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koenigsegg
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Bonjour,
Je voudrais vous présenter le dernier ajout à mon atelier. C'est un 4ème axe de 150mm fait maison (basé sur un réducteur elliptique Harmonic Drive) avec un frein à disque électromagnétique.
La base du projet est un réducteur elliptique Harmonic Drive de 100:1 importé du Japon. Pour la compacité de l'ensemble, j'ai opté pour l'une de leurs unités CSD (CSD-25-100-2A-GR-SP) qui a une longueur totale de seulement 17 mm et un diamètre extérieur de 85 mm. Le couple nominal de ce modèle est de 47 Nm à 2000 tr/min, avec une limite de 110 Nm pour les à-coups répétés.
L'entrée du réducteur est entraînée par un moteur pas à pas en boucle fermée de 4,6 Nm (Nema 34). Le côté sortie engage un arbre de diamètre extérieur de 40mm soutenu par une paire de roulements à rouleaux coniques de précision P5 (32008 XA P5), l'ensemble étant à l'intérieur d'un bloc palier en acier de 120mm de large.
La partie intéressante de ce projet est, à mon avis, le frein électromagnétique. La plupart des versions DIY des 4ème axe que j'ai trouvées en ligne et basées sur des réducteurs elliptiques n'incluent pas de frein. Cela entraîne des problèmes de performances, car les réducteurs elliptiques ne sont pas des dispositifs très rigides en torsion. À titre d'exemple, pour le réducteur que j'ai choisi, un couple de 10 Nm à la sortie entraîne un déplacement en torsion de 76 arcsec. C'est à dire un déplacement linéaire de 28 microns à un rayon de 75 mm. Cela signifie qu'on est limité à ne faire que des usinages très légers ou de très petites pièces ...
Étant donné que je prévois d'utiliser ce 4ème axe principalement pour l'indexation, le fait d'avoir un frein résout ce problème de rigidité.
Le frein est composé d'un disque en aluminium attaché à l'arbre principal par une flexion axiale (j'ai dû passer par 2 versions de la flexion jusqu'à ce que je trouve le bon design). Par défaut, le disque est pressé par une plaque d'acier contre un boîtier fixe en aluminium. Cette plaque est préchargée par 8 piles de rondelles Belleville (à ressort) maintenues sur des vis à tête creuse M5. La précharge du ressort, qui définit le couple de freinage, peut être réglée en serrant ou desserrant les vis M5.
Avoir de l'aluminium comme surfaces de freinage peut sembler un choix étrange, mais cette combinaison de matériaux a en fait un coefficient de friction statique assez élevé (environ 1.0 selon l'endroit où vous obtenez les données). Puisque le but de ce "frein" est de verrouiller les 2 surfaces ensemble et de ne pas faire du freinage réelle (c'est-à-dire les surfaces qui glissent entre eux), je ne prévois pas trop de problèmes d'usure ou de grippage des surfaces en aluminium. Mais je peux avoir tort, et si c'ést le cas, un nouveau disque et boîtier peut être facilement fabriqué à partir de différents matériaux.
En ce qui concerne la façon dont le frein est actionné, il existe de nombreuses méthodes disponibles (hydraulique, pneumatique, une mélange des deux, etc.). J'ai choisi un actionnement électromagnétique car il était assez facile de l'intégrer parfaitement dans le 4ème axe et simple de se brancher au centre d'usinage dans lequel il ira.
L'actionneur se compose d'une bobine de 700 tours de fil de cuivre émaillé de 0.65mm insérée dans la face avant du bloc palier. Au repos, l'écart entre la plaque d'acier qui précharge le frein et le bloc palier est de 0.2 mm. Lorsque la bobine est excitée avec un courant de 2.4A, les forces magnétiques éloignent la plaque d'acier du disque en aluminium, libérant ainsi le frein. Une fois la plaque d'acier collée au bloc palier, le courant peut être réduit de moitié (environ 1.2A) pour ne pas surchauffer et brûler la bobine. En pratique, cela est réalisé en connectant une résistance en série avec la bobine via un relais à retard temporisé.
Le couple de freinage mesuré pour la précharge optimale était d'environ 90 Nm, ce qui semble raisonnable pour un 4ème axe de cette taille qui sera principalement utilisé pour l'usinage de pièces en aluminium. Le jeu mesuré (qui provient à la fois des pertes d'hystérésis à l'intérieur du réducteur et des pas discrets du moteur pas à pas) était d'environ 18 arcsec.
J'espère que cela peut être utile ou donner des idées à quiconque envisage de construire un 4ème axe chez soi.
Je vais inclure quelques images de ce projet ensuite.
À plus
Je voudrais vous présenter le dernier ajout à mon atelier. C'est un 4ème axe de 150mm fait maison (basé sur un réducteur elliptique Harmonic Drive) avec un frein à disque électromagnétique.
La base du projet est un réducteur elliptique Harmonic Drive de 100:1 importé du Japon. Pour la compacité de l'ensemble, j'ai opté pour l'une de leurs unités CSD (CSD-25-100-2A-GR-SP) qui a une longueur totale de seulement 17 mm et un diamètre extérieur de 85 mm. Le couple nominal de ce modèle est de 47 Nm à 2000 tr/min, avec une limite de 110 Nm pour les à-coups répétés.
L'entrée du réducteur est entraînée par un moteur pas à pas en boucle fermée de 4,6 Nm (Nema 34). Le côté sortie engage un arbre de diamètre extérieur de 40mm soutenu par une paire de roulements à rouleaux coniques de précision P5 (32008 XA P5), l'ensemble étant à l'intérieur d'un bloc palier en acier de 120mm de large.
La partie intéressante de ce projet est, à mon avis, le frein électromagnétique. La plupart des versions DIY des 4ème axe que j'ai trouvées en ligne et basées sur des réducteurs elliptiques n'incluent pas de frein. Cela entraîne des problèmes de performances, car les réducteurs elliptiques ne sont pas des dispositifs très rigides en torsion. À titre d'exemple, pour le réducteur que j'ai choisi, un couple de 10 Nm à la sortie entraîne un déplacement en torsion de 76 arcsec. C'est à dire un déplacement linéaire de 28 microns à un rayon de 75 mm. Cela signifie qu'on est limité à ne faire que des usinages très légers ou de très petites pièces ...
Étant donné que je prévois d'utiliser ce 4ème axe principalement pour l'indexation, le fait d'avoir un frein résout ce problème de rigidité.
Le frein est composé d'un disque en aluminium attaché à l'arbre principal par une flexion axiale (j'ai dû passer par 2 versions de la flexion jusqu'à ce que je trouve le bon design). Par défaut, le disque est pressé par une plaque d'acier contre un boîtier fixe en aluminium. Cette plaque est préchargée par 8 piles de rondelles Belleville (à ressort) maintenues sur des vis à tête creuse M5. La précharge du ressort, qui définit le couple de freinage, peut être réglée en serrant ou desserrant les vis M5.
Avoir de l'aluminium comme surfaces de freinage peut sembler un choix étrange, mais cette combinaison de matériaux a en fait un coefficient de friction statique assez élevé (environ 1.0 selon l'endroit où vous obtenez les données). Puisque le but de ce "frein" est de verrouiller les 2 surfaces ensemble et de ne pas faire du freinage réelle (c'est-à-dire les surfaces qui glissent entre eux), je ne prévois pas trop de problèmes d'usure ou de grippage des surfaces en aluminium. Mais je peux avoir tort, et si c'ést le cas, un nouveau disque et boîtier peut être facilement fabriqué à partir de différents matériaux.
En ce qui concerne la façon dont le frein est actionné, il existe de nombreuses méthodes disponibles (hydraulique, pneumatique, une mélange des deux, etc.). J'ai choisi un actionnement électromagnétique car il était assez facile de l'intégrer parfaitement dans le 4ème axe et simple de se brancher au centre d'usinage dans lequel il ira.
L'actionneur se compose d'une bobine de 700 tours de fil de cuivre émaillé de 0.65mm insérée dans la face avant du bloc palier. Au repos, l'écart entre la plaque d'acier qui précharge le frein et le bloc palier est de 0.2 mm. Lorsque la bobine est excitée avec un courant de 2.4A, les forces magnétiques éloignent la plaque d'acier du disque en aluminium, libérant ainsi le frein. Une fois la plaque d'acier collée au bloc palier, le courant peut être réduit de moitié (environ 1.2A) pour ne pas surchauffer et brûler la bobine. En pratique, cela est réalisé en connectant une résistance en série avec la bobine via un relais à retard temporisé.
Le couple de freinage mesuré pour la précharge optimale était d'environ 90 Nm, ce qui semble raisonnable pour un 4ème axe de cette taille qui sera principalement utilisé pour l'usinage de pièces en aluminium. Le jeu mesuré (qui provient à la fois des pertes d'hystérésis à l'intérieur du réducteur et des pas discrets du moteur pas à pas) était d'environ 18 arcsec.
J'espère que cela peut être utile ou donner des idées à quiconque envisage de construire un 4ème axe chez soi.
Je vais inclure quelques images de ce projet ensuite.
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