Projet: Micro CNC de précision

[kioraven]

Bonjour à tous,

Nouveau sur le forum mais lecteur depuis plusieurs années. J'ai décidé de m'inscrire pour vous présentez mon projet de micro CNC.

Je ne vais pas vous faire par de l'intégralité de mon cahier des charges mais les points clés et les axes qui mon permis de choisir les choix techniques.

- Cahier des charges (partiel):
Courses: X:160mm Y:180mm Z:80mm
Encombrement X: 400 Y: 450
Précision de positionnement: 5um/100mm
Utilisable sur dans un bureau (220V et propre)
usiner toutes les matières (sauf carbone et MDF)
assemblage et fabrication limité avec outillage simple

- Axes de développement:
1) Compacité
2) Performance
3) Coût

Les élements précédent mon permit d'aboutir au design ci dessous, concept encore non finalisé (capteur de fin de course, carénage, passage de câble...):

Détails de la conception dans les prochains postes.

Kio

 

[kioraven]

Détails sur les choix technique du bâti:

Bati réalisé en epoxy granite avec des renforts en carbone, à la manière d'un béton armé. L'idée est venu de la lecture de la thèse "CONTRIBUTION MÉTHODOLOGIQUE À LA CONCEPTION DES MULTIMATÉRIAUX : APPLICATION À LA DÉFINITION D’UN MULTIMATÉRIAUX DE BÂTI DE MACHINE OUTIL".
L'avantage d'un tel bâti est une grande rigidité grâce aux tiges de carbone et un excellent taux d'amortissement du granite époxy. Le deuxième avantage est la facilité de réalisation avec peu d'outillage.
La difficulté est d'obtenir une planéité et une géométrie parfaite. L'idée serra de faire un moulage sur une surface de référence (un marbre de métrologie) pour la planéité. Pour éviter tout dommage au marbre le moulage se ferra sur une feuille de mylar. La feuille de mylar a deux avantages une épaisseur régulière et il n'est pas nécessaire d'utiliser d'agent démoulant dont il est difficile de maitriser l'épaisseur de dépose. Ensuite les plaques seront collé en position avec équerre de métrologie pour garantir la bonne géométrie.

Au plaisir d'échanger sur cette technique et les détails de la solution.

Kio

 

[xenobus]

sympa ce projet, on sent une certaine réflexion et étude.

 

[stef1204]

Pourquoi ne pas partir sur un block de granit de précision dont le prix est abordable, il est possible de percer facilement pour fixer le reste de la construction.

Example d'granit de précision abordable: https://www.wabeco-remscheid.de/catalog/product/view/id/6538/s/mess-und-pruefplatte/category/132/

 

[kioraven]

Pourquoi ne pas partir sur un block de granit de précision dont le prix est abordable, il est possible de percer facilement pour fixer le reste de la construction.

Example d'granit de précision abordable: https://www.wabeco-remscheid.de/catalog/product/view/id/6538/s/mess-und-pruefplatte/category/132/

Très bonne réflexion, d'autant plus que c'était ma première idée

J'étais partis sur un assemblage collé (j'adore les assemblages collé) d'élément standard en granite: type ceux de micro-plan https://www.microplan-group.com/fr/produits/produits-standards-en-granit.html
Il reste des vestiges de cette étude; l'architecture.

Pourquoi ne pas avoir poursuivie, je n'arrivais pas à une optimisation de l'encombrement satisfaisante. De plus, le granite époxy et carbone offre des propriétés de rigidité et d'amortissement supérieur.
Si la réalisation des plaques en époxy granite ne me donne pas satisfaction en terme de géométrie alors je ferais usiner les pièces en granites.

Kio

 

[stef1204]

Ce genre réalisation "trotte" également dans ma tête depuis longtemps.
Erreur de toutes ces réalisation (idem pour les routeurs CNC) a mon avis et également la vôtre est le porte a faux de la tête de fraisage.
Elle devrait être supportée de part et d'autre, cela nécessite des guides de table plus long mais c'est le prix à payer pour la stabilité.

 

[gomax69]

Je m’installe pour suivre le projet qui ressemble assez au mien finalement mais avec des solutions techniques plus complexes.

J'ai quand même une question concernant le bâti moulé, j'ai l’impression qu'il n'est pas très massif mais ne n'est peu être qu'une illusion. Quelle est le poids estimé de la machine ?

En tout cas beau projet que je vais suivre de très près ! Et au passage

 

[kioraven]

Je m’installe pour suivre le projet qui ressemble assez au mien finalement mais avec des solutions techniques plus complexes.

J'ai quand même une question concernant le bâti moulé, j'ai l’impression qu'il n'est pas très massif mais ne n'est peu être qu'une illusion. Quelle est le poids estimé de la machine ?

En tout cas beau projet que je vais suivre de très près ! Et au passage

Le poids de la structure est d'environ 110Kg en prennent une densité de 2,6 pour l'époxy granite. Les plaques font un peu plus de 50mm d'épaisseur.

 

[kioraven]

Ce genre réalisation "trotte" également dans ma tête depuis longtemps.
Erreur de toutes ces réalisation (idem pour les routeurs CNC) a mon avis et également la vôtre est le porte a faux de la tête de fraisage.
Elle devrait être supportée de part et d'autre, cela nécessite des guides de table plus long mais c'est le prix à payer pour la stabilité.

Merci pour ton retour, mais je visualise pas de quel porte à faux tu parles et le changement de géométrie à adopter, un petit schéma ?

Kio

 

[gomax69]

Le poids de la structure est d'environ 110Kg

Fait gaffe ça commence à faire pas mal pour un bureau. En tout cas pas du ikéa... j'ai essayé .

C'est quelle taille de rail que tu as pris ? ils ont l'air énormes !

 

[stef1204]

Merci pour ton retour, mais je visualise pas de quel porte à faux tu parles et le changement de géométrie à adopter, un petit schéma ?

Kio

Voir la video pour comprendre le problème, raison pour laquelle les fraiseuse industrielle on des colones surdimensionnées.

 

[vibram]

Super ça m'intéresse beaucoup car j'ai exactement le même projet. Sauf qu'en plus j'ai 3 règles pour avoir un retour position, presque indispensable pour la précision que tu annonces et pas énormément plus cher dans le budget final.
Tu as quelle composition pour ton mélange granite ?
J'ai coulé quelques échantillons il faudrait que je retrouve mes mélanges.

D'ailleurs j'hésitais même à créer un moule avec tôle. D'acier rectifiée pour pouvoir faire plusieurs bâtis et amortir le coût et quand je vois le nombre de personnes intéressées, je me dis que c'est pas si con

Je vais sui

 

[kioraven]

Les rails sont avec pré-charges en 25 pour le X et Y et en 20 pour le Z

 

[kioraven]

Voir la video pour comprendre le problème, raison pour laquelle les fraiseuse industrielle on des colones surdimensionnées.

Je comprend mieux avec la vidéo.
Je suis pas très inquiet sur un manque de rigidité dans cette axe. Le reste des plaques (axe Z) sont en acier de 30mm d'épaisseur et on parle d'une hauteur de 200mm.

Je ferais de toute manière une passe de calcul en élément finis pour vérifier qu'il n'y a pas problème lié à un manque de rigidité.

 

[kioraven]

Super ça m'intéresse beaucoup car j'ai exactement le même projet. Sauf qu'en plus j'ai 3 règles pour avoir un retour position, presque indispensable pour la précision que tu annonces et pas énormément plus cher dans le budget final.
Tu as quelle composition pour ton mélange granite ?
J'ai coulé quelques échantillons il faudrait que je retrouve mes mélanges.

D'ailleurs j'hésitais même à créer un moule avec tôle. D'acier rectifiée pour pouvoir faire plusieurs bâtis et amortir le coût et quand je vois le nombre de personnes intéressées, je me dis que c'est pas si con

Je vais sui

Effectivement les règles sont une bonne idée pour gagner en précision. As tu un poste avec ta machine, j'aimerai bien voir sa ?
Je n'ai pas retenu cette solution pour plusieurs raisons. Premièrement, impossible de ne pas agrandir l'encombrement de la machine en les intégrants . Deuxièmement, pour la boucle d'asservissement qui se complique. Troisièmement, le coût n'est pas négligeables pour avoir de bonne règles .

La solution retenu pour garantir la précision souhaité est des servo moteurs avec encodeur 24bit et des vis à bille en classe C1 de 16mm de diamètre avec offset comme précontrainte.
Pour les servo je suis sur des AC en 400W de chez Yaskawa : https://www.yaskawa.com/products/motion/sigma-7-servo-products/servopacks/sgd7s-analog

Pour les mélanges j'ai fait pas mal d'essais.
Je n'ai plus les proportions exact en tête (document à l'atelier). Je suis partis sur un mélange avec époxy, poudre de silicate, gravier fin 0,7-1,3mm, gravier de 1-2mm, gravier 3-6mm, pour les proportions il faut que je retrouve mon fichier.
J'ai ensuite légèrement vibré et maintenu le tout sous vide pour mes essais.

Kio

 

[vibram]

Je n'ai pas ouvert de poste sur cette machine car j'étais parti sur un tour en premier lieu. J'ai un de mes post ou je test un peu les mélanges d epoxy.

Pour règles, l encombrement supplémentaire n'est pas si important surtout si tu as deja des gros rails.
Tu les sources ou et à quel prix les servos ?
Ils sont en +10v ou step/dir ? J'avais trouvé des servo chinois qui acceptaient les deux.

Car si j'ai bien compris : en analogique tu dois régler ton. pid en fonction de l'erreur de poursuite etc etc. Tu dois aussi le faire en step/dir peut être mais il. Me semble que c'est moins contraignant. Et pour cela t'es obligé de comparer ta position théorique contre ta position réelle. D'où l'intérêt des règles. Je dis peut être n'importe quoi, @bendu73 ou @gaston48 doivent pouvoir confirmer ou pas.

A l'occasion je suis preneur du mélange exact et surtout du mélange avec le carbone car je pense l'intégrer à mon projet.

https://www.usinages.com/threads/bati-en-resine-epoxy.109023/

Je ne vois pas en détail sur les captures d écran mais les constructeurs privilégient de "brider" les rails également sur le côté en plus de la fixation traditionnelle par le dessus.
Comme j'ai dit dans mon sujet au dessus, je trouvais contraignant de faire un rail fixe directement dans le bâti en résine.
La solution que j'ai trouvée est de mettre 2 rangées de taraudage de chaque chaque côté des fixations du rail et de mettre des vis de bridage hexagonale.
Double intérêt : ça permet de régler "finement" l alignement et d améliorer la rigidité

https://www.usinages.com/threads/excentrique-de-bridage-hexagonal.112737/

J'en ai pas mal en stock exprès pour ça


Edit :
Pour les règles, si tu ne veux pas de chinois et du très faible encombrement, il y a AMS qui vend les. Bandes magnétiques. Il y a un membre du forum qui a fait des règles de chariot de tour avec ça. Il a mis les plans du pcb pour faire la tête de lecture, t'arrives à un encombrement de moins de 20mm je crois.
Précision résolution 1/100 de mémoire.
Sinon dernière option "magnifique" mais incroyablement coûteuse : schneeberger (et sans doute d'autres) font maintenant des rails prismatiques avec codeur linéaire intégré, je crois que les résolutions sont bonnes. Il faut que je regarde de nouveau sur le site. Mais le prix aie aie aie. j'ai mis la doc en PJ pour ceux qui ont envie de rever

 

[erolhc]

Bonjour

Vouloir des VAB de classe C1 et chipoter pour le cout de règles ....
L'utilité de ce type de VAB n'a d'interet que si on travaille dans un environnement climatisé à mon avis sans parler qu'il va falloir mesurer le diamètre réel des fraises si on veut être à niveau.
Je pense qu'il aurait mieux valu partir sur une classe C5 voire C3 et des règles, cela aurait couté bien moins cher même en incluant le cout de l'électronique nécessaire et l'utilisation de linuxCNC, seule dans le FAO non pro à être capable de gérer le bouzin à ma connaissance.
Comme dit Vibram c'est la seule solution d'être sûr de l'exactitude du déplacement.

J'ai une BF20 avec des servo AC en direct sur les VAB (C5 chez moi) contrôlés par des drivers en step/dir. Avec une erreur de poursuite de 5 step rien ne vient m'assurer que je suis à la bonne position (ces 5 step représentent une erreur de 2.5/100, à cela s'ajoute les erreurs de la VAB, celle de la fraise, celles liés à la dilatation de la pièce, ... Bon dans les faits l'erreur de poursuite se situe aux alentours à moins de 3 step et bien sur aux changements de directions à la vitesse maxi (que je n’utilise jamais dans le réel et encore moins en usinage). Mais rien me dit quand j'usine que je ne suis pas en limite de poursuite pour une raison quelconque).
Pour avoir ces 5 step (en plus ou en moins) et pour avoir une fréquence start/stop plutôt plus élevé j'ai passé du temps dessus (comprendre se que les paramètres du drivers voulaient dire et leur poids dans le système de 'PID' et ce n'est pas la notice du driver qui aide) et même fait un petit montage arduino branché sur les drivers pour faire des allers et retours en continu sur l'axe que je réglais.

Par ailleurs je pense que tu aurais pu économiser encore en prenant des servos 200W (voire 100W pour X et Y).
C'est ce que j'ai sur ma fraiseuse et le maxi de puissance utilisée est sur le Z quand je le remonte à partir d'une vitesse nulle (arrêt ou changement de direction) et ce maxi est à 70% de la puissance nominale et sur les X et Y c'est 30% (en start/stop aussi) sinon 30% sur le Z en remontant une fois démaré et 10-15% pour X et Y.
Et ma BF20 n'est pas montée sur chariot à billes mais avec de bonnes vielles glissières en queue d'aronde bien serrées (le Z ne descend pas tout seul même si la VAB est déconnectée et idem pour X et Y il faut sacrement pousser pour les faire bouger à la main tout en retenant la fraiseuse sinon c'est l'ensemble qui bouge.
Ce serrage (nécessaire pour limiter le jeu des glissières) fait que les forces exercées lors de l'usinage deviennent négligeables (quasiement pas d'influence) vu comment sont réglés mes drivers à 'vide'
Avec des chariots à billes il va falloir faire attention à contrôler/régler l'erreur de poursuite en usinage et ne pas se laisser abuser par l'apparente facilité de mouvements à vide.

 

[serge 91]

Bonjour,

J'ai un de mes post ou je test un peu les mélanges d epoxy.

Un tableau des mélanges

Extrais d'un site
http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1516-14392008000400003

 

[serge 91]

Re,

De plus, le granite époxy et carbone offre des propriétés de rigidité et d'amortissement supérieur.

D'amortissement peut-être, de rigidité certainement pas...
Voir aussi la dilatation thermique pour être à 5µm, ça compte !
C'est la dilatation de l'acier sur 100 mm pour 5 °C (0,01/m/°C)

 

[vibram]

Il y a un énorme sujet sur le. Forum anglais des CNC, la proportion d epoxy est largement inférieur de mémoire (au max environ 12%,certains descendent jusqu'à 7 ou 8% il me semble)
Mais c'était surtout le mix de granite qui m'intéressait
J'ai vu que silica vendait des preparations toutes prêtes, silicamix mais je n'ai plus la référence en tête

 

[Marc le Gaulois]

Attention quand même au poids du granit, ça va de 2.7 kg/dm3 a pas loin de 3 kg/dm3 (si ce n'est plus, pour du granite Noir ZIMBABWE , pour moi meilleur granite pour faire un bâtit , grain très très fin, très compacte, possibilité d'avoir des arrêtes très vives et très solide.
Marcus

 

[kioraven]

Pour les servos ils sont en step/dir ou en +/-10V d'une marque correct Yaskawa. Je les ai déjà donc dure changer la puissance. Le choix des 400W sont sur-dimensionné pour les efforts de coupe, je l'admet. Le choix c'est orienté vers cette puissance pour garantir de bonne accélérations. Dernier point, ces servos on une boucle d'asservissement rapide que sa soit en position ou en vitesse. De plus, ou je me suis fournis les 200W était plus chers.

Je suis peut être passé à coté de quelques que chose pour les règles. Je peux encore changer. Je n'ai pas acheté les vis à bille. Et ma carte de pilotage permet l'intégration des règles.
Pour la carte de pilotage je suis avec les cartes Mesa 7i77 et 5i25, qui sont déjà acquise.

Pourquoi ne pas avoir choisis des règles. Premièrement, la place prise par celle-ci, impossible de les intégrer dans mon architecture sans augmenter la taille de la machine, de manière non négligeable. Rappel l'encombrement est un critère important dans mon projet. J'ai essayé avec les régles de chez Mitutoyo et Heidenhain pour usinage sur machine outil. Et le coût n'est pas négligeable j'étais au alentour de 2000€. Si vous avez des meilleurs idée pour les avoir mon cher, je suis preneur.
De plus, sur de nombreuse lecture l'asservissement avec des règles n'est pas si évident. Je ne voulais pas prendre un risque supplémentaire à se niveau.

Le codeurs sont sur 24 bit donc j'ai une précision théorique très largement inférieur au micron. Donc je suis sur de ma position aux erreurs de fabrication de ma vis (je peux la maitrisé, classe de vis) et des dilations différentiel (salle régulé en température).

Si je suis passé à coté de règles moins cher et d'un volume petit, j'étudierais bien à nouveau cette solution. Les rail schneeberger avec encodeur sont par exemple trop encombrant

Kio

 

[vibram]

Tu as le lien :
https://www.usinages.com/threads/dro-magnetique-pour-schaublin-102-ou-fraiseuse.102109/

Pour les règles à très faible encombrement, mais il faut mettre un peu les mains dans le cambouis mais pailpoe à déjà fait le principal à savoir le schéma pour la lecture et il y a peu de composants.

Peux tu partager ta source pour les moteurs ?

Concernant les codeurs, tu as ta position angulaire mais ça ne te renseigne pas sur l'erreur de poursuite non ?
Encore une fois je ne suis pas expert.

Tu veux usiner quoi au fait ?

 

[erolhc]

Oui j'avais bien lu que tu possédais déjà les servos. Au moins entre des 200 et des 400W c'est a même taille (à ce demander si des 200W ne sont pas en réalité des 400W, il faudrait que je verifie un jour sur mes moteurs puisque j'ai un 400w de la même famille que les 200W)

ici tu trouveras des règles optiques de tout type dont certaines au micron ou là des règles magnétique à 5µ de résolution. On est quand même loin des 2000€ pour tout les axes. Combien te reviennent des VAB en classe C1 par rapport à des C5 ?
Je pense qu'il te sera plus facile de trouver de l'aide pour régler le système servos+règles sous linux que de faire comme moi (ou comme tu en as l'intention) de régler au petit oignons le PID des servos seuls.
Bien sûr les règles prennent de la place mais tu est encore en phase de conception donc tu as une certaine latitude pour pouvoir intégrer les plus fines.

Comme Vibram je me demande bien ce que tu peux bien vouloir usiner qui demande des VAB C1

 

[gaston48]

Pourquoi ne pas avoir choisis des règles.

Bonjour,
La majorité des centres d'usinage et tour cnc actuels n'ont pas de règle et s'asservissent sur le codeur en
bout du moteur. Chez DMG par exemple l'option règles coûte très chère.
Au niveau des, vis tout est possible, jusqu'au vis rectifiées à double écrous précontraint.
Une remarque au sujet de ton Z:
Au détriment d'une masse en mouvement supérieure, mais en faveur d'une plus grande rigidité du chariot
(les rails constituent 2 nervures) et un dégagement permanent sous la broche,
il est préférable d'inverser ton montage rails / patins
plutôt donc comme ceci:

 

[kioraven]

Re,

D'amortissement peut-être, de rigidité certainement pas...
Voir aussi la dilatation thermique pour être à 5µm, ça compte !
C'est la dilatation de l'acier sur 100 mm pour 5 °C (0,01/m/°C)

Pour la rigidité je parle par rapport à un granite standard. Les granites standard on a un module de Young environ de 50GPa à 100GPa. Le granite reconstitué on arrive a un module de Young d'environ 50GPa. Le carbone HM a un module de Young d'environ 500GPa, en partant de l'hypothèse simple de la loi des mélanges avec 20% de carbone on arrive à 140GPa de module de Young. Je vous l'accord dans la réalité est bien plus complexe voir la thèse cité en début de poste. Mais on arrive à des caractéristique très intéressante, surtout qu'on peut placer les renforts dans les directions les plus pertinentes.

 

[kioraven]

Bonjour Gaston,

Merci pour la remarque sur l'inversion du chariot des Z. Je l'avais tracer comme tu l'indique au début car j'avais déjà lu cette remarque sur le forum même surement sur un de tes postes.
J'avais des difficultés à assurer le montage dans la taille imposé. Compte tenu de la hauteur 138mm et l'épaisseur de 36mm d'acier du chariot des Z. Pense tu que l'inversion du Z garde sa pertinence ? Je suis encore dans la phase on je peux changer

Il faut que je passe un de temps pour vérifier la rigidité de la structure en calcul. J'aimerais bien faire sa dans la semaine.

 

[kioraven]

Merci pour les liens des règles. Effectivement beaucoup moins chers mais il parle seulement de la résolution au micron pas de la précision. En tout cas le prix reste raisonnable. Et comme le dit Gaston la plus pars des CNC industriel et de grande précision n'ont pas de règles. Le fait que les industriels utilise cette solution me dit que je suis pas à coté de la plaque.

Pour répondre au sujet des pièces à usiner: pour des pièces d'horlogerie et la réalisation de petit moule et de micro-mécanique en générale.

 

[serge 91]

Re,

Pour la rigidité je parle par rapport à un granite standard.

Oui, mais les granits de métrologie sont pas "standards"

Et de caractéristiques très diverses

Si on compare les résistances à la compression et celles à la flexion, on se dit que le module de Young est à prendre avec des pincettes...
pour les matériaux parfaitement homogène OK, pour les autres, seule l'expérience a de la valeur. Et les marbres de métrologie sont pas fabriqués en "granite-époxy"...
Pour les moulages, bien sur ?

 

[serge 91]

Re,
Pour ce qui est de la précision au micron, je viens de faire un sujet.
https://www.usinages.com/threads/dilatation-thermique-le-test.114126/