Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une future

[yannick.scher]

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

effectivement, les images, et surtout les tailles de machines sont vraiement impressionantes!
maintenant, encore un truc, si à la place du tube carré, on y met du béton polymère? il y aurait le poids, et la rigidité, non?
le prix de cette matière; c'est combien?
c'est micluc qui en a fait une bien:
https://www.usinages.com/threads/fabrication-dune-fraiseuse-cn-3d-granite-epoxy.15107/

 

[moissan]

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

On peut estimer que les paroi des colonnes font 20mm d'épaisseur en fonte. Il est plus que probable qu'il y ait un nervurage interne. Mais par facilité, on va l'ignorer.

j'ai une fraiseuse forest de 11 tonne dans mes tas de feraille : les epaisseur de paroi en fonte son plus faible que l'on croit , mais avec beaucoup de nervure a l'interieur ... et encore c'est une machine assez ancienne , plus les machine sont rencente plus les progrés de la fonderie permettent de faire des piece fine en general avec de l'epaisseur uniquement ou il faut

https://www.usinages.com/threads/une-forest-dans-mon-jardin.46421/
la 3eme photo est l'interieur de la colonne : les face plate sont plus fine que les nervure

c'est plus facile de faire des nervure a l'interieur , sans probleme de contre depouille : c'est le moule du noyaux qui fait l'affaire

 

[Francois59]

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

Je pense qu'il serait judicieux de méditer sur le premier message de cette page : https://www.usinages.com/threads/debut-fabrication-de-ma-1er-cnc.31436/#p381891 a propos de l'usinage d'acier.

L'amateur que je cite ici https://www.usinages.com/threads/fraiseuse-cnc-de-ouf-en-mecanosoudure.59847/ doit pas être loin de la vérité, a mon avis.


Le béton polymère connais pas. Le béton normal est beaucoup moins "rigide" que l'acier E = 20 GPa. acier 205 GPa. La résine époxy, faut compter au moins 20€ du kilo.

 

[Francois59]

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

Une dernière image :

Les 2 vis à billes sont la car archiyecyure de précision. On peut envisager une seule...

Et comparons cette architecture avec une architecture à portique mobile, a rails IDENTIQUES. Comme je l'ai déjà indiqué, un rail + ses patins vaut le prix de quelques CENTAINES de kilo d'acier.

Il faut considérer que le patin sur le rail n'est pas rigide sur les axes perpendiculaires, mais comme un ressort + du jeu. Et comme tous les autres éléments d'une machine outil, ils ne sont pas dimensionnés à la rupture, mais à la déformation maximale admissible. Par exemple, la charge dynamique admissible d'un rail a bille de 15, c'est déjà plus d'une tonne. Et pourtant une fraiseuse CNC type industrielle de 1000mm*600mm*600mm qui va supporter des pièces de 500 kg a des rails à rouleaux de 45 de charge maxi dynamique de plus de 15 tonnes....


L'axe Z est fonctionne dans les mêmes conditions pour les 2 architectures, donc rien de spécial à dire. (Toutes les architectures ont au moins obligatoirement UN axe en porte à faux.)


Par contre, si on regarde l'axe Y, ce n'est pas du tout pareil. Dans un cas, il est sous la table. Si on analyse les efforts qu'il subit : poids de la table, poids de la pièce, et efforts d'usinage.
Poids de la table : on ignore. Il ne varie pas et ne bouge pas par rapport aux patins.
Poids de la pièce : Ne bouge pas trop : poids de la matière enlevée.
Effort d'usinage : ben lui bouge partout, dans toutes les directions et sens. Je pense qu'une valeur raisonnable pour de l'usinage amateur est de l'ordre de 15 kg.

Vu les valeurs de l'effort d'usinage, je pense qu'on peut raisonnablement ignorer les variations de poids de la pièce. Avant d'enlever 15 kg de copeaux en fraisage amateur ...


Donc au total : efforts supportés par les patins poids table + poids pièce + efforts usinage. Poids table et pièce s'appliquent aux centres de gravité correspondants. Donc dans le cas le plus fréquent : assez proche du milieu des patins.(Toujours vrai pour la table, un peu moins pour la pièce si on s'amuse à la placer excentrée). Vu les valeurs des poids table+pièce et efforts d'usinage, la résultante passe pratiquement toujours à l'intérieur des patins. (Faudrait une pièce très haute, complètement excentrée, et encore: pour une pièce de hauteur la largeur de la table, posée sur le bord de la table, avec un effort d'usinage de 15 kg tendant à faire basculer la table, les patins opposés ne se lèveraient que si la table pèse moins de 30 kg ...).


Dans cette configuration, tous les patins Y travaillent TOUS TOUJOURS dans le même sens. La charge est répartie sur tous les patins (plus ou moins), et le déplacement de la pièce, c'est la moyenne des déformations des patins.

Par contre au niveau course d'usinage, ce n'est pas la joie : la moitié de la longueur des rails.


Dans le cas d'un portique, l'axe Y ne travaille pas du tout pareil. Efforts : poids de la broche. Ne varie pas, ni ne bouge par rapport aux patins. Et effort d'usinage. La ce n'est pas du tout pareil. L'effort peut évidement varier de sens. Mise en crabe dans un sens ou l'autre pour les variations d'efforts d'axe Y. Basculement du chariot pour les variations d'effort dans le sens X. Et en plus le déplacement de la broche par rapport à la pièce est amplifié par le bras de levier.

Mais au niveau course d'usinage : c'est la meilleure géométrie.




Maintenant un petit calcul qui n'a plus rien à voir :


Rails de 25mm à bille: prix moyen 90€ mètre, patins associé 55€. 1m50 pour le X, 75 cm pour le Y et Z ca fait 75cm * 37.5cm * 37.5 cm usinable dans la configuration défavorable. Longueur de rail nécessaire 1.5*2 + .75*2 +.75*2 = 6 mètres. Plus 12 patins = 540 + 660 = 1200€ rien que pour les rails. Mettons 300€ en plus pour 3 vis à billes. Moteur pas à pas 50€ + driver 50e + bricoles (entrainement, part d'alim) 50€ = 150€ par axe * 3 = 450€. Sans compter la broche et le moteur de broche 500€ (NB pour l'acier il faudra une broche réductée). Total 1200 + 300 + 450 + 500 = 2500€ minimum de pièces. Sans compter le temps passé.


Que donnerais une version portique mobile : axe Z aucun changement. La course Y devient alors longueur des rails Y - largeur de guidage du chariot broche. Mettons 25 cm de largeur de guidage: reste course Y = 50 cm. Pour l'axe des X: on va garder la même course. On va donc raccourcir les rails X à 1 m.

Bilan : la machine classique qui coutait 2500€ de pièces usinait sur 75 * 37.5 * 37.5. La machine à portique mobile ne coute plus que 2410 € ( - 4%). On a seulement gagné 1m de rail sur les 2 X, tout le reste est inchangé, et usine sur 75 * 50 *37.5. (+ 30% en volume par rapport à 75 * 37.5 *37.5) ...


Ce qu'on a perdu : la machine classique avait une longueur de guidage en Y de 37.5cm (largeur table) * 60-70 cm d'espacement de rails (presque la longueur de la table). Le tout sans porte à faux ni mise en crabe (la vis d'entrainement est TOUJOURS sous la broche). Le portique mobile a une longueur de guidage en Y de 25cm * 25-30 cm de hauteur de portique, guidage Y qui travaille toujours porte à faux. En X, la solution classique avait une longueur de guidage de 70cm (longueur table) * 37.5cm (largeur table). La solution portique mobile a une longueur de guidage de 25 cm, avec un espacement de rails de 70 cm. Et qui travaille pratiquement toujours en crabe et en porte à faux.

On aura donc sérieusement perdu en précision.



Je ne sais pas quel est votre budget loisir. Mais expérimenter avec un budget comme ça, et prendre le risque de tout mettre à la poubelle parce que ça ne fait pas du tout ce que je veux comme je veux n'est pas à ma portée.

Donc au final, vous choisissez le budget rails : c'est le plus gros morceau. Vous regardez ce que vous pouvez trouver comme rails dans ce budget. Et vous faites une simulation de flexibilité en ne considérant que la flexibilité des patins, tout le reste infiniment rigide a coté. Et vous regardez si la précision obtenue vous convient. C'est tout.

NB pour le prix de seulement 2 patins pour rail de 25, on peut trouver une barre de 6m de plat 300mm * 10mm. Ca permet de rigidifier tout ce qu'on veut comme on veut (au moins au niveau amateur).

NB2 Le budget rail est une chose. Mais ne pas oublier les contraintes de montage. Un rail à rouleaux, avec précontrainte (le style utilisé sur la plupart des fraiseuses industrielles à guidage linéaire de qualité) nécessite pratiquement un bâti rectifié ou gratté pour sa pose, vu les contraintes de rectitude, planéité et parallélisme entre les 2 rails. Il n’a aucune « souplesse » pour absorber d’éventuels défauts. Le cout est donc à rajouter au prix du rail.

 

[yannick.scher]

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

francois59... que dire!
merci pour le temps que tu passes pour alimenter ce fil...
tes dernières explications, (et surtout la photos!) étaient très intéressantes...
là, tu as réussi à me mettre un certains doute, rigidité ou ouverture de ma CNC?
mon budget loisirs n'est pas loin du nul... en théorie! comme je l'avais expliqué au début du post, je suis entrain de construire, et de TOUT faire moi-même, si j'ai un besoin machine, je regarde si je devrais l'utiliser souvent ou pas... si c'est occasionnel, j'essaye de me débrouiller sans, si c'est intensif, j'en achète une, mais une bonne tout de suite!
pour ma CN, j'ai une belle petite collection de rail et VàB, et je ferais avec.... je pourrais-peut-être récupérer des rails à rouleaux d'ici 2 ans (ferraillage de machine et récup des pièces de rechanges...) en taille 45, idéal pour une fraiseuse acier... et en 3m de long!
bref, il y a à faire...
en tout cas, merci à tous pour ces éclaircissement... aujourd'hui, j'ai transférer mon matos "CN" dans ma future demeure, histoire de pouvoir mettre la voiture de madame dans le garage...
je vais laisser murir mes idées, et je me demande si cela ne va pas finir en 2 fraiseuses... mais commencer par laquelle????
par contre, comment réaliser un bâti comme présenter?
je peux m'imaginer la souder, j'ai un oncle qui maitrise, et j'ai envie d'apprendre... j'arrive à souder, on va dire que ça tient...
pour la reprise des faces d'assemblages, je pourrais le faire reprendre chez un sous-traitant, mais à quel prix?
peut-on le faire sois-même avec une meuleuse et un bon grattage?

 

[yannick.scher]

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

salut, je ré-alimente un peu ce post...
une grande question, qui me servira pour la réalisation de ma fraiseuse, quelque soit son bati: calculer la puissance de la broche!
j'ai de bon moteur avec variateur, mais limité à 4500tr/min, je peus imaginer un rapport x2 et tourner à 9000tr/min, mais là, la broche devra être super équilibrée!
du coup, voila mes donner:
-acier: passe max1mm, fraise max 5mm
-laiton/aLU: pase max. 2mm, fraise max 6mm
-bois, PA6 et autre: passe max 2mm, fraise max 10mm

comment calculer le couple générer sur ma fraise? savitesse? son avance?
lesliens trouver son assez peu explicite par rapport à mes données...
quelqu'un peu m'aider?

merci!

 

[carlos78]

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

Le logiciel COUPE est pratique

 

[yannick.scher]

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

merci, effectivement, ça pourrait être pas mal, mais y a t il une doc qui explique un peu quand même? et simplement surtout?

 

[moissan]

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

pour un calcul a la louche l'effort de coupe est la section du copeau x par resistance de la matiere ( bien sur que pour un calcul precis il faudrait tenir compte de la forme exacte de l'outil )

et puissance = force X vitesse

la vitesse lineaire doit toujours etre egale ou inferieur a la vitesse de coupe maxi : donc quel que soit le diametre de la fraise on change la vitesse de rotation pour garder la même vitesse lineaire : la puissance ne depand pas directement du diametre de fraise mais de la section du copeau

puissance = section du copeau X resistance X vitesse de coupe

pour avoir la puissance en Watt , la section doit etre en mm2
la resistance en N/mm2
la vitesse en m/s et non en m/mn comme on a l'habitude

exemple acier rapide 20m/mn / 60 = 0,33m/s
avance 0,2mm par tour
largeur de copeau 5mm
section 1mm 2
acier a 100kg/mm2 donc 1000N/mm 2

puissance = 1mm 2 x 1000N/mm 2 x 0,33m/s = 333 W
cette puissance doit bien sur etre majoré par le rendement de la transmission , et il faut tenir compte aussi que si l'outil ne coupe pas parfaitement la force pour couper augmente !

autre façon de calculer : la force produite par une fraise a la vitesse de coupe normale ne depand que de la puissance mais pas du diametre de la fraise ... sauf quand la fraise est trop petite et ne peur pas supporter la force theorique !

force = puissance / vitesse lineaire

 

[carlos78]

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

Pour mes calculs, je préfère calculer le couple résultant de l'effort de coupe.

Exemple : Pour une broche HF chinoise de 2.2KW, ce couple est semble-t-il de 1N.m. Il est quasiment constant de 6000 à 24000 tr/mn, et varie de 0 à 1N.m pour des vitesses de rotation de 0 à 6000tr/mn
En reprenant l'exemple d'usinage précedent avec une section de copeau d'acier de 1mm2. La pression spécifique de coupe Kc pour l'acier est de 3000N/mm2, c'est donc un effort de coupe de 3000N. Avec une fraise de D=10mm on obtient un couple de 15N.m à 636Tr/mn (20m/mn = 0.33m/s).
A cette vitesse de rotation, la broche HF n'a aucun couple.
si on aborde le sujet par le calcul de la puissance, en gardant la vitesse de coupe qui va bien, la puissance P= F x V (ou P = C x W) calculée est de 3000 x 0.33= 990W.

Carlos78

 

[stanloc]

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

Bonjour,
Un jour, peut-être, viendra où un féru de métrologie fera des mesures de couple, de puissance et le reste sur sa machine pour enfin éclairer de façon expérimentale les demandeurs de ce type de renseignements. J'espère qu'il aura droit,lui, à un post-it pour ses informations.
Stan

 

[yannick.scher]

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

si je prends le dernier exemple, on donne un couple de broche de 1N.m et on me dis qu'il faut 15N.m pour fraiser de l'acier avec un outil de 10mm?
si je pars avec un moteur de 2N.m à couple constant de 0 à 4500Tr/min (4500 étant sa vitesse max) et un rapport de 1 entre ce moteur et la broche, est-ce déconnant?
certes il faut monter avec la vitesse si je prends des outils de tous petits diamètres, mais quelle vitesse atteindre?
certains d'entre vous travailles avec 2 broches sur la CN? ou interchangeables?
n'empèche que pour calculer la puissane max nécessaire, ou la vitesse max par rapport à ce que je voudrais faire, ce n'est pas évident!
autre paramètre: je voudrais travailler avec des fraisesde 1mm de diam. pour les recoin...