Etude et construction d'un fraiseuse CNC 3 axes en UHCP

  • Auteur de la discussion Auteur de la discussion Georges_67
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Georges_67

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Bonjour,


Je viens de m’inscrire sur le site et je découvre avec admiration toutes ces passionnées qui partagent ici leurs projets et leur savoir-faire.

Pour ma part, je travaille depuis plus de quatre ans sur la conception et la réalisation de petites fraiseuses à commande numérique. J’e vous présente la KXG_MiniMill_3 :

Il s’agit d’une petite fraiseuse à structure portique en béton UHPC, équipée d’une table fixe.

Courses :
  • Axe Y : 500 mm portique gantry)
  • Axe X : 250 mm
  • Axe Z : 140 mm
Broche : 2 kW – 24 000 tr/min
Équipements : système d’arrosage avec filtration et recyclage, palpeur d’outil, entre autres.
Contrôleur : UCCNC




Cette machine a été précédée par un modèle de capacité supérieure, la KXG_MiniMill_2, qui a notamment permis l’usinage des différents sous-ensembles de la version présentée ci-dessus.

Courses :
  • Axe Y (portique) : 800 mm
  • Axe X : 480 mm
  • Axe Z : 200 mm
Broche : 2 kW – 24 000 tr/min
Équipements : système d’arrosage avec filtration et recyclage, palpeur d’outil, etc.



Enfin, un premier prototype, la KXG_MiniMill_1 qui est à l’origine du projet. Il m’a permis d’appréhender l’ensemble des enjeux techniques et la complexité inhérente au développement d’une machine de ce type.


Voici quelques détails de la KXG_MiniMill_3 :

Conception avec Fusion 360 :


-Structure principale en béton UHCP avec table rainurée coulée dans de l’epoxy :


-Moule du portique qui sera coulé avec du béton UHCP :


-Concept de graissage des patins et vis:


-Armoire électrique :


-Boitier de commande MPG:





Afin de préserver la lisibilité de cet article, l’ensemble des aspects techniques n’y est pas détaillé. Je serai toutefois ravi d’échanger avec vous, d’enrichir la réflexion et de recueillir vos remarques et retours d’expérience sur les points qui sont essentiels dans la conduite d’un tel projet, notamment :

Choix de la structure et des matériaux
Calcul et sélection des motorisations en fonction des chaînes cinématiques
Réglage et maîtrise de la géométrie machine
Choix de la commande numérique
Gestion et optimisation du budget


Je reste animé par la conception, l’optimisation mécanique et la précision, avec un intérêt particulier pour les architectures innovantes et les matériaux alternatifs. Au plaisir d’échanger avec vous, de partager les retours d’expérience et d’apprendre encore au contact de la communauté.


Dans l'attente de vous lire,


Bien cordialement,


Georges
 
Dernière édition par un modérateur:
Super projet, et manifestement TRES réfléchi! J'adore la lubrification et la télécommande. GRBL? mach 3?
 
Super projet, et manifestement TRES réfléchi! J'adore la lubrification et la télécommande. GRBL? mach 3?
Bonjour Pierre,

La CNC est une UCCNC: https://cncdrive.com/UCCNC.html

J'ai choisi ce logiciel pour différentes raisons:
-Communauté d'utilisateurs importante
-Il me semblait moins compliqué et plus stable que Mach3
-Il dispose néanmoins d'un plugin Mach3
-Il dispose de multiples options dont la communication Modbus
-Le site propose divers composants à la vente: connecteur, câbles, moteurs, MPG, ......
-FUSION 360 dispose du post-processeur UCCNC
-Prix composant et licence correctes

J'en suis très satisfait!

PS: j'ai utilisé GRBL sur Arduino pour la machine prototype MiniMill_1: trop instable et surtout très sensible au parasitage par exemple du variateur de vitesse de la broche.

Georges
 
Je ne connaissais pas UCCNC. Merci.Personellement je suis sous GRBL sur mes 4 CNC et n'ai pas encore constaté de parasitage. Touchons du bois...
 
Dans les machines les plus rigides du milieu amateur, le problème, ou plutôt le point faible, c'est la broche...

Dans ton cas, tu usines "comme tout le monde' avec de petites passes, une broche DIY avec de gros roulements coniques, et un moteur coupleux assez bas en vitesse transformerait ta CN !(50-6000tr)
 
Bonjour,
Je suis à 150% d'accord avec ces affirmations.
Pour moi tout projet de cnc doit débuter par l'établissement d'un cahier des charges comprenant en premier, bien sur, quels matériaux veut-on usiner et quels usinages sont envisagés. En fonction du CdC on choisit la broche (gamme de vitesses)et ensuite en quoi va être réalisée la plaque sur laquelle va reposer la pièce à usiner.
 
Bonjour,

Vous avez parfaitement raison, et c’est une option que je n’exclus pas. Cependant, le « gros copeau » est un tout.

Dans ma carrière professionnelle, j’ai eu la chance de travailler avec des constructeurs de machines-outils renommés dans le domaine de l’UG et autres applications exigeantes. Leur préoccupation principale était — et reste — la rigidité ainsi que les fréquences propres de la machine.

Ils ont dépensé, et dépensent toujours, des fortunes en analyses par éléments finis pour optimiser une structure : modifier un bâti, déplacer ou changer des guidages, ajouter ou retirer de la masse… Tout cela pour trouver le meilleur compromis possible entre volume de copeaux, état de surface, répétabilité et stabilité dynamique.

En résumé, toute machine est un compromis entre des caractéristiques idéales souvent impossibles à réunir parfaitement. Avec le temps, j’identifie progressivement les limites et faiblesses de ma création. Le véritable défi consiste alors à les réduire au maximum grâce à des améliorations mécaniques ou électroniques, afin d’optimiser ses performances et sa fiabilité.

À l’origine, le cahier des charges ne prévoyait pas que la machine réalise de gros enlèvements de matière. Le concept était avant tout orienté vers la qualité d’état de surface, la précision et surtout la maniabilité (accès et visibilité de la pièce et à l'outil, protection des éléments sensibles mécaniques, recyclage et filtration de l'arrosage, un MPG repensé qui dispose d'un override axe et broche, .....)

La broche asynchrone constitue effectivement une piste d’amélioration intéressante. En attendant, j’optimise ses performances par un choix adapté d’outils — forets et fraises carbure — afin d’augmenter la vitesse de coupe et de bénéficier d’un couple plus efficace à faible vitesse.
Par ailleurs, la broche asynchrone 2,2Kw 24000 tr/min (3Kw sur la KXG_MiniMill_2) est pilotée par un variateur de fréquence disposant d’une fonction de calibrage de la courbe U/F à basse vitesse. Ce « boost » permet d’augmenter le couple d’environ 30 % à faible régime, ce qui améliore sensiblement les capacités de la machine dans ces conditions.


--------------------------------------

Merci pour toutes vos remarques. et suggestions.
Je suis tout à fait disposé à aborder l’ensemble des sujets liés à notre passion de la MO et à approfondir chaque aspect, qu’il soit technique, mécanique ou électronique.
 
Bonjour,
A mon humble avis la plus grosse erreur qu'un concepteur/constructeur de cnc doit éviter c'est de se placer en comparaison avec les fabricants de cnc professionnelles.
Les moyens n'étant d'aucune manière comparables , les objectifs doivent absolument en tenir compte.
L'usinage avec des outils en carbure de tungstène font partie du piège dans lequel il ne faut pas tomber justement car ces outils sont conçu pour des machine sans rapport avec celles de l'amateur.
Une broche de 2200 W est démesurée pour une cnc amateur : un calcul élémentaire le démontre
Un amateur a le temps pour lui de faire des passes d'enlèvement conséquents de matière suivies de passes de finition
A propos des broches : si Ali Express n'existait pas ( comme dans mes débuts) on ne verrait pas des broches de 3-4 cv sur ce forum
 
Pourriez-vous préciser ce que vous appelez calcul élémentaire concernant la broche 2,2Kw 24000 Tr/min cela m'intéresse beaucoup.

Merci
 
Pourriez-vous préciser ce que vous appelez calcul élémentaire concernant la broche 2,2Kw 24000 Tr/min cela m'intéresse beaucoup.
  • Fraise Ø16 mm
  • 4 dents
  • ap = 4 mm
  • ae = 16 mm (rainurage plein outil)
  • n = 24 000 tr/min
  • fz = 0,05 mm/dent
  • Aluminium

Avance d’usinage​

Vf=4800 mm/min

Vitesse de coupe​

Vc=1206/60=20,1 m/s

Puissance de coupe​

P=Fc×Vc
P=240×20,1
P=4824W
 
Bonsoir,
Ces conditions d'usinage sont inateignables même sur une cnc à 60k€
Une fraise diamètre 16 mm pour faire du rainurage c'est du délire en plus 4 dents MDR on utilise un "couteau' pour cela qui a deux dents et on ne tourne pas à 24000 tr/min
Alors sur cnc qui fait entre 100 et 200 kg je suis MDR
Le rainurage c'est réunir les pires conditions de coupe pour une fraise et c'est pourtant l'opération favorite des gens qui sont experts en informatique mais sans réelle formation en usinage. Bien sur on met une tôle sur la machine et on découpe des pièces en pleine matière
C'est une opération à réserver à de rares occasions lorsque la pièce envisagée est d'une forme rendanr difficile de la tenir L'exemple typique m'a été donné de réaliser pour construire mon avion ; cette pièce s'appelle un renvoi de sonnette et est découpée généralement dans de la tôlr d'alu de 3 ou 4 mm d'épaisseur
Je signale en passant que les constructeurs du Concorde ont demandé aux métallurgistes de leurs créer un alliage spécial car justement ils avaient de grosses difficultés à usiner en pleine matière les couples du fuselage de l'avion et l'évacuation des copeaux faisait partie d'un de leurs problèmes majeurs.
 
Bonsoir MPVUE91

Pourriez-vous préciser ce que vous entendez par « calcul élémentaire » concernant une broche de 2,2 kW à 24 000 tr/min ? Ce sujet m’intéresse beaucoup.


Comme indiqué précédemment, j’utilise des fraises carbure pour usiner l’acier et l’aluminium, ainsi que, occasionnellement, des forets carbure pour le perçage de l’acier.
Je ne suis pas spécialiste des stratégies d’usinage et je pense pouvoir apprendre des éléments très intéressants grâce à vos explications, notamment en ce qui concerne le dimensionnement des paramètres de coupe et l’adéquation entre l’outil, la matière et les capacités réelles de la broche.

Je vous remercie par avance pour les précisions que vous pourrez m’apporter.

Voici une commande client entièrement réalisée par fraisage (fraise 5 et 3mm, Alu 7075):

 
Reactions: FTX
Salut,

Tu peux utiliser FSwizard pour obtenir les valeurs "conseillées" .. qui sont très inférieures à celles données par Jules. Ça te donne aussi les infos de puissance, couple nécessaire à l'usinage et couple maxi admissible (par la fraise)


Quelques infos sur son utilisation ici

attention toutefois, c'est un soft pour les machines industrielles à xxK€, ça ne veux pas dire que ta machine est capable de supporter ça, il faut faire des essais pour voir quelles sont les limites acceptables.

Une broche 24000 tr comme la tienne ne devrait pas être utilisée à moins de 6000 RPM (effondrement du couple) ... et attention, avec un vario, la puissance diminue à peut près linéairement avec la vitesse, donc à 6000RPM, ta broche de 2.2Kw ne fait plus que 550W (pour environ 0.9Nm)

++
David
 
Merci pour ces infos.


J'ai pu augmenter de 20% le couple à basse vitesse par un paramétrage adapté de la courbe UF. Les variateurs chinois (Vevor, ...) n'ont généralement pas cette fonction. J'utilise un V20 de Siemens. Je vais prochainement tester un variateur vectoriel pour évaluer la différence de comportement de la broche mais il n'y aura pas de miracle le couple est directement lié au courant du moteur qui est la somme du courant de magnétisation et du courant qui génère le couple, Le variateur vectoriel gère mieux le courant de magnétisation à basse vitesse.

Le logiciel FSwizard semble être payant, c'est exacte?
 

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