Projet de tour CNC

Bonjour,
le sujet m'interesse particulièrement ,mais je suis un peu surpris par le choix du moteur de broche.
Pour u Ø400 il faut pas mal de puissance, or,si j'ai bien lu, le choix des moteurs de ton lien ont au maxi 4,5 kw (ce dernier est freiné). C'est peut-être encore un peu faible non?
Sans vouloir poluer ton post , n'est-il pas possible de monter un moteur de 7ou8 kw avec 1 variateur et 1 codeur?
J'avoue que l'idée d'un tour CN me titille depuis un bout de temps et je vais suivre avec interrêt l'avancée de ton projet.
J.

Salut à tous,

Pour avoir eu un projet similaire au départ, à la réflexion, je me suis orienté vers une Fraiseuse CN capable de faire du tournage.

Si tes besoins en grand diamètre sont limités en épaisseur, alors une fraiseuse CN sait faire, çà te permet de réduire les capacités en diamètre du tour, et par la même sa puissance nécessaire.

La partie motorisation avec précision angulaire de ton projet m'intéresse, puisque je vais avoir le même type de problème à résoudre.

Cdlt,
Yanik

Bonjour,

Cela m'arrive moi aussi de de travailler sur un projet de tour cnc, voici les observations que je prendrais en considération à ce stade:

-La transmission par crémaillère:
Dans le cas présent, elle me parait fort coûteuse.
Bien que totalement comparable en terme de précision avec les vis à billes, cela va demander des crémaillère trempées/rectifiées (classe DIN 6 maximum, voir DIN5 ou DIN4), déjà fort coûteuses, ça ne se trouve pas chez le premier vendeur de crémaillères venu. Mais surtout, il va falloir un système de rattrapage de jeux efficace, soit à précontrainte mécanique (cher), ou à précontrainte électronique (très très cher). Le résultat peut être excellent, mais je crois qu'ici les avantages de la crémaillère (charge élevée, vitesse élevée, grandes longueurs), ajouterait un coût inutile par rapport à une transmission par vis à bille correctement dimensionnée et de classe suffisante.

-La motorisation:
Je crois que vouloir usiner des diamètres aussi différents que 10mm et 400mm avec une motorisation de 4,5kW 1500 rpm va être compliqué, même avec un rapport 2:3. Cela veut dire que pour une Vc de 100m/min avec un diamètre de 400mm, la broche tournerait à 250 rpm, soit 167 rpm au moteur, qui à un couple en utilisation continue de 28,65 Nm, cela nous donne 500w tout rond de puissance en sortie du moteur, ça ne fait pas grand chose....
Et comme le moteur est utilisé ici en motorisation permanente, il ne faut pas trop compter sur la puissance disponible au-delà des valeurs nominales, sous peine de le voir s'arrêter à cause de sa protection thermique en cours d'usinage, chose qui n'arrive pas souvent quand ils sont utilisés pour le positionnement.

Une des principales qualités des moteurs pour servo est d'être compactes, mais ici ça n'a pas vraiment d'importance.

Un moteur asynchrone prévu pour le contrôle vectoriel du flux ou même un moteur dc, seront capables de délivrer des couples élevés à partir de 0 rpm, et peuvent être contrôlés en positions, ce n'est pas bon marché, mais à puissance égale cela revient moins cher qu'un moteur servo (de qualité comparable bien entendu). Concernant le retour en position de la broche, généralement les broches pour machines CN ont des poulies pour courroies crantées montées à l'arrière, elles entrainent donc juste un codeur, qui donne la position de la broche au plus près de cette dernière.
Un solution moins coûteuse encore serait de garder un codeur sur la broche, utiliser un simple moteur asynchrone pour motoriser cette dernière (avec un dispositif de réduction réglable entre les deux) et utiliser un servo de petite taille, mais débrayable, pour orienter la broche lors des opérations de fraisage.

Cependant, vu les capacités en jeux (D400x1000 si j'ai bien compris), et si le but est d'avoir une machine assez robuste que pour produire des pièces de qualité mécanique, je me demande si la fabrication ne va pas coûter plus cher qu'un tour d'occasion CNC de bonne qualité sur lequel on viendrait greffer un axe de fraisage. On voit souvent des tours Mazak, Okuma, ... pour moins de 10000€, pas tout jeune mais certains en bon état, qui constitueraient une bonne base pour ce genre de projet (banc incliné, tourelle multipost, carters, convoyeur de copeaux,...)

Faire un tour de qualité, même avec des capacités modestes, demande pas mal de moyens, il est important de bien les quantifier avant de se lancer.

Bon courage pour la suite.

Cordialement.

François

le moteur avec une transmission a un seul rapport est un piege : la caracteristique principale du moteur c'est le couple ... plus la vitesse diminue plus la puissance diminue et devient trop faible pour les grand diametre qui veut une basse vitesse

solution utilisé sur les grosse machine surdimensionner le moteur : si la puissance doit etre constante sur un rapport de 10 le moteur doit etre 10 fois plus gros que si il y avait une boite de vitesse

et une gamme de vitesse de rapport 10 c'est faible : pour une machine polyvalente il faut une gamme plus large

il est possible de faire une boite de vitesse commandé par la CNC : un certain nombre de vitesse uniquement pour le tournage , avec un jeu normal , et une vitesse a grand rapport de reduction sans jeux comme un diviseur , pour les engrenages et fraisage

il serait même possible de mettre 2 moteur different : un bon vieux asynchrone pour le tournage , et un pas a pas pour le positionement

du coup le positionnement peu se faire avec une vis sans fin comme un diviseur , et qui ne s'usera pas parce quelle ne servira jamais au tournage

C'est dingue de lire toujours les mêmes choses erronées à propos des moteurs.
Si on veut disposer d'une motorisation électrique capable de délivrer du couple sur une grande plage de vitesse il n'y a QU'UNE solution, c'est d'installer un asservissement de vitesse sur le moteur électrique (ou sur la voiture aussi d'ailleurs) .
Cet asservissement devra fournir les kilowatts électriques (produit de la tension par le courant) lorsque les vitesses celle demandée et celle lue ne seront plus identiques. En dehors de cet asservissement point de salut. On peut asservir un servomoteur électrique soit en couple, soit en vitesse soit en position. C'est à choisir.
Par ailleurs je partage les remarques de cantause. Vouloir faire un tour répondant à ce cahier des charges nécessite (selon moi) d'être un expert en construction de grosses machines outils et cela va coûter très cher. C'est comme les gens qui veulent usiner des panneaux de médium de 3 x 1,50 m avec une cnc et aussi graver avec des circuits imprimés. Il est bien moins coûteux de faire deux machines remplissant chacune parfaitement chaque besoin.
Stan

Re,

stanloc a dit:

C'est dingue de lire toujours les mêmes choses erronées à propos des moteurs.
Si on veut disposer d'une motorisation électrique capable de délivrer du couple sur une grande plage de vitesse il n'y a QU'UNE solution, c'est d'installer un asservissement de vitesse sur le moteur électrique (ou sur la voiture aussi d'ailleurs) .
Cet asservissement devra fournir les kilowatts électriques (produit de la tension par le courant) lorsque les vitesses celle demandée et celle lue ne seront plus identiques. En dehors de cet asservissement point de salut. On peut asservir un servomoteur électrique soit en couple, soit en vitesse soit en position. C'est à choisir.

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Même si je comprends l'idée derrière, je ne suis pas certain que l'asservissement en vitesse soit la vraie priorité d'une broche de machine-outil (même si elle fait partie des "must")

Un des buts principaux lors de l'optimisation d'un usinage est d'avoir le débit de copeau le plus élevé possible, pour retirer la matière au plus vite. Hors, à vitesse de coupe, profondeur de passe et avance constante, le diamètre n'intervient pas (en première approximation) dans l'effort de coupe, le débit de copeau est donc à peu près constant à Force de coupe égale quand seul le diamètre change.
Le couple au niveau de la broche étant le produit de cette force (principalement sa composante tangentielle, elle même prépondérante dans le vecteur de force), par le rayon usiné, ce couple augmente proportionnellement avec le diamètre. Donc à débit de copeau constant (enfin, lorsque la profondeur de passe et l'avance ne changent pas), le couple augmente proportionnellement avec le diamètre.
Si on intègre le fait qu'à vitesse de coupe égale (un caractéristique grosso modo indépendante du diamètre), la vitesse de rotation est inversement proportionnelle au diamètre usiné, on se rend vite compte que le produit couple x vitesse de rotation de la broche, est constant à débit de copeau égal (enfin, avec f, a, et Vc constant).
En d'autres termes, le débit de copeau est proportionnel à la puissance fournie, l'idéal est donc de travailler à puissance constante, ce qui demande de placer le moteur de broche dans des conditions où il produit sa puissance nominale, quelle que soit la vitesse de broche demandée, c'est ce que Moissan cherchait à expliquer je pense.

Les boites de vitesses sur les fraiseuses conventionnelles (ou tours) ne sont pas juste une solution pour palier à l'absence des variateurs de vitesses à l'époque (on savait très bien faire varier la vitesse d'un moteur électrique avant l'invention du transistor), c'est avant tout dicté par l'intérêt d'exploiter la motorisation à sa puissance maximale.

Dans le cas qui nous occupe, la manière de faire travailler le moteur de broche à puissance constante dépend fortement de la technologie utilisée, et du système de commande.
Un bon vieux moteur DC peut généralement travailler à puissance constante sur 2/3 de sa plage de vitesse, ce n'est pas possible de faire la même chose avec un moteur asynchrone et un simple variateur "v/f constant" (le couple est à peu près constant), les choses s'améliorent cependant avec le contrôle vectoriel (particulièrement en boucle fermée), qui permettent d'utiliser un moteur asynchrone à puissance constante sur une plage de vitesse plus grande, mais c'est cher.

Le "bête" asynchrone avec une boite mécanique commandée électroniquement, c'est peut-être une solution économique si on a de quoi usiner la boite soi-même.

Bonne fin de journée.

François

@cantause ; je ne comprends pas comment tu peux avoir autant de mal à assimiler le fonctionnement d'un moteur de broche (dans ce cas çi) avec ce que tu fais pratiquement à chaque fois que tu prends ta voiture si tu veux conduire à la vitesse max autorisée en permanence.
On se donne beaucoup de mal sur ce forum (entre autres) pour déterminer quelle est la vitesse de coupe idéale et on ne veut pas se donner la peine de maintenir constante cette vitesse ???? Evidemment sur un tour on peut vouloir maintenir la vitesse de coupe constante aussi ce ne serait plus la vitesse de rotation qu'il faut asservir mais cette vitesse de coupe. Cela ne représente aucune difficulté avec un asservissement et un servomoteur (du type que vous voudrez)
Stan

tu ne precise pas le niveau de qualité et le niveau de prix de ce que tu veux faire

un solution simpliste c'est une transmission par courroie pour le moteur de tournage : on met la courroie a la main sur la bonne poulie pour faire la gamme de vitesse adapté a la piece , et la cnc commande le variateur pour faire la vitesse exacte

la fonction positionnement se fait par une vis sans fin qui peut etre ecarté pour le tournage

pour le fraisage , la cnc commande le moteur de tournage pour mettre l'arbre a la position de reference sans grande precision , il suffit d'etre en face de la bonne dent du diviseur : et on raproche la vis sans fin pour engrener sans jeu ... inutile de debrayer le moteur asynchrone il se fera entrainer facilement par le diviseur

si le choix de la poulie , ou le reglage d'une boite de vitesse reste manuel il est quand même possible ne mettre ce qu'il faut dans la cnc pour qu'elle verifie que la vitesse est la bonne avant d'executer le programme histoire d'eviter les fausse maneuvre

stanloc a dit:

@cantause ; je ne comprends pas comment tu peux avoir autant de mal à assimiler le fonctionnement d'un moteur de broche (dans ce cas çi) avec ce que tu fais pratiquement à chaque fois que tu prends ta voiture si tu veux conduire à la vitesse max autorisée en permanence.

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C'est assez simple, pour continuer l'analogie avec la voiture, en usinage l'idée est d'arriver le plus vite à destination, et il n'y a pas de risque de se prendre une amende sur la route...

Comme je l'ai dit précédemment, la qualité première d'une broche (en terme de motorisation), est d'avoir un débit de copeau élevé, et ce sur la plus grande partie de sa plage de vitesse, ce qui correspond donc dans l'idéal de disposer de la puissance nominale du moteur de 0 rpm jusqu'à la vitesse maximum.
Quel serait l'intérêt de réguler la vitesse de coupe à, mettons, +- 0,5%?
Les vitesses de coupes sont données par les fabricants à +- 10%, et c'est une précision qu'on obtient facilement avec un simple moteur asynchrone triphasé, le glissement dépasse rarement 6-7% à la puissance nominale (sur de petites machines), et si on se met dans des conditions telles que le glissement dépasse 10%, on s'expose à dépasser le point de couple maximum, et donc de caler le moteur. Sur les autres types de moteurs, le contrôle étant généralement électronique, il y a un retour de vitesse, et donc le problème ne se pose pas.

Mais quant bien même on régulerait la vitesse avec précision, ce n'est pas cette régulation qui permettrait d'exploiter au mieux le moteur.

Prenons le servo abordé dans le premier sujet, il fait 4500w à 1500 rpm, vitesse à laquelle il produit son couple nominal de 28,65 Nm. Il est capable de développer un couple plus élevé, mais de manière intermittente, c'est tout à fait acceptable pour motoriser un axe, ça ne l'est plus pour motoriser une broche (pour des opérations courantes), on doit donc se limiter à ce couple de 28,65 Nm pour faire face aux conditions possibles d'usinage.
Comme calculé plus haut, si on veut faire tourner la broche à 250 rpm, le moteur tournera à 166 rpm, le drive régulera à merveille la vitesse, mais ne pourra pas dépasser les 28,65Nm, il ne pourra donc pas faire fournir au moteur plus de 500w, sous peine de le placer dans une plage de fonctionnement qui pourrait le détruire. Quant bien même on voudrait le faire fonctionner au maximum de ses capacités, et développer le couple maximum temporaire de 71,68 Nm, le moteur ne produira que 1250w, soit un gros 1/4 de sa puissance nominale.

Pour résumer, l'utilisateur respectueux du moteur, aura un débit de copeau de 1/9 du débit possible, l'utilisateur qui s'en moque arrivera à 1/4, et celui qui fera travailler le moteur à sa puissance nominale... sortira respectivement 9 et 4 fois plus de pièces à l'heure....

Il suffit de regarder comment les professionnels de la MO utilisent les motorisations de broches, bien que régulées en vitesses, on essaie autant que possible de faire travailler les moteur à leur puissance maximum.

Levend, si le projet est avant tout d'avoir un outil fonctionnel, je crois qu'il vaut mieux chercher un tour d'occasion en panne pour pas cher, car vu le cahier des charges, même incomplet, il ne faut pas faire attention au 4 premiers chiffres de l'addition pour avoir une qualité comparable.
Désolé, mais c'est la dure réalité du monde industriel, dès qu'on dépasse les quelques kW, même le low-cost chinois commence à chiffrer :-(

Mais en choisissant bien la base, il y a surement moyen de rester dans un budget raisonnable!

levend a dit:

Au début, je pensais modifier mon tour actuel, mais ça qualité chinoise m'a fait opter pour une autre solution : le construire entièrement.
Acheter un tour et d'occaz et le transformer ne me plait pas trop, je ne sais pas si je pourrai faire ce que je veux, et puis, je n'aurai pas le plaisir de le construire...

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Dans ces cas là commence par réaliser le banc et la poupée fixe de ton tour car c'est déjà sur ces deux points là que tous tes prédécesseurs (dans le désir de se faire un tour) ont buté. Je n'ai pas souvenir d'avoir vu une seule réalisation mais je peux avoir mauvaise mémoire.
J'ai peur que tu ne prennes pas toute la mesure de ce que cela représente comme difficulté à faire un banc pour un tour avec un entrepointe de 1000 mm et une hauteur de pointe de 210 mm avec le déport que cela implique pour le chariot. "Il faut aller le chercher avec l'outil le diamètre de 400 mm" pas évident
Stan

Salut à tous,

C'est l'idée que j'avais au départ. J'ai d'abord fait un projet avec doublement du banc de mon tour chinois (BV25 L3) sur lequel je comptais mettre un portique mobile entre les 2 trainards.
Mais les coûts en jeu m'ont fait basculé sur le principe d'Une fraiseuse CNC capable de recevoir mon tour directement sur la table.
Du coup, je pourrais usiner mes flasques de 600mm de diamètre et 10 d'épais avec le profil d'épaule de jante.

Cdlt,
Yanik

Bonjour,
Pour l'unité de fraisage ,tant qu'a réaliser entièrement ta machine , pourquoi ne pas réaliser un second banc horizontal et l'utiliser pour la partie fraisage?
C'est sur ça complique la réalisation mais d'un autre coté tu y gagnera en puissance.
A+
J.

Bonjour,
Quand tu usinera en fraisage ,l'axe de rotation de la pièce de viendra l'axe A , et en général il se verrouille en position par un frein.
Ne craint tu pas un défaut lors du verrouillage tel que tu l'imagine? (SI je comprend bien , c'est un disque diviseur avec un pion de verrouillage ? Ou alors c'est un dique de frein?)
Dans le premier cas il te sera dificile de faire des divisions que tu n'aura pas prévue dès la conception de la machine ,par exeemple 2 rainures non symétrique avec un angle bizarre , et pour le bonhomme de verrouillage il te faudra également un électro-aimant.
Pour les vibrations ,ça vas être difficile ; d'abord concentre toi sur la rigidité du banc et sa géométrie , le plus massif possible, toutes les pièces soudée , il faudra ensuite le passer au four pour un recuit , ensuite fraisage , puis tout le travail d'ajustage (taraudage, etc....) et enfin la rectification sur une grosse rectif équipée d'un diviseur pour pouvoir rectifier la partie inclinée sans démontage .

levend a dit:

Sur un tel tour faudrait-il lester le tour ? le socle ? les deux ?
Faudrait-il mettre des plot anti-vibratoire entre le tour et le socle ?

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Ce problème n'est pas un problème pour l'instant , tu le solutionnera quand ta machine sera opérationelle , si ton banc est assez massif , il sera lourd ...très lourd.
J.

bien sur que le prix au kilo d'une grosse machine ancienne est beaucoup plus faible que le prix de la matiere neuve

la realisation neuve ne se justifie que quand il est impossible de trouver ce qu'on veut en machine ancienne

la machine que tu viens de montrer est une aleseuse : ça ne fera pas un bon tour : broche mobile en hauteur qui diminue la rigidité : un vrai tour classique me parait une meilleure base

autre defaut de cette aleseuse utilisé en tournage : contrepointe trop petite qui ne laissera pas assez de course au trainard dans bien des cas

Bonjour,

Je suis en ce moment en train de cogiter sur la numérisation de mon tour BL200L-1.

Je souscrit complêtement aux explications données par CANTAUSE et MOISSAN sur la motorisation d'un tour. Ma petite et modeste reflexion sur ce sujet m'a amené exactement aux mêmes conclusions : La puissance nécessaire pour usiner sur un petit tour est plutot faible. Une des difficultés est effectivement d'exploiter la puissance du moteur.
Pour une puissance à la broche d'environ 400W, j'étais arrivé dans mes calculs à déterminer qu'il fallait à petite vitesse grosso modo un couple d'environ 40 N.m. C'est pas facile à obtenir.
L'idéal serait effectivement une boite de vitesses suffisamment étagée pour avoir la variation la plus linéaire possible du couple. Avec une telle boite, la puissance du moteur serait au rendement près celle nécessaire en usinage. Le problème est bien sur que ce n'est évident de faire une boite de vitesses.
En absence de boite il faut alors coupler la broche avec des gros moteurs comme par exemple le servomoteur de 4.5KW cité plus haut.
Le hic dans ce cas est que le prix de la motorisation est largement supérieur à celui d'un petit tour chinois ...

J'avais donc un instant imaginé faire un mini tour, mais finalement j'ai laissé tomber ce projet à cause du budget trop important pour sa réalisation, d'ou la numérisation en cours du tour.

Carlos

Pour la gestion de la puissance, faire une boite à engrenage suffisamment étagé n'est pas toujours évident.
Mais, il peut y avoir une autre solution, qui serai l'utilisation d'un variateur à courroie. Surement plus facilement réalisable avec peut de moyen et permettant d’être plus compact pour une plage de variation qui pourrait devenir continu et aussi être asservie dans le temps.

Cette solution n'est pas à laisser de coté à mon avis. Elle a quand même fait ses preuves sur de nombreuses machines (tour et fraiseuse) qui plus est de très bonne qualité (schaublin: tour et fraiseuse; Aciera: fraiseuse; Hardinge : tour) pour ne citer qu'eux, j'en oubli surement bien d'autre ...

levend a dit:

et dans lequel va venir le lest : je ne pense pas que ce sera du béton, mais plutôt quelque chose à bas d'époxy,

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Bonjour,
Comme le sujet remonte, Pourquoi lester, ce serai plus facile et mon couteux de partir sur une grosse ferraille ( par exemple une fer plat de 20 ou 30mm d'épaisseur avec renfort dessous)

levend a dit:

Sur un tel tour faudrait-il lester le tour ? le socle ? les deux ?

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Plus il sera lourd mieux ce sera