Шестерни и рейки на ЧПУ фрезере без дополнительной оснастки и модульной фрезы

Наверное, многие, просматривающие раздел «DIY или сделай Сам» сталкивались с необходимостью найти/подобрать подходящую пару шестерней или готовый редуктор под свой проект. А так же сталкивались с трудностями данного поиска.

Возможность изготовлять шестерни самостоятельно давно меня интересовала. Заводские методы нарезки шестерней модульными фрезами и пр. промышленными способами мало применимы в домашних условиях. А изготовить на заказ стоит безумные деньги за одну штуку или хотят партию от 1000 шт.

Различные попытки отливать шестерни из эпоксидной смолы и пластмасс закончились ничем.

• Для формовки все равно нужен образец, а это не всегда возможно.
• Отливки требует «доработки напильником».
• Полученные шестерни хрупки и часто имею дефекты.

На шестерни изготовленные на 3D принтере, без слез смотреть нельзя. Хотя какую то часть задач они покрывают.

Мысль о том, что правильную шестерню можно сделать на 3-х координатном ЧПУ станке без дополнительной оснастки мне пришла в голову не сразу. Но эксперименты показали, что имея рабочая.
Как ни странно, но этот метод никто не применяет. Все вырезают модульной фрезой и на тематических форумах DIY полно вопросов «а как же шестерню изготовить/заказать/найти».

После многих экспериментов остановился на варианте плагинов для inkscape ^[1].

Плагин для inkscape “gears_evolvente.py” (Copyright © 2011 Dave Web), немного доработанный для формирования дополнительных элементов (обозначение центра, дырка, доп. окружность – pitch диаметр и пр.)

Плагин для создания рейки rack_gear.py (Copyright © 2013 Brett Graham). Тоже дорабатывал по мелочи.

Модуль 1мм, как минимальный модуль, который фреза 1мм вырезает без серьезных отклонений от необходимой формы. В качестве материала идеально подходит текстолит или стеклотекстолит. Дополнительная обработка готовых шестерен и реек не требуется.

Вырезанные таким методом шестерни использую и разных проектах. Шестерни выдерживают приличную нагрузку и износа пока не замечено.

Характеристики опробованных приводов «рейка-шестерня»

Люфт рейки и шестерней

Эксперименты показали, что люфт в паре «рейка-шестерня» по микрометру с часовой шкалой составляет 0.05-0.07 мм при нагрузке на рейку в пределах 0.5-1Кг.

Данный люфт был при выставленном зазоре в паре достаточном, что бы перемещение было легким и без заеданий. Зазор выставляется жестким прижимом рейки винтами (овальное отверстие на рейке). Шестерня на оси шагового двигателя. Двигатель намертво прикручен к основанию.
Люфт в зацеплении шестерней субъективно не хуже чем в паре заводских металических шестерней с модулем 2мм.

Нелинейность рейки

К сожалению, точного инструмента, позволяющего замерить линейность перемещения — у меня нет. Используя штангенциркуль удалость только определить, что погрешность линейного перемещения на 50мм (по шагам шагового двигателя) не превышает 0.5мм (точнее определить сложно).

Некоторые выводы

Использование самодельных шестерней и реек для самодельных конструкций – вполне здравая идея.
Себестоимость изготовления – минимальна для мелких партий и единичных экземпляров.
Основной недостаток приводов на паре шестерня-река: Более шумная работа, чем при использовании ремня или ШВП. Впрочем, этого и следовало ожидать.

Автор: mmMike

Источник ^[2]