Appena conclusa la conversione della fresa XJ25 in CNC mi sono dedicato alla realizzazione di un accessorio utile per molte lavorazioni: il quarto asse.
La prima idea era stata quella di dotare di un motore passo passo il divisore che già avevo, ma dopo alcune valutazioni mi sono reso conto che con la sua attuale impostazione meccanica con riduzione di 210:1 non era perfettamente adattabile ad una elettronica con motore passo passo. Per raggiungere la precisione nell'arco dei 360 gradi, tenendo conto del fatto che i motori stepper necessitano di fare 200 passi per un giro, occorre utilizzare riduzioni fra motore e mandrino di 9 volte, di suoi multipli o di sue frazioni di 1/2, 1/4. Se per esempio utilizziamo una riduzione fra motore e mandrino di 4,5 il motore stepper in 900 passi farà compiere 360° al mandrino, quindi avremo un movimento del mandrino di 1° con 2,5 passi, facilmente poi "amplificabili" in definizione con l'impostazione dei micropassi dell'elettronica. Nel caso del mio precedente divisore con riduzione di 210 volte sarebbero necessari 210 x 200 = 42000 passi per 360° che porterebbero a richiedere 116.6(periodico) passi per ogni grado, che non è matematicamente esatto e non può essere portato a numero non periodico nemmeno elettronicamente.
Dopo questi calcoli ero intenzionato a costruire una meccanica con riduzione 9, ma mi sembrava ancora troppo riduttiva, per cui ho rivolto la mia attenzione verso i sistemi con vite senza fine utilizzando un motoriduttore per motori con riduzione 36 oppure 45 oppure 90. Purtroppo verificando il costo dei motoriduttori mi sono reso conto che il costo del mio progetto sarebbe stato superiore all'acquisto di una tavola rotante normalmente in commercio. Ho quindi deciso di acquistare una di queste tavole, per la precisione una tavola Vertex, accreditata di buona fattura e rapporto qualità prezzo fra gli utilizzatori. La tavola rotante Vertex HV6 è prodotta a Taiwan, è sicuramente un prodotto superiore alla media dei prodotti cinesi, sia per la sua lavorazione che sembra molto buona che per l'assenza di residui di lavorazione presenti entro la stessa, può quindi essere messa subito in opera. Ben lubrificata internamente e protetta esternamente in una buona confezione con manuale e certificato di collaudo e garanzia...
La tavola dispone di una riduzione di 90:1 per cui tramite il nostro stepper da 200 passi/giro possiamo raggiungere una definizione di 50 passi esatti per ogni grado di movimento, nella mia realizzazione poi ho adottato una configurazione di ulteriore riduzione tramite cinghia di 2:1 ed utilizzando 10 micropassi ho ottenuto così una definizione di 1000 steps per ogni grado.

Avendo a disposizione questa tavola rotante non rimane che trovare un modo efficiente di trasmettergli il moto al posto della manovella e poco altro. La parte della manovella che tramite la vite senza fine va a fare ruotare la tavola è montata su un porta albero eccentrico che permette in origine di sbloccare la manovella stessa dalla tavola e eventualmente di poter ruotare la tavola a mano. Tramite questo sistema è quindi anche possibile regolare il gioco dell'accoppiamento della vite senza fine fino a portarlo praticamente a zero.

Dalla seguente immagine partendo da destra verso sinistra possiamo vedere:
Il corpo nero in ghisa in cui si intravede la vite per il bloccaggio del sistema di innesto-disinnesto dell'ingranaggio interno.
La prima ghiera di colore scuro con scritta on-off. Questa ghiera è fissata al corpo in ghisa e tramite 4 grani su di essa è possibile regolare il gioco assiale del porta albero in condizione di rotazione antioraria.
La ghiera in alluminio è stata fatta per rendere solidale il porta albero con la ghiera nera, nella versione originale essa sarebbe usata per innestare la vite senza fine.
Abbiamo poi una piccola molla ondulata ed una ghiera per regolare il gioco in condizione di rotazione oraria. La ghiera è stata sostituita con una autobloccante autocostruita in quanto quella originale era un semplice anello filettato con 2 grani che venivano serrati sul filetto...brutta cosa questa....e per fortuna in fase di montaggio hanno serrato poco i grani non rovinando eccessivamente il filetto dell'albero.
NOTA: tutti i filetti della tavola sono in passo MA tranne questo filetto sull' albero che è un 24 whit.
Puleggia da 32 denti passo 5mm fissata con 2 grani sulla piccola parte di albero rimasta, in questa zona l'albero è fresato piatto su 2 lati per cui la superficie di appoggio della puleggia è veramente poca.

Sulla puleggia è montato anche un cuscinetto. Questo cuscinetto il cui albero interno verrà poi fissato alla struttura serve a rendere più efficace il sostegno della puleggia che appoggia per soli 9 mm sull'albero. Il sistema albero porta albero non è fatto per sopportare il carico radiale che verrà applicato sulla puleggia tramite la cinghia, per cui questo cuscinetto è necessario per scaricare in questo punto la forza applicata all'albero.

Passiamo quindi alla costruzione delle piastre che compongono la struttura di sostegno della piastra e del motore. Il materiale impiegato è della lega anticorodal da 10 mm. In foto si vede la parte posteriore e quella inferiore.

Viene poi creata la prima paratia che serve a scatolare la zona di trasmissione per evitare che i trucioli finiscano nella zona cinghia-puleggie.

La seconda paratia ospita la piasta porta motore per regolare la tensione della cinghia e il connettore per i collegamenti elettrici. Il motore utilizzato è un nema 23 da 56mm di lato da 1,5Nm, la corrente di lavoro di questo motore è di 4,2 A in collegamento parallelo con una tensione di 1,6 V. La forza misurata sulla puleggia per ottenere la rotazione è stata misurata in circa 0,5-0,6Nm per cui il motore è abbondantemente dimensionato.

Non rimane che cablare i fili al connettore e fermarli in modo che non vadano a intralciare la trasmissione.

Un leggero coperchio in alluminio completa la scatolatura di protezione e l'asse è pronto all'uso. Impostando una velocità del rapido di 800 si ottiene una rotazione completa di 360° in 27 secondi circa.

Per il fissaggio del mandrino ho adottato la soluzione in foto, si tratta di un supporto in ferro fissato alla tavola dotato di un attacco a filetto 40 x 2,5 identico all'attacco di serie del tornio Ceriani, così mi sarà possibile utilizzare i mandrini del tornio sostituendoli facilmente all'occasione. La concentricità di questo sistema può non essere ottimale come un mandrino fisso, ma prova e riprova a montare mandrini non ho riscontrato un errore maggiore di 2 centesimi, piu che soddisfacente per i miei usi.

La vista del quarto asse nel suo aspetto finale.