Chassis MDF, alu, acier ? pour cnc amateur

[Canaa]

Bonjour,

Je souhaite fabriquer une CNC pour principalement découper du contreplaqué, peut-être de l'aluminium (mais ce n'est pas du tout une obligation), avec une précision de l'ordre du demi-millimètre, sur 700x500x150mm. Je n'y connais rien en usinage, je suis bien conscient que ça sera beaucoup de choses à apprendre, mais il faut déjà construire la machine avant ! (pour le côté électronique et programmation ça devrait aller sans trop de problème).

Pour faire les plans je voulais être fixé sur les guidages et entrainements. Donc j'ai essayé de trouver ce qui me paraissait le mieux dans mon budget et pour les dimensions que je voulais. Les guidages sur rail type "hiwin" étaient définitivement trop chers pour moi, donc je me suis rabattu sur des rails de type "SBR" en diamètre 20, et des vis à billes (précision C7, je ne sais pas trop ce que ça veut dire, mais c'est les moins chères :D ).
Donc j'ai pour le moment : 4 rails en 1000mm + leurs blocs coulissants, + 2 rails en 400mm avec leurs blocs coulissants, et les 3 vis à bille correspondantes.

Et je vais m'attaquer aux plans. J'ai déjà un peu regardé ce qui se fait comme différentes structures pour le châssis, et j'ai décidé de partir sur un chassis/portique fixe (X et Z sur le portique) avec une table qui se déplace en Y. Je perds la moitié de la course des rails, mais ça évite de cumuler le jeu de cet axe avec les autres. À cause de la table d'usinage qui bouge, je perds aussi la possibilité de poser une longue pièce dans la machine pour usiner au milieu. Ça j'y ai réfléchi et ça me gêne pas, en tout cas moins que d'avoir 3 axes sur le portique.

Maintenant, j'ai 3 façons de faire le châssis qui sont à ma portée :

1- en MDF
2- en profilés alu
3- en acier soudé par un ami

Clairement c'est en acier que ça serait le mieux, mais je me pose la question de la difficulté de fabrication. Je ne sais pas du tout souder l'acier, mais je travaille le bois brut et je sais à quel point c'est compliqué d'être vraiment parfaitement d'équerre. Du coup, si je fais un châssis en profilés d'acier :
- est-ce que ces profilés sont vraiment plats ? est-ce que les faces d'un profilé acier carré sont vraiment bien parallèles et perpendiculaires ?
- si non, est-ce qu'il y a des techniques à la portée d'un amateur pour obtenir un équerrage correct ?

Les profilés alu c'est cher mais ça me permettrait de le faire moi-même... mais même question, est-ce qu'une face de profilé c'est vraiment plat ?

Le MDF, si j'ai bien compris ce que j'ai lu, ça risque de limiter ma machine à l'usinage de bois et matières tendres...? Est-ce que vous pensez qu'un châssis MDF construit correctement avec des boites de torsion permettrait d'aller taper dans de l'aluminium ? (en ayant beaucoup de temps ^^).

Merci d'avance si vous avez des conseils, j'ai essayé de lire le plus possible de sujets, mais parfois les infos sont contradictoires, sans parler de ce qu'on voit sur youtube, quand on y connait rien ça perd un peu. Par exemple je lis partout impossible d'usiner dans l'alu avec une CNC en MDF, mais sur youtube on en voit bien... tout est affaire de niveau d'exigence ! et du coup, ben je sais pas trop :D

 

[el patenteu]

Ont en a vu de toute les sortes......meme des machinne en agglo chatouillant de l'alu.
Moi ce que je préconise c'est acier pour tout ce qui est statique et alu pour tout ce qui bouge.

Fred

 

[Barbidou]

Bonsoir Canaa,

Je ne sais pas du tout souder l'acier, mais je travaille le bois brut et je sais à quel point c'est compliqué d'être vraiment parfaitement d'équerre.

Même si tu était soudeur professionnel avec 30 ans d'expérience, tu n'obtiendrait pas une structure avec une géométrie convenable en soudure. La précision d'une construction soudée ne peut en aucun cas être satisfaisante pour positionner des axes supportés pour lesquels la précision du parallélisme se chiffre en plutôt en centièmes. Même le plus précis des profilés perdrait sa géométrie lors de la chauffe.

Comme bien souvent, l'astuce est de prévoir une correction des défauts... Il y a plusieurs solutions pour cela : ça peut être une rectification après soudure, du calage, un lit de résine coulée après positionnement, des réglages à vis ou même du grattage etc... chaque méthode ayant ses avantages et inconvénients, le choix est à faire selon tes moyens, tes compétences, les résultats visés, le budget etc... Comme souvent, le meilleur compromis est d'abord celui qui permet de remplir ton cahier des charges tout en étant dans tes moyens techniques et financiers.

Il faut noter également que cette problématique ne dépend pas du matériaux car en bois, en alu ou en mdf tu as toujours des imprécisions à la construction qu'il faudra corriger au final. Ce n'est donc pas vraiment un critère de choix.

 

[Canaa]

vous avez acheté des éléments de votre projet alors que celui-ci n'est même pas esquissé sur le papier.

Ce n'est pas parce que je n'ai pas posté un dessin (qui n'est pas encore terminé) que je n'ai pas travaillé sur mon projet...?

J'ai tout d'abord choisi la taille que je voulais usiner, ensuite j'ai décidé de l'architecture de bâti (portique fixe supportant X et Z, + table Y coulissante, je l'ai écrit dans mon premier message). J'ai aussi estimé "à la louche" le "footprint" que je voulais pour mon chariot Y, soit 300mm.
Donc par de pas très savants calculs (muahaha), j'ai déduit de tout ça qu'il me fallait 4 rails de 1m pour faire du 70x50.

Et maintenant que j'ai fixé les tailles de mes rails et comment je veux que soit la cinématique, je me remets dans les plans pour sortir quelque chose, en essayant de trouver la façon de faire pour laquelle j'arriverai à être le plus précis.

 

[Canaa]

J'avais fait ça aussi (fichier joint, pas terminé) avant de passer à l'idée du plateau coulissant pour annuler un des 3 cumuls de jeu présents sur un portique.

Mais non c'est une blague je viens de le faire en 5min pour pas avoir l'air bête, en fait voilà comment ça s'est vraiment passé :
- je me suis levé un matin, frais comme un pinson, et je m'en suis mis pour 600€ de rails et de vis à billes au hasard
- après je me suis demandé "mais qu'est-ce que je pourrais bien en faire ?"
- là j'ai cherché sur internet et j'ai vu que les gens faisaient des CNC avec les rails et les vis que j'avais achetés au hasard.
- du coup je me suis dit que j'allais faire une CNC
...la vie est dingue hein

 

[guol64]

J'avoue que je préfère nettement ta seconde version.
Il faut encore travailler les zones "faibles" mais j'aime bien la forme qui apporte une bonne rigidité.

Par contre je te déconseille le MDF qui bouge beaucoup dimensionnellement avec l'humidité.

 

[carlos78]

Salut,
Dans les 2 cas de figure, le porte à faux du support de broche par rapport aux patins me parait important. Ca pourrait être une source d'ennuis (flexion et vibrations).

Carlos78

 

[phil135]

le charriot Y aurait plus de rigidité avec une structure en caisson, pour la traverse et jusqu'aux appuis sur les rails X

la machine sera posée & fixée sur une table apportant un complément de rigidité entre les rails X ?
si non la planche inférieure est trop fine

 

[Francois59]

Bonjour,

....
et j'ai décidé de partir sur un chassis/portique fixe (X et Z sur le portique) avec une table qui se déplace en Y. Je perds la moitié de la course des rails, mais ça évite de cumuler le jeu de cet axe avec les autres. ...

Non.

Vous ne perdez pas la moitié de la course des rails. Pour le soutien de la table mobile, mettre les patins aux extrémité n'est pas la meilleure solution. Pour que la table ait le fléchissement minimum, il faut espacer les patins de 0,56* la longueur de la table, (Voir les points de maintien des règles de précision ...). Et si la table a la même dimension que la course utile, les rails vont donc avoir une longueur totale de 1,56 * la course + la longueur d'un patin. En gros, avec des rails de 1m, vous pouvez avoir une table de 62cm, avec une course de 62 cm et un espacement extérieur des patins de 38 cm. Si vous aviez choisi la solution portique mobile, avec vos rails de 1m, il aurait fallu enlever la longueur de guidage du portique pour obtenir la course. Au moins 20 cm. Donc moins de 80 cm de course. Au final la différence table mobile / portique mobile ne joue que sur moins de 20% de la longueur des rails. Pas 50%.

Et vous n'évitez pas le cumul des jeux. Le jeu des patins est toujours la. Mais vous évitez que la géométrie de la machine amplifie le déplacement du au jeu des patins.

Bonjour,


Maintenant, j'ai 3 façons de faire le châssis qui sont à ma portée :

1- en MDF
2- en profilés alu
3- en acier soudé par un ami

Et pourquoi pas le contreplaqué ? Il y a des contreplaqués, genre marine ou aviation qui sont des produits techniques très performants. Bien plus que le MDF. Qui a ma connaissance n'a jamais servi à la construction d'avions ou bateaux.
On peut aussi se baser sur la façon dont les constructeurs avion bateau ont résolu les problèmes de boulonnage / collage / structure avec le contreplaqué.

Un bémol pour le contreplaqué marine : ce n'est pas une appellation normalisée. Ce que l'on achète dépends du sérieux du vendeur. Ca peut aller du très bon à la cochonnerie. Le "vrai" contreplaqué marine est plus cher que du MDF ou de l'acier S235.

 

[el patenteu]

Le plus économique demeura toujours l'acier.
L'acier a des propriétées qui sont difficillement comparable.
Pour les rails de ta table tu peux les mettre justement sous la table et les patins fixes,ainsi tu ne perd aucunne course.
De plus les rails se retrouvent toujours a l'abri et ca fait un plateau de meilleur dimension pour soutenir des pieces qui dépassent.
Dans les temps morts la machinne peut etre rangé dans un coin sans prendre plus de place qu'un portique mobil.

Bonne réflexion...
Fred

 

[carlos78]

...je me suis rabattu sur des rails de type "SBR" en diamètre 20, et des vis à billes (précision C7, je ne sais pas trop ce que ça veut dire, mais c'est les moins chères :D ).
Donc j'ai pour le moment : 4 rails en 1000mm + leurs blocs coulissants, + 2 rails en 400mm avec leurs blocs coulissants, et les 3 vis à bille correspondantes...

C'est un bon choix

... j'ai décidé de partir sur un chassis/portique fixe (X et Z sur le portique) avec une table qui se déplace en Y...

C'est également un bon choix pour obtenir facilement un portique rigide


Maintenant, j'ai 3 façons de faire le châssis qui sont à ma portée :

1- en MDF
2- en profilés alu
3- en acier soudé par un ami

Clairement c'est en acier que ça serait le mieux, mais je me pose la question de la difficulté de fabrication. Je ne sais pas du tout souder l'acier, mais je travaille le bois brut ...

C'était également mon problème : L'acier soudé ou assemblé n'était pas à ma portée, et puis pour mon utilisation d'amateur je n'avais pas non plus envie d'encombrer mon garage avec une machine encombrante et indéplaçable.
Le MDF ne me parait pas être le bon choix pour une structure en bois. Avant d'utiliser massivement l'agglo sur ma CNC actuelle, j'avais fait une version totalement en MDF. C'était pas terrible. D'autre part sur une CNC dite en bois il faut bien comprendre que c'est uniquement l'ossature qui est en bois. Toutes les pièces mécaniques sont si possible à faire en métal.

... je sais à quel point c'est compliqué d'être vraiment parfaitement d'équerre. Du coup, si je fais un châssis en profilés d'acier :
- est-ce que ces profilés sont vraiment plats ? est-ce que les faces d'un profilé acier carré sont vraiment bien parallèles et perpendiculaires ?

NON les faces brutes ne peuvent pas servir de réference : Ceux qui se lancent dans une réalisation mécano soudée prévoient en géneral une reprise d'usinage du chassis.
C'est probablement avec l'acier massif la solution la plus rigide, encore faut-il utiliser les bons profilés et utiliser la bonne tête de fraisage ... et c'est souvent là que chacun fait ce qu'il peut. Pour l'usinage du métal, je pense que le meilleur choix reste la numérisation d'une fraiseuse.
Sans reprise d'usinage des portées, les calages restent pour moi du bricolage.

... Les profilés alu c'est cher mais ça me permettrait de le faire moi-même... mais même question, est-ce qu'une face de profilé c'est vraiment plat ?

Les profilés alu c'est sympa, et la géométrie est très bonne. Le problème est que souvent les gens utilisent des petites sections pour des raisons économiques.
C'est beau et c'est très bien si on y met les moyens financiers en utilisant les profilés qui sont bien dimensionnés. Malheureusement, en géneral c'est des grosses sections très chères.

Le MDF, si j'ai bien compris ce que j'ai lu, ça risque de limiter ma machine à l'usinage de bois et matières tendres...? Est-ce que vous pensez qu'un châssis MDF construit correctement avec des boites de torsion permettrait d'aller taper dans de l'aluminium ? (en ayant beaucoup de temps ^^).

Je ne sais pas si la notion de boite de torsion correspond à ce que j'ai réalisé sur ma CNC, mais effectivement mon portique fixe ressemble fortement à une grosse enceinte couchée. Les moments d'inertie obtenus sont énormes par rapport aux plaques et les profilés d'alu habituellement utilisés (45x45 ou 45x90). Ce caisson est très rigide en flexion et torsion. En outre, ma structure porteuse ne m'a couté que quelques euros ... ( la peinture et les vis sont plus chers)
En restant raisonnable sur les passes, je tape sans problème dans de l'alu. La limitation d'usinage de ma CNC sur l'alu est donnée au moins autant par les performances de ma broche chinoise de 2.2KW que par la structure.

Merci d'avance si vous avez des conseils, j'ai essayé de lire le plus possible de sujets, mais parfois les infos sont contradictoires, sans parler de ce qu'on voit sur youtube, quand on y connait rien ça perd un peu. Par exemple je lis partout impossible d'usiner dans l'alu avec une CNC en MDF, mais sur youtube on en voit bien... tout est affaire de niveau d'exigence ! et du coup, ben je sais pas trop :D

Effectivement c'est pas simple de s'y retrouver. La machine universelle capable de tout faire n'existe pas, et il faut faire des choix.

Tes 1ers choix me paraissent excellents ( vu que c'est les miens ...) . J'ai hâte de suivre ton projet.

Carlos78

 

[Francois59]

Le plus économique demeura toujours l'acier.
...
Bonne réflexion...
Fred

Non. Tout dépend de quel cout on parle. L'acier est bien placé en ratio cout matière industrielle / rigidité. Mais c'est tout.

Pour un amateur, ce qui compte, c'est le cout GLOBAL de mise en œuvre : cout achat matière au détail + livraison + outillage nécessaire à la mise en œuvre + compétence main d'œuvre.

Et la, l'acier est rarement bien placé pour la très grande majorité des amateurs. Déjà simplement au niveau achat + livraison, il y a problème. Au delà de 3mm d'épaisseur ou 40mm de section, on ne trouve plus dans les magasins de bricolage. Il faut s'adresser à des magasins pros, qui ne sont pas a proximité, et qui vont vendre par barre de 6m : problème de manutention/livraison/transport.

Pour les rails de ta table tu peux les mettre justement sous la table et les patins fixes,ainsi tu ne perd aucunne course.
De plus les rails se retrouvent toujours a l'abri et ca fait un plateau de meilleur dimension pour soutenir des pieces qui dépassent.
Dans les temps morts la machinne peut etre rangé dans un coin sans prendre plus de place qu'un portique mobil.

Bonne réflexion...
Fred

??? Longueur des rail = course utile + espacement entre patins. Que les rails soient sur le bâti et les patins sous la table, ou l'inverse.

 

[Fred69]

Je te conseille un châssis en MDF sans hésitation (pas d’aggloméré). Tu obtiendras rapidement et à peu de frais quelque chose d'exploitable et de fonctionnel. Tu auras tout loisir après ça de réaliser un châssis acier (soudé/assemblé) avec les meilleures chances de réussites.

 

[el patenteu]

Ca donne un chassi de taille réduite pour la meme course(dépendemment de notre point de vu) selon ma configuration.
En fait la taille de la machinne n'as pas besoin d'etre plus grand que l'espacement des patins en Y (axe de base)
Pour l'acier ont en voit arriver a des résultats correct avec tres peu d'outillage.

Fred

 

[Damocles]

Et pourquoi ne pas combiné les 3?

Un chassis en profils Alu donne une bonne géométrie de départ.
Après tu pourras vissez des tôles d'acier ou MDF épais entre les profils pour rigidifier le tout.
Comme les profils sont +- droit ça donne une bonne base, et avec les tôles on peut bouger pour régler le parallélisme, ...

Chaque matière à ces avantages et inconvénients.

Moi je pencherais vers des profils alu 40x40mm avec des tôles en acier de 3mm ep. vissez sur les cotées des profiles.
Comme ça on obtient un "panneaux" de 40mm ep. rigide, pas trop cher, manœuvrable et tous les visses sont repositionnable.
Après si on mets encore un panneau de 18+22mm entre les profils collé/vissé contre les tôles alu on à des bonnes "panneaux sandwich",
avec l’avantage de toujours avoir des profils alu +/- droit et les fixations ajustables.

Pour moi, faire une structure qui s'ajuste bien dans tous les directions: parallélisme, équerre, ... c'est le plus important.
N'essaye pas de faire une structure parfaite, fixe, c'est très difficile. Mais essaye de faire une structure ajustable.
Si le tout est ajustable il suffit d'avoir des surface pour la fixation des rails de guidage qui sont droit.
Le parallélisme et l’équerre se fera lors de l'assemblage alors.

Faire couper une tôle de 3mm ep. en quelques morceaux, ça ne vous coûtera pas de trop.
Pour le reste il suffit une disqueuse, une perceuse à mains et des tournevis.

Par contre les rails non supporté sont à éviter à tout terme.

Bonne conception!

Je sais qu'il y aura un coefficient de dilatation différent pour les 3 matériaux, mais honnêtement, il y a bien d'autre problèmes à résoudre d’abord, non?

 

[Francois59]

Et pourquoi ne pas combiné les 3?

.....
Moi je pencherais vers des profils alu 40x40mm avec des tôles en acier de 3mm ep. vissez sur les cotées des profiles.
Comme ça on obtient un "panneaux" de 40mm ep. rigide, pas trop cher, manœuvrable et tous les visses sont repositionnable.

.......
Pour moi, faire une structure qui s'ajuste bien dans tous les directions: parallélisme, équerre, ... c'est le plus important.
N'essaye pas de faire une structure parfaite, fixe, c'est très difficile. Mais essaye de faire une structure ajustable.
Si le tout est ajustable il suffit d'avoir des surface pour la fixation des rails de guidage qui sont droit.

Personnellement, j'aurai quand même un peu peur qu'une structure repositionnable décide un jour de se repositionner toute seule sous l'effet des vibrations ou chocs lors de l'utilisation...
Et c'est quand même assez dur de fixer un profilé par boulonnage. Soit on ne prend que sur l'épaisseur du métal, et il n'y a pas grand chose, donc il faut pas mal de fixations. Soit on prend le profil entier, mais il faut alors des entretoises/renforts intérieurs pour éviter l'écrasement.

 

[Damocles]

Avec du loctite fort peut de chance que ca bouge après fixation définitive.
Il faut mettre assez de visses aussi bien sur!

Pour les profils alu je parle des profils style Item, rexroth, .. il ne sont pas creux et plus rigide et droit que les simples tubes alu.

Pour être plus sur on peut aussi ajouter des pinnes dans des trous alésé après positionnement finale de différentes sections de la machine.
C'est comme-ça que les avions sont assembler. Lors de l'usinage, les pièces sont percé, et ils sont repercer et aléser lors de l'assemblage finale des ailes au fuselage.