2014年9月29日 星期一

3D印表機 DIY 之 七 滾珠螺桿,時規皮帶,牙條,梯形螺桿 淺談

滾珠螺桿

這東西有在玩DIY數控機的人應該都聽過,但有些人可能會被搞混,常和梯形螺桿搞混,這也要怪有些廠家愛玩文字游戲:「螺桿」。



如上圖,這就是所謂滾珠螺桿,會叫滾珠螺桿的原因,就是因為法蘭螺帽裡有珠子,隨著螺桿轉動而滾動,加滾珠的原因就是為了要把餘隙減到最低,增加運行時的精度。

這東西DIY數控機台裡,可以常見到,但在3DP裡卻是很少見,少見的原因:

第一,一定是成本問題,這個東西精度高的很貴很貴,貴到不可置信,精度低的還是貴,和其他傳動方式比起來,永遠都是最貴的一個。

第二,就是需不需要的問題,3DP,以現在DIY的現況來說,還不需要滾珠螺桿出面,因為很多機器的剛性就不足,擠出頭也是一堆問題,再加上大多數人用的8位元核心,根本沒辦法做複雜的運算(浮點數運算可以用偷雞方式,但根本還是沒解決,8位元,就那麼快),這些問題不解決,說真的用滾珠螺桿也是浪費。
再加上有些特定結構設計上,用上滾珠螺桿,根本就是多此一舉,而且還會多增加重量。
以現在3DP主流的傳動馬達皆以42為主,用了滾珠螺桿,最高移動速度會被馬達的性能給限制住。

第三,搞不懂怎麼裝到機台上,這東西不是本科系出身,又沒有實務經驗的話,真的還不知道要怎麼用。又,這又幾乎是訂製品,要把圖樣給廠商才會製造出來的東西,幾乎都要來來回回和廠商確認好幾次,其中又會出現很多的專有名詞,沒有深入去研究的話,真的會被搞的一頭霧水。

所以,滾珠螺桿用的人很少,不過在幾年前的數控雕刻機熱潮中,到了後期還有繼續在玩的人,57+滾珠螺桿都已經是最低配備了,32位元的主板也出現了,脫機雕刻也有人在研究,伺服半閉環切期就有人在玩了,到中期已經可以全閉環了。

時規皮帶

傳動系統裡,最簡單的又便宜又易懂應該算是皮帶傳動了,因為原理和滑輪系統相同,大家都知道那是什麼東西,也是風行的原因之一。DIY數控雕刻機初期,時規皮帶也是主流。

一般來說都會用正時規皮帶。同步皮帶,其實指的都是下圖的東西也就是時規皮帶,這東西如果沒記錯,最早是出現引擎上的東西,時規皮帶就是英文直翻而來。
同樣的,大多數的人都是用便宜貨,這也是DIY的特色之一。

時規皮帶被愛用的原因,除了設計簡單外,最重要的是可以省下很多零件的重量,也因此可以不費吹灰之力的高速運行,但不幸的是,沒辦法如螺桿那樣幾近全速的瞬間正反轉,輕負荷的鐳雕機上幾乎都用這種傳動方式。

再者,這東西如果不是專門量身訂製的或者使用標準規格的高精度品,使用壽命會很短,就算是有內加鋼絲及齒加強化材的一樣逃不過壽命短的命運,拉伸和磨損是這東西的致命傷。
(特製強化處理過的皮帶和便宜的組合式時規輪配,這是目前看到最多的使用組合)

牙條

這也算是一個便宜的方案之一,便利性就沒有時規皮帶那麼的優,但是價格低是仍然受到廣大的DIY玩家愛用的原因之一。

但是,這東西設計及裝配上要有點技巧,最好能夠照滾珠螺桿標準的裝配方式安裝到機台上,才能得到較穩定的效果。


不過這東西天生有幾個致命的缺點:
1.本身就不是高精度的東西,原本就不適合用在對精密度要求高的數控機台上。

2.沒經過硬處理,所以運行時很容易因外力而造成牙條的彎曲,3DP開源機型身結構鋼性就很低,在運行中就會有軸向及徑向偏移的狀況發生。

3.磨損及高阻力,沒加消回差裝置時,磨損及阻力就很大了,再加上去時會更大,所以牙條的壽命也不長。

梯形螺桿

這東西是介於牙條和滾珠螺桿間的代用品,和滾珠螺桿唯一的差別就是沒鋼珠,所以在進階滾珠螺桿前,也是有不少DIY玩家會用這東西。


這東西比牙條優的地方在於:鋼性夠、真直及真圓度更佳,基材的用料較好,有些還會加硬處理,所以不容易彎曲變形。

但他還是有著牙條的致命缺點:磨損及高阻力,話雖如此,但運行起來還是比牙條滑順,而且不會像牙條那麼容易的就癈掉,因為它的牙夠粗,可以撐得更久一點。同樣的加裝消回差裝置時,運行時的阻力及磨擦力會變大。

裝配在機台上時,要是能夠依照滾珠螺橝標準方式安裝,將會得到不錯傳導性及精度的。

總結

戲法人人會變,各有巧妙不同,DIY的變數非常大,沒有絕對說用什麼是最好,只有最適合的方案選用到最適合的東西,正所謂:「黑貓,白貓,抓得住耗子的就是好貓」


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