Petite machine CNC à portique, pour matériaux légers par Saci

[saico]

Bonjour,

Je voulais présenter ma petite machine CNC à portique en cours de réalisation, destinée principalement à l’usinage du plastique technique, elle fait 500x340x100mm de course utile.

La conception de la machine ( faite sur Solidworks) est très classique , donc portique mobile sur arbres de précision de 25mm rectifiés et traités mais malheureusement « pas supportés » ! Rails et patins THK sur axe Z, vis à billes sur les trois axes, motorisation par servomoteurs en taille Nema 23 (même taille que les moteurs pas à pas) transmission par courroies crantées.

Toutes les pièces de cette machine seront usinées en aluminium. Solidworks estime son poids (masse ) à 54Kg ( broche 5kg comprise).

Malgré les nombreux inconvénients que présente cette configuration, et que vous allez certainement etre nombreux à citer, j’ai essayé de la rendre disant « évolutive ou reconfigurable » bien sûre à certaines limites, par exemple l’entrainement de l’axe X peut prendre l’une de ces configurations :

- Un moteur et une vis à billes

- Deux moteurs et deux vis à billes

- Un moteur et deux vis à billes

- Deux moteur et une vis à billes ( peut utile !)

L’utilisation des poulies et courroies permettra de réduire l'encombrement extérieure, et permettra aussi d'avoir plusieurs choix entre couple, vitesse et accélération en variant les diamètres des poulies (la précision ne sera peut être pas au rendez-vous à cause de la précision et l’élasticité des courroies ! votre avis est le bienvenu !)

La maintenance aussi a eu sa petite part dans cette conception car toutes ou presque toute les pièces d’usure sont facilement accessibles, démontable et re-montable sans toucher à la géométrie de la machine.

Vos remarques sont très appréciées. Voici quelques prises de vue :

 

[stanloc]

Malgré les nombreux inconvénients que présente cette configuration, et que vous allez certainement etre nombreux à citer, j’ai essayé de la rendre disant « évolutive ou reconfigurable » bien sûre à certaines limites, par exemple l’entrainement de l’axe X peut prendre l’une de ces configurations :

- Un moteur et une vis à billes NON cela met la table dans le vide. Elle est seulement tenue par ses extrémités.

- Deux moteurs et deux vis à billes OUI

- Un moteur et deux vis à billes OUI

- Deux moteur et une vis à billes ( peut utile !) Non il vaut mieux les deux autres solutions ci dessus


L'écartement des deux patins, d'un même côté, sous les jambes du portique gagnerait à être plus grand. Bien sûr c'est au détriment de la course mais cela vaut le coup quitte à en tenir compte pour augmenter l'encombrement
Stan

 

[Alex31]

Bonsoir

6 pieds, c'est beaucoup! non?

 

[Ephemeredesign]

Dans l'ensemble c'est plutôt pas mal

Comme le dit Stanloc écarter encore un peu les patins en X. Pourquoi faire des découpe carré derrière chaque perçage oO je suppose que c'est pour y mettre des écrous mais je n'en vois pas l’intérêt et en plus ca va compliquer inutilement la fabrication de la CN. Pareil pour le système de fixation des pieds, autant visser directement dans la tranche des plaques avant et arrière. Et plutôt que de mettre 3 pieds devant et derrière, laisse en 2 et met en au milieu de la course.

Bonne soirée

 

[saico]

@STAN, Effectivement, écarter les deux patins d’un même coté permet un meilleur appui mais je suis pris en otage par deux contraintes, d’un coté la course utile sur cet axe qui doit répondre à mon besoin qui est juste 500mm (+/-6mm), et de l’autre coté utiliser les longueurs des arbres existants est qui sont prédécoupés ! Donc j’ai fixé la distance maximale entre les deux extrémités des deux paliers à environ 200mm tout en s’assurant que la projection de le l’outil coupant suivant l’axe Z se trouvera entre ces deux extrémités pour minimiser l’effet de levier. Et d’ailleurs c’est à cause de ce gros problème ( et bien d’autres ) que j’ai limiter l’utilisation de cette machine à l’usinage les matériaux légers.

Par-contre Stan, je n’ai pas compris pourquoi éviter la première configuration avec un seul moteur et une seule vis à billes centrale.



@Alex31, Quatre pieds c’est suffisant surtout que les deux arbres qui portent le portique se situent juste au dessus des quatre pieds, donc théoriquement il n’y aura pas beaucoup de contraintes sur les deux pieds de milieux, mais comme tout sera usiner sur le même bloque pourquoi pas ajouter les deux dernier cela permettra par exemple à mieux stabiliser la machine sur un vieil établi qui présente quelques problème de rigidité, mais c’est sur ! quatre pieds c’est suffisants.

 

[saico]

@Ephemeredesign, Effectivement un simple taraudage fera bien l’affaire, mais comme j’ai eu de très mauvaises expériences avec les petits taraudages M4, M5 dans l’aluminium, je voulais être sure de rattraper le coup en cas de dégât (un simple perçage et un écrou permettra de tout rattraper). Les carrés ont des angles avec un rayon qui sera déterminé en fonction du diamètre l’outil utilisé pour l’usinage (certainement du 4mm ou du 5mm donc rayon de 2 ou 2.5mm)

 

[fred03800]

Bonjour,
Dans ta configuration effectivement une vis a bille pour X c'est pas bon, par contre si les patins seraient bien plus écarté cela ne poserait pas de probleme.
Sinon comme dit plus haut quelque centimètre de plus entre les patins ne serait pas de refus.

 

[saico]

@Ephemeredesign, pour la question de mettre les deux pieds aux centres des deux pièces latérales, j’estime que ces deux pièces même si elles sont longues, elles ne serviront pas à grande chose autre que de maintenir les deux pièces avant et arrière en position parallèle (et équerrée) car elles ne porteront aucun poids, donc déformation prononcée de ces pièces est peu probable vu leur largeur qui fait 90mm.

 

[saico]

Oooups décidément il y'a bien quelque chose qui m’échappe concernant l’utilisation d’une seule vis à billes ! pourriez vous m’expliquer pourquoi ça ne va pas ? cela me permettra d’éliminer définitivement cette configuration.

 

[saico]

Voici l'axe Z en cours de réalisation...

 

[fred03800]

Oooups décidément il y'a bien quelque chose qui m’échappe concernant l’utilisation d’une seule vis à billes ! pourriez vous m’expliquer pourquoi ça ne va pas ? cela me permettra d’éliminer définitivement cette configuration.

Si les patins ne sont pas assez écarté, avec une seul vis a bille tu a un risque de rotation du portique (en effort sur un coté il ce met en "crabe").
Mais cette solution de une seul vis a bille n'est pas mauvaise du tout si tu as un écartement suffisant des patins donc elle n'est pas à proscrire systématiquement, il faut juste bien calculer lors de la réalisation de la machine.

 

[saico]

Merci @fred03800 pour l’explication du phénomène, j’étais un peu perdu car j’ai pas compris ce qui voulait dire notre ami Stan par « cela met la table dans le vide. Elle est seulement tenue par ses extrémités ».

En tout cas comme tu l’avais expliqué, la distance entre les deux arbres est de 440mm pas très grande mais aussi pas très petite pour déterminé si oui ou non on doit éviter une configuration « un moteur et une vis à billes centrale » donc je prévois quand même cette possibilité pendant la conception, cela permettra d’enlever le doute par un test réel.

 

[saico]

Voici l’axe Z après une belle journée de bricolage.

Le servomoteur utilisé provisoirement est un Nema17 avec quelques adaptations rapides ( plaque plexi, deux accouplements tordus ! enfin du bricolage quoi ! juste pour le test ! ).

 

[Ephemeredesign]

Bien sympas tout ca! Hate de voir la suite ^^

Tu les a trouvé ou tes nema 17 avec encodeur?

 

[stanloc]

Merci @fred03800 pour l’explication du phénomène, j’étais un peu perdu car j’ai pas compris ce qui voulait dire notre ami Stan par « cela met la table dans le vide. Elle est seulement tenue par ses extrémités ».

C'est pourtant clair si tu réunis les deux jambes du portique par une plaque dessous la table et il faut bien s'il n'y a qu'une vis à billes au centre. La table ne pourra pas reposer sur l'établi autrement que par ses extrémités. C'est un peu balot d'avoir alors choisi une table fixe et un portique mobile. cette configuration est souhaitable lorsque la course en Y est très grande et/ou si les pièces à charger sur la tablr de la cnc sont très lourdes donc difficiles à "secouer" lors de l'usinage.
Mais une chose que peu de gens soulignent et fred entre autres c'est qu'une seule vis au centre n'est pas favorable pour la tenue en vibration lorsque le portique est sollicité selon son axe de "lacet" (axe perpendiculaire à la table passant par son centre). Le rôle des deux vis c'est justement de bloquer ce type de sollicitations et cela est d'autant plus nécessaire que la distance hors tout des patins d'un même côté est faible. Tout le monde pense à "l'effet tiroir de commode" mais cela ne peut pas se produire avec des guidages à billes.
Mais tout ça a été rabâché des centaines de fois sur ce forum mais personne ne s'informe auprès des présentations antérieures.
Stan

 

[saico]

@STAN on peut comprendre facilement le phénomène que tu a expliqué bien d’ailleurs, ce qui était flou pour moi c’est ton expression « cela met la table dans le vide. »

Pourquoi choisir un portique mobile et une table fixe ?la raison principale et que j’ai pensé gagner environ 250mm en encombrement extérieure ce qui est très important pour moi, en plus j’aurais mal à protéger la vis à bille et les guidage si j’avais choisi un portique fixe et une table mobile ou croisée.

@Ephemeredesign le servomoteur en NEMA17 provient de la récup, c’est un servomoteur avec son variateur intégré, et j’avoue il a des caractéristiques sympa par rapport à sa taille et par rapport à d’autre type de moteur de même calibre ( 48v, 4A, 4000rpm, asservissement de position, vitesse et couple, entrée +/-10v pour commande analogique, entrée Step/Dir et Quadrature jusqu’à 1Mhz, communication RS232, RS485, 4GPIOs programmables…).

Voici une petite vidéo en fonctionnement.

 

[bendu73]

Salut,

Ton Chariot Z est superbe et bien conçu!

Bonne continuation, j'ai hâte de voir la suite!

 

[saico]

Usinage des montants du portique, pas mal de copeaux !

Face intérieure:

Face extérieure:

Voir la pièce jointe 299192

 

[adriboss]

salut
beau projet

ta broche en 3d ressemble a la mienne (Hertz motor en er20 ) si c'est ca c'est du bon matos...

dommage cependant que vu la qualité des éléments que tu usines toi meme, tu n'utilises que les arbres sont supportés en y et x.
Une cnc comme ca merite du rail prismatique.
Apres vu que c'est surement niveaux budget que ca coince essaie de prevoir pour quand tu pourra avoir des rails histoire de ne pas tout retoucher

je ne critique absolument pas mais comme beaucoup d'autres j'ai fais une V1 ensuite une V2 et une V3 et au final ca m'a couté 3fois le prix de si j'avais acheté directement les bons "ingrédients".
Biensur le fait de passer du rail non supporté aux rails supports et enfin aux rails prismatiques (tout comme vis trap puis vis a billes) fait partit du cheminement pour s'améliorer en cn amateur mais bon

 

[bendu73]

Entièrement d'accord avec adriboss!

 

[saico]

Et moi aussi je suis tout à fait d’accord, et je vous partage cet avis. Je suis conscient des inconvénients que présente cette conception. En effet j’ai besoin d’une machine en urgence dans un délai qui ne dépasse pas 3 semaines, pour une durée d’utilisation maximale de 5 semaines, après ça la machine sera certainement bonne pour démontage et récupération des pièces, car elle n’aura plus d’utilité. Donc c’est un besoin très ponctuel et se résume à l’usinage de quelques prototypes en plastique technique avec une tolérance de +/-0.07mm.

Pour la broche, je prévois l’utilisation de l’une des broches à ma possession, une vielle ELTE 24000rpm, une HSD à 24000rpm ou une PRECISE à 40000rpm. Sa je virais à la fin de l’assemblage.

 

[Ephemeredesign]

Et moi aussi je suis tout à fait d’accord, et je vous partage cet avis. Je suis conscient des inconvénients que présente cette conception. En effet j’ai besoin d’une machine en urgence dans un délai qui ne dépasse pas 3 semaines, pour une durée d’utilisation maximale de 5 semaines, après ça la machine sera certainement bonne pour démontage et récupération des pièces, car elle n’aura plus d’utilité. Donc c’est un besoin très ponctuel et se résume à l’usinage de quelques prototypes en plastique technique avec une tolérance de +/-0.07mm.

Pour la broche, je prévois l’utilisation de l’une des broches à ma possession, une vielle ELTE 24000rpm, une HSD à 24000rpm ou une PRECISE à 40000rpm. Sa je virais à la fin de l’assemblage.

Et pourquoi ne pas la revendre? Passer du temps, usiner pas mal d'alu, les moteurs, etc.. Je pense que tu ferais un heureux en la vendant plutôt que de la désosser

 

[sebastian]

@saci,
si tu as besoin d'une utilisation sporadique d'une cnc pour quelques pièces prototype… tu as de nombreux fab-lab qui viennent d'ouvrir à Paris et RP…

PS : très beaux usinages ci-dessus ! ce serait dommage de gâcher aussi vite de si belles pièces

 

[saico]

@sebastian : Merci pour l’info concernant les fablab sur la région parisienne, j’en ai visité quelques uns, ( Electrolab à Nantere , et le Carrefour Numérique à la cité des science à paris..), c’était très chouette mais ça ne correspondait pas à mes besoins. Le Tech-Shop Leroy-merlin à Ivry-sur-Seine c’était mieux mais le système de réservation des machines n’était pas vraiment adapté lorsque on travail sur des prototypes qui nécessitent en permanence des ajustements ou des modifications.



Pour ma machine, elle commence à avoir la forme, voici quelque photos :

 

[saico]

Et un pré-assemblage :

 

[sebastian]

c'est magnifique !
Si la précision est au niveau de la réalisation, tu est plus proche des 3/100e que des 7/100e
C'est indiscret de te demander ce que tu compte réaliser ?
En tous les cas, ta machine promet ! hors de question de la mettre au rencard une fois fini tes prototypages

 

[adriboss]

tu ne chaumes pas toi!!

belle machine

juste un question bête: vu le matériel auquel tu as accès pourquoi tu n'a pas fait tes protos sur les fraiseuses ou tu as usiné les pièces de cette machine? surtout si tu ne compte pas la garder.

ca serait dommage d'ailleurs elle est bien belle.

 

[Yvelyne3]

belle machine ! juste une question le plastique technique c'est quoi ?
elle peut usiner de l'alu ou du duralumin ? en montant un moteur + puissant c'est pas possible ?
Je suis interessé par une qui peut usiner de l'alu. je suis prêt à l'acheter si modification dans ce sens.
contact:
etudes.prototype@gmail.com

 

[Yvelyne3]

D'autre part pourquoi ne pas la commercialiser en petites séries, après améliorations éventuelles.