Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une future

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

cette petite fraiseuse a le defaut de toutes les fraiseuse classique : la table depasse tantot a droite tantot a gauche ... en rigididité ça fait ce que ça peut ... c'est bon quand on fait du petit travail sur une grosse fraiseuse

les très grosse fraiseuse qui font des très grosse piece ont la table fixe , et la broche qui se deplace

ton projet de machine poura etre meilleur que toutes les petites fraiseuse si il n'y a pas de point faible dans la realisation

ça pourait même faire une bonne rectifieuse !

la fonction rectifieuse est interressante sur une CNC avec des rail a bille qui supportent bien les mouvement rapide repeté : il ne reste qu'a bien prevoir la protection contre la poussiere

de toute façon la protection contre la poussiere est importante : les petite cnc sans protection qui broyent les copeaux dans les rail a bille ne peuvent pas durer longtemps

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

moissan a dit:

cette petite fraiseuse a le defaut de toutes les fraiseuse classique : la table depasse tantot a droite tantot a gauche ...

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Certes, mais il y a de la longueur de dispo dans l'atelier de Patrick, et ça usine toujours au milieu, là ou c'est le plus rigide ... Mais ça reste évidement une machine pour hobbyste.

Pour la tenue du rail IKO LRXG25C1T1HS2 : C'est du très beau matériel !
Voir la pièce jointe IKO NIPPON THOMPSON Linear Roller Way Super MX.pdfetVoir la pièce jointe Linear roller way super X.pdf Page II-172 : La charge statique C0 est de 70300 N, T0 = 1040 N.m, Tx et Ty = 885/5380 N.m

Pour la charge statique : les 120 Kg à 450mm, équilibrés par le 2ème rail distant de 250 mm, ça fait 216kg/2= 108 Kg à l'arrachement sur le 2ème rail (on tient 7t), et 108 + 60= 168Kg en compression sur le 1er... il y a beaucoup de marge.
Pour le couple T0 : Ben, il y en a pas (puisque 2 rails). Pour les autres moments statiques Tx et Ty, il faudra avancer dans l'étude, mais je ne suis pas inquiet.
Donc à mon avis, aucun problème.

Carlos78

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

Bonjour Yannick,

Ce sera dur de trouver les rails pour les patins IKO, d'autant plus que dans la réference, le S2 à la fin signifie si j'ai bien compris un appairage des patins avec le rail.

Si tu pars sur des rails taille 15 : le C0 = 5900 N, Le M0 = 45 N.m, les Mx et My = 21.5 N.m, c'est beaucoup moins performant que les IKO talle 25.
Exemple 2 x rails (HSR15A-L1060)
Dans l'absolue ils devraient convenir, mais ils me paraissent à priori "petits" par rapport à la machine dont on ne connait pour le moment que la section 400x400 de la poutre principale.
Si les moyens financiers le permettent, je partirais sur des rails à billes taille 20.
Exemple 2 x rails (SR20W-L1450)

Carlos78

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

Ce qui manque dans la doc rexroth, c'est la déflexion sous charge des rails de 15mm. Il n'y a que celle des rails de 35mm. en gros 40µ sous la moitié de la charge C0. Si on applique grosso modo le même genre de calcul sur les rails de 15 avec les chiffres de carlos78, on peut estimer que le rail chargé va s'abaisser de 25µ, et le rail éloigné va se lever de 15µ. Ce qui va donner au bout de la broche (25/(250)) * (250+450) = 70µ et (15/250)*450 = 27µ = 97µ. Le bout de la broche va fléchir de 1/10mm simplement par la déformation des rails sous son propre poids. Mais bon, 120 kg ,c'est du lourd quand même.

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

Bonjour,
Toutes ces dernières réflexions étayent mon propos du début à savoir que cette géométrie de machine est faisable mais conduit à des dépenses supérieures à celles qu'engendraient des solutions plus traditionnelles, à performances égales.
Stan

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

François : Je ne comprend pas ton calcul de déflexion sous charge des rails. Je pense qu'il y a deflexion, donc flexion, du rail uniquement si son support fléchi. Pour le moment, la section de poutre porteuse de 400x400 ... m'impressionne toujours autant, et je pense qu'elle va même pas les sentir les 120Kg.

Stanloc : Pour le prix, c'est trop tôt pour comparer valablement cette solution à des solutions plus classiques. C'est sur qu'une "chute" d'acier de 225Kg à 2€/Kg + le port, ça commence à faire un trou au porte-monnaie.

Carlos78

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

Bonjour,

Je suis d'accord avec françois59, il met le doigt sur un paramètre qui n'est pas souvent abordé dans la conception des cnc amateurs, la rigidité des éléments de liaison.
On voit souvent des calculs de flexion de poutre, ou des analyses par éléments finis, mais je n'ai jamais vu jusqu'à présent de conceptions qui tiennent compte de la déformation des roulements, vis, rails,...
C'est bien de cela dont parle François59 je pense, et qui me ferait préférer les rails à rouleaux pour l'axe Y, pas tellement pour leur capacité à la charge, mais plutôt pour leur rigidité. Dans les rails à bille, le contact étant quasi ponctuel, la déformation à charge égale est bien plus grande qu'avec un rail à rouleaux de même taille, dans lequel le contact sera linéique.
Les valeurs de rigidité sont généralement un peu plus difficiles à trouver dans les docs, il faut parfois contacter le fabricant, elles sont généralement données en N/um selon chaque axe et en Nm/rad pour les moments principaux. Vu le niveau d'interaction, pour avoir des résultats tangibles, il devient nécessaire de faire de la modélisation par élément fini bien paramétré mais les propriétés des rails donnent déjà une bonne idée.

Je votes donc pour les rails à rouleaux sur cet axe, qui est critique.

Pour la tête de 120 kg, d'où vient ce chiffre? Une électro-broche de quelques kW pèse bien moins lourd, est-ce un élément de récupération?

Pour l'architecture, moi j'aime bien, ça ouvre des perspectives qu'une structure avec appui des deux côtés ne permet pas, on ne peut donc comparer les performances, reste à voir si cette fonctionnalité supplémentaire est nécessaire, seul Yannick peut en juger.

Voici un petit exemple d'une machine qui fait face aux mêmes types de problèmes de porte-à-faux, et avec deux axes supplémentaires.
Inutile de dire qu'elle n'usine pas de l'acier, mais la construction est légère par rapport au volume usinable, il y a peut-être des idées à prendre:


Bonne journée.

François

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

Bonjour,
j'ai lu le post avec interet, et je suis content de voir qu'il y a des gens qui bousculent les traditions, qui ne s'arretent pas a une architecture type parce que quelques uns ont decreté que c'etait le mieux.
je ne travaille que sur des machines a belier (hermle h1001 et h1200, dmu50ev) et elles ont fait leur preuves.
une construction en acier plutot qu'en alu, je trouve le choix interressant aussi bien du point de vu rigidite que financier.
je vais suivre ce post et j'espere que ce projet sera mené a son terme!
continue!

a plus
pascal

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

carlos78 a dit:

Stanloc : Pour le prix, c'est trop tôt pour comparer valablement cette solution à des solutions plus classiques. C'est sur qu'une "chute" d'acier de 225Kg à 2€/Kg + le port, ça commence à faire un trou au porte-monnaie.

Carlos78

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Tu ne lis pas les messages en entier ????? Il est question de rails dont la section confortable serait du 25 mm et qui pour des raisons de prix pourraient tomber à 15 mm et maintenant il est question non plus de circulation de billes mais de rouleaux ?????????????????
La capacité de charge des guidages linéaires proposée par un fabricant tient compte de tous les paramètres comme la rigidité et la limite avant que des billes ne viennent laisser leur empreinte dans le rail . Je l'ai très souvent vu sur platines MicroControle.
J'avais mis une photocopie(issue du catalogue MicroControle) d'ailleurs rappelant l'importance à calculer correctement les moments de basculement qui ont vite fait de faire dépasser les capacités de charge des guidages linéaires à billes.
Pour faire un guidage linéaire utilisant des éléments roulants on passe successivement des billes aux rouleaux puis aux aiguilles pour en augmenter la capacité de charge.
Stan

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

c'est bien le probleme des guidage roulant : quand on depasse la charge maxi même pendant tres peu de temps c'est mort !

c'est facile pour une petite machine legere , on ne se ruine pas en mettant des guidage a bille largement plus solide que le reste de la machine

c'est plus grave quand on fait une grosse machine , et qu'on recule devant la depense de rail a bille de la bonne dimension

c'est ce qui me fait preferer des guidage a frottement , et mettre l'argent que j'economise sur les rail dans des moteur plus puissant

ça peut laisser esperer la même performance , sauf que quel que soit les fausse maneuvre et les surcharge les guidage frottant ne lacheront pas ... helas en usage intensif avec grande vitesse de deplacement ça s'usera ... on ne peut pas avoir le beurre et l'argent du beure

enfin on peut aussi mettre une bonne lubrification centralisé pour reduire l'usure

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

Stanloc, je crois qu'il y a confusion,

Yannick dispose déjà de patins à recirculation de rouleaux, en taille 25, ce sont les premiers (de marque Iko/Thompson) qu'il nous a présenté, il ne possède malheureusement pas les rails, qui lui coûteraient 500€ la paire chez son fournisseur. Il a par contre des ensembles complets patins/rail à recirculation de billes (de marque Bosch/Rexroth) en taille 15.

On est tous d'accord que la capacité de charge donnée par le fabricant est calculée, de manière analogue aux roulements, pour permettre une utilisation sans risque de déformation permanente et assurer une durée de vie donnée (pour la charge de base je crois que c'est en général 50km).
Ici le gros avantage des rouleaux est que, dans le cadre de leur utilisation normale, ils se déformeront nettement moins que leurs homologues à billes pour une charge donnée et une taille de patins identique. Quand on regarde les documentations, la charge maximum sur les systèmes à rouleaux n'est pas énormément plus grande (c'est relatif), par contre les constantes de rigidité linéaires et torsionnelles sont bien supérieures, la déformation des éléments roulants étant plus faible pour les rouleaux.
Ca n'a pas d'impact sur la possible ruine de la structure, mais le but d'une machine outils va au-delà de savoir reprendre la charge sans se déformer plastiquement, il faut qu'elle reprenne la charge en se déformant le moins possible!
Vu la fonction critique du guidage Y dans le modèle de Yannick (mis en évidence par francois59), il faut qu'il se déforme très peu, la résistance aux contraintes n'est qu'un problème assez secondaire, qui sera largement réglé, comme l'a montré par le calcul carlos78.

Je veux bien faire une machine en bambou qui supporte un effort d'usinage de 10kN dans toutes les directions, mais pour laquelle l'outil se trouve à plusieurs centimètres du point voulu lors d'un usinage, tout en étant sûr qu'elle reprend sa forme initiale une fois l'effort disparu, ça serait une machine résistante, mais pas précise...

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

carlos78 a dit:

François : Je ne comprend pas ton calcul de déflexion sous charge des rails. Je pense qu'il y a deflexion, donc flexion, du rail uniquement si son support fléchi. Pour le moment, la section de poutre porteuse de 400x400 ... m'impressionne toujours autant, et je pense qu'elle va même pas les sentir les 120Kg.

Carlos78

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Non, non, je parlais bien de la déformation des billes sous charge, et de la déformation du chemin de roulement que ca soit dans le patin ou dans le rail. Ce n'est pas grand chose 25µ pour 160 kg. Mais la géométrie de la machine fait que les déformations sont amplifiées. Et la poutre, même de 400*400 va se déformer aussi. Pareil, pas grand chose. Pour info, une règle de précision de 1m, classe 0, tolérance 12µ, se déforme de 16µ uniquement sous son propre poids quand on la tient par les extrémités.

De même les vis qui maintiennent le rail extérieur en arrachement.

Le problème est la géométrie de la machine qui fait que toutes ces micro déformations (on parle en centièmes de mm = 10µ) vont être amplifiés pour se terminer par des dixièmes seulement de précision.

Une masse répartie au milieu de 4 patins. M/4 sur chaque patin, et moyenne des déformations.

Une masse en porte à faux sur 4 patins, avec porte à faux = écartement des rails:
rail le plus loin : effort masse M, donc M/2 par patin. on a doublé par rapport à la masse au milieu.
rail au centre : effort masse 2M, donc M par patin. On a quadruplé par rapport à la masse au milieu.

Maintenant : jeu. On considère que l'ensemble pivote sur le rail extérieur : avec le bras de levier, l'affaissement de la charge = 2 fois l'affaissement du rail du milieu. Manque de bol, c'est celui qui est 4* plus chargé. Ensuite, ce n'est pas fini: on considère que l'ensemble pivote sur le rail central. la charge va s'abaisser de ce que le rail extérieur va se lever. Et re manque de bol : les 2 déplacements vont s'additionner.

Donc, oui, on peut faire du porte à faux. Ca a des avantages d'accessibilité, mais c'est très cher. Dans l'exemple des fraiseuses amateur made in china que j'avais donné, pour passer de 160mm de porte à faux à 250mm, le poids de la machine est passé de 60kg à 480 kg.


Dans cette machine à largeur maxi imposée de 800 mm, tout dépend de la course souhaitée en Y de l'outil par rapport à la table. Et pour l'instant, je n'ai pas très bien compris ce que l'on voulait. Du peu que j'ai compris, avec la poutre de 400*400, il ne reste que 400mm pour le porte broche pour se mouvoir en Y. Moins la largeur du porte broche de 200mm dans les dessins initiaux. Donc ne reste que 200mm de course utile de l'outil en Y. Je trouve la solution bien compliquée et bien chère pour seulement 200mm de course d'outil en Y.

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

??????????

Les propositions 1A, 1B,3A dépassent probablement les 800mm et ne peuvent pas être mises contre un mur

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

Merci François pour les explications. Il faudrait des patins avec une précharge de 0.02 C0 (ou mieux encore de 0.05 C0) pour réduire les jeux, et surtout pas des patins standards.
Pour l'affaissement de la poutre (sans le béton), sa flèche au milieu est de 0.002mm par son poids et environ la même chose avec une charge ponctuelle de 120 DaN en son milieu : total 0.004mm (sauf erreur)
Sinon, je comprend moi aussi que la course en Y est de de 200 mm.

Carlos78

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

ont trouve le même inconvenient que le caniveau , mais uniquement d'un coté : si la broche est grosse elle bute contre le bord et limite la course utile

donc tant qu'a avoir une structure ouverte , autant faire vraiment ouvert ! mettre le guidage X plus bas que la table et avoir du degagement possible dans tous les sens : donc la broche peut fraiser toute la surface de la table

et on va arriver a la version en tube carré , d'une fraiseuse que j'ai en tête depuis longtemps en version fonte

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

carlos78 a dit:

Pour l'affaissement de la poutre (sans le béton), sa flèche au milieu est de 0.002mm par son poids et environ la même chose avec une charge ponctuelle de 120 DaN en son milieu : total 0.004mm (sauf erreur)

Carlos78

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Attentions aux limites de calculs et hypothèses simplificatrices.

Prenez votre petit logiciel ou votre feuille de calcul. Imaginez maintenant un plat de 400mm de long, 10mm d'épaisseur et 500 mm de large. Appliquez une charge ponctuelle de 120 DaN au milieu. Extrémités encastrée ou appuyées au choix. Calculez la flèche.

Imaginez maintenant que cette plaque est la face supérieure de votre tube de 400*400. Et redites moi qu'au point d'appui de la charge ponctuelle sur la poutre de 400mm*400mm, la déformation n'est que de 4µ.

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

Salut à tous,

1) Les versions qui applique la flexion sur le voile ont ma préférence à ceux qui l'appliquent sur les ailes => moindre risque de vrillage.
2) Les versions qui les patins de 2 axes superposés sur une plaque intermédiaire n'ont pas ma préférence: déport + empilage des sources de jeu.

Ma préférence irait vers le 3b, en y rajoutant la remarque de Moissan concernant l'effet caniveau.

Mettre sur un carré de 400 permet de placer les rails au plus haut => rigidité
Mettre sous la table permet plus de balayage de la table, mais augmente la hauteur et le porte à faux.

Ma préférence irait donc malgré tout vers la version avec tube carré. La broche pourrait être placée au plus près du bord pour un déport minimum.

La zone de travail de la table serait éloignée d'environ 80mm (à vue de nez) du tube carré.

Pour tout vous dire c'est aussi une configuration que j'envisage, avec, en lieu et place du tube carré, un banc de tour, et en lieu et place du Y, un trainard et son transversal aménagés. Le X serait fixé comme l'on fixe une équerre de fraisage, mais vers l'avant, avec une descente frontale.

Cdlt,
Yanik

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

les rail de guidage doivent etre le plus près possible du point a usiner , pas forcement près du haut de la broche

donc le rail X n'est pas si bien que ça en haut du tube carré a coté de la table

si le tube carré sert de table , la coulisse X peut etre sur le coté de ce tube ... la coulisse Z entre le bas et le haut ... puis la coulisse Y pour fermer la boucle

ces dessin sont fait avec des U mais la aussi il faudra les remplacer par des tube carré

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

François : dans ma phrase le mot milieu s'applique au milieu de la portée de 1,8m et non au milieu de la largeur 400 mm.
Les charges ponctuelles ne seront pas appliquées au milieu de la largeur, mais à proximité des parois, ce qui réduit l'effet tambour.
Le calcul que j'ai fait n'a évidement aucune prétention, c'est très simplificateur, mais ça permet d'avoir un ordre d'idée de la flèche statique de la poutre.
Je précise que l'hypothèse choisie donne une flèche statique maxi (appui aux 2 extrémités), la même poutre encastrée aurait une flêche 4 fois plus petite ... mais ce serait une mauvaise hypothèse, car la poutre ne sera pas encastrée, mais probablement posée sur des pieds.

Je vais me pencher maintenant sur les nombreuses propositions de Yannick ...

Carlos78

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

Yannick : Mon travail aujoud'hui c'est retraité, mais j'ai eu une carrière de 40 ans de BE (bureau d'études) dans une grande entreprise.
Au début de ma carrière les calculs se faisaient au BE avec une règle de calcul et en utilisant les tables de trigonométrie.
Mon livre de réference a toujours été (comme Stanloc) le MULLER pour les calculs et le CHEVALIER comme guide du dessinateur industriel.
C'est un peu pour cela que j'ai cette manie de faire systématiquement quelques petits calculs, histoire de voir sur quel chemin on est.

Pour ce qui est des 6 solutions présentées :
mes préferences vont vers 2 solutions qui ne sont pas malheureusement compatibles de la largeur de 800 mm La 1A et la 3A. Ce sont 2 machines totalement différentes qui n'ont pas le même volume usinable (la 3A c'est une variante de la machine de la video de Cantause).
La 1A me parait la mieux adaptée à tes besoins, mais le U du bras mériterait à être tourné de 90° (comme sur la 1B) et doublé pour obtenir un IPN, ou mieux encore utiliser comme le propose Moissan une section carrée. Elle me fait penser à un étau-limeur sur rails.
Je verrais bien du 200x200 sur une semelle épaisse de 300x300 pour le plateu mixte X/Y et une autre de 250x250 pour le plateau du Z (l'idéal serait que ces semelles soient soudées sur le tube, puis qu'il y ait une reprise d'usinage en fraisage des portées des rails du Y et des patins du Z).
Les variantes respectives 2B et 3B limitent la course en Y (ce qui est bien dommage), mais restent dans les 800mm ...
La1B ne m'inspire pas du tout, et la 2A utilise mal la course en Y.
Il me semble que la poutre ne fait plus 400x400 (je dirais 300x300) : Ca me parait mieux adapté.

Carlos78

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

les marbre ne sont pas en marbre mais en granit

le module d'elasticité du granit est moins bon que l'acier : ce n'est bon que parce qu'on en met très epais

la qualité du granit n'est pas la rigidité superieure , mais la stabilité dimensionnelle : les micron ne se sauvent pas avec les tension internes et la dilatation

le granit est très utilisé pour les machine a mesurer , justement pour la stabilité dimensionnelle , mais sans etre gené par le point faible du granit : la difficulté de faire des fixation solide

les tubes carré en acier sont bon pour la rigidité et une precision moyenne ... même sans faire de soudure il ont des tension interne qui feront des deformations pendant la vie de la machine

dans les catalogue de fabricant de tube on voit des difference entre tube profilé a froid ou a chaud : a froid il y a beaucoup plus de tension interne ... mais de toute façon en grosse dimension il n'existe que profilé a chaud

si la machine doit couper les centieme en 4 il n'y a que la fonte

un bati en granit ou en beton ne me parait utile que si tout le reste est en fonte

Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut

Avant d'aller bosser un peu sur ma petite fraiseuse, un exemple modifié de la version 1A :
Carlos78