Projet de CNC. objectif usiner de l'acier...

[damduq]

Bonjour à tous.

Après pas mal de temps à usiner en conventionnel, et à parcourir le forum Usinages, je me suis lancé dans un projet de CNC 3 axes maison.
J'ai piqué un peu des idées à tout le monde ! Je vais faire une machine rigide (c'est le prérequis pour usiner de l'acier).

Je suis parti sur un portique fixe en acier, sur une base en granite, le tout posé sur un châssis mécanosoudé costaud.
Les courses sont de 500x500x200 environ.
Les axes seront motorisés par des moteurs pas à pas, en boucle fermée sur X et Y, et boucle ouverte sur Z.
Le châssis est en tube de 100x100x3, soudé TIG.
J'ai fait tailler la pierre en granite aux pompes funèbres du coin (ça les a fait bien rire...) 720x720x95 - 135kg.
Par contre, le marbre n'était pas aussi plat qu'espéré : 10 centièmes de planéité, ça ne me suffit pas.
Je l'ai polie, et je suis maintenant sous les 4µm
J'ai procédé sur la base des conseils et l'expérience de Cudrouc : https://www.usinages.com/threads/marbre-de-fabrication-maison.4419/post-1374843

J'ai commencé le portique fixe, et pour le rigidifier, je l'ai rempli de béton sable-époxy. C'est impressionnant l'impact sur la rigidité et l'amortissement des vibrations.

J'ai fait un modèle CAO avec Fusion 360, c'est quand même plus prudent...

Je ferai d'autres mails pour détailler un peu les opérations déjà réalisées, et celles à venir. J'ai commencé mi-octobre et j'ai déjà passé la plupart de mes week-ends dessus.

N'hésitez pas à commenter ou me questionner.

Bonne semaine à tous

 

[tatave]

Chouette machine en prévision !

Mais pourquoi ne pas avoir mis les moteurs du y et du z en direct ?
Le x, c'est compréhensible, il faut que le plateau passe au-dessus...
M

 

[Algone]

C'est marrant, on a les même objectifs mais avec une méthode différente, bonne continuation

 

[damduq]

Je n'ai pas encore préparé les fixations pour les moteurs. Je vais y réfléchir.
Mais je sais que je réaliserai sûrement une cartérisation périphérique, et sur Y le moteur dépasserait à gauche, car c'est du Nema34 -12Nm.

J'essaie de réfléchir en cours de réalisation et de modifier la conception en cours de route si ça me semble judicieux.

L'utilisation de courroie crantée peut poser des problèmes ?
Damien

 

[Mcar]

Beau projet,
comment seront fixés les rails sur le granit ?

 

[damduq]

Pour les grosses vis M10 du portique, j'ai utilisé des inserts du commerce, que j'ai fixé avec du scellement chimique.
J'ai eu des soucis, car le granit était suffisamment lisse pour que le scellement ne tienne pas. Je les ai enlevés et j'ai agrandi les fonds de trous pour améliorer le scellement.
J'ai vu après-coup qu'il y a un fort risque d'éclatement du granite si on tire trop fort sur les inserts. Il va falloir que je limite mes couples de serrage.
Pour les rails, j'ai fabriqué des inserts longs (Ø8x50) taraudés, que je collerai à l’époxy.
La difficulté sera des les aligner correctement avant la prise (il y en a 12 par rails). Il faudra qu'ils soient suffisamment bien alignés pour que je puisse régler la perpendicularité entre les axes X et Y lors du serrage des vis avec le peu de jeu disponible dans les lamages des rails.
Je fais les carottages avec des cloches diamant, à l'eau. On m'a prêté une perceuse à colonne pour ça.
Je ne les ai pas encore faits pour les rails.
Damien

 

[damduq]

C'est marrant, on a les même objectifs mais avec une méthode différente, bonne continuation

Oui, j'ai vu.
Ca fait une jolie structure à réaliser.
Bonne soirée.

 

[Beber70]

Ce qui m'inquiète dans ton projet ce sont les vis dans le granit, pour moi trop proches des bords, j'aurais mis une marge d'au moins 50 mm...ton marbrier à peut être la réponse...

 

[Algone]

Perso j'aurai du mal à faire confiance aux inserts mais je peux me tromper, à réaliser une telle structure je pense que je traverserai le granit et collerai une plaque acier de 10mm(histoire de bien répartir la charge) à l'époxy en dessous pour le prendre en sandwich. Je sais pas si ce serait mieux, c'est juste du ressenti

 

[arba]

Je vais faire une machine rigide (c'est le prérequis pour usiner de l'acier).

Tout aussi important, voir même plus, c'est la broche. Je pars du principe que ce qui est dessiné là c'est une broche haute-vitesse avec les roulements pré-chargés avec des ressorts. Pas du tout adapté pour l'acier! (Sans parler des fixations).

Je commencerais par déterminer avec exactitude la broche qui sera utilisée, avant de commencer quoi que ce soit niveau bâti.

 

[damduq]

A Beber70 et Algone,
Je suis d'accord, mon épaisseur de granite sur les bords est vraiment faible. J'ai lu après avoir réceptionné la pierre que j'aurai du faire plus loin des bords, et si possible une fixation traversante pour faire travailler le granite en compression.

Mais bon, c'est déjà fait, et le poids du portique est important (je devrait finir à plus de 100 kg. Les semelles de mes piliers sont relativement grandes (100x180) et surtout, le portique est lui même vraiment rigide.
Du coup, l'effort d'arrachement sur les inserts extérieurs est limité.
J'ai l'intention d'utiliser une broche plutôt rapide, avec des petites fraises, ce qui fait que les efforts de coupe devraient rester limités. C'est aussi un moyen d'augmenter la précision quand la rigidité n'est pas suffisante.

Le bon côté des choses, c'est que je peux toujours percer traversant et brider par en dessous, sauf si la pierre éclate avant.

J'avais trouvé un document qui donnait des ordres de grandeurs d'effort à l'arrachement pour des inserts dans la pierre, et on était au dessus de 800 daN.
J'espère que ça suffira

 

[damduq]

Tout aussi important, voir même plus, c'est la broche. Je pars du principe que ce qui est dessiné là c'est une broche haute-vitesse avec les roulements pré-chargés avec des ressorts. Pas du tout adapté pour l'acier! (Sans parler des fixations).

Je commencerais par déterminer avec exactitude la broche qui sera utilisée, avant de commencer quoi que ce soit niveau bâti.

C'est une bonne remarque, je me suis peut-être un peu précipité !
Je n'ai pas vraiment identifié de broche qui soit moins rapide que ce genre de modèle avec un ER20 en bout.
Tu as des suggestions ?
Pour l'instant je n'ai pas encore commencé à réaliser les chariots Y et Z.

Sur ma fraiseuse conventionnelle, la broche est beaucoup plus massive, mais elle tourne à 2000 trm maxi, et je suis monté en MT3.
Du coup, j'ai des outils plus gros, mais les efforts de coupe sont bien plus grands, et ça vibre.

Je m'étais dit que du moment que je respecte les vitesses de coupe, je pourrais usiner de l'acier correctement, même avec des petites fraises carbure.

Sur une fraise Ø5 ça me donne 4400rpm dans l'acier et 15000rpm dans l'alu. C'est encore compatible avec le type de broche que j'envisageais, il me semble. Sur variateur 0-400Hz, on va de 0 à 24000rpm. Si on se limite à 30Hz au mini, ça donne 1800rpm. Je ne sais pas quel couple il reste à ce stade.
Mais c'est sûr qu'à ce diamètre là, l'élément le moins rigide du système, c'est la fraise !

Je suis intéressé par vos idées à ce sujet, si je peux faire mieux ou différemment. Ou si quelqu'un a déjà expérimenté.
Merci
Damien

 

[Alex31]

Sur une fraise Ø5 ça me donne 4400rpm dans l'acier et 15000rpm dans l'alu. C'est encore compatible avec le type de broche que j'envisageais, il me semble. Sur variateur 0-400Hz, on va de 0 à 24000rpm. Si on se limite à 30Hz au mini, ça donne 1800rpm. Je ne sais pas quel couple il reste à ce stade.

c'est le PB avec les broches rapides, les variateurs ne font pas de miracle
pour les faire fonctionner à basse vitesse le couple "peut-être constant", mais l'effort demandé ( profondeur de passe + avance) est beaucoup plus important

donc si tu as 2.2kw à 22400tr.min il te reste 220w à 2400 tr/min, ce qui va être trop faible

il te faudra un étage de réduction, ou une boite à vitesse ou plusieurs type de broches (rapide / intermédiaire / lente)


comment font les industriels => lis montent une broche brushless avec plein de Kw

 

[damduq]

il te faudra un étage de réduction, ou une boite à vitesse ou plusieurs type de broches (rapide / intermédiaire / lente)

Ca existe tout fait ? Je ne me sens pas de fabriquer ça

 

[Alex31]

Ca existe tout fait ? Je ne me sens pas de fabriquer ça

si tu veux usiner de l'acier (et pas juste gratouiller la surface), pars sur une broche plus lente genre 3000tr/min
ou gardes ta broche rapide 20000tr/min pour usiner le bois
et ajoute une réduction par courroie (par exemple)
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il y a des exemple sur le forum, me je n'arrive pas à me rappeler où

 

[damduq]

Comme promis, voici quelques détails sur la première opération réalisée : Le châssis.

J'avais commandé la pierre en granite, qui fait 135kg environ, et je ne sais pas où la poser. Du coup, pour ménager mon dos, j'ai commencé par le châssis mécano-soudé.

J'avais déjà fait des châssis pour mon tour et ma fraiseuse en 40x40x4, mais ça n'est pas assez rigide, et ça amplifie les vibrations des machines.
Du coup j'ai pris du tube en 100x100x3.
Je ne suis pas spécialiste en soudure, mais j'ai pu utiliser un peu un poste TIG au boulot. J'ai trouvé ça tellement plus agréable que la baguette que je me suis acheté un poste TIG. C'est cher, surtout à cause du gaz. J'ai payé plus cher la bouteille que le poste. J'ai aussi acheté un bon masque, avec un grand écran, ce qui est bien utile quand on a des verres progressifs (pour les vieux...).

Malgré l'entraînement, j'ai toujours du mal à souder au TIG avec de l'apport. Je suis bien moins régulier et je fais un peu des pâtés. J'essaie donc de soigner la préparation et de souder sans apport, comme les tuyauteurs sur de l'inox, en pharma.

J'ai donc poncé très soigneusement mes coupes de tubes pour avoir des assemblages impeccables.

J'ai pointé sur les 2 faces, à chaque extrémité de la diagonale, sur les 4 coins, puis j'ai soudé le tout, en alternant.
Du fait de la forte section des tubes, mon carré n'a pas trop bougé. J'ai une différence de diagonales de mon cadre de 1,5mm.
Ca suffit bien pour un châssis.

Et voilà le tube soudé, sans avoir besoin de meuler.

J'ai soudé des goussets de 10mm dans chaque angle intérieur, pour pouvoir supporter le granite avec des tiges filetées en M14.
Les soudures ont fait un peu de rochage, mais bon, je suis encore débutant en soudure (et je vais le rester, je crains...)

J'ai ensuite pointé les poteaux et les barres transversales inférieures puis soudé le tout.
Pour les tubes fermés, j'ai percé un petit trou pour laisser s'évacuer l'air chaud durant les soudures, sinon c'est impossible de finir les soudures.
J'ai fait aussi des trous dans les gros tubes pour un éventuel futur remplissage au sable, ça augmente l'inertie et ça amortit les vibrations.

Là ça commence à peser son poids : 60 kg. J'utilise le palan à chaîne pour manipuler l'ensemble.

J'ai percé, taraudé et soudé des plaques de 10mm sous chaque pied, et installé des pieds filetés réglables.
J'ai aussi soudé des écrous sous une des poutres pour pouvoir installer le coffret électrique de la machine, sans devoir percer les tubes, qui seront pleins de sable à terme.

Un coup de peinture et voilà !

J'ai bien eu 2 semaines de boulot pour tout ça.

Damien

 

[damduq]

Ah oui, j'oubliais, les dimensions du châssis sont 880x880x830.

 

[Algone]

Pour un débutant tes soudures au tig sont pas moches

 

[damduq]

Pour un débutant tes soudures au tig sont pas moches

Merci, ça me fait plaisir. Mais tu n'as pas vu celles avec apport. C'est moins bien. Ca viendra dans un prochain épisode.

 

[arba]

Je n'ai pas vraiment identifié de broche qui soit moins rapide que ce genre de modèle avec un ER20 en bout.

Les broches intégrales adaptées ça existe, mais elles sont énormes (100kg+, 180-200mm de diamètre, et le prix qui va avec).
Sinon tu as le combo broche et moteur séparé. Même problème: assez volumineux...

Donc non une solution simple/peu encombrante/pas cher je connais pas, c'est pour ça que c'est un point essentiel à résoudre.

Si tu veux faire du micro-usinage avec des fraises max 4-5mm tu peux te contenter d'une broche haute vitesse.

 

[Coyote94]

Joli projet et les soudures sont franchements pas mal

Concernant la broche, si tu veux taper de l'acier faut vraiment du costaud (comme ta structure) il te faut du lourd.

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[Algone]

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[damduq]

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Houlà, c'est pas donné. J'essaie de tenir le budget entre 2000 et 2500€ pour toute la machine, en faisant le plus de chose par moi-même.
Ca ne va pas être facile...

Je me dis que je pourrais toujours remplacer la broche, voire l'ensemble support en Z et la broche.
Disons que la broche envisagée est plutôt celle-ci :

VEVOR Moteur de Broche Refroidi à l'Air Carré 2,2 kW Moteur Broche CNC 24000 tr/min ER20 Moteur de Fraisage Refroidissement par Air Moteur de Broche pour Machine à Graver Convertisseur de Fréquence | VEVOR FR

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ou celle-là, avec le variateur :

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J'ai fabriqué une ponceuse à bande avec un moteur 1.5kw leroy sommer, et un variateur de chez eux. C'est pas de la grande qualité, mais pour l'instant il fonctionne sans problème, y compris à des fréquences basse 10-15Hz. La ventilation est un peu bruyante car le ventilo est petit, mais la ponceuse couvre le bruit quand je m'en sers.

Va falloir faire des choix...

 

[Algone]

C'est ce que j'ai sur ma première machine 2.2kw/24000tr/min, j'ai usiné de l'acier, du titane, mais je plafonnais à des fraises de 6mm avec une avance de 100mm/min, des passes de 0.15mm maxi, de l'air comprimé à fond et si par malheur j'étais trop enthousiaste dans la rentrée en matière la fraise (HRC60 ou 70) virait au rouge vif en moins d'une seconde--> poubelle. Et qu'est ce que c'est long C'est vrai que des broches puissantes sont chères mais le soucis des broches rapides c'est que leur couple est optimum vers 12000 tr/min env, en dessous il y a pas grand chose, or comme tu t'en doute plus la fraise est grosse, plus il faut qu'elle tourne lentement et plus elles ont besoin de couple, bref, moi je préfère attendre, mettre des ronds de coté et y mettre le prix

 

[arba]

Mouais alors les broches chinoises à 180€ c'est vraiment ce que tu peux trouver de pire. C'est même pas le prix des roulements pour une broche décente.

Pour la broche d'Algone 1200/9000rpm on sait déjà qu'elle n'a que 2 pôles donc peu de couple. Le minimum pour une broche c'est d'avoir un graphe couple vs vitesse, mais c'est beaucoup demander pour les chinois, donc c'est la loterie.

 

[damduq]

Ca me fait réfléchir, tout ça ! La broche est un choix délicat.

Quelles sont mes contraintes et/ou mes objectifs ?
- Je veux usiner de l'acier, mais pas avec un tourteau Ø100 ! On va dire dans des gammes de fraises de Ø3 à Ø20. Pour surfacer, j'ai ma fraiseuse conventionnelle.
300 à 4000rpm ça serait pas mal. Ca peut être plus si je fais de l'alu, et ça m'arrive régulièrement

- je n'ai pas le 380V à la maison. Donc il faut trouver du variateur alimenté en 220V.
2.2kW ou 3kW c'est le maxi.
Ma fraiseuse fait 1.5kW et c'est parfois un peu court, à basse vitesse, mais c'est souvent pour des gros outils, ou des tarauds au dessus de M8, Ce n'est pas le genre de chose que je ferai avec une CNC.

- pour l'instant, je n'ai pas de changement d'outil rapide type BT30, je monte mes fraises dans un collet ER32. Peut-être que je devrais réfléchir à un changement plus facile, surtout avec une CNC où le temps de mesure des longueurs d'outils n'est pas nul.

- Si je peux, je préférerais éviter le refroidissement liquide de la broche, c'est une vraie contrainte supplémentaire. Mais peut-être qu'une broche refroidie à l'air a des inconvénients que je ne connais pas (pas encore ).

- Ce serait bien si l'ensemble ne faisait pas 40kg, car il est embarqué sur le chariot axe Z, qui est le moins rigide de ma conception, et aussi le moins bien motorisé.

J'oublie sûrement des choses, mais c'est une bonne base de réflexion.

Quels sont les possibilités :

- broche chinoise pas chère à 18000 ou 24000 rpm. Refroidissement à l'air. Collet ER20 installé. Caractéristiques de couple inconnues. Généralement faux-rond limité, surtout au début... Variateur sur 220V facile à trouver. Puissance 2.2kW sans problème. Mais comme le disaient Arba et Algone, c'est du micro-usinage. Ca irait mieux dans l'alu. - Tarif 250€

- Broche indépendante avec par exemple un montage BT30, et un entraînement par courroie crantée. On en trouve avec des roulements adaptés,
Il faut motoriser, par exemple avec un servo, mais ca dépasse rarement les 3000rpm. Le bon point, c'est le couple sur une large plage de vitesse.
On pourrait motoriser aussi avec une broche à 18000 avec une réduction 1/2.5, mais je ne trouve pas de broche sans collet pré-monté (ou BT30...)
Tarif 1100€ mini, et encore, il faut réaliser un montage de courroie + poulie.

- Broche identifiée par Algone,, mais c'est du 5.5kW et je ne suis pas sûr que le var soit alimentable en 220V mono.

Peut être que je pourrais essayer de trouver une broche indépendante, avec entraînement par accouplement, et utiliser un servo à 3000rpm en direct.

Je n'ai pas encore fait le tour, manifestement.

PS, sur ma scie à ruban, j'ai remplacé un moteur 1,5KW vitesse fixe par un petit moteur brushless servo pour machine à coudre, et ça fonctionne très bien. 550W, 77€ variateur compris ! J'avais fait un essai avec un var sur le moteur d'origine, mais il y avait zero couple.

 

[arba]

- pour l'instant, je n'ai pas de changement d'outil rapide type BT30, je monte mes fraises dans un collet ER32. Peut-être que je devrais réfléchir à un changement plus facile, surtout avec une CNC où le temps de mesure des longueurs d'outils n'est pas nul.

Je confirme que c'est très pénible les changements d'outils manuels...

- Si je peux, je préférerais éviter le refroidissement liquide de la broche, c'est une vraie contrainte supplémentaire. Mais peut-être qu'une broche refroidie à l'air a des inconvénients que je ne connais pas (pas encore ).

Ca fait en général plus de bruit les ventilateurs (mais l'usinage en fait encore plus) et il faut faire attention d'avoir un ventilateur électrique et pas mécanique (couplé à la broche), sinon pas de refroidissement à basse vitesse.

- broche chinoise pas chère à 18000 ou 24000 rpm. Refroidissement à l'air. Collet ER20 installé. Caractéristiques de couple inconnues. Généralement faux-rond limité, surtout au début... Variateur sur 220V facile à trouver. Puissance 2.2kW sans problème. Mais comme le disaient Arba et Algone, c'est du micro-usinage. Ca irait mieux dans l'alu. - Tarif 250€

Pour les broches 2.2kW qui sont pratiquement toutes les mêmes (220V/2 poles) tu as ~1 Nm max de couple.

Peut être que je pourrais essayer de trouver une broche indépendante, avec entraînement par accouplement, et utiliser un servo à 3000rpm en direct.

C'est ce que je suis en train de bricoler actuellement sur ma CN à portique (comme la tienne donc). Ca reste assez encombrant. La broche + le coupleur + le servo on arrive à ~55 cm de long. C'est une broche ER25 de ce style qu'on trouve dans toutes les variantes chez les chinois:

Encore un de mes mauvais achats! J'ai pris un modèle Taïwanais (XT20-ER25), bien plus cher que les Chinois (~700€ de mémoire), qui au final est d'une bien piètre qualité, mais j'essayerai de faire avec...

 

[Algone]

Là t'as du 8 poles en 220v, 5.5kw, un bon compromis non? https://fr.aliexpress.com/item/1005...64133136821419e6d95!12000028195053414!rec!FR!

 

[flogpr]

à prendre avec des pincettes, mais il me semble avoir vu ici quelqu'un utilisé une broche haute vitesse comme moteur ( transmission avec courroie ) de sa broche destinée au metal, il n'avais qu'a la retourner et l'utiliser normalement pour l'aluminium

 

[Algone]

C'est ce que ce gars à fait, visiblement c'est pas le top non plus à cause de la chauffe