CNC alu, la bd14

isométrie 2

Après des mois d'exploration de ce forum - plein de ressources, merci à tous - ert du web je me suis lancé l'automne dernier dans la construction.
Voici un retour d'expérience, ce projet et d'autres réalisations sont documentées sur mon blog : mecadob.com vous y trouverez aussi les plans de cette machine.

Reportage :
cahier des charges

Cette cnc doit permettre l’usinage d’aluminium mais aussi celui de bois dur. La surface de travail doit permettre d’usiner des accessoires de moto ou les composantes d’un meuble en bois. La machine doit accepter les formats standardisés de panneaux (typiquement 600 mm de largeur) et permettre de travailler sur des pièces plus grandes que la surface d’usinage.

De par sa construction, la machine doit être modulaire et évolutive : l’adage dit bien que « la faim vient en mangeant » et j’ignore, à ce stade, ce que je vais demander de faire à ma future machine,
Par ailleurs, vu le côté expérimental de la chose, la seule certitude est qu’il me faudra passer par un certain nombre de prototypes et d’améliorations avant d’atteindre mes objectifs, Autant donc laisser une place aux évolutions et construire une machine qui supporte des transformations ultérieures.

Enfin, la construction doit être à la portée de mes compétences et réalisable avec les machines dont je dispose. Le temps de réalisation et le coût final sont des aspects secondaires.

recherches et choix de conception

Le web foisonne d’exemples, c’est donc sur la toile que mes investigations commencent. Ce forum2 s’avère une source d’inspiration précieuse. Un constat pour résumer ces recherches : tout est une question de compromis !
Quelques mois et 3 projets virtuels plus tard, j’opte pour une architecture qui répond à mon cahier des charges initial et aux contraintes de construction fixées.


J’ai opté pour une conception de type pont roulant, inspirée entre autres de la Shapeoko.
Cette architecture combine la rigidité, la facilité de construction et la modularité recherchée au départ. La surface de travail est ouverte aux deux bouts, ce qui permet de travailler sur des pièces plus longues que la machine.

Cette architecture implique en revanche deux entraînements synchrones de l’axe longitudinal. Je relate plus loin les difficultés que ce choix entraîne et les remèdes trouvés pour garantir une bonne fiabilité. Au final, ce choix s’est révélé judicieux, le dispositif mobile qui en découle n’a pas besoin de sous-tirant, ce qui permet un jambage du pont très compact et rigide.

caractéristiques

dimensions HT : 1000 x1200 x 800 mm
déplacements utiles : 600 x 600 x 220 mm
passage libre sous portique : modulable, 220 mm dans la configuration actuelle
vis à billes : 16 mm au pas de 5 mm sur tous les axes
guidages linéaires : rails supportés type SBR20
moteurs pas à pas : Nema34, couple de maintient 3Nm
broche Kress : 1 kW, 5000 à 25000 trs/min

cartes des moteurs : Leadshine M542
commande : Arduino et grbl

matériaux : aluminium et acier de récupération.

isométrie 1


socle et guidage longitudinal
Le socle est construit avec des profilés d’aluminium rectangulaires de 100 x 50 x 4 mm. Ceux-ci sont sciés à longueur puis rectifiés aux extrémités sur mon Aciera F34. L’assemblage des profilés longitudinaux est réalisé par vissage, des fers plats de 6 mm percés et taraudés assurent le maintien.
profils_assemblages

Le même système est utilisé pour le montage des rails de guidage: ici la traverse du portique mobile.
Traverses

Les traverses sont positionnées avec des cales solidaires des profils longitudinaux. L’ensemble de la base est assemblé avec des tiges filetées de 10 mm.


Des entretoises en acier, réalisées sur mon tour Habbegger 102 permettent un serrage sans déformation des profilés.



Un premier montage à blanc est entrepris pour valider le procédé d’assemblage et vérifier la géométrie d’ensemble.



Construction du portique.

L’architecture de la machine est de type pont roulant ; il faut que celui-ci soit homogène et rigide. Les jambages sont usinés dans un bloc d’aluminium façonné pour recevoir un support de maintien et d’ajustement de la traverse.



Les jambages sont vissés sur le support des patins de guidage, deux SBRU 20 par côté. Ce même support servira aussi au montage des noix de vis à billes.

Cet assemblage permet au besoin, d’augmenter facilement la hauteur libre sous le portique : il suffit de rajouter un étage intermédiaire.La traverse est ajustable ; j’ai imaginé et réalisé le dispositif suivant pour ce faire : une pige tournée et filetée – aux pas de M6 en haut, M10/1 en bas – passe dans un bloc usiné et taraudé pour la recevoir.



Ce bloc est guidé par une rainure et maintenu à la hauteur voulue par deux vis. La pige prend appui sur une tête de BTR placée dans les jambages; le carré à son extrémité supérieure permettra un ajustement de la hauteur de la traverse. La tige filetée qui traverse le portique permet de maintenir le tout après ajustement.
La construction se poursuit avec un deuxième montage à blanc : le pont roule !

Il reste maintenant à fignoler les alignements. Les passages des vis fixant les rails de guidage sont réalésés pour obtenir le résultat souhaité. Le parallélisme des rails supportés est finalement obtenu par tâtonnement et avec un ajustement dynamique : rail gauche aligné sur le bâti, le rail en face se met en place tout seul en déplaçant le portique d’une extrémité à l’autre.



suite au prochain post et sur mon http://mecadob.com

Merci pour vos commentaires encourageants !
Voilà la suite du montage :

chariot transversal

Le chariot transversal est monté en sandwich sur la traverse. Ce montage est dicté par la recherche d’un porte à faux minimal, l’objectif étant de réduire au mieux le couple de renversement produit lors de l’usinage. Il faut pour ce faire minimiser la distance entre l’axe des rails de guidage transversaux et l’axe de l’outil coupant. La seconde contrainte étant de rapprocher au mieux l’axe de la fraiseuse du milieu des jambages du portique. Quelques excellents articles sur le sujet.6

?

IMG_1839

Je choisis de créer ce sandwich avec deux plaques d’acier rectifié de 8 mm. Elles sont maintenues en place par des goujons logés sur les supports haut et bas des patins de guidage linéaire. Le tout est assemblé par vissage.

?

IMG_1838

La plaque avant doit supporter les huit patins de l’axe vertical et la noix de la vis d’entraînement de cet axe. Le traçage des percements est délicat... et leur réalisation va montrer les limites de ma perceuse à colonne.

?

IMG_1609

C’est à ce moment que je décide d’améliorer cette perceuse, mais c’est une autre histoire.... à suivre sur le blog mecadob.com

?

IMG_1611

La plaque arrière reçoit la noix de la vis à bille transversale. La hauteur de celle-ci est ajustable, ce qui est indispensable puisque la traverse du portique l’est aussi. Elle est donc pourvue de trous oblongs et maintenue par des écrous vissés sur des goujons filetés solidaires de la plaque arrière.

?

IMG_1827


entraînements et guidage linéaire

J’ai acheté des vis de 16 mm au pas de 5 mm pré-coupées approximativement aux longueurs voulues en prenant un peu de marge. Il faut donc les usiner à leur deux extrémités. Après quelques passes de dégrossissage, l’usinage est achevé avec le dispositif de rectification de mon tour Habbegger 102

?

IMG_1726

?
IMG_1728



Les extrémités doivent porter les roulements pour lesquels je fabrique des paliers. L’un des paliers permet un déplacement longitudinal des roulements et un démontage aisé de la vis, Sur l’autre palier, la vis d’entraînement est accouplée au moteur et les roulements sont maintenus en place entre un épaulement et une plaque.

?

IMG_1631


L’autre extrémité est filetée pour maintenir le roulement côté moteur. Le palier adéquat est tourné puis fraisé aux dimensions voulues.

?

IMG_1637


IMG_1731

Le filetage s’est avéré laborieux, l’acier des vis n'étant pas particulièrement tendre ! J’ai fait quelques essais sur des chutes avant d’obtenir un résultat correct.

?

IMG_1733
Je fabrique dans la foulée les bagues et écrous de maintien et me fait un petit plaisir : la fabrication d’une clé de serrage.

?
IMG_1734

Je passe ensuite à la fabrication des logements et supports des noix pour les trois axes. Ce qui fait quatre pièces au total, dont deux sont jumelles et symétriques. Après fraisage aux côtes dans un bloc d’aluminium brut, les alésages sont faits sur le tour.

?

IMG_1602



IMG_1556

Retour sur la fraiseuse pour l’usinage des gorges et chanfreins des noix de l’axe longitudinal puis percement des vis et taraudage.
?

IMG_1564

?

IMG_1561

Quatre plaques de 15 mm sont façonnées pour fermer les extrémités des rails longitudinaux. Ces plaques assurent diverses fonctions : rigidifier l’assemblage des deux profils 100 x 50 mm, maintenir les paliers aux extrémités des vis d’entraînement et supporter les moteurs pas à pas.
De par leur géométrie, elles sont particulièrement délicates à usiner : découpe grossière avec la scie à ruban, rectification sur la fraiseuse, alésages, percements...


IMG_1635

Ces plaques sont pourvues de deux cales ajustées pour se loger dans les extrémités des profilés. Les cales sont vissées à l’arrière des plaques et celles-ci sont serrées en place avec une tige filetée qui traverse le profilé longitudinal.


Ici, l’extrémité qui porte le guidage mobile de la vis d’entraînement. Les quatre BTR noyées servent à maintenir les cales de positionnement enchâssées dans les profilés.

?

IMG_1821

Les supports des roulements sont vissés sur les plaques d’extrémité de chaque côté de l’axe longitudinal.

?
IMG_1837

A l’autre extrémité de l’axe et de chaque côté de la machine, la plaque supporte le moteur d’entraînement de l’axe, monté avec des entretoises.
Cette disposition permet le montage et l’accès aux accouplements moteurs / vis.
?

IMG_1824

?
IMG_1822