el eje Z de forma sencilla”

  1. Siempre me mola leerte y ver como te cunde la faena.
    Digo yo, no podrías meter un par de tornillos cruzando desde la costilla nueva hasta la base inferior del soporte?
    Ahí ya harías un bloque muy solido y quizá podrías reducir el ancho de la costilla.

    1. Mmmm…Interesante. Pero entre el soporte del spindle y las costillas hay un poco de separación, que es necesaria para poder escuadrar el spindle correctamente. No esta la costilla pegada al soporte. La forma de integrar las costillas hace que sea casi imposible poder unirlas con el soporte, ya que quedan a merced de los agujeros roscados. Al final es una integración que esta hecha en parte a medida, y no tenemos la precisión de la CNC.

      Hay gente que pone estas costillas por detrás, de forma que da rigidez a esa pletina y además cubre las guías del polvo o virutas.

      El tema es que el soporte del spindle ha de quedar libre para poder ser ajustado.

      Voy detrás de una solución que permita ajustar el spindle de forma sencilla tanto en el plano ZX como en el ZY. El plano ZX es fácil sin hacer nada raro, pero el ZY es mas complejo de ajustar. Quizás ahí si que se vea un bloque mas como querías plantear. Son ideas que tengo por la cabeza, aun tienen que madurar.

      Gracias por tu comentario.
      Saludos,

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