CNC Profilé Alu - Evolution machine M.Crevot

[Bat74]

Bonjour à tous, je reprends ici le fil de la discussion initiée à travers le post de Michel CREVOT sur ce même forum (https://www.usinages.com/threads/cnc-en-profiles-alu.82791/)

Du coup, je vais en profiter pour
1- reprendre plus en détail la partie conception et les changements introduits par rapport à celle de Michel.
2- détailler les diverses phases de la construction

- Machine de type portique.
- Construite en profilés alu et plaques alu usinées suivant les besoins (épaisseur 20mm principalement)
- Tous les guidages sont de type rail prismatique (rails en taille 20 et 15) + blocs associés
- Vis à billes en diamètre 16mm
- Courses X600 Y700 Z150 mm
- Broche sans doute une chinoiserie 2.2 kW mais en version 8000-12000 tr/mn (avec du couple...)
- Motorisation des axes X pas à pas 3N.m / Y servomoteur 400W / Z pas à pas 3N.m
- L'axe Y qui déplace le portique est entraîné par 2 vis à billes reliées par une courroie crantée (1 seul moteur)
- Masse du portique complet équipé avec le Z et la broche : 70 kg environ
- Masse de l'embase-table : 100 kg environ
- Masse du châssis machine : 200 Kg environ

Avant de revenir sur la conception et la construction proprement dite, quelques photos de l'état actuel de la machine qui a déjà fait ses premiers pas (mouvement des axes avec les moteurs)...

 

[MCrevot]

Hello Philippe,

et bien le canard est toujours vivant !

Magnifique réalisation, je brule d'en connaitre les capacités, mais la broche n'est pas là !
Tu dis t'orienter vers une chinoiserie 2,2 kw, 8 à 12000 trs/mn - à quoi penses-tu, je n'avais pas vu grand chose dans cette catégorie là ?

Je vais suivre avec grand intérêt to post.

Amicalement, Michel

 

[Bat74]

Et oui... le canard est toujours vivant
Pour la chinoiserie 2,2kw, on va encore attendre encore un peu... j'ai d'autres projets en tête maintenant que j'ai une nouvelle maîtresse (Russe) ...

Revenons aux choses sérieuses.
Lorsqu'on a trouvé la "petite" (voire moins petite) fraiseuse de ses rêves, on est tous pressés de la mettre en route et de faire les premiers copeaux... C'est souvent pareil si on construit sa machine soi-même ... Et on se retrouve avec une masse souvent assez conséquente juchée sur un support souvent trop modeste à l'égard de la masse précitée; d'autant que cette masse est animée de mouvements plus ou moins brutaux dans le cas d'une machine CN.
Ceux qui ont déjà expérimenté la chose voient sûrement de quoi je veux parler... (j'ai même vu un engin de plus de 100kg posé sur un plan de travail de cuisine reposant sur 2 pauvres tréteaux branlants qui n'en demandaient pas tant... la cata n'est pas loin)

Bref, pour éviter le pire, assurer ma sécurité et celle du matériel et au final garantir des états de surface décents, j'ai décidé de commencer l'étude de ma future machine... par le châssis support. Je voulais :
- avoir une masse suffisante pour contrer les effets des mouvements brusques potentiels de la machine
- avoir une structure relativement rigide
- disposer d'un volume libre inférieur pour la récupération des copeaux et loger des accessoire (pompe à vide, etc...)

J'ai réutilisé des morceaux de structure de convoyeur de machines industrielles complétés par un assemblage de gros tubes rectangulaires 100x50x4 mm soudés par une amie soudeuse de profession. Le châssis ainsi assemblé (1,20m x 1,20m) présente un défaut de planéité (vrillage) inférieur à 1mm et pèse plus de 200kg lorsqu'il est équipé de ses 2 profilés alu de 180x60mm et du plateau alu de 25mm.

Place aux photos:

Les poteaux sont en profilés alu de même que les renforts inférieurs. Les traverses supérieures en acier plié de 5mm. Les flasques latéraux en acier de 2mm qui sont doublés ensuite de l'autre côté des poteaux pour former 2 caissons rigides.

Le plateau de base repose sur un réseau de profilés attachés avec des équerres. Tous les assemblages sont freinés au frein filet. Le plateau est finalement calé par rapport au sommet des rails prismatiques. Ses derniers possèdent une semelle en alu de 5mm pour une meilleure assise du rail au-dessus de la rainure du profilé.

Voici donc le châssis dans son ensemble... (il manque encore les raidisseurs de contreventement dans la partie basse)

Et maintenant, du virtuel au réel...

Tout le fourbi nécessaire...

Pour donner une idée de la taille de la chose...

Avec l'armoire électrique principale et un petit coup de peinture...

Montage du plateau et de la 2eme armoire pour isoler le futur variateur de fréquence...

Détail du plateau avec sa fixation et la matrice des trous M8 -100x100mm pour les futurs outillages. Notez que les profilés dépassent généreusement du plateau... On y reviendra !

A suivre...

 

[Baptx]

Salut, je viens de voir ta réalisation !
C'est vraiment propre, réalisation splendide !!

Je me dirige aussi vers une CNC 100% alu aussi !

Vivement la suite

Edit : tes patins sur ton axe du Y ce sont des HGH20CA ?

 

[Nico91]

Superbe, bravo

 

[Baptx]

Salut,

Du coup tu as déjà fait du copeau avec cette CN ?

 

[Bat74]

Edit : tes patins sur ton axe du Y ce sont des HGH20CA ?

Exact. / Edit : Oups... en fait non ... c'est des HGH25CA sur le Y. La taille pour les autres est en 20 avec des HGW20-CA

Du coup tu as déjà fait du copeau avec cette CN ?

Non. J'en suis juste à l'étape de réglage des asservissements d'axes. Donc ça commence à gigoter, mais ça n'usine pas encore car il me manque un accessoire indispensable : la broche...
Je continue de me tâter à ce sujet pour diverses raisons:
- couple disponible à des vitesses de rotation inférieures à 8000 tr/min ...
- possibilité de changement rapide d'outil ... (changeur sur attachement ISO20 ou attachement HSK32 manuel)
- $$$ le budget associé ...

 

[Bat74]

Suite de la description de la conception.

Comme indiqué, il s'agit d'une machine de type portique avec un entraînement simultané des 2 patins d'extrémité par 2 vis à billes coordonnées. J'ai longtemps hésité entre les 2 possibilités d'entraînement :
1- un seul moteur et une transmission par courroie crantée qui impose tout un dispositif de guidage et de tension mais qui limite les risques de mise en crabe.
2- la solution qui utilise 2 motorisations séparées pilotées de manière maître-esclave

Finalement, sur cet axe, c'est la solution à moteur unique qui a été retenue avec adoption d'un servo-moteur au lieu d'un moteur pas à pas pour des raisons de dynamique.

Place aux détails...

Les rails en taille 25 sont supportés par un plat alu de 5mm. Chaque patin reçoit 2 blocs HGH25-CA. Les 2 rails ont été ajustés au clinquant pour caler le plan de circulation du portique au mieux (on est dans les 30 microns) par rapport à la plaque de base. C'est long et fastidieux... mais ça limitera le surfaçage ultérieur de la table.

Le flasque vertical d'entraînement du patin sera contrepercé/goupillé après réglage pour éviter un futur glissement en charge...

Les vis à billes sont des 1610 (Ø16 pas 10mm). Suivant les vitesses de translation désirées, il sera possible de remplacer si nécessaire les poulies pour passer d'un ratio 1/2 (actuel) à un ratio 1/1. Avec le ratio actuel, c'est la dynamique qui a été privilégiée au détriment de la vitesse maxi.
La solution classique de blocage des poulies par vis pointeau n'étant pas d'une fiabilité légendaire et marquant les axes au droit du serrage, j'ai choisi délibérément la solution industrielle avec noix de serrage conique. C'est certes plus cher, mais d'un tout autre niveau de fiabilité...
Et ça existe aussi pour des axes de moins de 10mm de diamètre.

 

[Bat74]

Passons maintenant au portique...

Il est constitué de 2 flasques latéraux triangulaires qui encadrent 2 poutres/profilés de 80x80 série lourde. Le contreventement de l'ensemble est assuré par une tôle de flanquement vissée à la fois sur l'arrière des profilés et sur les flasques. Les calculs de structure montrent qu'il n'est pas nécessaire d'avoir une tôle de forte épaisseur pour augmenter considérablement l'inertie mécanique de l'ensemble. Les perçages de cette tôle sont effectués en tolérance réduite et le serrage à la clef dynamométrique + frein filet.

Les rails de guidage sont moins généreux mais largement dimensionnés en taille 20. Les 4 patins de l'axe X sont de type HGW20 et soutiennent la platine de base du Z qui accueillera l'ensemble Z mobile + broche.

Les flasques verticaux sont solidarisés avec les patins par un jeu d'équerres vissées qui facilitent l'alignement géométrique du portique.
Les ouvertures circulaires prévues initialement n'ont pas été retenues lors de la fabrication car elle apportent une réduction de masse négligeable...

Vue sur la motorisation de l'axe X. Moteur pas à pas 3Nm en Nema 23 et réduction 1/2 + transmission à courroie crantée.
Le capotage du moteur qui supporte un connecteur industriel (type électrovanne) est de fabrication maison avec une imprimante 3D.
Câblage blindé.
Nota : il manque encore les vis de fixation de la tôle arrière de contreventement sur les flasques verticaux...

Boîtier de raccordement des cellules fin de course axes X et Z

Vue globale de l'arrière du portique...

 

[Bat74]

Et ensuite à l'axe Z...

J'ai longtemps hésité sur la conception de cette partie et notamment sur l'adoption d'un design à blocs de guidage mobiles ou fixes.
J'ai fini par adopter la version à blocs fixes bien que son assemblage/réglage soit plus complexe.
Je voulais également minimiser le déport de la broche par rapport aux guidages. Comme je dispose de moyens d'usinage conséquents, c'est une version avec blocs encastrés qui a été retenue.
Les 4 blocs sont positionnés en butée contre des bords usinés pour garantir leur alignement.
Comme évoqué sur le post de construction de la CN portique de @Baptx , il ne faut pas oublier de faire des perçages préalables pour accéder aux diverses vis qui finissent noyées au milieu de l'assemblage...

Dans mon cas, ça donne ça:

Du coup, question usinage, j'ai été servi... mais j'avais une fraiseuse avec règles et visu .
Ci-dessous, la platine principale qui se fixe par 6 vis sur la plaque du X portique

Comme indiqué plus haut, ce type de montage complique l'assemblage et il faut prévoir des trous en plus en guise de puits d'accès pour le vissage...

J'ai finalement adopté ce choix de design pour son côté rigidité; les rails servants aussi de renforts.
Les évidements des platines permettent de conserver un déport plus faible entre l'axe de broche et les guidages :

Les flasques verticaux (tôle acier de 3mm) qui encadrent la broche accroissent encore la rigidité en flexion de la platine Z mobile.

Autre version pour montage d'une broche cylindrique Ø100mm...

En pratique ...

 

[Baptx]

Salut,

et merci beaucoup pour ce retour !
Je suis très admiratif de ton travail !!

Vivement la suite avec la broche !!

 

[vres]

Un travail vraiment très propre, J'adore les capots des moteurs Pas à Pas.
En revanche avec la réduction tu vas être limité en vitesse avec les moteurs Pas à Pas. Tes vis sont au pas de 10, je n'ai rien dit

 

[Bat74]

J'adore les capots des moteurs Pas à Pas.

Merci des compliments
Pour ceux que ça pourrait intéresser; je peux fournir le fichier 3D STL ...
Y'a qu'à demander.

 

[Bat74]

Bonjour à tous,
Pour continuer, quelques photos de détails un peu en vrac...

Le capotage moteur pas à pas juste sorti d'impression 3D (après finition à l'abrasif il est nettement mieux)

Avec l'adoption d'un connecteur industriel type électrovanne, pas de risque avec la connexion électrique... et c'est très bon marché.

Installation du moteur d'axe X et des accessoires d'entraînement de la vis à billes:

Le chariot vertical du Z :

Montage sur la platine d'accueil :

L'usinage à façon des appuis pour les blocs de guidage permet d'éviter l'ajout de cales de compensation pour le montage du support de douille...

Fixation du chariot z complet sur la platine (faut pas oublier de prévoir l'accès... merci la conception CAO 3D)

En position haute :

En position basse, la platine support de broche profite de l'effet raidisseur des 2 rails (sans compter les 2 flasques en tôle à venir)

Comme déjà évoqué, l'avancée des rails au-delà de la table est prévue pour l'usinage sur champ de pièces longues qui seront fixées sur une table à rainure (à venir) qui sera disposée verticalement en façade...

Un jour, ça devrait ressembler à ça...

 

[mag4pul]

Beau boulot !

 

[Bat74]

Bon... on y retourne pour vous annoncer des changements majeurs :

- remplacement de la carte contrôleur CN initiale qui a "fumé" (problème électrique) par une solution Acorn Centroid plus facile à maintenir avec présence d'un support technique France

- remplacement de tous les moteurs pas à pas par des servo-moteurs Delta de 400W et 750W avec les drives adaptés.

Tout ceci entraîne une refonte majeure de l'armoire électrique...
Reste à monter le dernier drive 400W (celui du Z). L'ajout d'un 4eme axe (axe rotatif) a été prévu dans la conception.

L'armoire principale avec le contrôleur Acorn et 2 drives installés. Le relai de sécurité Pilz, voyants et compteur horaire...

Le coffret secondaire qui recevra le variateur pour la broche et l'éventuel drive pour le 4eme axe. L'autre face de la porte...

La CN a également changé de place dans l'atelier avec une nouvelle descente électrique triphasée.
Les coffrets sont désolidarisés de la machine via montage sur silent-blocs pour limiter la transmission de vibrations.

Actuellement, les pièces d'adaptation de la nouvelle motorisation sont en cours de fabrication. donc je bosse en parallèle sur ma petite ligne perso d'anodisation colorée pour l'aluminium...

A suivre...
Philippe

 

[Bat74]

En prime, je vous mets aussi les schémas électriques...

 

[vibram]

Ah oui tu ne rigoles pas !!!
Je pense que les servos sont sur dimensionnés, on trouve ça sur des CN d'un tout autre gabarit mais qui peut le plus peut le moins !!
J'ai hâte de voir la suite

 

[ghirk]

Très chouette oui, vivement quelques copeaux !!

 

[Bat74]

@vibram ,
le choix des servo-moteurs c'est pour la dynamique des changements de directions à grands angles et fortes accélérations pour des raisons de masses embarquées.
400w pour Y et Z car c'est suffisant, mais 750w sur le X car un seul moteur pour les 2 vis à billes (alors que beaucoup mettent un moteur sur chacune des vis) sachant que le portique équipé complet pèse presque 80kg...
L'évolution de design de la machine originale de Michel (M.CREVOT) a été revue en collaboration avec un collègue de travail qui n'est autre que l'ancien patron du bureau d'étude de Charlie Robot... (ça aide) donc question dimensionnement, ça devrait aller

Le dernier groupe moteur / drive est commandé. C'est le 400w du Z en version avec frein. J'espère juste que les dernières pièces d'adaptation mécanique ne vont pas trop traîner (sous-traitées à des copains car ma fraiseuse conventionnelle STANKO 6T75 n'est toujours pas remontée et en cours de masticage avant peinture...)

 

[coquillette]

Bonjour
Je n'y connais rien en CNC mais je fais juste un petit post pour féliciter (bien que je n'aime pas trop flatter les gens)...notre ami pour cette magnifique réalisation. ..
Tout est net ,fini dans le moindre détail.. Un régal pour les yeux meme si je ne comprends pas tout.. et meme pas grand chose..!!!

JP

 

[enguerland91]

De mon point de vue si vous ne voulez pas perdre des avantages des servomoteurs il vous faut revoir la liaison du moteur en X avec les deux vis à billes. Moi j'ai monté une poulie double sur le moteur et utilisé deux courroies chacune vers une des vis. Un réglage uinque sur trous oblongs du moteur suffit pour tendre les deux courroies en même temps.

 

[vres]

Un réglage uinque sur trous oblongs du moteur suffit pour tendre les deux courroies en même temps.

Ben non il faut un réglage dans 2 directions avec ton montage, c'est avec le sien qu'il y a un seul réglage. En plus la poulie double réduit la largeur de courroie.

En tout cas une belle machine..............en profilés

 

[MCrevot]

Hello Philippe,

Toujours plus fort !

Je suis interessé aux principales évolutions dimensionnelles que tu as opérées, je pense à éventuellement faire un peu évoluer ma machine.

Par ailleurs, tu envisageais de tater un peu de l'ugv, qu'en est-il ?

Michel

 

[enguerland91]

Je mets aussi en garde à propos d'un "détail" escamoté par la plupart des concepteurs c'est que les courroies crantées HTD ne sont pas adaptées aux mécanismes de positionnement (dit par le fabricant) car la dent de la courroie ne remplit pas entièrement l'empreinte correspondante dans la poulie. Il faut utiliser les courroies de conception plus récentes au minimum la Poly Chain MGT3

COURROIE POLY CHAIN MGT3 5M LARGEUR 15

COURROIE POLY CHAIN MGT3 5M LARGEUR 15

www.tridistribution.fr

 

[vres]

Il faut tu aille porter la bonne parole au fabricants de machine, dépêche toi tu as du boulot.

 

[Bat74]

@enguerland91 ,
tout est une histoire de jeu... et au final le niveau de "détail" dépend du niveau de précision recherché. Pour info, sur les CN UGV Datron du boulot, pour lesquelles le constructeur garantit une précision de positionnement à +/- 5 microns, (et que l'on a vérifiée en interférométrie laser); la transmission se fait par des courroies HTD ... mais le châssis est en marbre, les vis/patins sont précontraints, etc.
Je pense donc que l'annonce de ton fournisseur de courroie est avant tout un argument "marketing". Etant directeur technique d'une société qui vend des équipements industriels je peux confirmer que c'est une pratique "commerciale" courante...

J'attache personnellement plus d'importance à la rigidité correcte de l'ensemble mécanique et de sa propension à amortir les vibrations plutôt qu'à les amplifier. Même chose au niveau des éléments de guidage (rails / vis à billes) où on trouve de tout; du bon et du nettement moins bon.
Au final, les choix seront raisonnés en fonction du besoin final ... et surtout du budget associé.
Personnellement, je ne cherche pas à descendre en-dessous du centième et si j'obtiens 0.05mm en conditions réelles d'usinage, je serai satisfait.

 

[enguerland91]

@enguerland91 ,
tout est une histoire de jeu... et au final le niveau de "détail" dépend du niveau de précision recherché. Pour info, sur les CN UGV Datron du boulot, pour lesquelles le constructeur garantit une précision de positionnement à +/- 5 microns, (et que l'on a vérifiée en interférométrie laser); la transmission se fait par des courroies HTD ... mais le châssis est en marbre, les vis/patins sont précontraints, etc.
Je pense donc que l'annonce de ton fournisseur de courroie est avant tout un argument "marketing". Etant directeur technique d'une société qui vend des équipements industriels je peux confirmer que c'est une pratique "commerciale" courante...

J'attache personnellement plus d'importance à la rigidité correcte de l'ensemble mécanique et de sa propension à amortir les vibrations plutôt qu'à les amplifier. Même chose au niveau des éléments de guidage (rails / vis à billes) où on trouve de tout; du bon et du nettement moins bon.
Au final, les choix seront raisonnés en fonction du besoin final ... et surtout du budget associé.
Personnellement, je ne cherche pas à descendre en-dessous du centième et si j'obtiens 0.05mm en conditions réelles d'usinage, je serai satisfait.

Regarde si l'age de ta machine n'est pas en cause. Peut-être que mon fournisseur (GATES n°1 mondial dans les courroies crantées) 'avait pas encore sorti mieux que la HTD.
Maintenant si j'interviens à l'occasion de ton fil c'est aussi pour informer les gens qui n'ont que les vidéos de youtube comme source d'information. Tu es parfaitement libre de tes choix.

 

[Bat74]

Je comprends tout à fait ta démarche qui est louable.
Bien que je sois un fervant défenseur du progrès, l'expérience me pousse à un certain pragmatisme. Les solutions un peu "uniques" même si elles sont très performentes mais qui limitent la disponibilité (fournisseur unique) me laissent perplexe. Même si le fournisseur est le leader du domaine, je n'aime pas trop les solutions "propriétaire"... Mais c'est un choix perso comme tu le dis.
Nos anciens disaient que le mieux est l'ennemi du bien. Ça se discute en effet, mais dans le cas présent, quelle différence significative m'apporterait ce changement d'entraînement ? Pas sûr que ce soit chiffrable... Je laisserai donc cette innovation aux professionnels qui y trouveront (peut-être) leur intérêt.

 

[enguerland91]

Je comprends tout à fait ta démarche qui est louable.
Bien que je sois un fervant défenseur du progrès, l'expérience me pousse à un certain pragmatisme. Les solutions un peu "uniques" même si elles sont très performentes mais qui limitent la disponibilité (fournisseur unique) me laissent perplexe. Même si le fournisseur est le leader du domaine, je n'aime pas trop les solutions "propriétaire"... Mais c'est un choix perso comme tu le dis.
Nos anciens disaient que le mieux est l'ennemi du bien. Ça se discute en effet, mais dans le cas présent, quelle différence significative m'apporterait ce changement d'entraînement ? Pas sûr que ce soit chiffrable... Je laisserai donc cette innovation aux professionnels qui y trouveront (peut-être) leur intérêt.

On dit aussi autre chose à propos des gens qui n'aiment pas évoluer dans leur façon de faire.