Fraiseuse à portique fixe en granit

[furynick]

Je me lance petit à petit dans la construction d'une CNC à base de structure en granit.

Beaucoup crieront probablement à l'hérésie mais j'ai envie de tenter l'expérience.

Le chantier commencera par le surfaçage de plaques en granit pour obtenir une surface la plus plane possible ... mais ça ne va pas être de tout repos.
Je pars de ça :

Pour espérer arriver à ça :

 

[Pierrot Lecopeau]

Bonsoir,

Joli projet!
Je vais suivre avec attention, la méthode de mise a plat des granits m'intéresse. Allez-vous les roder sur un granit de référence? Ou les roder petit à petit à l'aide d'une règle, d'un niveau de précision et de beaucoup d'huile de coude?
Bref, hâte de découvrir tout ça.

 

[furynick]

Je vais suivre l'exemple de cudrouc donc de l'huile de coude avec j'espère un soupçon d'ingéniosité car déplacer des plaques de plusieurs dizaines de kg ça va être sportif !!

 

[champimatic]

e vais suivre l'exemple de cudrouc donc de l'huile de coude avec j'espère un soupçon d'ingéniosité car déplacer des plaques de plusieurs dizaines de kg ça va être sportif !!

Une hérésie ! va voir un marbrier " un vrai " la précision du surfaçage doit avoisiner le 1/100 eme sinon @marc le gaulois t'en dira plus, ce fut son métier..

 

[zeppelin54]

oui mais depuis qu'il est parti ils font n'importe quoi !!!

 

[furynick]

Yep, on me l'a déjà dit, mais j'ignore sur quels fondements se basent ces conseils.

Le module d'Young du granit est de 60GPa, on parle de contrainte de 6 tonnes par millimètre² ... je pense qu'il faut remettre les choses dans leur contexte, dans le cas d'une CNC "de bureau" qui va servir à usiner de l'alu avoir plus est totalement inutile.

A titre de comparaison, je me sers aujourd'hui d'une CNC avec un châssis à base de profilés V-slot en alu de 20x80mm de section pour 750mm de long dont le module d'Young est de 69GPa et ça plie sous le propre poids de la broche (~0,5mm). Donc, quoi que ce soit de plus rigide fera l'affaire et un linteau en granit de 55x240x800. Avec 15620mm² de section en comptant les perçages contre 557mm² pour le profilé, le moment quadratique est déjà 20 à 30x plus important.

La base et le linteau seront en 55mm, les montants en 30+12 et sur cette base les simulations avec des chargements que je n'atteindrai jamais (2x 4kg sur le milieu du portique et 4x 4kg sur les rails du Y) donnent les résultats suivants :

Le but de la simu était de vérifier que le plan de travail en agglo (2x 18mm) sur tubes acier (20x40x3) et les pieds en pin supporteraient les 200/300kg de la bête.
Avec 0,4µm de déformation ... qu'est-ce qui justifierai de multiplier les épaisseurs par 3 ?
Et quand bien même les déformations seraient de 10µm (25x plus), qu'est-ce qui justifierai ce niveau de précision pour une CNC de bureau dans un garage quand je me contente d'une précision de 50µm (125x plus) avec mon imprimante résine ?

 

[enguerland91]

Moi ma seule question est de quelle manière seront assemblés les éléments en granit entre eux ?
Par ailleurs je ne suis pas partisan de cette structure mais c'est un autre débats.

 

[Bricole63]

Salut
Pour le surfaçage de granit ,il faudrait peut etre consulter un fabricant de caveaux mortuaires.J'avais bosse dans une
boite qui en faisait et de temps en temps le patron faisait du surfaçage de marbres de mecanique generale{35 cm d'epaisseur}
pour des boites qui etaient plus que chiantes sur la planeite et la rugosite ,j'espere seulement qu'ils etaient aussi chiants et rigoureux
dans le travail qui sortait de chez eux.
Je ne te donnerai pas l'adresse car le marbrier est mort depuis 20ans et la boite ne lui a pas survecu.
Claude

 

[furynick]

Le pb c'est que trimbaler les bazar pesant un âne mort c'est pas vraiment chose aisée, il m'a fallu la matinée pour passer la grande plaque dans le jardin (20m) et pas vraiment envie de refaire le chemin inverse
J'ai aussi bien envie de tirer la satisfaction d'avoir surfacé moi-même les plaques avec aucun équipement, juste pour le défi.
C'est peut-être ce qui sonnera le glas du projet mais pour le moment j'ai la motivation.
Toutefois l'idée est bonne et j'ai repéré un granitier/marbrier pas trop loin de chez moi donc en plan B je le tenterai.

@enguerland91 :
Inserts scellés, probablement avec du chimique mais il faut que je fasse quelques essais.
Je me suis trouvé des inserts bois en M6x25, forage au diamant en 12mm, j'ajouterai des bouchons pour protéger le filetage lors de l'insertion. Il faudra aussi que je trouve le moyen d'injecter la juste quantité de colle/scellement.
J'ai aussi modélisé des guides pour une insertion plus précise (perpendicularité).

 

[enguerland91]

Inserts scellés, probablement avec du chimique mais il faut que je fasse quelques essais.

Oui fait BEAUCOUP d'essais car la tenue du granit à l'arrachement est quasi nulle.
A noter aussi que la masse volumique du granit est à peu près la même que celle des alliages d'alu ce qui milite beaucoup pour que les épaisseurs de granit soient importantes car la masse d'une fraiseuse est déterminante quant à la qualité des usinages.
Dernier point, pour MOI, il est ridicule de devoir surfacer de telles surfaces en granit alors que seules les portées des guidages linéaires sont concernés.

 

[furynick]

Les contraintes de traction seront quasi nulles sur les fixations, seul la torsion sera notable (à moins que je me loupe sur le positionnement des inserts mais ça devrait pas).
Je suis tout à fait d'accord avec toi concernant le surfaçage ... mais comment fais-tu pour rectifier uniquement les portées des rails sans aucun matériel et faire en sorte que les deux "chemins" soient coplanaires ?

A moins de réussir à découper deux lamelles parfaitement parallèles (ça ça devrait être faisable), d'épaisseur égale et surtout qui reste parfaitement homogène à l'abrasion (ce qui me parait impossible).

 

[Pierrot Lecopeau]

Une question de néophyte : quelle est l'intérêt du granit par rapport à de la fonte ou de l'aluminium de section équivalente?
Je suppose qu'on utilise le granit en métrologie pour sa grande stabilité dimensionnelle quelque soit la T° mais pour une CNC de bureau?

 

[pinou29]

Bonjour.
Question également d'un néophyte mais intéressé par le sujet uniquement pour ma culture, comment coupes-tu les blocs de granit pour être à la bonne taille ?
Merci.
Bernard.

 

[furynick]

Pour être franc, je ne suis pas moins néophyte que vous

La problématique des métaux d'après ce que j'ai pu lire est liée aux vibrations.
Le granit a d'excellentes propriétés d'absorption des vibrations. C'est d'ailleurs pour cette raison que certains maker coulent un mélange époxy/granulat pour réaliser des châssis robustes et stables.
Problème de cette méthode : il faut pouvoir rectifier ou faire rectifier les pièces ainsi produites pour obtenir la précision nécessaire. De plus, l'époxy a un coût et en fonction des dimensions ça chiffre vite.
L'avantage du granit sur ce point est qu'on peut en trouver d'occasion. A titre d'exemple j'ai déboursé 160€ pour l'intégralité des plaques et avec l'une des 3 plaques dont je ne me servirais pas pour la CNC je pourrais me faire une surface plane (le marbre du pauvre ).

La découpe c'est presque ce qu'il y a de plus simple, il suffit d'un disque diamant et une scie circulaire.
J'ai justement fait un article sur le sujet : https://mandm.furyweb.fr/2022/02/premiere-decoupe/

 

[enguerland91]

Le granit a d'excellentes propriétés d'absorption des vibrations. C'est d'ailleurs pour cette raison que certains maker coulent un mélange époxy/granulat pour réaliser des châssis robustes et stables.

Je ne partage pas cette analyse. Le granit/époxy est un matériau qui n'a rien à voir avec le granit massif. Son seul intérêt est que sa mise en forme se fait par moulage donc facilement une fois que le moule a été fait et SURTOUT dans un moule on peut faire beaucoup de coulées successives. Pourquoi le granit en métrologie ? parce qu'il a été fabriqué il y a des centaines de millions d'années donc on peut espérer qu'il a finit de "bouger" mais surtout parce qu'il ne rouille pas et que s'il reçoit un coup il perd un morceau mais les abords du trou restent plan. Quand à l’absorption des vibrations, c'est ce qu'on lit mais tu peux vérifier que si tu tapes dessus il résonne très bien aussi comme les métaux. Mais il a de gros inconvénients qui ont été mentionnés plusieurs fois : sa faible masse volumique et la difficulté de sa mise en forme et pour assembler des éléments entre eux c'est galère sauf à utiliser de la colle.
Maintenant ce que j'en dis c'est par expérience c'est tout.

 

[furynick]

Je ne compare pas l'époxy/granit au granit massif, l'époxy/granit est utilisé pour pallier aux problèmes de résonance des métaux dans le cas des faibles épaisseurs (tubes, coques) ou pour les remplacer lorsqu'on y a pas accès.

Quand à la réutilisabilité des moules, je pense que c'est totalement illusoire au vu du très grand nombre de vidéos qu'on peut trouver : les moules en bois la plupart du temps sont systématiquement détruits ou au mieux complètement déformés.

La masse volumique du granit est la même que celle de l'aluminium, par contre le prix n'est pas le même 58k€ le m³ d'alu contre 1,3k€ le m³ de granit (d'occasion). L'acier est 2x moins cher que l'alu (29k€ le m³ tout de même) mais 3x plus lourd. L'acier et l'aluminium nécessitent de disposer d'une CNC pour les rectifier ce que je n'ai pas. L'acier nécessite des compétences et du matériel pour le soudage éventuel et je n'ai ni l'un ni l'autre.

Donc oui, je partage ton avis sur la masse volumique, le module d'Young et d'autres aspects mais je ne fais pas de théorique ou d'empirique, j'ai des contraintes budgétaires, je n'ai pas une force herculéenne ni accès à du matériel de pointe donc bien que les conseils soient tout à fait pertinents dans l'absolu ils ne peuvent pas être appliqués dans mon cas.

 

[enguerland91]

C'est très bien. Tu es donc dans la lignée des autres gens qui présentent ici leur projet. Ils viennent ici pour présenter leur ouvrage mais surtout pas pour discuter de leurs choix. Tu verras avec l'expérience si tu persistera plus tard dans tes convictions.
Bonne continuation.

 

[Alex31]

58k€ le m³ d'alu contre 1,3k€ le m³ de granit (d'occasion). L'acier est 2x moins cher que l'alu (29k€ le m³ tout de même)

c'est marrant que tu utilises des prix au m3
en général, on utilise les prix au Kg pour comparer, pour la simple raison qu'il est facile de peser une livraison de matière
en industrie, un peson au bout du pont élévateur, et contrôle rapidement si le compte est bon ,car la plupart des marchand, donnent le poids, pour chaque ref commandés, sur les BL et factures

 

[furynick]

Ouep, c'est bizarre en effet, mais on parlait de masse volumique et comme la masse volumique est identique entre les deux matériaux la comparaison au volume ou au poids est la même. Mais j'avoue que c'est par simplicité (flemme) que j'ai utilisé cette unité car j'ai les tarifs en fonction des dimensions donc je me suis épargné la conversion.

@enguerland91 : C'est exactement ça et c'est comme ça que j'ai présenté le projet. Les choix ont été réfléchis en fonction de nombreux paramètres, ce ne sont peut-être pas les meilleurs mais comme tout choix ils sont le résultats d'un certain nombre de paramètres et de compromis. Si j'ai un doute ou une question je la poserai ici et pèserai les différents avis en fonction de mes contraintes.
Et puisqu'on est là pour porter des jugements hâtifs, j'en conclus que tu considère que ton expérience personnelle est généralisable à tous les cas de construction d'une CNC et que seul ton avis compte.

 

[Aiwass]

beau défit technique, surtout en n'ayant ni l'expérience du matériaux, ni le materiel.sa annonce soit un beau plantage, soit une belle réussite mais dans tout les cas, vu que la matière est déjà la, @enguerland91 c'est trop tard pour discuter des choix déjà fait. maintenant la seule chose a faire, c'est de soutenir et aider comme on le peu, ou laisser faire, mais essayer de décourager ne servira a rien et ne fera pas avancer le schmilblick. Moi en tout cas, je part du principe qu'il faut toujours soutenir le mec qui essaye.

j'aimerais juste revenir sur la pose des inserts. vu qu'il a été dit que le granite avait une piètre résistance a la traction, fait bien attention au positionnement de tes plaques les unes par rapport aux autres afin que les effort fasse travailler les insert dans le bon sens.et si il y a effort dans les deux sens, est ce possible de mettre des insert dans les deux sens pour que les effort soit repris dans le bon sens a chaque fois.

 

[EncoreUnPseudo]

On trouve quelques personnes sur youtube qui ont réalisé ce genre de projet, je pense en particulier à ce garçon: https://www.youtube.com/c/PiotrFoxWysocki/featured
Après... c'est youtube.

Perso j'ai vu des bancs de mesure de 4m*4m, et 3 m de haut (d'accord c'est pas pareil c'est un banc de mesure), entièrement en granit, avec une traverse haute reposant sur paliers à air très impressionnants.

 

[furynick]

C'est ce que je me dis, qui ne tente rien n'a rien et si j'y parviens même si c'est pas parfait ça sera toujours mieux que ce que j'ai.
Si j'échoue, j'aurais appris plein de choses donc dans tous les cas je suis gagnant !
Et comme je prévois de partager mon expérience en détail, mon échec ou ma réussite pourront servir à d'autres.

J'avais bien vu la problématique des inserts mais la vidéo de Piotr démontre que c'est réalisable et que la tenue dans le temps est plus que suffisante vu que sa CNC fonctionne depuis plus de 3 ans maintenant.
Pour ma part j'ai prévu 5 points de fixation horizontaux à la base de chaque montants et 4 points verticaux pour la jonction du linteau.
Le seul risque c'est la translation en X avec une fraise bloquée dans la matière.
Il faut donc que je mesure l'effort maxi que peut produire un moteur mais vu que ce sont des "petits" Nema 23 avec un couple des plus réduits je doute que ça atteigne des sommets.
En dehors de ça il n'y aura que du cisaillement sur les vis et donc de la compression sur les parois internes du forage des inserts.

La tête et le linteau font dans les 60kg répartis sur 8 points. En considérant 60mm² de surface d'appui on tourne autour de 1,2N/mm² en compression ... la limite du granit étant de 100 à 250MPa je suis large.
Le portique complet devrait tourner autour de 80kg sur 10 points soit 1,3MPa.

 

[enguerland91]

Tu parles de compression. Moi je parle de traction.
A l'ensemble des intervenants : méfiez-vous de youytube. De nos jours il y a beaucoup plus de gens experts en manipulation de fichiers vidéo qu'en usinage et conception de machines-outil
Dernier point : lorsqu'un parallélogramme se déforme prends bien en considération comment vont travailler tes inserts
J'espère que tu as entendu parler du béton précontraint et pourquoi il a été inventé( par un français en passant)

 

[enguerland91]

, ou laisser faire, mais essayer de décourager ne servira a rien

Une nouvelle fois tu confonds ma démarche. Je me contente de mettre en garde et je laisse ensuite le gars faire à sa guise.

 

[furynick]

Pas de souci enguerland, j'ai bien compris les avertissements et je les avaient déjà estimés mais il me restait les essais pratique à faire.

Pour la traction, j'ai répondu à Aiwass qu'il fallait que je mesure la force maximale qu'un moteur pas à pas pouvait exercer en considérant la broche bloquée dans la matière. Pour ce faire je vais avoir besoin de monter les vis à bille sur ma CNC actuelle mais ce n'est pas encore possible.
A partir de là, je pourrais calculer l'effort de traction max sur les inserts d'extrémité.
La compression a aussi son importance, surtout sur la partie basse de la plaque de base dans laquelle seront forés les trous pour les inserts et qui reprendront la charge du portique. Vu les contraintes, je suis loin des limites donc pas de souci de ce côté mais il fallait s'en assurer.

Pour info, j'ai un BTS bâtiment donc je sais ce qu'est une descente de charge, un appui simple, une articulation et un encastrement.
Je sais également ce qu'est du béton précontraint, comment il est fabriqué et quels sont ses usages. Compression, traction, flexion et moment d'encastrement sont des potes de lycée avec qui je me suis battu pendant 2 ans ! Young et Poisson sont aussi de vieilles connaissances.

Pour ce qui est du béton armé (pas seulement le précontraint), c'est une invention purement française dès son origine.

 

[dh42]

Salut,

Pour la traction, j'ai répondu à Aiwass qu'il fallait que je mesure la force maximale qu'un moteur pas à pas pouvait exercer en considérant la broche bloquée dans la matière. Pour ce faire je vais avoir besoin de monter les vis à bille sur ma CNC actuelle mais ce n'est pas encore possible.

A la louche, sur vis à billes au pas de 5mm avec moteur en prise directe, ça tourne à 100 Kg de poussée (980N) par Nm de couple.

++
David

 

[furynick]

Concernant youtube je ne peux que te rejoindre sur les manipulations.
Toutefois, ce n'est pas non plus une généralité et c'est très souvent flagrant.

Le cas de Piotr n'en est pas un et pour les courageux, ses longues vidéos sont bourrées d'infos utiles, d'explications plus ou moins vulgarisées. Certaines restent discutables mais avant de les évoquer avec lui je vais tenter de reproduire l'expérience.

 

[furynick]

Merci David, les infos des chinois sur leur matos sont assez hasardeuses donc je ferais tout de même l'effort de mesurer.
D'autant que c'est aussi dépendant de la tension et surtout du courant que j'ai du limiter vu l'échauffement que j'ai pu constater.
A priori mes moteurs (57H54H) sortiraient 0,22N.m donc 22kg selon tes chiffres ... à suivre

 

[Aiwass]

Une nouvelle fois tu confonds ma démarche. Je me contente de mettre en garde et je laisse ensuite le gars faire à sa guise.

alors excuse moi pour la méprise.pas toujours facile de voir les intentions par messages interposés.

 

[dh42]

A priori mes moteurs (57H54H) sortiraient 0,22N.m donc 22kg selon tes chiffres.

0.22Nm, ça risque d'être très très juste, surtout que le couple des PàP s'effondre rapidement (surtout sur les moteurs bas de gamme) ; une tension élevée permet d'avoir une plage de couple maxi plus "longue" avant effondrement.

Même une petite 6040 Chinoise à des moteurs de l'ordre de 1.2Nm avec VàB au pas de 5mm et c'est un peu juste si tu veux de bonnes accélérations. 0.22Nm, c'est plutôt pour les imprimantes 3D avec des masses mobiles très faibles.

un exemple de courbe de couple en fonction de la tension d'alim sur un moteur 3Nm

++
david