Projet : CNC Low cost pour étudiants

  • Auteur de la discussion MaRo_60200
  • Date de début
M
MaRo_60200
Nouveau
1 Fev 2020
9
  • Auteur de la discussion
  • #1
Bonjour à tous,

Traînant sur ce forum et plusieurs autres depuis des mois, à peser le pour et le contre de se lancer dans un projet de CNC, j'ai finalement recruté un ami de l'université, et nous avons décidés de designer et construire une petite CNC. C'est donc mon premier post sur ce forum, et j'espère pouvoir bénéficier de vos conseils avisés.

Je vous présente donc ci-dessous notre design actuel.

  • Pourquoi construire plutôt qu'acheter?
En tant qu'étudiants en école d'ingénieur, la conception de système mécaniques/électronique est quelque chose qui nous est conseillé d'apprendre. Pourtant, il y a très peu de classe 'pratique' pour réaliser ces conceptions. Comme un projet ne se passe jamais aussi parfaitement dans la vie réelle que sur le papier, un tel projet serait sans nul doute un gros plus, tant pour notre future carrière, que par curiosité personnelle sur les systèmes CNC. Ayant quelques connaissances en électronique et Arduino, un système de commande GRBL semble aisé à mettre en oeuvre.
  • Cahier des charges
    • Matières à usiner : contreplaqué 3 et 5 mm, MDF 5 à 10mm en priorité. Si possible, couper et faire de la 2.5D sur du CP/MDF de 10-12mm, et couper de l'acrylique 2 à 5mm. Cette machine n'a pas pour but d'usiner de l'aluminium.
    • Format : Course utile A4 minimum, objectif 40*30 cm. Encombrement de 60*50cm, type 'bureau', pour être stockée dans une chambre lorsqu'elle n'est pas utilisée, et déménagée facilement.
    • Précision : 0.1mm. Plus c'est mieux, mais la machine sera utilisée pour du hobby, type découpe de décor de figurines et miniatures, cela suffit donc.
    • Matériau de construction : pour l'instant, nous partons sur du contreplaqué 5 et 10mm, et des profilés en aluminum 'v-slot' (explications quant aux choix plus bas)
    • Budget : idéalement, 300€, outil de coupe non-compris. (soit 150€/personne, ce budget peut être légèrement revu à la hausse au besoin).


  • Choix du design : Pourquoi les profilés aluminium ET le CP ?
Après avoir parcouru les discussions et les informations des machines ci-dessus, je me suis rendu compte que le problème revenant régulièrement au sujet des machines en profilés aluminium était la rigidité du 'gantry'. Or, cette rigidité est facilement (quoique c'est débatable) améliorable lors d'une construction en CP grâce à l'architecture en 'torsion box'. Le problème d'une construction entièrement en bois, est tout simplement que ni mon ami ni moi n'avons d'expérience à ce sujet. J'ai donc des doutes sur la précision et la linéarité de ce que nous arriverons à faire, et rien ne sert d'investir dans du rail prismatique et de la vis à bille si la table n'est pas bien droite. En revanche, le système de guidage linéaire des "v-slot" est assez simple à mettre en oeuvre, et, de ce que j'ai compris, pardonne plus en cas de léger décalage (en échange, les forces supportées sont moindre). Il me semble donc, au vu de nos objectif de coupe, que le profilé soit une solution intéressante. Toutefois, si je fais fausse route, n'hésitez pas à me le dire.

  • Screenshots du design (réalisé sous Solidworks) et explications/doutes sur certaines parties :
vue_gen_1.JPG

Vue générale 1 : la table servant de base aurait une architecture 'torsion box'
vue_gen_2.JPG

Vue générale 2
vue_face.JPG

Vue de face
vue_dessus.JPG

Vue de dessus (on peut voir que l'encombrement est de 50*56 cm environs)
vue_derriere.JPG

Vue de derrière (J'ai essayer de garder l'axe Z aussi proche que possible de la table, surtout sachant qu'on veut surtout couper de la plaque. Je n'ai toutefois pas encore pensé à rajouter une plaque martyre dans la modélisation, et je suppose que je vais donc devoir le remonter un peu)
vue_cote.JPG

Vue de côté (avec d'autres cotes sur la hauteur)
details_pieds.JPG

Détails des pieds.
J'ignore si 4 petits pieds ou 2 grandes barres sont préférables. Je pensais utiliser une épaisseur de tissu feutre pour absorber un peu les vibrations et permettre un léger réglage en hauteur de chaque pied.
deatils_roue.JPG

Détails des roues. On peut voir le profilé sandwiché entre deux plaques de CP de 5mm : j'envisage de le badigeonner de colle à bois/colle époxy, et de percer deux trous pour le boulonner.

Pour les roues, j'ai un doute : le fait qu'elles soient suportées aux deux extrémités devraient améliorer leur tenue ; pourtant, je n'ai encore presque pas vu ce genre de design sur les machines avec des V-wheels. Outre un accès plus difficile pour le réglage, il y a-t-il une raison pour laquelle ce genre de design serait une mauvaise idée?

Enfin, à votre avis, faut-il que j'écarte plus les roues et que je rajoute des poulies-tendeur pour amener la courroie au moteur? Cela améliorerait la stabilité, mais diminuerait la course utile...
details_gantry_V2.JPG

Une autre option que j'envisage pour le gantry : utiliser deux barres de 20*20mm au lieu d'une de 20*40mm, et placer une sorte de mini 'torsion box' entre les deux. Les barres seraient ici aussi collées+boulonnées. Ce design me semble plus rigide, mais il augmente la hauteur du gantry.
details_carriage.JPG

Détails de l'axe Z. Je pense que des améliorations sont possible : rallonger la plaque et en mettre deux sur le côté pour former une boîte, peut-être. La translation s'effectuera avec une tige filetée M8 et des tiges/tubes lisses en acier. La fixation du spindle/router n'est qu'une ébauche.

  • Quelques notes supplémentaires :
    • Les moteurs utilisés seront des Nema 17 59 Ncm. Ces modèles ont apparemment fait leur preuve pour des petites épaisseurs de bois.
    • Ne faites pas attention aux courroies qui dépassent, je me suis contentée de récupérer un STEP en ligne. Les courroies seront fixées avec des écrous en T dans les profilés, ou bien des poulies-tendeur vissées sur le CP.
    • La courroie sera une GT2 -6mm à coeur renforcé. Rapide et suffisante pour du CP.
    • L'outil de coupe sera probablement un Dremel au début, puis nous partirions sur un spindle chinois air-cooled 500W.
    • Les différentes couleurs de bois sont purement esthétique. L'ensemble serait réalisé dans du CP de bouleau/peuplier.
Voilà pour notre design. J'espère qu'il tient la route. S'il vous plaît, ne forcez pas immédiatement sur des rails Hiwin et des vis à billes. Outre le fait que notre budget nous imposerais de les acheter chez des vendeurs chinois (et donc d'avoir une qualité douteuse), je répète que cela serait probablement 'overkill' si on considère tant nos objectifs que la qualité de la table que nous devons réaliser. Nous ne sommes pas complètement opposés à l'idée de les utiliser, mais si ce design est suffisant pour couper du CP, alors ils nous semble préférable de rester dessus.

Si toutefois il s'avère que nous partons dans la mauvaise direction, alors n'hésitez pas à nous le dire.

Merci d'avance, et bonne soirée à toutes et à tous!
 
Papygraines
Papygraines
Compagnon
21 Jan 2019
1 988
Lorraine
Bonsoir,
Voilà un projet bien intéressant ! A première vue, il devrait tenir ses promesses !
Mais je me permets de croiser avec mes projections personnelles... et je me demandais si je ne profiterais pas de la construction de la "torsion box" pour en même temps avoir une table à dépression permettant deux choses, la tenue des pièces, l'aspiration des poussières (et le mdf ou le cp c'est pas top pour vos sinus ou poumons...
Deuxième interrogation qui me vient c'est le support de broche qui me paraît nécessiter des renforts garantissant un bon équerrage et limitant le broutage (notamment dans l'alu).
Bon, ce n'est qu'un avis !
Il y a des spécialistes plus calés que Papygraines... Place à leurs commentaires, je vais apprendre aussi !
A tantôt
PG
 
E
el patenteux
Compagnon
6 Août 2016
806
Des Nema 17 a mon avis c'est insuffisant pour cette machine.
 
M
MaRo_60200
Nouveau
1 Fev 2020
9
  • Auteur de la discussion
  • #4
Mais je me permets de croiser avec mes projections personnelles... et je me demandais si je ne profiterais pas de la construction de la "torsion box" pour en même temps avoir une table à dépression permettant deux choses, la tenue des pièces, l'aspiration des poussières (et le mdf ou le cp c'est pas top pour vos sinus ou poumons...
J'ai été me renseigner un peu sur les tables à dépression ; un bel objectif, et bien pratique en effet!

Malheureusement, je ne pense pas que ce soit adapté dans notre cas; il faudrait trouver un compresseur (ou en acheter un, ce qui n'est pas donné) et l'adapter à coup de tuyau souple, valve, et joints. C'est presque un projet séparé! En plus, le bruit risque d'être encore pire que celui provoqué par la coupe...

Du coup, je pense partir sur un système plus simple, avec ses avantages et ses inconvénients : les inserts taraudés dans une plaque de MDF. A coupler avec du scotch double-face et de la colle chaude au besoin...
plaque_martyre+new_hauteur.JPG

Il va sûrement falloir remonter un peu la gantry, car avec 10.65mm entre le chariot et la plaque, c'est juste pour des plaques de 10mm. Sans compter qu'avec le design actuel du chariot, la broche descend beaucoup trop bas... Je vais réfléchir à remonter tout ça.

Deuxième interrogation qui me vient c'est le support de broche qui me paraît nécessiter des renforts garantissant un bon équerrage et limitant le broutage (notamment dans l'alu).
J'ai ajouté des renfort en bois sur le chariot, et de l'ai modifié de façon à ce qu'il forme lui aussi une boîte. J'ai aussi ajouté des équerres 40*40mm en acier sur le bord du chariot, de celles qui se trouvent en magasin de bricolage ; cela devrait aider à ajouter un peu plus de rigidité à l'ensemble, non?

Modif_gantry_porteafaux_equerres.JPG

J'en ai aussi profité pour reculer un peu le chariot, et diminuer ainsi le porte-à-faux que fait la broche. Peut-être agrandir l'entraxe entre les roues pour gagner encore en stabilité..?

Des Nema 17 a mon avis c'est insuffisant pour cette machine.
Intéressant, les Nema 17 sont pourtant les modèles les plus utilisés par les petites machines diy low-cost. Est-ce à cause du poids du bois comparé à une structure 100% aluminium?
 
O
Otatiaro
Compagnon
6 Mai 2007
1 027
Metz (57)
Salut,

J'ai été me renseigner un peu sur les tables à dépression ; un bel objectif, et bien pratique en effet!

Malheureusement, je ne pense pas que ce soit adapté dans notre cas; il faudrait trouver un compresseur (ou en acheter un, ce qui n'est pas donné) et l'adapter à coup de tuyau souple, valve, et joints. C'est presque un projet séparé! En plus, le bruit risque d'être encore pire que celui provoqué par la coupe...
Mh non, pour ce genre d'application j'en avais fait une avec un aspirateur "industriel" pas cher, la table en MDF (résinnée ou vernie là ou l'air ne doit pas passer, le MDF c'est très poreux), et une pièce plastique imprimée en 3D pour faire l'interface entre l'aspirateur et la table.
Le cout total ne devait pas dépasser 50€ de mémoire, et ça marchait très bien pour de la mousse et du bois (j'aurais pas usiné du titane avec, c'est certain, mais dans le bois on n'a presque pas d'efforts de coupe).

Thomas.
 
Papygraines
Papygraines
Compagnon
21 Jan 2019
1 988
Lorraine
J'allais le dire ! un simple aspirateur peut créer une aspiration suffisante pour plaquer la pièce ! Par contre, oui, le bruit aspi s'ajoute au bruit machine mais les lois quant au bruit total ne font pas deux fois le bruit initial ! Peu de différence en fait !
Si en plus tu peux mettre un aspi avec une prise asservie, tu décaleras la mise en route des deux et aussi l'aspi continuera à fonctionner quelques secondes après l'arrêt machine.
 
M
MaRo_60200
Nouveau
1 Fev 2020
9
  • Auteur de la discussion
  • #7
Ah, c'est vrai que ça devient intéressant...

[...] si je ne profiterais pas de la construction de la "torsion box" pour en même temps avoir une table à dépression permettant deux choses, la tenue des pièces, l'aspiration des poussières (et le mdf ou le cp c'est pas top pour vos sinus ou poumons...
[...] et une pièce plastique imprimée en 3D pour faire l'interface entre l'aspirateur et la table.
Si je comprend bien, ce que vous me suggérez de faire est quelque chose de ce style?
vacuum_table_schema.jpg


Par ailleurs, je me suis rendu compte que j'avais mal placé les entretoises excentriques des V-wheels : en les remettant correctement, je gagne quelques précieux millimètres, mais ma broche est toujours en porte à faux.
modif_broche_holder.JPG

(j'aurais pas usiné du titane avec, c'est certain, mais dans le bois on n'a presque pas d'efforts de coupe).
Du coup, est-ce vraiment un problème?
 
Papygraines
Papygraines
Compagnon
21 Jan 2019
1 988
Lorraine
Si je comprend bien, ce que vous me suggérez de faire est quelque chose de ce style?
Exactement ! Mais sans oublier des trous aussi sur le dessus, sinon tu n'aspireras pas ta pièce de bois ou d'alu vers la torsion box (la somme des surfaces des trous de dessus ne doit pas être supérieur à la surface du trou de branchement de l'aspi, comme cela la dépression est amplifiée. Soit une répartition sur toute la surface mais mieux une concentration plus importante dans la zone sous broche après centrage et décalage du bord
A+
PG
 
Aiwass
Aiwass
Compagnon
31 Août 2016
1 403
dijon-cote d'or-21
sa va pas du tout ton chariot pour la broche la, surtout si le guidage se fait uniquement via le jeu enter l'alésage et le rond.plus tu aura de distance de guidage, moins sa pourra se mettre en porte a faux, et moins tu risquera le coincement. au minimum, tout l’évidement supérieur devrais être plein, ou alors la même chose que ton guidage actuel mais en haut du chariot
 
Papygraines
Papygraines
Compagnon
21 Jan 2019
1 988
Lorraine
Il faut renforcer et rigidifier le support de broche...
genre comme celui-ci :
1581021847897.png
 
E
el patenteux
Compagnon
6 Août 2016
806
Euh je ne suis pas sur de bien comprendre mais je dirais que plus ont a de trous sur le dessus (meme si ont dépasse largement le diametre
du boyau de l'aspi)plus la piece sera plaqué fort sur la table.
A preuve ont ne peut pas soulever bien lourd directement avec le boyau par contre si ont fait un sabot de disons 30cm x30cm c'est étonnant
la charge qu'ont va réussir a soulever avec un simple aspirateur.
Seul chose il y aura un certain délai (quelques secondes)avant que la succion soit au max.
 
E
el patenteux
Compagnon
6 Août 2016
806
Perso je ne ferais pas une sortie unique avec toutes les cellules communiquantes.
Je ferais 4 rangées avec une valves chacune a l'extrémité de la table.
Le tout raccorder ensemble pour y brancher l'aspi.
De cette facon tu peux concentré la succion la ou est ta piece réellement
 
J
Jmr06
Compagnon
14 Fev 2017
1 689
Cannes
Il y a un fort contraste entre la conception de la table bien rigide et le support de broche totalement branlant :roll:
Comme dit par d'autres, il faut totalement revoir ton axe Z. Tu ne peux pas avoir une seule douille à bille sur un axe, il en faut 2 par barre, suffisament écartées, soit 4 au total pour l'axe Z. Même sur les imprimantes 3D il y a une douille extra longue alors qu'il n'y a pas d'effort, alors sur ta cnc une douille normale par axe, cela va braller et tu va casser tes fraises.

Si non pour l'aspirateur, c'est bien, mais le plus simple et le plus sûr au début, c'est de mettre une planche martyre sur laquelle tu visses tes blocages. C'est facile à faire et sécure. Et cela ne t'empèche pas de mettre au point une aspiration par la suite, lorsque tout le reste fonctionnera.

Pour info :
Spindle = broche en français
Gantry = portique
Valve = vanne
Torsion box = caisson
Etc ...
Avec tous ces anglicismes, je pense que certains auront du mal à suivre ... et puis on va finir par pendre notre vocabulaire technique.
 
Papygraines
Papygraines
Compagnon
21 Jan 2019
1 988
Lorraine
on va finir par pendre notre vocabulaire technique
Pendre ou perdre, les deux me conviennent ! Mais c'est aussi insidieux cette intrusion de l'anglais dans la vie aussi bien pro que perso... Je vote pour le Engxit !!!
 
sebastian
sebastian
Compagnon
3 Mar 2010
2 643
92
Bonjour,
si je puis me permettre,
avant de vous lancer dans la réalisation d'une table aspirante…
il faudrait déjà revoir à minima l'architecture de la machine…
et réduire cet "énorme" porte-à-faux de la broche :wink:
cor Modif_gantry.jpg

comme ceci, en ayant une forme des flancs de portique décalés vers l'arrière pour rééquilibrer naturellement les charges.
Le minimum de décalage serait que la broche se retrouve à l'aplomb des galets AV des flancs, pour éviter un basculement, même s'il est sensé être contrebalancé par le moteur PàP à l'AR du portique.
Les brides dessinées sont censées représenter une future broche ronde (à air ou à eau) ; c'est 3 à 5 kg rien que pour la broche…
Alors qu'une Kress serait bien suffisante pour le travail envisagé… et bien moins lourd !
Bon courage dans la suite de votre projet.
 
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