Mon 4ème axe : Vitesse & Position

[OrOoX]

Hello à tous !


Alors ce sujet qui je pense sera assez court sera dédié au 4ème axe que je suis en train de concevoir côté 3D seulement pour l'instant.

Histoire de parler un peu technique, en plaque aluminium, j'ai prévu de l'ep 14mm, par contre je n'ai pas la nuance sous la main mais
c'est plutôt de l'alu "dur".

Ce 4ème axe n'aura pas pour seul fonction une gestion de la position mais aussi de la vitesse donc il sera autant amené à travailler
en degrés que en vitesse ( rpm ) et ce de façon alterné si il le faut, le driver gère cette fonction grâce à un switch.

On parle donc d'un système 0 - 360° et 3000tr/min ( 5000tr/min Max possible matériellement ).


Celui-ci sera entrainé par courroie à l'aide d'un servomoteur de 1.5 Kw ( si si :D ) lui même géré par son driver propriétaire Yaskawa SGDH,
c'est sur ce point que je vais avoir besoin d'aide principalement car je ni connais rien côté courroies/poulies, y'en a des armées, d'autres non, etc.


Côté blocage de la broche en mode position, en plus du couple de maintient, le servomoteur est équipé d'un frein à disque interne qui pour l'instant est
neutralisé car je n'ai pas l'alim en 90V DC ( truc à la con )

Côté roulement, j'ai prévu deux roulements conique de marque SKF monté en opposé, me semble que ça doit être monté comme ça ^^
( Ref 30206-J2-Q-SKF et 320-28-XQ-SKF )


PS : Juste pour info, le servomoteur pèse 7Kg

 

[OscarH]

Très intéressant.
Comment tu pense gérer en même temps la vitesse (3000-5000 tr/minutes) et la précision angulaire (+/- 0.1°) demandée pour un 4ème axe CNC ?
j'avoue que pour moi les deux me semblent incompatibles techniquement. Sauf a avoir une boite de vitesse ou réducteur...
OH

 

[vax]

De ce que j'ai compris de l'exposé, ce sera soit un mode vitesse soit un mode position dans l'utilisation...
Sur mon 130 CNC il y a deux moteurs, 1 de 19KW pour le mode vitesse et un servo bien plus petit pour le mode position.
Les deux sont reliés à la broche par courroies crantées en permanence.

Je vais suivre ta création, cela peut-être utile pour une de mes fraiseuses...

 

[OrOoX]

Merci à vous deux pour vos réponses


J'avais déjà réfléchi à ces deux options contradictoires mais pas plus que ça.

Mon idée de base était d'utiliser une seule courroie HDG avec des roues dentées dans la même lignée afin
de réduire au maximum le jeu possible avec les efforts vu que ce n'est pas de l'entrainement direct ( moteur trop petit ) bien
que mettre deux roues dentées avec un rapport de 1:1 revient au même, mais élimine certaines contraintes.

Après ce 4ème axe me servirait surtout de tour à défaut de ne pas pouvoir en acheter par manque de place donc meilleur sera
le positionnement et plus mes possibilités de conceptions seront élevées.


Suite à ton message, j'ai réfléchit vite fait à un système d'embrayage qui serait faisable bien que compliqué à réaliser, surtout précisément.

En gros l'idée serait d'utiliser deux courroies en parallèle, côté moteur ont aurait deux roues dentées de même diamètre mais de l'autre côté il y en
aurait une pour faire un rapport de 1:1 et l'autre 1:8 par exemple, donc deux tailles différentes.

Vous allez me dire que il y a un hic et que ça sert à rien, c'est là que la partie compliqué intervient, en gros les deux roues dentées serait "libre" sur un roulement
qui composerait leurs centre avec un système d'embrayage linéaire qui viendrait bloquer soit l'une, soit l'autre, style boite de voiture mais sans les pignions qui s'aligne.


Je vais voir pour modéliser ce que j'ai en tête mais je vous promet rien :p


@ Vax : Ce passage du mode position à vitesse est géré électroniquement et non matériellement.

 

[vax]

Désolé, j'ai été un peu trop rapide dans mon explication.
La broche est entrainée par courroie pour le mode vitesse (le moteur principal) et sur l'axe se trouve une petite courroie qui entraine le codeur. Mais l'axe C (le mode position) est entrainé via un servo (perpendiculaire à l'axe de broche) qui entraine la broche à travers un embrayage.

OUI c'est piloté par le directeur de commande (Siemens).

 

[OrOoX]

Dites voir j'ai un doute là.


Sur l'axe moteur j'ai deux roues dentées identiques, disons 50mm de diamètre.

Sur l'axe de la broche, j'ai deux roues dentées de diamètre différents, une de 50mm et l'autre de 80mm.


Dans le cas où les deux jeux 50/50 et 50/80 ont leurs courroies, est-ce que ça tourne normalement ou va t-il y avoir une courroie qui ripe ?


J'ai besoin de m'enlever ce doute pour la suite de la modélisation, déjà que c'est pas facile :p

 

[vince_007]

Sur les vues 3D, les roulements coniques sont montés à l'envers. Sur une broche, les roulements se montent par l'extérieur, la contrainte se règle par écrous et contre écrou en bout de broche.

Pour la courroie, il y a des courroies spécifiques pour le positionnement, le profile est plutôt trapézoïdale alors que les HTD sont plutôt ronde.

Mais vue que tu veux faire double usage, ça va pas être simple de trouver une courroie qui fait les 2 correctements. Peut être qu'il vaut, mieux mettre le codeur sur la broche plutôt que sur le moteur.

 

[OrOoX]

Hum j'avais un doute pour les roulements, ça doit donc belle et bien être monté en X et non en <>.


Pour les courroies faut voir le compromis précision/durabilité mais c'est pas le sujet pour le moment, chaque chose en son temps :p


Concernant le codeur, impossible de le déplacer donc il reste sur le servomoteur, pas le choix :p



EDIT : Pas d'idée pour ma question du dessus ?

 

[vince_007]

Ben il est évident que tu ne peux pas avoir 2 arbres accouplés par 2 rapport différents, sauf si une poulie est en roue libre.

Si tu veut faire 2 vitesses comme decrit plus haut, c'est exactement ce qui est fait dans une boite manuel de voiture.
Les 2 poulies sont montées libre sur l'arbre, un baladeur est monté glissant mais bloqué en rotation sur l'arbre, celui ci vient s'accoupler sur l'une ou l'autre poulie, rendant la poulie solidaire de l'arbre en rotation.

Bref, un système complexe à réaliser et impossible sans un minimum de matériel. De plus, que généralement, il n'y a pas de roulements, ce sont les traitements de surface et un bain d'huile qui fait que ça marche.

Le plus simple pour toi est de réduire un peu, histoire d'avoir 3000rpm sur la broche pour 5000rpm moteur. Ça permettra d'améliorer la précision en positionnement.

Par contre, ce genre de montage n'est presque jamais réalisé avec un servo à cause du couple à l'arrêt. C'est sous effort que le servo compense mais il y a donc une erreur de positionnement qui dépend de l'effort et du réglage de l'asservissement. Même si ton encodeur semble précis, le plus dur sera de trouver le réglage d'asservissement.

Perso, avant de me lancer dans une tel réalisation, je testerais le servo en positionnement et je tenterais de le régler en montant un petit mandrin en bout d'arbre.
Comment compte tu faire la broche sans tour ? Surtout qu'à 3000rpm, va falloir que ça tourne rond !

Je prépare également un 4 ème axe mais pour du positionnement de précision, la pièce principal est un reducteur Harmonic Drive qui divise par 100. Je vais lui monter un petit pas à pas Nema 23 de 1Nm, j'aurais 100Nm en sortie mais il me faudra 4sec pour faire un tour. Je vous laisse calculer la résolution de fou.
Je ferais un post spécifique quand ma cao serait terminée.

 

[OrOoX]

Merci pour l'info.


Là je bloque sur la 3D, ça me fait des roues énormes à cause des roulements, résultat plus de place pour le système
d'embrayage bien que j'ai une idée clair en tête.

Je pense que je vais abandonner l'idée de la double courroie pour l'instant et tenter ma chance avec une courroie avec un rapport de 1:1.


Concernant le fait de tourner à 5000tr/min pour du 3000tr/min broche, c'est une mauvaise idée car au dela des 3000tr/min servo, le couple s'effondre.

Après c'est sûr que pour le positionnement, si c'est face par face c'est pas vraiment un soucis, le servo est équipé d'un frein interne à disque qui est franchement raide,
je suis obligé d'y aller à la pince multiprise pour le faire tourner mais pour du mouvement en cours d'usinage il va falloir jouer avec les réglages afin d'assurer un couple
maximum sans pour autant que ça fasse n'importe quoi.

J'ai déjà fait des tests de positionnement et tenté de le ralentir à la main en même temps, avec les réglages de bases j'y arrive et il rattrape automatiquement sauf
que sur une pièce ça aurait fait un gros raté.


Concernant la broche, celle qui est modélisée est déjà en ma possession, je l'avais acheté en même temps qu'un mandrin 4 mors indépendant ^^

 

[vince_007]

Non, ce n'est pas une mauvaise idée d'utiliser un moteur en sur vitesse, bien sûr le couple diminue car la puissance du moteur est limité Puissance = Couple x vitesse. Beaucoup de gens le font ici, moi même, je monte ma fraiseuse à 5000rpm alors qu'il est donné pour 3000rpm.

Généralement quand on tourne à 3000rpm, on a pas besoin de couple ! Mon tour monte à 3000rpm mais je n'y monte jamais, 1500rpm suffit dans la majorité des cas, même pour de petit diamètre sauf si tu veut faire de l'horlogerie mais la encore pas besoin de couple.

 

[erolhc]

Bonsoir

On en a déjà parlé là il me semble. Donc puisque tu as la possibilité sur ton driver de basculer de mode "vitesse" à mode "position" à la l'aide de la connexion P-CON je ne vois pas pour quoi tu cherches à mettre des rapports de poulies suivant le mode. Grâce à un inter tu passes des commandes en DIR/STEP issues de ta BOB à la commande en +/-10V à l'aide d'un potentiomètre pour le mode "vitesse". Et tu peux même faire tout auto si ta BOB le permet (sortie +/-10V + contact pour le P-CON) car normalement en mode "vitesse" les DIR/STEP sont ignorées et inversement en mode "position" la commande +/-10V est ignorée. Ce mode de fonctionnement te permet d'allier haute vitesse de rotation et grande résolution en indexage.

Comme déja dit aussi le frein de ton moteur n'est pas prévu pour freiner le moteur lorsqu'il est en fonctionnement et il a normalement du jeu. De plus le couple blocage du frein intégré est équivalent à celui du couple nominal du moteur.

 

[OrOoX]

Je sais bien qu'on en a déjà parlé, mais ce sujet là est dédié à la conception du 4ème et non des questions sur l'électronique du servo, tu mélange tout

Actuellement le Driver du servo est déjà relié à la BOB en STEP/DIR ainsi qu'en Analog à travers une carte optionnel car ma BOB sort du PWM, d'ailleurs
y'a une tension résiduel qui fait que le servo tourne très lentement tout seul, va falloir que je règle ça

Concernant les contacts en INPUT/OUPUT du Driver, ils fonctionnent tous en 24V DC apparemment, ça m'arrange pas !


Et concernant le frein, comme je l'ai déjà dit moi même je sais très bien qu'il est là pour bloquer le servo à l'arrêt et non le freiner, c'est d'ailleurs
précisé en gras dans la documentation officiel.

Concernant le couple du frein, il est deux fois supérieur au couple nominal du moteur d'après la doc

 

[erolhc]

Donc pour ne pas mélanger/polluer ton sujet je m'abstiendrais et ne répondrais, éventuellement, que si un sujet dédié à ton driver est créé (j'ai ma petite idée pour l'histoire de la tension résiduelle)
Par contre mon interrogation tient toujours quant à l'utilisation de rapport de réduction par poulie que tu avais évoqué mais bon tu l'a abandonné pour le moment parce que si c'est pour gagner du couple en indexage : est-ce que ta fraiseuse à la rigidité suffisante ne serait-ce que pour utiliser au maxi le couple nominal du moteur ?

Bonne soirée

 

[OrOoX]

Donc pour ne pas mélanger/polluer ton sujet je m'abstiendrais et ne répondrais, éventuellement, que si un sujet dédié à ton driver est créé

Faut pas bouder Chlore, c'est juste pour garder le thème de base de ce sujet


Pour l'histoire de la réduction, c'était en effet pour gagner en couple et précision, après je pense qu'il ne vaut mieux pas commencer à parler solidité de la fraiseuse
sinon nous allons nous lancer dans un débat très long ... Je ne l'ai pas indiqué mais ce 4ème est à la base étudier pour la V2 de ma fraiseuse qui va
facilement faire le double de poids de la V1 sans parler du nombre de vis/plaques en plus. ( Suffit de regarder les photos de la V1 et modèle V2 )