Etude petit tour "swiss lathe" petit mais costaud

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Otatiaro

Compagnon
Hello,

Ca fait déjà quelques mois que je réfléchi et cherche des solution pour un projet sur le (très) long terme.
J'envisage de me faire un petit tour CNC, pour faire des petites pièces et notamment de la visserie sur mesure.

Le cahier des charges final envoi du rêve vous allez voir:
- conception type "swiss lathe", c'est à dire que l'outil bouge sur l'axe X, mais c'est la broche qui bouge selon l'axe Z
- broche à pinces 5C, conception "dead length", c'est à dire que ce n'est pas la pince qui recule, mais le cône de broche qui avance pour serrer la pince, comme ça la longueur ne varie pas à la fermeture (c'est important pour la suite ...)
- conception symétrique, c'est à dire avec deux broches en opposition sur deux axes Z colinéaires, donc possibilité d'usiner la face arrière dans la même opération (d'où les broches "dead length" pour synchroniser les deux broches)
- fermeture et ouverture des pinces pilotée (pneumatique probablement)
- axe X suffisamment long pour faire du "gang tooling", pas de tourelle de prévue.
- possibilité de mettre sur une des broches une barre de 1m de long. Pas de "bar feeder" au sens propre, mais une pince (pneumatique ?) sur l'axe X permet d'attraper le bout de la barre, ouverture de la pince, la broche recule, fermeture de la pince et on repart sur un autre cycle.
- pilotage des deux broches en vitesse de rotation et en axe positionné / interpolation
- outils tournants sur l'axe X, pour faire de petits fraisages en interpolation avec la rotation de la broche (pas d'axe Y)
- comme ce sont les broches qui se déplacent sur le Z, possibilité de faire des lunettes fixes au plus proche des outils (c'est le principe du swiss lathe), mais il faut bien réfléchir à l'ordre des opérations, ces lunettes fixes peuvent aussi servir de capotage pour empêcher que les copeaux et fluide de coupe ne passent côté broche
- rigidité suffisante pour usiner tout type de matériaux (l'objectif parfait étant le titane), pas besoin de prendre des passes de 1mm, mais par contre il faut précision et répétabilité (objectif 0.01mm réel répétable)
- fonctionnement fiable et automatisé, objectif final pouvoir passer 1m de barre, laisser tourner quelques heures et récupérer les pièces terminées (reservoir de pièces finies sur le X + ressort dans la pince 5C de la deuxième broche).
- les pinces 5C vont officiellement jusque diamètre 1" soit 25.4mm, je considère que c'est le diamètre maxi à usiner sans se poser de questions, donc distance entre le dessus du X et l'axe de broche 15 à 20mm, ce qui devrait aider pour la rigidité.
- le déplacement de l'axe X sera limité par ce que je peux usiner sur la X7, à maximiser mais probablement dans les 30/35cm (nécessaire parce que pas de tourelle, si on met un outil tous les 5cm ça ne laisse que 6 ou 7 outils ce qui risque déjà d'être un peu limitant)
- le déplacement sur les axes Z je ne sais pas encore, j'imagine que les pièces à usiner vont avoir une longueur maxi d'environ 10cm, mais il faut pouvoir passer au dessus du X pour le passage d'une broche à l'autre, plus les différentes longueur d'outils, je pense que si chaque Z peut se déplacer d'au moins 30cm, idéalement 40cm ça serait déjà pas mal.

Sur le papier c'est magnifique et ça fait rêver ... mais c'est bien l'objectif ultime, il y aura beaucoup d'étapes intermédiaires, et déjà beaucoup de problèmes à résoudre avant même de commencer.

Une fois que j'aurais résolu mes problèmes d'alimentation triphasé, j'aurais à dispo un centre d'usinage 40x30x38cm précis et qui peut usiner de l'acier. J'ai un tour conventionnel Sieg SC10 qui tourne pas trop mal (j'ai encore pas mal de choses à apprendre en tournage), une découpeuse plasma CNC qui couvre 1m x 1m et j'aurais normalement d'ici là une rectifieuse plane (surface 150x400 environ).

Je n'ai pas fixé de budget, mais je ne suis pas né de la dernière pluie, rien que les servomoteurs pour les axes (X/Z1/Z2/C1/C2, outils tournants) ça va casquer sévère, les VAB et patins pour obtenir rigidité et précision ce n'est pas du chinois à 10€, etc. l'exemplaire final coutera certainement pas loin de 10k€ HT.
De ce côté, j'aimerais appliquer la philosophie "fail fast, fail cheap" et quand c'est possible faire des essais avec des équivalents moins chers : moteurs pas à pas, VAB et rails "copie HIWIN chinois", et une fois le principe validé passer sur les composants de qualité. Les composants qui peuvent être pris sur étagère pour un prix cohérent sont privilégiés.

Je n'ai pas fixé de planning non plus ... je bosse dessus quand j'ai le temps (et le budget), l'objectif c'est de se faire plaisir et j'éspère avoir encore quelques années devant moi (au pire c'est peut-être quelqu'un d'autre qui le finira :wink: ). Les heures ne sont pas comptés, je n'ai pas l'intention d'en faire un produit commercial.

La première version sera bien amputée:
- une seule broche
- probablement broche à pinces 5C type normal (pas type dead-length / accu-length), ouverture et fermeture manuelle mais compatible avec une "pneumatisation" (de ce type là je pense : )
- moteurs pas à pas, sauf le moteur de broche (à déterminer)
- pas de pilotage en position de la broche, uniquement vitesse (mais encodeur pour pouvoir faire du filetage)
- pas d'outils tournants

Ca permettrait déjà de valider:
- la conception générale, notamment la base
- la rigidité
- les puissances nécessaires pour les axes, les broches, etc.
- ma capacité à produire des pièces avec la précision suffisante

Et ça permettrais déjà de faire des petites pièces de révolution, voir de la visserie avec une reprise dans le centre d'usinage pour la face arrière par exemple.



Voilà jusque là c'est ce que je sais (ou pense savoir pour le moment), pour ainsi dire tout le reste est à déterminer ...

Et la première question, c'est la base de la machine...
On imagine bien que sur la version finale, deux axes Z de 40cm, plus l'axe X au milieu, etc. on va être à environ 1m de long, sur facilement 30 ou 40cm de large, une pièce vraiment massive (pour la rigidité et la stabilité) donc il est impensable que je l'usine moi-même.
Par contre c'est une pièce globalement assez simple, une grosse brique, seule les portées des axes Z et de l'axe X sont très importants.
J'imaginais une base coulée en epoxy-granit dans un cadre bois, avec les portées des axes Z et X sous formes de pièces acier intégrées dans le moulage.
Il existe des rails larges, ce qui me permettrait peut-être de m'affranchir des rainures à faire quand on veut monter correctement deux rails parallèles, il me "suffirait" que les surfaces d'appui des axes soient dans le même plan, ce qui serait peut-être possible via grattage (je n'ai jamais fait de grattage, mais je me suis un peu documenté, et c'est quelque chose que j'aimerais bien expérimenter).
Utiliser des rails standard serait beaucoup moins couteux (on en trouve partout pour 3 fois rien), mais il faudrait alors usiner les rainures nécessaires à leur mise en place correcte, assurer les parallélismes et équerrages entre les axes, etc. et là je n'ai pas trouvé de solution simple pour y parvenir sans de très gros investissements.

Déjà pour cette première pièce, est-ce que c'est quelque chose qui vous parait envisageable ou je suis dans le totalement farfelu ?
Dans tous les cas c'est déjà une première grosse étape en soi, je n'ai jamais fait ni d'epoxy granit, ni de grattage, mais d'autres l'ont fait avant moi et je peux m'appuyer sur leur expérience.

Thomas.
 
O

Otatiaro

Compagnon
Bon je viens d'aller re-regarder la doc de chez Hiwin (https://www.hiwin.fr/medias/GW-05-2...hNmU2Y2VlZjQ1Mjg2NmNjZWQyZTY0&attachment=true) et il semble que l'appui sur une surface latérale de référence ne soit pas obligatoire, le montage "flottant" semble autorisé, mais dans ce cas il faut se baser sur une surface de référence externe (règle de précision) pour aligner correctement le rail (le rail lui-même étant considéré pas parfaitement linéaire).
Mais une fois monté, aligné et serré, apparemment la surface latérale (épaulement) n'est pas nécessaire pour un fonctionnement optimal.

Auquel cas il serait possible d'utiliser des rails standards (HGR20 par exemple, le plus courant), limitant drastiquement la facture, et d'obtenir les alignements / colinéarités / coplanarité par grattage et par l'utilisation d'une surface plate de référence (règle de précision).

J'ai bon ou je dis n'importe quoi ?

Thomas.
 
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vibram

Compagnon
Salut,
Comme beaucoup de personnes je vais suivre avec intérêt.

Difficile d'avoir un avis sur tout et de ne pas s éparpiller je vais donc juste apporter ma réponse à la dernière question. Le granite epoxy me semble très bien. Ton rail large pour éviter le défaut de parallélisme /planéité c'est, selon moi, une fausse bonne idée car si ta surface de base n'est pas au top, le rail sera vrillé donc usure prématurée etc.

J'avais commencé à faire des mélange epoxy granite pour un tour cn, projet abandonné. L'idée retenue était d'insérer 2 morceaux d'acier que j'allais par la suite soit faire Gratter et/ou rectifier. J'étais parti du principe qu'on ne peut pas tout faire soit même et que la base se doit d'être irréprochable.
Enfin pour ses rails. J'avais acheté des petits écrous excentriques servant au bridage de tôle. L'intérêt était qu'ils permettent d aligner parfaitement les rails tous les X mm et après on les laisse en place car les constructeurs recommandent de "brider" les rails sur les côtés en plus des vis qui les fixent par le dessus normalement.

En tout cas comme tu dis le projet ne fait rêver.

Question annexe, à ce prix un L12 ou un L20 d'occasion ne sont pas intéressants ?
 
O

Otatiaro

Compagnon
Salut,

Rail large ou pas de toute façon la surface des inserts / surface d'appui des rail doit être parfaitement plane (rectification ou grattage).
Si je trouvais quelqu'un pour rectifier toutes les surfaces d'un coup ça serait évidemment beaucoup plus rapide que d'apprendre à gratter :wink:

Sur la X7 (et de mémoire sur le Haas aussi), les rails sont maintenus d'un côté avec un épaulement qui sert de référence, et effectivement de l'autre côté par des espèces d'excentriques (avec un morceau de tige entre les deux).
Tu penses que mettre des excentriques de chaque côté serait une bonne chose (effectivement pour le réglage ça aidera c'est certain, mais est-ce que ça sera suffisant pour faire un maintien / bridage latéral en fonctionnement) ?

Les citizen sont des machines extraordinaires, et m'ont pas mal servi d'inspiration (même si le projet final en sera encore loin), mais il y a deux gros problèmes:
- d'une part ça ferait un gros investissement tout de suite (et je viens à peine de recevoir la X7, il faut garder les pieds sur terre :wink: )
- d'autre part, l'objectif est au moins autant le chemin que la destination, je n'ai pas "besoin" d'un tour CNC aujourd'hui pour des pièces particulières ou un projet business, mais j'ai très envie de travailler sur ce projet, et d'apprendre tout ce qu'il y a à apprendre pour le faire bien !

Thomas.
 
V

vibram

Compagnon
Je ne suis pas constructeur de machine (malheureusement). J'avais retenu les excentriques de chaque côté car cela évitait de devoir faire rectifier les deux faces d appui de chaque rail, de devoir garantir le // etc. J'avais donc choisi une solution à mi chemin, sans doute un peu moins bien qu'un épaulement en dur mais surtout mieux que rien du tout.
Pour le reste je vais suivre silencieusement car mes connaissances s arrêtent la
 
O

Otatiaro

Compagnon
Et sinon garder les excentriques d'un côté, mais de l'autre côté venir faire un épaulement rapporté (une pièces rectangulaire rectifié sur deux faces - dessous et côté - qui serait elle-même vissée et alignée à la règle de précision et qui servirait de surface d'appui latérale) ?
C'est un peu à mi-chemin, pas aussi parfait que d'avoir un épaulement dans la masse qui soit rectifié, aligné, parallèle, etc. mais qui serait quand même plus stable que rien du tout ou que des excentriques des deux côtés. Et ça reste réglable au montage (c'est plus long à régler, mais ne nécessite pas des moyens d'usinage de fou).
En plus à priori ces pièces je peux les usiner et surtout les rectifier moi-même, avec une rectifieuse qui prend 400mm de longueur.

Dans tous les cas il faudra passer à la caisse pour une règle de précision 1000mm (2x400mm pour les Z + 200mm pour le X en largeur, à la grosse louche) en classe 0 (en théorie il faudrait même du 00 pour être en dessous du centième sur 1000mm (classe 0 = 12µm sur 1000mm).

Pour les excentriques, ça ne serait pas plus simple de prendre des vis normales et de les rendre excentriques au tour (en taraudant un petit bout de rond et en le rendant excentrique avec le 4 mors) ?
Les HGR20 se montent avec des M5, une vis M5 a une tête "normale" de 8.5mm et une empreinte hexa de 4mm, ça laisse la place (je viens de regarder sur Fusion360) de le réduire à 7mm avec un axe décalé de 0.5mm. Hors les trous dans les rails font 6mm (pour des vis de 5mm) donc on est dans la même fourchette de réglage / jeu (+-0.5mm).
D'ailleurs rien n'empêche de remettre une rangée de vis excentrées derrière la pièce rectangulaire qui servira de face d'appui, ni même d'envisager un "sandwich" avec une cale de chaque côté pour ajouter de la rigidité ...

Quelque chose comme ça (même si je doute qu'il soit nécessaire d'avoir l'épaulement rapporté des deux côté) :

bloquage_rail.png


Thomas.
 
M

MARECHE

Compagnon
Bonjour,
Beau projet, ce n'est pas du bricolage, tu demandes le centième sur titane, donc tu dois avoir des jeux de l'ordre de 2 - 3 microns. Donc il faudra gratter. Je verrais bien un banc de tour comme base pour la rigidité mais il va falloir plein de pièces spéciales. Les rails ne seront jamais assez rigides pour le titane. Il te faut de la bonne grosse vieille fonte (la neuve travaille)
Salutations
 
O

Otatiaro

Compagnon
Salut,

Quand tu dis que les rails ne seront pas assez rigides pour le titane, c'est dans quel sens ?

Thomas.

PS : sinon une autre possibilité pour les rails ... avoir une pièce plate et assez large qui soit rectifiée sur les bords pour garantir la planéité et le parallélisme, et qui soit prise en sandwich par les deux rails (serrée de chaque côté par des vis excentriques) ?
 
E

enguerland91

Compagnon
au cas où cela pourrait t'aider j'ai à disposition des bancs d'optique en GRANIT de 2 mètres de long et 95 x 95 mm de section et un banc de plus grosse section 150 x 120 x 2000 mm 107 kg
J'ai aussi 3 chariots de tour/fraiseuse entièrement faits sur mesure motorisés par des moteurs pas à pas 5 phases
Si cela t'intéresse d'en savoir plus je te présenterai le tout.
J'avais eu l'ambition de transformer un tour Schaublin 102 en tour cnc.
Je vois ton cahier des charges comme extrêmement ambitieux et il me semble que ce serait déjà un bon début de reprendre cette idée de numérisation d'un 102 SAUF qu'il faut en trouver un comportant uniquement une poupée une contre pointe et le banc PLUS des rehausses pour augmenter la hauteur de l'entre-pointe et avoir 130 mm ou trouver un tour ayant cette hauteur et un banc sur le même principe que le 102 niveau fixation des chariots (pas de vis mère)
 
S

Squal112

Compagnon
Salut @Otatiaro ,

Hey bien on peut dire que c'est un projet très ambitieux.
J'ai bien lu ton CDC, ayant également réfléchi à la fabrication d'un tour CN avant l'achat de mon Hermes à rétrofiter.

Je penses que tu connais sans doute cette jeune marque dont le projet était assez similaire :

Pourquoi cet impératif de tour type Suisse (horlogerie) ?

Un tour bi-broche avec des outils rotatifs, ça peut faire rêver mais déjà moins en programmation FAO, une galère sans nom.


- conception symétrique, c'est à dire avec deux broches en opposition sur deux axes Z colinéaires, donc possibilité d'usiner la face arrière dans la même opération (d'où les broches "dead length" pour synchroniser les deux broches)
Il est tout à fait possible de faire la même chose avec des mandrins classiques (pas manuels hein, mais pneumatiques ou hydrauliques) avec une butée de mandrin ou une butée motorisée coté 2nde broche (Cb)

- possibilité de mettre sur une des broches une barre de 1m de long. Pas de "bar feeder" au sens propre, mais une pince (pneumatique ?) sur l'axe X permet d'attraper le bout de la barre, ouverture de la pince, la broche recule, fermeture de la pince et on repart sur un autre cycle.
Il existe des pinces mécaniques (à ressort) pour ça, facile à utiliser, fiable et vraiment pas cher.
Autrement tu peux te servir de la 2nde broche pour faire office de tire-barre, c'est la solution retenue sur pas mal de tours bi-broches de production.

- outils tournants sur l'axe X, pour faire de petits fraisages en interpolation avec la rotation de la broche (pas d'axe Y)
Pour fraiser du titane, il va te falloir une sacrée broche pour les outils tournants.

- fonctionnement fiable et automatisé, objectif final pouvoir passer 1m de barre, laisser tourner quelques heures et récupérer les pièces terminées (reservoir de pièces finies sur le X + ressort dans la pince 5C de la deuxième broche).
Fonctionnement fiable veut dire solution de pilotage industrielle, donc contrôleur autonome, tu peut t'orienter vers les solutions AiO de fabricants comme Newkeer ou Tomatech.

- les pinces 5C vont officiellement jusque diamètre 1" soit 25.4mm, je considère que c'est le diamètre maxi à usiner sans se poser de questions, donc distance entre le dessus du X et l'axe de broche 15 à 20mm, ce qui devrait aider pour la rigidité.
Pinces 5C de 3 à 26mm par incrément de 1mm.

Je n'ai pas fixé de budget, mais je ne suis pas né de la dernière pluie, rien que les servomoteurs pour les axes (X/Z1/Z2/C1/C2, outils tournants) ça va casquer sévère, les VAB et patins pour obtenir rigidité et précision ce n'est pas du chinois à 10€, etc. l'exemplaire final coutera certainement pas loin de 10k€ HT.
Concernant ton budget, je penses qu'il va falloir très sérieusement le revoir à la hausse compte tenu du prix d'un Swissmak avec une fabrication en Asie
Rien qu'en broches, guidages, motorisation, on est pas loin des 10k€, sans compter l'électronique, les composants méca, la cartérisation, lubrification centralisée des axes, intégration d'une lubrification pour la coupe (bac, pompe...)

De ce côté, j'aimerais appliquer la philosophie "fail fast, fail cheap" et quand c'est possible faire des essais avec des équivalents moins chers : moteurs pas à pas, VAB et rails "copie HIWIN chinois", et une fois le principe validé passer sur les composants de qualité. Les composants qui peuvent être pris sur étagère pour un prix cohérent sont privilégiés.
Si tu veux de la précision pour tes guidages, Hiwin est une bonne solution, et sans doute la moins onéreuse en comparaison avec THK.
La qualité n'est pas la même non plus, mais conviendra en choisissant les bonnes associations rails/chariots pour tenir la précision voulue.

La première version sera bien amputée:
- une seule broche
- probablement broche à pinces 5C type normal (pas type dead-length / accu-length), ouverture et fermeture manuelle mais compatible avec une "pneumatisation" (de ce type là je pense : )
Quelques sources pour le nez de broche 5C CPD :

Quelques sources pour des vérins pneumatique de tirage :

Sinon t'inspirer aussi de ce projet : https://www.cnccookbook.com/shopmade-air-powered-5c-collet-chuck-haas-tl1/

Déjà pour cette première pièce, est-ce que c'est quelque chose qui vous parait envisageable ou je suis dans le totalement farfelu ?
Pas totalement farfelu, au contraire, mais très très ambitieux, je vais y suivre avec attention.

Bonjour,
Beau projet, ce n'est pas du bricolage, tu demandes le centième sur titane, donc tu dois avoir des jeux de l'ordre de 2 - 3 microns. Donc il faudra gratter. Je verrais bien un banc de tour comme base pour la rigidité mais il va falloir plein de pièces spéciales. Les rails ne seront jamais assez rigides pour le titane. Il te faut de la bonne grosse vieille fonte (la neuve travaille)
Salutations
Des rails pas assez rigide pour du titane, voila une belle idée reçue tout comme la qualité des nouvelles fontes...

Si les machines numériques modernes de précision (Tornos, DMG Mori, Tsugami, Citizen, Kugler...) sont à majorité en bâti minéral (certaines machines sont encore en bâti fonte et conserve une géométrie "parfaite" malgré des heures d'usinages intensif) avec rails à billes ou paliers à air pour Kugler, ce n'est pas pour rien...

Sacré projet que je vais suivre avec plaisir.

Et une conception à base de règles granit de précision ?
Comme l'a fait avec brio ce génie américain :
J'allais justement le cité, tu m'as devancé Vax :wink:
 
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Otatiaro

Compagnon
Salut,

Alors déjà merci à tous pour vos commentaires, conseils, etc.

@vax les roulements sur coussin d'air je regarde ça de très très près ces derniers temps, mais je pense plutôt l'utiliser pour mon autre gros projet des années à venir, à savoir une machine de placement de composants CMS (vu que je me suis fait voler ma M10V ...). Au programme mouvements sur coussins d'air et moteurs linéaires tubulaires pour des vitesses et précisions dignes de ce nom :wink:

@enguerland91 tu m'intrigues avec tes chariots sur mesure ... un retrofit ne faisait pas partie des idées de base, mais je suis toujours ouvert aux nouvelles idées (malheureusement ...). Pour le grattage, je me dis que justement ça fait des petites surfaces (5x400mm), pour s'initier au grattage ça serait peut-être une idée pas trop mauvaise ?

@Squal112 pour la programmation tu as parfaitement raison, je me suis fait cette réflexion cette nuit (Léon à choppé la gastro hier, autant dire que j'ai pas beaucoup dormi, alors j'en ai profité pour cogiter :wink: ). Une première étape serait de concevoir quelques pièces "probables" du type de celles que j'aimerais faire (visserie, pièces de coutellerie, etc.), et essayer de les programmer avec Fusion360 ... si c'est impossible ou extrêmement galère effectivement ça remettrait le projet en question (passer des années à faire une machine qu'on ne peut pas ou mal utiliser, c'est dommage).
Pour le budget estimé à 10k€ on parle bien uniquement des composants sur étagère et matériaux bruts.
Pour la broche, j'hésite à faire une première version avec une broche du commerce, ou partir directement sur une fabrication (je sais à quel point concevoir et réaliser une broche est compliquée, encore une fois on parle sur plusieurs années, l'objectif étant justement d'apprendre).
Je suis tombé ce matin sur cette vidéo : je trouve ça vraiment génial ! arriver déjà à ce niveau serait un excellent résultat (mais un peu plus rigide) !

Sinon pour la base j'ai aussi beaucoup réfléchi cette nuit (réveillé a 1h et pas pu me rendormir, ça laisse du temps :wink: ) ...
Sur ma découpeuse plasma je vais monter une broche type Kress pour usiner du bois.
Ce n'est clairement pas adapté pour usiner de l'acier, mais je me dit que juste pour pointer les perçages avec un forêt à pointer, je dois raisonnablement pouvoir atteindre les 0.2 ou 0.3mm de précision, puis faire les perçages / taraudages avec la perceuse magnétique.
Du coup l'idée serait de prendre une grande plaque acier (mais alors déjà, lequel ? ça va du E24 au CMD8 prétraité ...), sur la version finale on serait a 1000x400mm, en épaisseur 12 ou 15mm (l'immense majorité des visseries qui iront dedans sont du M5, et il faut au 2D de filet pour être bien, soit 10mm), de la percer (un vrai gruyère: les trous pour les rails, pour les supports VAB, pour les entretoises entre rails, les différents accessoires, et aussi une matrice de perçage pour venir fixer par dessous des vis qui seront prises dans l'epoxy granit pour assurer une bonne liaison acier/granit), faire un moule autour (la plaque acier couvrant toute la face basse, il "suffit" de monter 4 murs autour), et couler de l'epoxy granit dedans (10, 15, 20cm ?). Une fois que tout est bien pris, démouler, et faire surfacer toute la plaque supérieure (bon déjà faut trouver quelqu'un qui peut le faire et voir combien il prendrait) qui sera complètement plane. De là il "suffit" de monter les composants dessus, l'epoxy granit devrait assurer la stabilité, et l'acier l'interface avec les autres composants.
C'est possible parce que le coefficient thermique de l'epoxy granit peut être modulé pour être proche de celui de l'acier, dans le cas contraire l'interface créerait une tension lors des changements de température, et qui changerait la géométrie.

Pour la première version, ça serait 600x400mm (broche d'un seul côté) ... du E24 en 12mm d'épaisseur, ça fait 67.68€ HT la plaque, c'est pas la ruine, et ça pèse dans les 25Kg. De l'epoxy granit, 600x400x140mm ça pèserait dans les 80Kg, poids total de la base dans les environs de 100Kg.
D'après mes débuts de modélisation les débattements des axes linéaires seraient plutôt de l'ordre de 250mm (peut-être un peu plus, 260/270mm), ça ne fait pas énorme, surtout sur le X, idem avec une modélisation complète on verra mieux si c'est raisonnable ou trop petit.

Quand j'ai du temps libre j'avance sur la modélisation, et sur les essais de programmation, au pire si la programmation est trop galère avec deux broches, outils tournants, interpolation axe C, etc. j'en resterais à un "simple" tour CNC deux axes, ça me rendrait déjà de sacrés services et c'est déjà en soit un projet amibitieux.

Thomas.
 
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Otatiaro

Compagnon
J'avais eu l'ambition de transformer un tour Schaublin 102 en tour cnc.
Je vois ton cahier des charges comme extrêmement ambitieux et il me semble que ce serait déjà un bon début de reprendre cette idée de numérisation d'un 102 SAUF qu'il faut en trouver un comportant uniquement une poupée une contre pointe et le banc PLUS des rehausses pour augmenter la hauteur de l'entre-pointe et avoir 130 mm ou trouver un tour ayant cette hauteur et un banc sur le même principe que le 102 niveau fixation des chariots (pas de vis mère)

Je serais pas contre un petit somab à retaper / retrofitter, mais ce n'est pas si facile à trouver en bon état mécanique, et pour un bon prix (idéalement avec la CN en panne) ...
Et puis ce n'est pas la même taille ni le même poids (ni les mêmes capacité et rigidité ...).

Thomas.
 
V

vax

Modérateur
Je serais pas contre un petit somab à retaper / retrofitter, mais ce n'est pas si facile à trouver en bon état mécanique, et pour un bon prix (idéalement avec la CN en panne) ...
Ben si tu veux un bâti de Somab Unimab 400 (il était en 2 axes conversationnel) il suffit de venir le chercher... Je finis de le dépouiller, il restera essentiellement le bâti, la broche et la cartérisation. Je viens de le rentrer avec un Unimab 450 3 axes (drive axe X H.S) et j'ai canibalisé le petit (var de broche HS) pour remettre le gros en route. Mais ayant aussi mon petit Transmab 300 (tout le monde en Num 1060) je démonte tout ce qui peut servir de pièce détachées. Mais après c'est une question de budget si tu veux.
Mais ça restera un presse papier d'au moins 4t à vide (donné pour 5400Kg), Rien que le transport pour traverser la Gaule d'Ouest en Est...
;-(
 
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Otatiaro

Compagnon
Mais ça restera un presse papier d'au moins 4t à vide (donné pour 5400Kg), Rien que le transport pour traverser la Gaule d'Ouest en Est...
;-(

Oui c'est un peu le problème ... ça et la place pour le mettre une fois arrivé ici :wink:

Thomas.
 
O

Otatiaro

Compagnon
Salut,

Je continue de réfléchir au projet, et sur les conseils de @Squal112 je me suis amusé à faire une petite pièce du type que je souhaiterais usiner avec ce petit tour.

Et là rien ne va plus :wink:

J'étais parti sur l'idée de faire uniquement de l'interpolation XC pour le fraisage avec les outils tournants, sauf que ...
Je pensais partir sur un gros servomoteur, genre 1.8KW, 6Nm, 3000rpm (comme on en trouve sur Aliexpress par exemple) avec un encodeur standard 2500cpr.
Sauf que vu la taille des pièces à usiner il faudrait au moins doubler la vitesse de broche par rapport au servo, on serait donc au niveau de la broche à 6000rpm, 3Nm, 1250cpr.
Pour tourner aucun problème, en prenant des passes pas trop violentes c'est suffisant (encore une fois, petits diamètres), et l'encodeur est largement suffisant pour faire du filetage.
Par contre si on veut usiner en interpolation XC, là c'est une autre histoire:
- 3Nm à la broche, sur un diamètre de 30mm, ça fait une force de 100N (soit environ 10Kg), ça ne parait pas si mal, mais quid de la déflection (à 100N la broche ne décrochera pas, mais elle aura très certainement déviée). Bon encore vu les fraisages à faire ce n'est pas si grave ...
- Niveau résolution, si on cherche les quelques centièmes, il faut une résolution au moins 10x supérieurs, c'est à dire une résolution de 1µm. Le problème c'est à un diamètre de 30mm, le périmètre est d'environ 10cm ... pour une résolution de 1µm il faudrait donc une résolution de 1/100000ème de tour. Hors on a 1250cpr soit une résolution de 1/5000ème de tour (20x moins que nécessaire), ou encore une résolution à 30mm de diamètre de 0.02mm, de quoi au moins assurer une précision de quelques dixièmes de mm.

Ceci explique (entre autre) pourquoi toutes les machines à décolleter et tour bi-broches / avec outils tournants ont aussi un axe Y: l'interpolation XC est une très mauvaise idée.
La bonne idée c'est de mettre un frein sur la broche (pour avoir un bon couple de maintien, bien rigide), et d'interpoler avec deux axes linéaires X et Y.
Si on regarde bien les vidéos disponibles, dans ce genre d'usinage, on fait généralement du tournage, ensuite du fraisage, ensuite re-tournage, mais rarement ou jamais deux fraisages intercalés par du tournage, tout simplement parce que la précision lorsque la broche s'arrête n'est pas suffisante (ici au mieux 0.02mm sur un diamètre 30mm), donc on ne peut pas garantir la précision de deux fraisages intercalés par une rotation de la broche.

CQFD.

Mais du coup ça veut dire soit rester sur un petit tour sans outils tournants, avec une seule broche, soit garder le même cahier des charges mais dans ce cas il faut rajouter un axe Y.
La "bonne" nouvelle c'est que le débattement en Y n'a pas besoin d'être très grand, il faut au mini un rayon (15mm), avec de la marge pour le réglage des outils, etc. donc un axe Y de 5 ou 6 cm devrait être suffisant.
La moins bonne nouvelle, c'est que je n'ai aucune idée de comment intégrer un axe Y sur mon concept sans complexifier énormément (et donc faire exploser le budget), ou perdre beaucoup en rigidité.

M'en vais aller regarder comment sont gaulés les Citizen et autres Tornos moi :D

Thomas.
 
Dernière édition:
S

Squal112

Compagnon
Salut Otatiaro,

Je pensais partir sur un gros servomoteur, genre 1.8KW, 6Nm, 3000rpm (comme on en trouve sur Aliexpress par exemple) avec un encodeur standard 2500cpr.
Sauf que vu la taille des pièces à usiner il faudrait au moins doubler la vitesse de broche par rapport au servo, on serait donc au niveau de la broche à 6000rpm, 3Nm, 1250cpr.
Et encore ces servos dont tu parles, (à vue de nez un 110ST-M06030 :wink: ) sont des servomoteurs d'axe et pas de broche.
Il ne sont pas conçus pour tourner à 3K très longtemps, vu que sur un axe, on fait des aller/retour, le servo accélère/décélère tout le temps, il ne reste que très peu de temps à Vmax.
Sa conception est un peu différente des servomoteur de broche qui eux sont entre autre ventilés (généralement une ventilo forcée d'ailleurs) pour assurer une durabilité élevée.

Pour tourner aucun problème, en prenant des passes pas trop violentes c'est suffisant (encore une fois, petits diamètres), et l'encodeur est largement suffisant pour faire du filetage.
Par contre si on veut usiner en interpolation XC, là c'est une autre histoire:
- 3Nm à la broche, sur un diamètre de 30mm, ça fait une force de 100N (soit environ 10Kg), ça ne parait pas si mal, mais quid de la déflection (à 100N la broche ne décrochera pas, mais elle aura très certainement déviée). Bon encore vu les fraisages à faire ce n'est pas si grave ...
- Niveau résolution, si on cherche les quelques centièmes, il faut une résolution au moins 10x supérieurs, c'est à dire une résolution de 1µm. Le problème c'est à un diamètre de 30mm, le périmètre est d'environ 10cm ... pour une résolution de 1µm il faudrait donc une résolution de 1/100000ème de tour. Hors on a 1250cpr soit une résolution de 1/5000ème de tour (20x moins que nécessaire), ou encore une résolution à 30mm de diamètre de 0.02mm, de quoi au moins assurer une précision de quelques dixièmes de mm.

Ceci explique (entre autre) pourquoi toutes les machines à décolleter et tour bi-broches / avec outils tournants ont aussi un axe Y: l'interpolation XC est une très mauvaise idée.
Voila pourquoi les servobroches des tours de production qui offre la possibilité de fraiser en interpolation XC sont d'une (très) grande puissance (un Integrex i-100 c'est déjà 11kW à la broche du tour et 7.5kW sur la broche de fraisage) et bien souvent la broche est démultipliée.
Idem sur les centres de taraudage, un petit Brother TC229-n de 1997 c'est 7kW juste pour la broche... Alors qu'en terme de rigidité/courses et capacité de fraisage c'est plus ou moins une X7 qui n'a "que" 5.5kW au maxi sur les dernières versions 2021.

Si tu regardes le projet SwissMak de près, ça devient très intéressant, car le concepteur à ajouter une "boite de vitesse" sur la broche.
Permettant en utilisation tour, d'avoir une vitesse de rotation élevée via une simple démultiplication du servomoteur de broche
Et en utilisation fraisage multi-axes, on passe par un réducteur harmonique (onde de déformation) avec un couple très élevé et une précision/répétabilité excellente, tout en conservant l'utilisation du servomoteur de broche et son encodeur 2500PPR.
Même si un encodeur absolu 17bits parait être tout indiqué pour cet usage, la résolution de 131,072 positions par tour te donnerait une précision bien supérieure.
Pour aller plus loin, il existe des codeurs absolu en 22bits (4,194,304 pos / tour), c'est d'ailleurs ce qui équipe le SwissMak :wink:

La bonne idée c'est de mettre un frein sur la broche (pour avoir un bon couple de maintien, bien rigide), et d'interpoler avec deux axes linéaires X et Y.
Si on regarde bien les vidéos disponibles, dans ce genre d'usinage, on fait généralement du tournage, ensuite du fraisage, ensuite re-tournage, mais rarement ou jamais deux fraisages intercalés par du tournage, tout simplement parce que la précision lorsque la broche s'arrête n'est pas suffisante (ici au mieux 0.02mm sur un diamètre 30mm), donc on ne peut pas garantir la précision de deux fraisages intercalés par une rotation de la broche.
Effectivement dans beaucoup de machines outils, dont les tours multi-axes modernes, ces derniers possède un frein de broche.
Mais je ne suis pas assez calé pour te dire de quel type (pneumatique, hydraulique, magnétique...)
 
V

vax

Modérateur
Oui, la solution d'avoir une démultiplication débrayable est idéale, sur les tours plus anciens, c'était une double motorisation.
Un gros moteur de broche pour le tournage et un servo très démultiplié crabotable pour le fraisage.

Sur mon "nouveau" (il vient d'arriver à l'atelier) tour 3 axes, le frein de broche est clairement un disque de voiture ! Je n'ai pas regardé comment était fait la commande, je regarde et je fais une photo.
 
O

Otatiaro

Compagnon
Salut,

Je n'ai pas trouvé d'info précise sur la boite de vitesse du Swissmak, mais j'aimerais éviter ce genre de complexité.
Pour les encodeurs, on peut effectivement monter assez haut, mais en général on passe sur du magnétique, donc c'est de l'interpolation, et le magnétique à un temps de réponse bien plus lent que de l'optique.

Monter a 4 millions d'impulsions par tour c'est bien, mais il faut alors séparer les commandes vitesses et position, sinon pour 6000rpm a 4M de pulse par tour il faudrait une PWM de 400MHz, et la résolution de l'encodeur ne va pas forcément de pair avec la précision du servomoteur, faut-il encore comme tu l'explique que le couple du moteur soit suffisant, le contrôleur assez rapide, etc. pour que la précision réelle suive.

Pour le moment je pense que la solution la plus viable reste un servo avec encodeur pour les opération de tournage et de fraisage XC (type enroulement autour de l'axe). Il faudra probablement rester en 1:1 entre le servo et la broche, ça limite la vitesse max a 3000rpm mais double le couple et la résolution (qui passe a 0.01mm environ pour un diamètre 30mm, pas excellent mais acceptable pour ce genre d'opérations).
A moins de trouver une solution simple, fiable et précise pour débrayer une réduction (je continue de regarder).

Pour le frein, je pense que la commande peut être pneumatique ou autre, si le frein lui-même est bien fait ça ne devrait pas poser de problème. Et effectivement un système de frein d'une autre provenance (voiture, moto, peut-être même vélo, il faut faire les calculs) pourrait probablement faire l'affaire, sachant qu'on ne veut pas un freinage progressif, mais un frein "on/off", seule la rigidité compte, pas de dissipation de chaleur ou autre.

Mais pour l'instant mon plus gros problème, c'est l'axe Y, ça change complètement la structure de la machine.
De ce que j'ai vu sur les Tornos et autres, c'est une base verticale qui sert de support pour la table croisée X et Y, et le Z est à l'arrière sur une équerre (qui finalement n'a pas besoin d'une rigidité extrême grâce à la lunette qui est systématiquement au plus près de l'outil).
Dans tous les cas il va falloir assurer un équerrage supplémentaire.
Finalement sous un autre angle, la structure ressemble de plus en plus à celle d'un centre d'usinage vertical, la colonne étant le support du Z et la base le support de la table croisée XY, le tout est simplement posé colonne à plat plutôt que colonne verticale.

Bon je continue de plancher ...

Thomas.
 

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