Construction d'une fraiseuse CNC de type portique

Bonjour,

Il y a quelques années, j'avais réalisé un petit portique CNC avec les moyens du bord. Perceuse, scie circulaire et scie sauteuse étaient les seuls outils à ma disposition, et en appart en plus . Le chassis était en PVC et PEHD et la broche une simple dremel. Elle m'a rendu de fiers services avec une bonne précision pour des découpes dans les plastiques, bois et pour la gravure de circuits imprimés.




Je me lance maintenant dans un model un peu plus ambitieux en acier et aluminium. Toujours plus ou moins dans un format relativement compact, j'espère une surface de fraisage d'environ 700x500 mm. Je la construis avec mes modestes connaissances en mécanique et ce que j'ai sous la main

Je dispose d'une belle plaque d'alu de 8mm, de profilés acier 30x40mm ainsi que de profilés ALU achetés chez un ferrailleur.

Je posterai ici les évolutions de sa construction, celle-ci se fait au fil de l'eau sans réalisation de plan au préalable.

Les débuts de l'axe Z.



La broche est une mafell FM 1000. J'ai pas mal hésité avec les broches chinoises refroidies à l'eau mais j'ai voulu rester le plus simple possible en ayant une bonne qualité de broche. Je suis agréablement surpris du bruit relativement faible de la mafell ~72dB à 1M donc pas plus que l'aspirateur ou que le bruit que fera la fraise en attaquant la matière !

Voici un petit tableau du niveau de bruit de 5000 à 22000 Tr/min. Mesure effectuée à 1M avec mon téléphone.






Le support du moteur Nema23 est réalisé en acier (soudure et presse au programme)



L'axe Z est présenté sur le profilé d'alu qui va servir de portique pour X. Le guidage linéaire est réalisé directement sur le profilé en collant une barre d'acier STUB de 12mm. Des roulements en U vont venir glisser dessus.
La plaque support de l'axe va être doublée pour passer de 8 à 16mm et le support mobile de la broche va recevoir des joues en alu de 8mm pour réduire la déformation.



Collage des barres de guidage.



Les éléments de guidage: Vis de 8mm, roulement en U et excentrique tourné dans une barre hexagonale de 17mm.



Aucun jeu, ça roule tout seul. Les excentriques permettent de supprimer les jeux et de régler l'aplomb de l'axe Z.



Il manque "juste" les joues ainsi que les capteurs de fin de course.



A bientôt pour la suite !

Rom' a dit:

Sur un proto j'avais utilisé des guidages de ce genre, c'est très sensible aux poussières et autres, il va falloir prévoir une solution pour nettoyer en continu, sinon la poussière se fait écraser contre le guide et ça fait n'importe quoi en très peu de temps.

Cliquez pour agrandir...

Effectivement, c'est potentiellement un problème. Peut-être un "racleur" en plastique devant et derrière les roulements. Si vous avez des idées, je suis preneur

Pierre

La suite,

J'ai entamé la réalisation de la structure portant les guides Y et j'ai validé le design du portique.
Voilà quelques photos de l'avancée

J'a coupé de la barre hexa de 17 pour tourner mes excentriques de rattrapage des jeux.



Les joues Y sur lesquelles vont venir se fixer les jambes du portique. Je n'avait pas assez de plaque d'alu pour faire les jambes avec, elles seront donc constituées de deux profilés assemblés.

Sur la photo, le portique est posé à plat juste pour vérifier que tout est bien aligné.



Je vérifie à chaque étape que tout est plan et droit.



Les supports des rails Y sont en acier 30x40 avec des platines de fixation. Le tout est soudé.


Vu les sections utilisées et le poids de la machine, elle devrait être bien rigide et ne pas vibrer.

Cet après-midi, je termine et je soude les platines de support.

Petite mise à jour, les platines sont soudées. La structure est bien rigide, si tout va bien, je pense que je devrais pouvoir usiner de l'alu

Petit point d'étape.
Le chassis est monté, tous les mouvements sont fluides et sans jeu. J'ai fait un test de positionnement de la vis Y pour voir si j'ai bien la totalité de la course.
Je pense apporter quelques modification dont la position du moteur Z, je vais le retourner et le placer derrière le support Z avec une transmission par poulie MXL.

Pour le nettoyage des rails, en particulier sur Y, je vais caréner le roulement et mettre un patin en feutre à l'entrée et éventuellement un racleur en plastique devant.

Petite mise à jour avec la fixation de la vis à bille Y.


Je fais mes tests de déplacement avec une perceuse en attendant l'installation des moteurs et de la partie électronique.



Je vérifie les dégagements avec une fraise de 6 montée dans la broche. La partie mobile de Z touche les rails Y en bout de course. Soit je réduis la course de quelques centimètres soit je réduis la largeur de Z dans sa partie basse. Je ne me suis pas encore décidé même si perdre quelques cm de course ne me plaît pas

Le moteur Y est monté sur une platine en acier qui est soudée au chassis. J'ai récupéré un ancien coupleur qui est modifié pour s'accorder aux diamètres vis et moteur. L'ensemble est aligné et les mouvements (à la main) semblent fluides. Il me tarde faire les tests avec la carte de commande. Dès que j'ai le temps, je vais attaquer le montage de la vis X et le support moteur. L'entrainement se fera par courroie (1:1) pour placer le moteur derrière le portique X et non dans l'axe de la vis. J'ai des poulies MXL de récup, ça devrait le faire moyennant quelques modifications.

J'ai repris le projet cette semaine, voici l'état d'avancement.

Le support du moteur X est fabriqué en tôle d'acier de 3mm avec quelques soudures.


Petite mise en peinture.



Le support en place. assorti à la broche mafell





Une petite vue d'ensemble de la machine.



Le moteur Z a pris place derrière le support. C'est plus discret comme ça. Il est fixé sur une platine en acier temporaire. Je vais refaire un support en alu dès que la fraiseuse sera opérationnelle (elle va commencer à se mettre à niveau toute seule).



J'imprime quelques support de rilsans pour préparer le passage des câbles dans le coffret qui accueillera le contrôleur. C'est pratique une imprimante 3D



Le boîtier de contrôle en cours de câblage. Le coffret est fait en alucobond de récup. J'ai précâblé un 4° axe qui arrivera sûrement dans les mois qui viennent.

La carte de commande embarque un grblHAL qui tourne sur un teensy 4.1. La carte est faite par Phill Barrett (https://hackaday.io/project/175209-teensy-41-cnc-controller). Elle est vraiment de très bonne qualité et dispose de nombreuses entrées sorties. J'ai câblé 3 relais SSR, pour la broche, l'aspiration et un futur système de refroidissement par micro aspersion inspiré par ce blog https://thebreizmaker.wordpress.com/microlubrification-diy/



Sur le côté se trouvent les prises asservies par les relais SSR, les entrées des fins de course et de la "probe" ainsi que les 4 moteurs. En façade on retrouve l'arrêt d'urgence qui coupe l'alimentation de la machine et 3 boutons classiques dans GRBL (Cycle Start, Feed Hold et Soft Reset)
Un ventilateur sur le dessus extrait l'air chaud des drivers et autres sources de chaleur.



Demain ce sera câblage de la machine, installation des chaines pour passer les câbles, des fins de course et peut-être les premiers tests. J'espère avoir une machine opérationnelle d'ici la fin de semaine.

Ca y est, elle a fait ses premiers copeaux !

Installation des chaînes de guidage des câbles


Je récupère un morceau de plan de travail pour faire la table. 28 mm d'épaisseur avec des rails en alu sur les flancs pour le rigidifier et le fixer sur les montants latéraux. Après ajustement, j'ai environ 1/10 d'écart d'un bout à l'autre de la table (710mm). Ca me semble raisonnable d'autant que le martyr sera surfacé.



J'ai des chutes de cornière en PVC. J'ai dans l'idée de protéger les rails X des copeaux et poussières avec une sorte de tunnel.



Les cornières sont collées pour former une sorte de C



Les rails sont protégés et je peux facilement y accéder pour passer un coup de chiffon de temps en temps. A voir à l'usage mais àa me semble pas mal.



La machine avec ses nouveaux caches.



Pour mon deuxième usinage, après une pièce en PVC, j'attaque direct l'alu. Une plaque de 5mm, fraise 2 dents de 6mm (CNC fraise, très bonne qualité ) passes de 0.5mm avec une avance à 600 mm/min. Je n'ai pas encore la lubrification installée alors je douche au WD40 (oui je sais ce n'est pas fait pour ça )



Une fois les copeaux aspirés. Vous noterez la fixation très professionnelle de la pièce



Voici le rendu, pour un premier usinage d'alu je suis satisfait.Les vagues que l'on voit sur la photo avec le reflet sont à peine visibles quand on a la pièce en main.




Une pièce est usinée en PVC pour fixer le raccord neutrik de la broche et pour le fin de course Z.



J'ai acheté un petit compresseur d'aérographe d'occaz, ça chassera les copeaux et j'ai testé une micro lub, ça fonctionne parfaitement, sans aucun bruit. Ca m'évitera de faire tourner celui de 50L.



La chaîne et tous les tuyaux et gaînes de liquide et d'air comprimé. Elle repose sur cet axe dans un berceau fait avec deux cornières d'alu.



Pour Y la chaîne vient se poser dans un berceau fait avec de plats d'acier.



Et voilà pour une première étape. Il me reste pas mal de réglages à faire, fabriquer des systèmes de fixation sur la table, ajouter la microlub... Je vais aussi refaire 2 des poulies MXL, elles ne tournent pas parfaitement rond, je n'aurai pas dû les reprendre en me prenant sur les bords extérieurs, ils ne doivent pas être parfaitement concentriques.

Voici une petite mise à jour de ma machine. Etant donné la largeur (600mm) j'avais un peu de flexion sur les côtés, dû à l'entrainement central de Y avec une seule vis à bille. J'ai donc décidé de la doubler et de les placer proche des extrémités. Cet ajout me permet aussi de réaliser un équerrage automatique avec un fin de course sur chaque vis à bille.



Par ailleurs, la plaque supportant la broche est passée de 8mm à 15mm, après une simulation des forces avec FreeCAD, ça m'a paru beaucoup plus raisonnable.

En 8mm:


En 15mm:


La machine est ainsi beaucoup plus rigide !

A suivre...

Quelques petites améliorations sur ma fraiseuse

Ajout d'une extraction des poussières. j'ai décidé de faire une aspiration au niveau de la fraise sans brosse. Je trouvais que les balais frottent trop et gênent la visibilité du travail en cours. Le système aspire correctement les poussières fines et c'est ce qui m'importe. C'est un peu moins efficace sur les gros copeaux qui ont trop de vitesse et sont projetés hors du champ de l'aspirateur.



J'ai imprimé un adaptateur entre le tube de l'aspirateur et celui de la machine.



J'ai aussi ajouté un Contour ShuttleXpress qui me permet des déplacements faciles sur les 3 axes. Il est connecté directement sur le raspberry qui fait tourner le service CNCJS. Très pratique !



Il ne me reste plus que l'air comprimé et la pompe pour le liquide de refroidissement à mettre en oeuvre. Surtout utile pour le fraisage de l'alu.

francois23 a dit:

Bonjour,
Superbe réalisation, bravo. Je trouve ça tjs très impressionnant ceux qui font tout eux-mêmes...
C'est quoi ton palpeur ? Modèle ?

Merci.

Cliquez pour agrandir...

Bonjour, un palpeur venu de Chine. https://m.fr.aliexpress.com/item/32...etail.0.0.22167d56Effl6o&gatewayAdapt=glo2fra

Par contre je ne l'ai pas payé ce prix là c'était plutôt 20€

Pierre