Механизм наклона пильного диска
Раз уж мы теоретизируем с дивана в рамках данной статьи и раздела статьи "проектирование", то давайте коснемся основных моментов, из которых я исходил при выборе технического решения.
Самое первое и главное, чего хотелось от станка, это - возможность изменять глубину пиления или, другими словами, высоту вылета пильного диска над столом, а так же угол наклона пильного диска к столу. Очевидное решение, первым делом приходящее в голову - взять дисковую пилу и вкорячить ее вверх подошвой к столу изнутри, прорезав после этого паз под диск самим этим диском, опуская (или поднимая?!) маятник с движком.
Но данное решение не подходит мне по многим причинам. Как правило, у недорогих ширпотребных пил подошва не литая, а - штампованная, хлипкая. Механизмы тоже хлипкие, необходимой жесткостью не обладают. При серьезной нагрузке в столе диск будет отклоняться от необходимых угла и вылета. Рез будет рваным и будет требовать серьезной доработки. Точной геометрии уже не получить. Но есть еще важный момент, который является, буквально, краеугольным камнем всего высокоумия и пафоса, связанного с проектированием механизмов подъема и наклона. Давайте взглянем на штатный механизм изменения угла наклона на обычной ручной циркулярке. Он практически одинаков у всех ручных циркулярок за редкими исключениями. Разница лишь в исполнении некоторых технологичесих элементов. В качестве примера представлю вам свою аккумуляторную Felisatti:
Как видим, глубина пропила в двух положениях сильно разнится. Разница составляет 17 потерянных миллиметров. Но это - еще пол беды. Как правило, на всех ручных циркулярках на подошве есть две риски/засечки/высечки/визира/прицела... Хотите как - называйте так. :) Одна для наклона в 90 гр., другая - для 45 гр. А зачем? Чтобы понять, в чем дело, обратим внимание на механизм наклона и изучим его кинематику. По своей сути она - очень проста. Одно звено механизма вращается вокруг другого звена, угол вращения и крайние положения механизма ограничены ходом фиксатора в криволинейном сквозном пазу в основании (подошва). Ось вращения диска при его наклоне проходит через оси переднего и заднего шарниров, посредством которых и соединены в кинематическую пару подошва и остальные элементы, включая диск, которые мы пока объединим для удобства в одно жесткое звено. Если отбросить все лишнее и построить простейшую кинематическую схему этого механизма, спроецировав его на плоскость вращения, то получим вот что:
Если условные обозначения кинематической схемы в чем-то не соответствуют общепринятым, то... пофиг :) Уж извините, но ТММ в моей жизни была 13 лет назад ))
Что видим на схеме? Что при наклоне диска к подошве под углом 45 гр. плоскость диска пересекает плоскость подошвы вдоль оси, которая расположена на расстоянии 13,6 мм от проекции оси шарнира на плоскость подошвы. Вычитаем половину толщины пильного диска с учетом угла 45 гр. - (1,1)/(Cos[Pi/2]) мм - и получаем 13,6 - 1,56 = 12,04 мм. Сие есть расстояние между рисками на подошве, а так же суть расстояние, которое мы получили бы между двумя резами пилы по одному неподвижному упору, выполненными под углами 90 и 45 гр. Другими словами, 12 мм есть ни что иное, как поправка "прицела" на наклон диска под 45 гр., чтоб вести пилу при пилении правильным образом вдоль линии разметки реза. Сие обстоятельство, дорогие друзья, однозначно указывает равно как на несовершенство механизма в этом отношении, так и на его экономическую целесообразность при проектировании ручных дисковых пил ввиду его относительной простоты и технологичности. И все это из-за того, что ось вращения механизма наклона не лежит в плоскости подошвы, а параллельна ей и смещена вниз на 12 мм, в данном случае.
Возникает закономерный вопрос: а каким должен быть противоскольный вкладыш (вкладыш "нулевого зазора") при таком механизме наклона диска? А вот таким... множественным, так сказать. 0_о При обязательном условии минимизации зазора между стенками паза под диск во вкладыше под каждый используемый вами угол придется делать свой вкладыш. А если будет один на все возможные углы, то минимального зазора вам не видать, как нового президента России.
Следующий закономерный вопрос: а что ж тогда сделать-то, чтоб и зазор минимальным был, и вкладыш - один на все углы, и глубину пропила при наклоне терять минимально? А очень просто! Нужно всего лишь сделать так, чтобы ось, вдоль которой плоскость пильного диска пересекает подошву, оставалась неподвижной при изменении угла. Или, другими словами, вынести ось вращения механизма наклона в плоскость подошвы или стола. Взглянем теперь уже на реальный пример:
Здесь изображены в сечении два крайних положения двигателя от реальной циркулярки "Энкор" с насаженным на его вал пильным диском. Далее будет понятно, почему я обратился к такой схеме. Как видно, здесь уже показаны реальные элементы деталей с учетом их реальных технологических характеристик, таких, как возможные толщины (фанеры, ДСП). Сохранение положения оси пересечения плоскостей стола и диска при наклоне и перенос оси вращения механизма наклона в плоскость стола позволяют минимизировать видимую сверху вкладыша ширину паза под диск, а значит и минимизировать зазоры между диском и стенками паза. В данном случае при толщине пильного диска 2,2 мм паз, прорезаемый диском поочередно в каждом из двух крайних положений, имеет видимую ширину 3,1 мм. Отмечу, что в моем случае ось вращения наклона диска принадлежит не плоскости симметрии диска, а принадлежит его "левой" плоскости. Ну, то есть, той плоскости диска, которая со стороны движка. Это я так выбрал для себя. Это - необязательно. Можно выбрать положение хоть в плоскости симметрии, хоть в "правой" плоскости диска. Обратите внимание на то, что никакие элементы перемещающихся при изменении угла наклона деталей не должны препятствовать диску занимать крайние положения. Ну, разумеется, и промежуточные положения - тоже. Строго говоря, диапазон значений угла наклона диска к столу должен быть непрерывным, а не дискретным.
Это все - замечательно и классно! Вери уандефул! Но как это реализовать? Получается, что ось вращения шарниров должна стремиться в пространстве к оси, по которой пересекаются стол и плоскость диска при угле наклона 90 гр., а линейные размеры деталей шарниров при этом должны стремиться к нулю, чтобы все это совпало в пространстве. Но технологически это - невозможно! Есть объективные ограничения на размеры деталей шарниров, связанные с возможностями оборудования, участвующего в их производстве, с допустимыми нагрузками на детали и... и еще много заумных слов из геометрии, сопромата, деталей машин и технологии изготовления запасных частей. Так что шарниры нас не приблизят к идеалу. И именно поэтому вариант с использованием "родных" механизмов ручной дисковой пилы - далеко не самый лучший вариант. И мне он - не подходит.
Однако есть довольно изящное решение, которое изобрели инженеры для решения этой задачи. Заключается оно в том, что для этой задачи нужно отказаться от высших кинематических пар в виде шарниров и перейти на низшие кинематические пары. Напомню, что у первых контакт звеньев происходит условно в точке или по прямой, а у вторых - по поверхности.
Ну и - то! Это означает, что цапфы и опоры под них вместо шарниров нужно выполнить в виде радиусных направляющих с общим центром, трущихся друг о друга. Или секторов колец прямоугольного сечения, другими словами. Ну ладно, описывать словами можно долго. Просто взгляните на след. иллюстрации:
Я думаю, что здесь интуитивно должно быть все понятно по чертежам и иллюстрациям. Разумеется, что цапфы и опоры должны быть с двух сторон корпуса, внутри которого, в свою очередь, маятник. В моем случае корпус маятника получился довольно объемной коробкой с немалыми линейными размерами и, конечно, далеко-далеко ненулевой массой. Во избежание заклинивания цапф в опорах при движении (фанера, все-таки), а так же для распределения нагрузки на них от веса маятника, я выбрал такие относительно большие радиусы. В поперечном сечении опоры и цапфы являются прямоугольниками 20х15 мм, где 15 мм - толщина фанеры. Хоть фанера и - очень благородный для конструирования материал ввиду своей прочности, жесткости, легкости в механообработке и т.д., но даже фрезерованная и шлифованная фанера не сравнится по шероховатости и твердости своих поверхностей с аналогичными, но из металла.
Механизм подъема (лифт)
С механизмом подъема все несколько проще, т.к. проще и требования к кинематике и геометрии этого механизма. Диск должен подниматься и опускаться и все. При этом может быть использовано как поступательное движение, так и вращательное, но степень свободы поднимаемого и опускаемого суппорта должна быть только одна. Лично мне вариант с поступательным движением не подошел ввиду сложности своей реализации и труднодоступности необходимых для этого узлов и деталей. Ведь для снижения трения суппорта при движении по направляющим сами направляющие должны быть с идеальной геометрией, минимальными допустимыми отклонениями размеров и формы. А так же необходимо использование линейных подшипников качения или скольжения, реечных, винтовых или червячных передач и т.д. Все это предполагает немалые материальные вложения, логистические издержки (доставка и сроки), усложнение конструкции и увеличение трудозатрат на изготовление, снижение ремонтопригодности. Ну очень сложно. Но, конечно, очень круто!
С реализацией вращательного движения в механизме подъема все проще потому, что он представляет собой простейший механизм, состоящий из 4 звеньев:
Маятник с двигателем и диском вращается вокруг шарнира на определенный угол, ограниченный направляющим ограничительным пазом. Внутри паза перемещается шпилька М8 с навернутыми на нее со стороны корпуса маятника фиксаторами-барашками. Шпилька проходит сквозь маятник и выступает через направляющие пазы с двух сторон корпуса. Внутри фиксатора - гайка М8, вклеенная на эпоксидный клей. Никакого механического привода у этого механизма, как и у механизма наклона, нет. Все выполняется силой рук. Барашки с двух сторон ослабляем, тянем за них или опускаем, маятник поднимается или опускается. Для доступа к барашкам в столешнице предусмотрены небольшие вырезы под руки:
Чем больше радиус центра паза, тем больше плечо силы, которую прикладываем к фиксаторам в пазе, чтобы поднять маятник, тем меньшую силу нам нужно приложить с сохранением того же значения крутящего момента, чтоб его поднять. А, значит, тем легче, плавнее и точнее можно изменять вылет диска. И, одновременно при этом, чем ближе центр тяжести маятника к точке опоры - шарниру, тем меньше плечо силы тяжести и меньше момент этой силы, сопротивляющийся подъему маятника. Это нужно учитывать, но подходить к компоновке технологических и конструктивных элементов разумно. Так же не стоит забывать о силе трения между деталями маятника и корпуса, которая вносит ощутимый вклад в динамику механизма подъема. У меня посадка маятника в корпусе получилась с небольшим натягом и после остановки движения маятника где-нибудь в среднем положении векторная сумма всех сил и моментов равна нулю и маятник сохраняет свое положение, как бы зависает. При этом двигать его очень легко и комфортно. Для меня сие обстоятельство - скорее плюс, чем минус. :)
В заключение второй части статьи хотелось бы сказать, что результат моих изысканий и трудов в виде готового и успешно работающего станка, конечно же, не идеален. Проектируя подобный станок 2-й раз я, вероятно, кое-что бы изменил и сделал иначе, внес бы кое-какие усовершенствования. Но сие будет еще не скоро. Если вообще будет. В любом случае, Господь сам все управит и на все воля Его. Так же еще раз отмечу, что все технические решения, реализованные мной в конструкции моего станка, выбраны из-за своей предельной простоты и требуют минимального ассортимента крепежа и фурнитуры, который доступен в любом более или менее серьезном строительном магазине. В следующей и, надеюсь, последней части мы с вами перейдем к практической части - моделированию. А так же затронем один из важнейших аспектов настройки и эксплуатации станка - регулировке положения пильного диска в пространстве. Ну а те, кому не терпится уже сейчас увидеть, что получилось и как собиралось, могут найти меня в YouTube.
