Titre du projet : Capteur de hauteur d'outil pour fraiseuse de bureau
Contexte et objectif :
Au sein de notre fablab nous avons une petite fraiseuse chinoise que nous avons améliorée avec une carte AXBB-E.
Elle est pilotée par un PC utilisant Mach3.
Elle est utilisée par les membres de l'association pour des usages très différents:
- Découpe de plaques de bois
- Usinage d'éléments en bois ou plastique
- Usinage de pièces en aluminium
- Réalisation de PCB en fraisage à l'anglaise
J'ai remarqué qu'un des points les plus problématiques qui qui amène le plus de soucis c'est le 0 en Z avec la fraise. Quand on change de fraise il faut évidemment que la nouvelle soit exactement à la meme hauteur que la précédente pour pouvoir poursuivre le projet en cours, c'est particulièrement critique par exemple dans la réalisation de PCB car on chasse quasiment le centième en précision.
Mais parfois tout simplement les membres oublient de refaire le Z0 après un changement de fraise, ou alors on mal concu la gamme d'usinage et la surface de référence utilisée sur le dessus du brut la première fois n'est plus disponible car usinée.
J'ai donc pris la décision d'étudier la mise en oeuvre d'un capteur de hauteur d'outil. De cette manière à chaque changement de fraise il suffira de lancer un cycle de palpage.
Notre machine étant relativement petite la plupart des capteurs sont trop haut pour etre montés sur le plateau. Il faut savoir que j'ai écarté les capteurs qui sont simplement des plaques de contacts pour deux raisons : nous utilisons parfois des fraises revetues et le contact électrique peut etre aléatoire dans ce cas, idem avec certaines fraises javelot qui sont particulièrement pointues et qui s'abiment sur la plaque de contact rigide avant que la machine ne détecte la fraise ou encore les forets carbure de 0.8mm utilisé pour percer les PCB qui cassent comme du verre dès qu'ils touchent un élément rigide.
Et de plus nous sommes un fablab, un de nos plaisirs est de réaliser des projets.
Cahier des charges:
- Capteur mécanique avec une partie mobile pour ne pas endommager les fraises ou casser les forets
- Suffisamment bas pour loger sur le plateau avec la hauteur utilisable en Z
- Réalisable au sein du lab avec nos moyens pour le prototype (mais avec PCBWay pour le produit finalisé du coup)
Conception:
Nous sommes parti sur une architecture assez simple et qui, on l'espère, sera bonne en terme de répétabilité.
Une fourche optique pour la partie capteur, et un pion mobile avec un ressort qui vient couper le faisceau. Et évidemment un petit peu d'électronique pour adapter le signal et l'envoyer vers la carte AXBB-E.
Nous voulons une mesure relative et pas absolue de la hauteur des fraises, relative par rapport à la prise d'origine du travail avec la première fraise.
Le processus prévu est le suivant:
- On fait la prise d'origine du travail sur le brut avec la première fraise, cela défini les X0 Y0 et Z0 pour l'ensemble à usiner.
- Au changement de fraise on lance le cycle de palpage qui vient ajuster le Z0 (ou l'offset courant)
Sur la partie mécanique la contrainte était de pouvoir travailler avec les outils que nous avons au lab : notre fraiseuse, et un petit tour manuel. C'est pour cela que nous avons 4 pièces distinctes : le pion mobile, son logement, le corps principal et une plaque de surépaisseur. Mais si nous avons la possibilité de faire réaliser l'usinage chez PCBWay le design sera adapté et la base avec la plaque seront réuni en un seul élément.
Voici une vue en coupe de l'ensemble des pièces mécaniques : l'espace en dessous du pion est prévu pour le ressort de rappel.
Coté electronique c'est un circuit relativement simple:
Voila ce que cela donne sur le PCB
Et l'ensemble monté, on voit le pion qui passe au milieu de la fourche optique (ne faite pas attention au transistor, il sera plié pour rentrer dans le boitier).
Si vous voulez voir le projet complet voici le lien (pas besoin de Fusion pour le voir je l'ai mis en public) :
https://a360.co/4dT9wQo
Et donc si ce projet est sélectionné suivant les montants je pourrais faire réaliser les usinages critiques ou bien le PCB, ou les deux.