Nem tudo dá certo: Acoplamento rígido

Apesar dos Mestres (Jorge e Fábio) não recomendarem, eu tinha que experimentar. Não por acaso, não funcionou... Mas achei interessante postar a experiência para que outros aprendam com os meus erros.

O problema que eu procurava resolver é o desalinhamento transversal da barra roscada. Isso gera vibração em velocidade alta. O problema parece ser causado pelo acoplamento com tubo de borracha, não é possível manter o alinhamento, parece que ao apertar as abraçadeiras os eixos desalinham.

A solução seria um tubo de latão, e agora que já tenho os coxins, deveria ser possível implementar isso.

Ficou muito elegante, o alinhamento transversal ficou muito bom, mas existe um pequeno ângulo entre os dois eixos.

Eu reduzi o diâmetro da barra roscada para 5mm, igual ao eixo do motor, com a intenção de facilitar e melhorar o alinhamento. Veja no final deste post.

Com os parafusos que seguram o motor, soltos fica bom, mas se apertar, trava tudo! Ou seja, fica duro e não se conseguem rotações razoáveis.

Consegui fazer um mini vídeo interessante que mostra como é essa vibração, veja bem o movimento no coxim que está solto:

Agora basta voltar ao acoplamento elástico anterior, mas ainda existem alguns truques a experimentar...

Eliminando Vibrações: Damper

No encontro no Galpão do Medino, encontrei com muitos mestres de CNC. Lógico que aproveitei para meu pequeno projeto desta Mesa XYZ. Uma das coisas que pedi ajuda foi o problema de vibração de baixa frequência.

Uma idéia que me deixou intrigado foi uma dica do Denilson de usar um Damper feito com esferas em cavidades com folga. Encontrei poucas referencias na web, principalmente esta. Ainda não encontrei a que ele usou!

Depois de algumas tentativas frustrantes, consegui fazer um:

Um disco com o mesmo diâmetro do motor, o maior número possível de esferas. São esferas de rolamento de roda que peguei na oficina mais próxima.

Quando o motor vira, a folga da esfera têm que corresponder a 1/2 passo. Então cada furo foi calibrado para folga de 0,2mm.

O disco é fixado na barra roscada, e vira junto com o motor.

Discos de folha fina de PVC seguram as esferas no lugar mas permite que elas se movimentem livremente.

Como as esferas têm 9,5mm e a chapa tem algo parecido, o centro das esferas fica solto para garantir o movimento.

Esta peça seria fácil de fazer numa RepRap!

Somente para testes, fixei na ponta da barra roscada. Não ficou muito alinhado mas o importante é eliminar a vibração em rotação baixa, então tudubem...

(esta era uma versão anterior de montagem).

Mas... vamos aos resultados. Gravei um vídeo tipo "Antes e Depois" para mostrar:

    Antes

    Depois

As falhas desapareceram!

As explicações para isso não são consistentes, na verdade não achei nada a respeito. Segundo especulações minhas e de alguns amigos, parece que a vibração é transferida para as esferas de maneira aleatória e isso quebra a frequência de ressonância. As esferas podem estar dissipando a energia, mas não existe nenhum material viscoso, o plástico é PoliEtileno e não acredito que absorva muita coisa.

A dica da folga foi do Denilson, na nossa conversa lá no Medino, ele lembra de ter lido isso em alguma referencia. Eu acho que a se a folga fôsse maior que um passo poderia atrapalhar o motor, mas com 1/2 passo ficou bom.

Há poucas referências na internet, apenas estas tratam do assunto:
http://bbs.homeshopmachinist.net/showthread.php?t=24319,
http://www.solsylva.com/cnc/dampers.shtml,
http://www.cnczone.com/forums/stepper_motors_drives/32284-my_take_stepper_damper-17.html.


Novo: O Jorge enviou uma referência de uma patente interessante: http://www.freepatentsonline.com/5295411.pdf, porém estudando esse paper eu acho que não se aplica. Esse damper tem esferas (ou cilindros) que oscilam nas cavidades e ficam apoiados para fora pela força centrípeta, também se aplicar a fórmula dele no meu damper produz N=8 eventos por revolução quando na verdade são 200. (o Pedro também concorda que não se aplica, o Jorge ainda não se manifestou em definitivo)

Novo: Absorção de energia: fiz uma experiencia com uma esfera pulando na mesma placa de PoliEtileno que eu usei, pula mais que no vidro! Então a absorção de energia é pequena se comparada a sistemas viscosos como neste exemplo, "acho" que este não é o fator primordial deste damper. Como não tenho um damper viscoso para fazer comparações, fico aguardando uma oportunidade, se alguém tiver me avise...


E agora?

É... agora danou-se...
Para colocar o Damper fixado corretamente vou ter que refazer bastante coisa. O maior problema é que faltam 25mm no comprimento! Mas vai ser interessante.

Sensores de Fins de Curso

Os sensores de fim de curso são importantes porque o Software do RepRap precisa deles. Ok, mas também percebi que sem eles, a batida ao chegar nos extremos chega a deslocar o acoplamento elástico entre o eixo do motor e a Barra Roscada.

A solução mais simples é sempre a melhor, neste caso achei bom usar micro-switch de Mouse. São facilmente encontráveis há anos.

Um deles fica ao lado do motor e precisou de um suporte especial só para eles (so much for simplicity...).

O Carro (Suporte da Porca) é que toca nela quando se aproxima.

(esta foto é velha)

O outro fica apenas fixado sobre o suporte da ponta do fuso. Simples assim...

No carro (que é o suporte da porca fixado à Mesa), tem um bloquinho de espuma de neoprene com uma plaquinha de plástico...

Esse bloquinho de espuma garante que o motor pára antes de tocar no fim. Na prática ele comprime menos que a metade, se houver rampa de desaceleração, talvez deva ser mais espesso.

Eliminando Vibração: Coxim

A vibração estava parecendo excessiva, além de produzir um barulho desagradável. Conversando com o Mestre Fábio Gilii, ele disse que para melhorar o acoplamento entre o Motor e a Rosca usando algo rígido, seria necessário ter flexibilidade em outro lugar...

Então, fui dormir com isso na cabeça e encontrei uma maneira simples de fazer um Coxim. Na primeira tentativa ficou duro, então diminuí a quantidade de borracha, vejam:

Começando com uma arruela de 3/16" que tem um diâmetro externo conveniente, fiz um escariado até que a cabeça do parafuso (M4x12) ficasse no mesmo plano que a superfície.

A borracha que eu usei foi câmera de pneu de caminhão. Consegue-se de graça mas tive que ir até o Ceasa para conseguir.

Controlando o diâmetro e a quantidade de rodelinhas, dá para controlar a dureza do coxim. Na primeira tentativa usei uma rodela inteira e ficou rígido demais...

Colei o parafuso à arruela apenas por conveniência, deu até bastante trabalho porque a rebarba da fenda do parafuso estava atrapalhando.

Usei 3 rodelinhas de borracha coladas e uniformemente distribuídas e pela periferia, depois é só colar as duas partes. Cuidado com o alinhamento dos parafusos!

E pronto! um pequeno Coxim com apenas 4mm de espessura.

A parte cônica da cabeça do parafuso pode atrapalhar, mas é só escariar o furo de fixação para resolver.

O alinhamento manual é suficiente, normalmente ao ser fixado, o parafuso descola da arruela e se auto-ajusta. O furo de fixação do Motor deve ser grande para permitir ajuste de alinhamento geral.

A montagem não mudou muito. Mas vou ter que refazer as peças porque agora é importante que os dois coxins fiquem alinhados com o centro do motor.

Ficou extremamente silencioso, comparando com o que era antes. Agora vou esperar a opinião dos mais experiente para saber se ficou mole demais, mas já sei como controlar esse parâmetro.

OBS: eu usei uma cola Loctite preta 5181, mas deve ser fácil fazer/possível com superBonter.

Ah... se algum CSI estiver por aí, não vai precisar pedir amostras de DNA, tem bastante pedaços de pele grudados neles!

Feriadão produtivo

Em vez de viajar, resolvi ficar e trabalhar na minha RepRap. Nada como alguns dias sossegado para conseguir resultados, vamos lá...

• Suporte do Pórtico

 Já tinha mostrado uma versão de isopor, pois bem, a fadinha do RepRap passou aqui e transformou em MDF!

Segundo a sugestão do Viola, fiz a fixação pela lateral e por fora para simplificar e não embutido como tinha pensado originalmente.

A estrutura é toda feita com o mesmo MDF de 9mm, para facilitar a fabricação a Laser. Com estrutura tipo caixa em todas as peças ficou realmente bem rígido.

• Nova Eletrônica

(click para ampliar)

A gaveta para a eletrônica tem se revelado realmente muito prática! Instalei o driver da GLB, o que proporcionou maior velocidade que com o Linistepper, algo como 8kHz, dá para movimentar os 30cm da mesa em 7 segundos, são 40mm/s.

Porém existe alguma vibração em velocidades extremamente baixas. Usando ½ passo a vibração desaparece mas a veliciade cai...

Fiz uma pequena placa com o circuito do JoyStick analógico. Incluindo comutação direto/manual e sensores de margem.

Isso facilita muito desenvolvimento e teste da mecânica e dos drivers porque fica fácil movimentar em qualquer velocidade.

Nada como uma Laminadora dupla-face!

• Detalhes

 Este é o guia para os cabos da mesa aquecida. fica encaixado logo abaixo da mesa.
Dois bloquinhos mantém as pontas do flat pressionados, isso garante que ele se mantem no lugar acompanhando a guia de PVC.
Odeio fios embaralhados!!

Na traseira tem uma extensão USB que vai até o interior da gaveta.

 Como destina-se primariamente a uma RepRap, deveria ser a única conexão. No caso de usar o EMC2 ainda terei que resolver, mas talvez não seja possível tantas voltas.

Sensor de Fim de Curso. Tem gente que não gosta, mas o software da RepRap gosta, então é importante.

Acho que um micro-switch é a coisa mais simples e mais prática, além de que o bloco onde está fixado serve de limitador também.

Eu pessoalmente gosto dos sensores de limites, e já deu para perceber que o motor tem força suficiente para arrancar o acoplamento se acionado até o fim em velocidade.

• Melhoria no Acoplamento do Motor

Não estava conseguindo fazer um bom acoplamento entre o Motor e a Barra Roscada. O motor tem 5mm, a mangueira de borracha (de combustível) tem 5mm nominal, e a barra roscada tem 6,4mm (1/4"). A rosca entra forçando (rosqueando) e mesmo após muitas tentativas não consegui alinhar.

Então o negócio é mudar o encaixe da rosca, mas mantendo a filosofia de fazer só coisas que não demandem ferramentas especiais. Usei uma lima, um rolamento de skate e uma furadeira:

Primeiro fixei o rolamento à barra. É mais difícil que parece porque não são do mesmo diâmetro! Usei 3 camadas de papelão bem apertadas sobre a rosca, após algumas tentativas achei a maneira certa de fazer...

Antes de continuar, verifique se está bem centralizado. Fixe a outra ponta da rosca na furadeira e segurando o rolamento apoiado sobre a mesa, verifique se está bem centralizado. Quando conseguir o alinhamento, aperte bem.

Agora o rolamento está preso na morsa, entre duas madeiras para não estragá-lo, e a furadeira apoiada na mesa.

Usando a furadeira em uma rotação que não produza muita vibração, ficou fácil limar a ponta (15mm) da rosca até alcançar um diâmetro pouca acima de 5mm.

Depois de montado já ficou muito bom, agora é possível fazer o ajuste e ficou realmente muito melhor.
 Veja na foto do Fim de Curso acima a ponta da rosca entrando na borracha

Novo: esta foto deve dar uma idéia melhor da montagem para limar a Barra Roscada.

A barra tem que ficar presa no mandril com o mínimo de vibração.

Agora quem quiser ver ao vivo e a cores (mesmo que tenham falado mal do meu azul claro...) só no sábado que vem no Medino! Espero vê-los todos lá...

Eletrificando a Mesa e Amaciando

Neste Domingo comecei a ligar fios, as fontes e um Driver. Agora com o controle do motor ficou mais fácil fazer o amaciamento da Barra Roscada.

Começando pelo básico: conector de entrada AC, fontes e coolers na traseira.

Uma das fontes (à esquerda) é 12V 5A (JukTel R$40 sem a caixa) e a outra é 24V 2,5A (ML R$15).
Reaproveitei uma fonte chaveada com MC33063 de outro projeto para 5V e montei numa placa com bornes de todas as fontes para facilitar as ligações, já que muitas experiências serão feitas aqui!

Os cabos pela lateral usando o guia plástico não ficou como esperava, já vi que com flat-cable, que usei para o motor, fica bem melhor. Vou trocar em breve.

Dentro da gaveta já coloquei um driver Linistepper, que é um dos drivers mais simples de todos.

O que dizem no site é verdade: é fácil de consertar! Eu queimei ele duas vezes até que resolvi colocar um resistor em série com a fonte de 24V. Esse parece ser um bom compromisso entre potência dissipada e velocidade.

O controle é feito por um circuito analógico que gera Step/Dir apartir de um JoyStick de PS2. O esquema circulou na PicListBR quando projetei em Dezembro.

Alguns dias depois montei os JoySticks de controle num suporte na parte superior da gaveta.

Evitar acidentes (com fios soltos) é dever de todos...

• Amaciando

Agora que tem um driver e que o Motor vira com maior comodidade, vem uma parte muito importante: Amaciar a barra roscada.

Para isso precisei achar a "Pasta Esmeril" que antigamente era usada para retificar sede de válvulas.

Foi só colocar a pasta (a mais fina) ao longo de todo o eixo e movimentar entre os extremos umas 30 vezes.

A pasta é altamente abrasiva, dá para perceber como se tivesse areia.

Depois tem que desmontar e limpar muito bem (AguaRáz e água+detergente) até ter certeza que a pasta toda saiu, essa é a pior parte do processo.

• Funciona!

Agora o movimento ficou bem mais macio, aqui está o movimento com um peso em cima. Atingiu uma velocidade no Stepper de uns 4kHz ou 25mm/s.



Alguma coisa não está muito bem ainda no alinhamento, isso é muito mais difícil do que parece! Até o final dos 3 eixos acho que consigo fazer um pequeno tutorial introdutório... por enquanto vou ter que correr para o Sir Jorge e pedir socorro.

Também já recebi o Driver Chinês, vou testar e espero que a velocidade melhore.

Conjunto Trator da Mesa X

Depois de um bom tempo trabalhando sem mostrar o que fazia, aqui está o Conjunto Trator do eixo X. Todas as peças são de MDF (podendo ser feitas na Laser) mas o projeto visa a substituição de todas essas peças por outras feitas na RepRap depois de tudo pronto.

O movimento da mesa é feito por uma barra roscada de 1/4" e porcas comuns, compráveis em lojas de parafuso. O acoplamento é mangueira de combustível de 5mm reforçada e abraçadeiras, disponíveis em lojas de auto-peças.

NOVO: existem duas melhorias, veja no final desta postagem

• Visão do Conjunto

aqui dá para ver o suporte do motor, o carro com suporte da porca e o apoio da ponta da barra roscada.

• Suporte do Motor

O Motor de passo - Stepper - vai preso a uma placa de MDF que por sua vez é preso à base por duas contoneiras. Com furos maiores que os parafusos, fica fácil fazer o ajuste da posição do motor, tanto lateral quando verticalmente.

As contoneiras têm um pequeno reforço lateral para aumentar a rigidez.

Há um recorte na base para o Motor, isso permite diminuir a altura do equipamento. Foi fechado para evitar a entrada de objetos estranhos no compartimento da eletrônica.

O acoplamento com a Barra Roscada é feito com mangueira de combustível de 5mm (indicação do Jorge) que tem uma lona interna e não resseca.

Tudo com um perfil baixo para aproveitar bem o espaço.

• Porca seguidora

Para evitar folga na Mesa, a Barra Roscada é acoplada ao carro por duas porcas. Entre elas é colocado um pequeno anel de espuma de neoprene (guarnição automotiva).

 Ao serem montadas, as porcas se acomodam sobre a rosca devido à ação do espaçador flexível, cada uma para um lado e portando compensando a folga entre cada porca e a barra Roscada.

As duas porcas são prensadas na posição em que se encontram e não saem mais dessa posição. Isso efetivamente elimina a folga sem aumentar o atrito (mais um truque do que aprendi com Mestre Jorge).

NOVO: Veja a versão atual em Dispositivo Anti-Folga melhorado.

Tudo fica bem justo, rente à base mas sem tocar...

Fixado na Mesa, tudo bem firme.

Observe a massa que foi colocada nos furos onde estão as porcas embutidas. Aguarde uma postagem sobre esse trabalho...

A fixação do carro na mesa permite acesso à fixação das porcas. Após o desgaste natural, basta afrouxar os parafusos para reacomodar as porcas e eliminar a folga novamente.

Na verdade, essa janela não era necessária porque ficou muito fácil remover a Mesa e ter acesso à parte interna.

• Suporte da ponta

O ponta da Barra Rocada é apenas presa por um furo guia para evitar que se movimente e crie problemas. Como tem que estar alinhada, o mesmo esquema de fixação por cantoneiras reforçadas é usado, como no motor.

O espaço interno é necessário para passagem do carro acoplado à mesa. Por isso ficou tudo um pouco apertado entre os trilhos...

Na extremidade coloquei uma porca auto-travante para poder movimentar a Mesa usanto uma parafusadeira.

• Consirerações

O funcionamento do conjunto ficou muito bom. A mesa corre bem solta e há pouco atrito.

Acabei de receber um driver LiniStepper e fiz uma experiência rápida, com tensão e corrente mais baixa que o normal. A velocidade do deslocamento já ficou bem razoável.

Seria melhor afastar mais as guias. Avaliando o resultado ficou claro que mais afastado gera maior rigidez, além de proporcionar o espaço que faltou na parte interna.

Ainda faltam: sensores de fim de curso com dois micro-switch (importante para o software da RepRap) e guia dos cabos para a mesa aquecida.

Agora vou me dedicar à eletronica, tudo deve ficar dentro da gaveta!!!

NOVOS: existem três melhorias que foram feitas:
Dispositivo Anti-Folga melhorado
Rolamento de Apoio - Eliminando Folgas
Anti-folga auto-ajustante - Porca cortada