Cnc de Manu usinage bois 1250*800*200

[Manuforg]

Bonjour a tous,

Suite a la demande de certains, je vous partage la réalisation de ma cnc faite maison. Cela permettra de faire profiter mon expérience aux uns, et éviter aux autres de faire les mêmes erreurs que moi . Elle est concue pour le modélisme. Usinage de moule en MDF, platine servo fibre de verre, ailes de planeur en polystyrène...

Même si elle est presque finie, j'espère récolter plein d'avis, commentaires, critiques (oui aussi),...

Objectif défini:

- Réalisable sans machine outils (type fraiseuse ou tour)

- Matériaux: Usinage du bois et matériaux tendre (polystyrène expansé,..)

- Vitesse: Déplacement rapide hors matière (minimum 10 000mm/min) et dans la matière (5000mm/min).

- Précision: Au dixième de mm (0.1mm) sur la pièce usinée.

- Cout: Le moins cher possible , environ 2000 euro.

- Zone usinable: au moins une planche de polystyrène (1200*600*??). Au final elle sera de 1250*800*200.


Détail des objectifs et choix des composants:


Structure tubulaire acier et panneau trespa.

Ne disposant pas de machine pour usiner l'aluminium ou l'acier, je suis parti sur une structure tubulaire (acier 120*120*3), mais très simplifiée (pas de tube et d'équerre dans tout les sens!).

La réalisation s'en trouve donc possible avec seulement quelque mèche et une perceuse.

Cette structure est très rigide et vraiment pas cher.

De plus la précision de tube acier est de l'ordre du 0.1mm.

Le trespa (matériaux aussi dur que l'aluminium) vient des chutes de mon boulo.


Guidage linéaire: axes supportés & douilles a billes.

Ce type de guidage est un bon compromis entre précision et cout.

Même si je regrette déjà la précision de ce type de guidage. Lorsque l'on force sur la structure, les cages contenant les douilles a billes (ouverte) ce laisse aller, et cela même après avoir serré au maximum les vis de contraintes. Mais ce n'est pas pour usiner de l'alu donc ca vas.

Crémaillères (X&Y) et vis mère (Z).

J'ai opté pour un système d'entrainement par crémaillère pcq:

- La vitesse est très importante (40 000mm/min sans problème, je l'ai limité à 10 000 par sécurité et pour ne pas trop solliciter la rigidité de l'ensemble)

- La précision, qui est de l'ordre du 0.01mm

Le tout a un cout bien moindre que des vis a billes.

Pour l'axe Z j'ai fais le choix d'une vis mère de Ø12mm au pas de 3.

Je ne c pas pourquoi, mais j'obtiens une vitesse maximum de 1500mm/min, ce qui est trop faible a mon gout. Je cherche donc toujours une solution pour résoudre ce problème (Help!)...


Moteur PAP, drivers et carte de contrôle:

Beaucoup moins cher que des servos-moteurs, les moteurs PAP sont précis et puissant.
Seul petit problème, pas de contrôle de position....Donc lors d'un décrochage, c'est la catastrophe. Mais ce cas ne doit pas arriver si les moteurs sont bien proportionnés.

Les moteurs utilisés dans ce cas si sont des Nema24 4Nm/567 Oz-in. Le couple est très important malgré qu'ils soient en direct sur les crémaillères. Une démultiplication aurait pu offrir l'avantage de pouvoir prendre des moteurs moins puissants, donc moins chers (drivers également), et de diminuer le "jeu" magnétique du moteur (quand mêmes de 0.5mm avant décrochage). Mais une démultiplication par poulie courroie coute aussi!

Les drivers sont des M542 de chez Longsmotor eBay. Parfait.

La carte de contrôle viens d'un kit chinois, dont les drivers (TB6600) ont tous grillés :( .

Heureusement celle-ci fonctionne très bien.

Interface USB (a définir) pour remplacer la vielle tour par un pc portable.

Tête d'usinage:

La tête est une KressFME-1 1050, 800watts, 5000=>25000 tr/min. Parfait.

Et le reste:

Fins de course: interrupteur pas cher de chez selectronique (précision de 0.01mm testé au micromètre).

Fiches: fiche servo pour les fin de course (n'ayant pas trouvé de fiches pas cher à 2 points).

Fiche alim pc 4 points pour les moteurs (Pareil, difficile de trouver des fiches 4 points à moins de 1 euro mâle+femelle).

Aspiration: Système d'aspiration Powerplus sans sac a 35 euro (bruyant attention).

Boitier électronique: Fabriqué avec une planche de plexi blanc et des cornières plastiques.

.........

Logiciel:

Rhino pour le dessin 3D, création des passes d'usinages et Gcode.

Mach3 pour le pilotage de la machine.


Photos:

Merci de m'avoir lus jusqu'au bout . Désolé pour les fautes d’orthographes.
N'hésitez pas a laisser un commentaire.
Manu.

 

[Barbidou]

Bonsoir,
Elle est sympa cette machine! J'aime beaucoup le concept ultra simplifié de la structure. Clair, net, une structure en caniveau efficace, tout ça me semble parfait, et ça doit remplir plus que largement les exigences du cahier des charges.
Par contre, on ne voit pas la structure de la table... Une petite photo du dessous???
Sinon, l'écartement des rails et des patins me semble un peu faible, c'est probablement un peu limitant pour la rigidité d'ensemble. Même si ce n'est pas handicapant pour les matériaux et précision visés, ça aurait été une amélioration pas chère.
De même, des joues latérales sur le panneau qui forme l'axe Z rigidifieraient ce panneau et offrirait une protection des rails sur les cotés.
Du point de vue protection, il serait pas mal que tu couvre les rails car ils sont exposés aux copeaux. La vie des patins à billes risque d'être écourtée.
En ce qui concerne la vitesse en Z, avec un pas de 3mm les moteurs doivent atteindre 500tr/min, soit 1666 pas/s en pleins pas pour avoir 1500mm/min. à cette vitesse, sous 36V d'alimentation, si on se base sur un moteur chinois GB24H2100-42-4A qui correspond tout à fait à ta description, le courant dans les phases ne peut pas dépasser 1.4A au maximum, soit à la louche 0.7A moyen dans les phases pour 4,2A nominal... le couple s'effondre franchement (et c'est normal). Les caractéristiques de ton montage ne te permettent pas d'espérer beaucoup mieux.
En prenant une alimentation en 48V, tu aurais déjà un gain sensible sur la vitesse. Avec une vis au pas de 5mm, le gain serait encore plus net. (le mieux serait de cumuler les deux)

 

[Manuforg]

Merci Barbidou pour tes commentaires.
En effet je suis d'accord avec absolument tout les points que tu as énoncé.

Pour l'axe Z je suis a la recherche d'une vis a bille avec un grand pas (10mm par exemple) si quelqu'un connais un fournisseur.

Pour les écartements des chariots, c'est exacte, ils sont trop faible pour le système douilles a billes ouvertes. Avec des chariots en acier Hiwin cela aurait put être suffisant je pense (modif que je ferai sur la suivante )

Pour protéger les rails, je n'ai pas d'idée. Je suppose qu'il faudrait mettre des soufflets, mais ou les trouver?

Je poste la photo du dessous quand je rentre a la maison.

Manu

 

[carlos78]

Pas facile de trouver des soufflets. Le plus simple reste l'aspiration en cours d'usinage.
Je ne vois pas bien l'intérêt d'avoir une vitesse de 5000 mm/mn sur l'axe Z : Les déplacements sur cet axe sont de quelques mm, et 1500 mm/mn me parait plutot correct. Je ne connais aucune CNC amateur ayant une vis au pas de 10mm sur le Z.
L'écartement des rails sur le portique est effectivement un peu faible surtout avec des patins ouverts. Les patins du rail supérieur sont sollicités à l'arrachement. Comme la distance de l'extrémité de la fraise par rapport au rail inférieur est bien plus grande que l'écartement des rails (je dirais un ratio d'environ 3), ce ratio impacte les jeux, les déformations et d'une façon générale les performances
Carlos

 

[Rider63]

Salut Manu belle réalisation avec peu de moyen , bien pensée.

pour tes vis je ne pense pas que ça existe des vis au pas de 10 en 12mm par contre en vis de 16 ça le fait:

http://fr.aliexpress.com/store/prod...allnut-CNC-DIY-Carving/834897_1323669122.html

pour les souflets, tape cnc bellows sur aliexpress, ou bien tu peu en fabriquer toi même en faisant un peu de pliage

http://fr.aliexpress.com/premium/cn...iative_id=SB_20150428003553&isViewCP=y&catId=

 

[Manuforg]

Merci Carlos et Rider63.

Oui, si c'est en Ø16mm ça devrait aller.

Pour éviter les décrochages l'axe Z est limité a 1000mm/min pour l'instant.
Je pensais a un pas de 10mm pour atteindre 3000mm/min.
En se moment je suis en train de faire une table aspirante, avec plein de trou pour laisser passer l'air. Et les cycles de perçages a 1000mm/min, c'est très très long .

Je n'arrive pas a trouver un système d'aspiration qui fonctionne correctement. Pour l'usinage j'utilise des fraises très longues (+-50mm).
Et a 50mm l'aspiration ne sert a rien. Je pensais ajouter une brosse en poil souple tout au tour de la tête, mais ça marque le polystyrène usiné. Je cherche toujours .

Manu

 

[fabrice c]

pas mal ta machine
tu as un rattrapage de jeu au niveau des pignons et crémaillères (avec des ressorts ) ?

 

[Manuforg]

Merci,
Non pas besoin pour une précision au 0.01mm.
j'ai tout simplement percé les trous qui tiennent le moteur a Ø5.5 au lieu de Ø5. Pareil pour les trous de la crémaillère.
Après avoir vissé la crémaillère bien aligné avec mon axe supporté grâce a un comparateur. J'ai tout simplement vissé le moteur en plaquant son pignon bien contre la crémaillère.
J'avoue que cela n'a pas été facile. Un système avec ressort aura été plus simple a régler. Mais plus compliquer a réaliser, et plus cher également.
Manu.

 

[Manuforg]

Voila, je viens de recevoir mon adaptateur USB/parallèle de chez" Usbresource" Christophe Carpentier.
Il fonctionne nickel. Mais petit soucis dans Mach3:
Je n'arrive pas prendre l’origine des 2 moteurs X.
Avec le port parallèle, cela fonctionnais.

Peut être ai je fais une erreur de configuration dans Mach3.

J'ai pourtant bien décoché "ne pas référencer les axes asservis"

Help, quelqu'un a une idée ?

 

[el patenteu]

Redémarre mach3 apres modification des axes.........

Sans blague, pour ma part les steps low active son verts sur tout les axes,appart ca,ca semble correct. :S

Fred

 

[Manuforg]

Ok merci Fred.

J'ai activé le steplow active, mais évidement cela ne change rien. Quand je clic sur "ref x" il n'y a rien qui ce passe.
Bon 2 jours que je cherche, je vais bien finir par trouver. Mais la je commence a avoir vraiment tout tester, même les trucs les plus stupides.

A mon avis le Dll de chez USBresource doit y être pour quelque chose. Il n'a peut être pas prévus que l'on référence des axes séparément alors qu'ils sont asservis l'un a l'autre

 

[Manuforg]

Bonjours a tous.
Petite vidéo pour montrer la machine en fonctionnement. Et oui elle fonctionne vraiment :
Ce n'est pas une pièce réelle, c'est juste pour tester les vitesses d'usinages avec cette fraise, dans du MDF standard. Temps d'usinage: 10min.

Outil: Fraise droite 2 coupes Ø8
Vitesse ébauche: 2000mm/min
Passe ébauche: hauteur 4mm, largeur 50% Ø d'outil.
Vitesse finition: 5000mm/min
Passe finition: hauteur 0.2mm

Manu

 

[sebastian]

Bonjour Manuforg,
très bien cette machine, bravo

ça sent le master de fuselage tout ça !
il te reste une bonne aspiration à mettre en place et c'est tout bon.
Ton clavier posé sur le martyr… te dira merci

Sebastian

 

[el patenteu]

Belle vitesse!!
Reste tout de meme dans les 18 000 t/min sur la kress,nul besoin de tenir ca au bout a 25 000

Fred

 

[Manuforg]

Ok merci Fred. J'avais mis a fond pour limiter les efforts sur la fraise.
Elle n'a pas l'air d'avoir chauffée. A voir avec un usinage de 1h.......

 

[Manuforg]

En effet Sebastian,
C'est un master de fuselage, mais c'est a petite échelle, juste histoire de tester la machine.
Les vrai moules d'ailes et de fuselages devraient suivrent bientôt, si je trouve un système simple et efficace pour l'aspiration. Pour l'instant, j'ai vraiment pas d'idée....
Pour le clavier, pas de soucis, c'est un Logitech, ça ce nettoie très bien sous le robinet .

 

[oakado]

elle est canon cette CNC ! bravo !

 

[CBK59]

Bonjour Manuforg,

Belle machine simple et économique.

Pas mal l'idée des crémaillères ! Tu parles d'un coût moindre par rapport aux vis à billes, as-tu le coût de l'ensemble des crémaillères pour les deux axes x et y ?

Une autre question, mais cette fois sur le master du fuselage, quel logiciel utilises-tu pour le dessiner ?

Merci pour cette présentation et pour tes réponses

 

[Manuforg]

Bonjour CBK59

Les crémaillère viennent de chez Damencnc: https://www.damencnc.com/fr/-el-ements/pi-eces-m-ecaniques/cr-emaill-ere---pignon
J'utilise les modules 2.
Le cout est moindre pour la vitesse obtenue. Pcq avec une vis a bille, il m'aurait fallut une multiplication avec des pignons courroie.

Pour le dessin 3D j'utilise Rhinoceros 3D Et son module Rhinocam.
Très puissant et très intuitif. Rhinocam sort les Gcodes directement avec un post-pro pour Mach3. Le post-pro est de toute facon éditable facilement grâce a un outil intégré au logiciel.
NB: Rhinoceros 3D est similaire a Autocad mais en plus puissant coté modélisation 3D.

Bonne amusement Manu.

 

[cr-_-]

Bonjour,

tout d'abord félicitation pour ta machine

Ensuite j'ai quelques remarques:
Tu n'est pas obligé de mettre poulies et courroies pour une vis à bille, un montage en direct fonctionne aussi et peut même être plus précis que la crémaillère, tout dépend du pas de la vis à bille et du module et du nombre de dents pour la crémaillère
Si j'ai bien deviné sur les photos tu es en module 2 pour un pignon de 15 dents ce qui fait un déplacement par tour de 30mm, sur une vis à bille le pas pour les petits diamètres que l'on utilise est entre 5 et 20mm
tu peut donc obtenir une meilleure résolution avec de la vis a bille qu'avec la crémaillère (les deux monté en direct)

Comment calcules-tu ta résolution à 0,01mm ?

La dernière chose pour avoir utilisé du trespa sur ma machine aussi (qui est un régal à usiner il faut le dire) c'est quand même souple si tu as l'occasion de refaire ton Z avec de l'alu ça va te changer la rigidité
quand j'ai changé le support de la kress en passant du trespa à l'alu, j'ai mesuré sur les passes plein fer 0.2 mm de mieux

 

[Manuforg]

Merci beaucoup pour tes remarques. J'en prend note.

Pour la vis a bille au pas de 20mm (je ne savais même pas que ça existait), avec une vitesse de rotation de max 500tr/min pour mes moteur PAP cela me ferait 10000mm/min. Cela est +- correct (un peu lent quand même). Reste a voir le cout. A mon avis, cela sera fort chère pour une précision (sur la pièce en bois usinée) similaire au système crémaillère.

Pour le 0.01mm de précision.
Je n'ai pas dis que la machine pouvais ce positionner par pas de 0.01mm près.
J'ai dis ceci:

"J'ai opté pour un système d'entrainement par crémaillère pcq:
- La précision, qui est de l'ordre du 0.01mm"

Au travail, la SCM ACCORD 40 est avec crémaillère. La précision est de 0.001 en positionnement.

Sinon pas besoin de calcul. Je l'ai vérifié avec un comparateur. La machine ce positionne toujours au 0.01mm près.

Sinon pour le calcul théorique:
92 mm/tour de pignon.
200 pas/tour pour le moteur.
X16 pour les micro pas.

On a donc: 92/(200*16)=0.0287mm d'incrément de positionnement.

Pour le Trespa:
Il est vrai que ça reste plus souple que de l'alu. Une nouvelle version de la machine tout alu me trotte dans la tête. Mais ce sera pour plus tard.

Mais tout mes usinages ont une passe de finition. Donc pas de problème, ça ne force pas dutout sur l'axe Z.

Manu.

 

[cr-_-]

Il faut te méfier des micro pas, le maximum atteignable est le demi-pas après c'est de l'interpolation au petit bonheur la chance (sauf si y'a des codeurs avec les drivers qui vont bien), après je me trompe peut être mais tu dois avoir une précision réelle de l'ordre de 0.1-0.2mm

la scm c'est une grosse bestiole elle doit avoir des servo plutôt que des pas à pas et surement une grosse réduction parce que les servo ont un meilleur rendement à haute vitesse

pour le trespa ou les vis à billes loin de moi l'envie de te faire tout changer, juste que si tu cherches à améliorer la machine ça peut être une piste. Le principal c'est qu'elle te donne satisfaction pour ce que tu lui demande (pour expérimenter la chose on a un peu tendance à toujours demander plus :-p )

 

[Manuforg]

Il faut te méfier des micro pas, le maximum atteignable est le demi-pas après c'est de l'interpolation au petit bonheur la chance

Je n'y connais pas grand chose en moteur PAP. Mais je ne suis pas d'accord avec toi la dessus. Je pense que les micro-pas fonctionne parfaitement (jusqu’à un certain point évidement).
Si je suis ce que tu dis, cela voudrait dire que je ne pourrais pas me positionner avec un pas plus petite que 0.23mm??? (92(mm/tr) / 200(pas/tr) / 2(micro-pas)).

après je me trompe peut être mais tu dois avoir une précision réelle de l'ordre de 0.1-0.2mm

Je vérifie cela tantôt avec le micromètre. Et je te met une vidéo.

Manu.

 

[chtipanda]

impressionnant cette machine ,jolie travail
je n ose pas fraisé aussi vite
il faut vraiment que j adapte une aspiration même le depron colle a la fraise et fini par me faire une boule a 250mm/mn

 

[Manuforg]

C'est pour ça que j'ai créé cette machine. C'est pour justement éviter que le depron ne colle sur la fraise, j'avais le problème avec mon ancienne machine qui avais des vis mère a la place des crémaillères.
En augmentant la vitesse de déplacement tu évite ainsi que la fraise ne chauffe trop sur place.
Bien sur une aspiration est indispensable pour le depron. Elle fait circuler l'air autour de la fraise et dégage la poussière qui irai sans cela se coller autour de celle ci.

Voici les vidéos comme promises, de la précision des crémaillères & du retour a la même position après déplacement rapide (pour les septiques ):

Manu.

 

[CBK59]

Bonjour CBK59

Les crémaillère viennent de chez Damencnc: https://www.damencnc.com/fr/-el-ements/pi-eces-m-ecaniques/cr-emaill-ere---pignon
J'utilise les modules 2.
Le cout est moindre pour la vitesse obtenue. Pcq avec une vis a bille, il m'aurait fallut une multiplication avec des pignons courroie.

Pour le dessin 3D j'utilise Rhinoceros 3D Et son module Rhinocam.
Très puissant et très intuitif. Rhinocam sort les Gcodes directement avec un post-pro pour Mach3. Le post-pro est de toute facon éditable facilement grâce a un outil intégré au logiciel.
NB: Rhinoceros 3D est similaire a Autocad mais en plus puissant coté modélisation 3D.

Bonne amusement Manu.

Merci Manufog pour les infos sur la crémaillère.

Pour le dessin 3D, je suis allé sur le site CADLINK

Rhinoceros 3D est à 945 € HT bien moins cher que SW
Le module FAO est à 1250 € HT et là ça commence à faire cher pour une activité loisirs

CBK59

 

[chtipanda]

c est clair
librecad ,qcad ou draftsight tous gratuit

pour la 3d ?
logiciel de decoupe linuxcnc gratuit

 

[cr-_-]

Merci manu pour les vidéos effectivement ça confirme les calculs de positionnement
On dirait que les drivers sont plutôt bon.

Tu as de la résonance sur la première video ?

Je vais voir si j'ai le temps de tester un peu plus en détail et avec différentes contraintes pour voir si ça tient avec la charge

 

[Manuforg]

Slt.
Qu'entend tu par

résonance

?
Si c'est de l'aiguille qui oscille de 0.01mm que tu parle:

C'est du au fait que les pieds de la machine sont trop souple.
Le moteur PAP a une zone "molle" du faite de son champ magnétique, combiné au poids de l'ensemble XYZ qui est très très lourd, l'ensemble vibre un petit peu.

Manu.

 

[cr-_-]

c'est bien de cette vibration dont je parlais

elle risque d'être néfaste pour les fraises, enfin c'est à l'usage que ça se voit