misty soul
Apprenti
Bonjour à tous,
J'ai débuté dans le domaine de l'usinage à titre de loisir il y a une paire d'années. Je possède une petite fraiseuse Sieg SX2P
que je trouve bien adaptée à un débutant pour des projets de petite taille. Au fil des mois, j'ai apporté diverses modifications
à la machine. La dernière en date a consisté à corriger un grave défaut d'alignement entre l'axe de la broche et le déplacement
en Z sur la colonne (enfin, j'espère avoir corrigé le défaut, elle n'est pas totalement remontée au moment où j'écris ces lignes).
Ce défaut ne correspond pas à la perpendicularité entre le Z de la colonne et le plan X-Y de la table, mais bien entre deux
axes Z qui devraient idéalement être confondus : la broche d'une part et la colonne d'autre part. Bien sûr, on pourrait toujours
jouer sur la colonne (typiquement en insérant des cales entre la colonne et la base) pour amener soit l'axe de broche exactement
perpendiculaire à la table soit le déplacement de la tête le long de la colonne exactement perpendiculairement à la table, mais
si ces deux axes Z ne sont pas confondus, aligner l'un revient à désaligner l'autre. Avoir l'axe de broche perpendiculaire à la table
peut typiquement être réalisé en montant un comparateur sur un bras tenu dans la broche, en le faisant tourner pour palper la surface
de la table et en corrigeant la colonne jusqu'à ce que l'on trouve des valeurs identiques tout au long du cercle décrit par le comparateur.
Il y a des dizaines de tutoriels partout pour faire ça. C'est la propriété dont on a le plus besoin quand on fait du surfaçage par exemple
avec un flycutter. Si par contre on souhaite mettre un bloc parfaitement au carré, une méthode est de rectifier d'abord une face, puis
de tourner la pièce pour que cette face désormais plane soit verticale, et la palper en faisant monter et descendre la tête de la fraiseuse en Z
et brider la pièce une fois cette face parfaitement verticale. Mais là c'est le Z colonne qui devient notre référence, ce n'est plus le
Z broche et si les deux sont décalés, on aura un bloc en biais malgré un palpage précis. C'est justement comme ça que je me suis rendu
compte que ma fraiseuse avait un gros problème : je n'arrivais pas à faire des beaux cubes.
J'ai donc décidé de commencer par rendre ces deux axes Z confondus, l'étape suivante étant bien entendu de les rendre
perpendiculaires au X-Y de la table (ce qui n'est pas encore fait).
Pour mesurer le décalage entre les deux axes Z, j'ai opté pour la méthode suivante (il me semble que les anglo-saxons
l'appelle la Rollie's Dad's Method et l'utilisent en particulier sur les tours). Les deux schémas suivants montrent la
tête de la fraiseuse (les deux rectangles rouges) à deux hauteurs différentes zh (pour haut) et zb (pour bas) par rapport
à la colonne (gris clair) :
On installe dans la broche une barre de test (en gris sombre) Un comparateur placé à une position fixe
(mais arbitraire) par rapport à la colonne effectue les mesures vertes dh pour la position tête en haut
et db pour la position tête en bas. On change ensuite le comparateur de position pour mesurer eh et eb,
ce qui permettra d'améliorer la précision en ajoutant un second couple de mesure de l'autre côté de
l'axe. La position du zéro du comparateur (symbolisée par le rond à la base des flèches vertes de mesure)
n'a pas d'importance. Ce qui est important c'est que l'on ne bouge pas le comparateur entre les mesures
dh et db, ni entre les mesures eh et eb (mais évidemment on doit le bouger entre les mesures d et e, pour
le changer de côté). Dans la pratique, dh, db, eh et eb sont réalisées chacune en prenant la moyenne entre
les valeurs min et max données par le comparateur quand on fait tourner la barre de test en faisant tourner
la broche. On réalise donc huit mesures (dh_min, dh_max, db_min, db_max, eh_min, eh_max, eb_min et
eb_max). Si comme dans le schéma la broche n'est pas alignée avec la colonne (le schéma est évidemment
très exagéré), alors dh sera différent de db et eh sera différent de eb. Si l'alignement est parfait, toutes les
mesures d doivent être identiques quelle que soit la position de la tête, de même que les mesures e (mais
les mesures d seront différentes des mesures e car sauf exception on n'aura pas mis le comparateur dans
des positions parfaitement symétriques. L'astuce de la Rollie's Dad's Method, c'est bien de prendre comme
valeur de base la moyenne entre min et max, c'est fondamental. Ceci permet d'utiliser la méthode même si
la barre de test n'est pas totalement droite (elle peut former un arc sans que cela gêne). Il faut par contre
qu'elle soit rigide et de section bien ronde. La pente est liée aux différences db - dh (qui idéalement devrait
être égale à eh - eb) et zb - zh. Comme bien entendu les mesures ne sont pas parfaites, on n'a jamais dans
la pratique db - dh = eh - eb et là encore on prendra une moyenne pour améliorer la précision (et l'écart
entre les deux nous donne aussi une indication de la qualité de nos mesures).
La mesure est difficile à réaliser sur la fraiseuse montée, et de toute façon pour modifier les alignements, il
faut tout démonter. J'ai donc fait l'ensemble des mesures avec la colonne posée à l'horizontale sur un
établi, comme le montre la photo suivante :
La méthode s'applique en fait tout autant pour le décalage de la broche le long de l'axe Y de la fraiseuse (c'est à dire une rotation
non désirée de la broche autour de l'axe X, bref une tête qui pique du nez ou regarde en l'air), que pour le décalage de la broche
le long de l'axe X (c'est à dire une rotation non désirée de la broche autour de l'axe Y). Il y a là un piège ! Supposons par exemple
que la fraiseuse ait un décalage le long de X (mettons que le bas de la barre de test soit à un X plus négatif que le haut) et soit
parfaitement alignée en Y. Si vous mettez votre palpeur exactement à l'avant de la barre quand la tête est en haut (donc le palpeur
en bas, comme sur la photo ci-dessus) que vous mesurez votre dh, puis vous baissez votre tête (donc vous la poussez vers la gauche
dans la photo) et que vous mesurez votre db, vous observerez une valeur différente de dh alors qu'en réalité votre tête est bien
alignée en Y ! La raison est qu'une fois la tête en bas, le décalage en X de la broche fait que votre palpeur n'est plus exactement
sur le dessus de la barre mais un peu décalé sur le côté et comme la barre est cylindrique le palpeur voit un point plus bas. Bon,
cet effet est faible quand les mésalignements sont faibles (le décalage en X se fait tangentiellement au cylindre, et la chute du
palpeur correspond à une mesure perpendiculairement, c'est comme une erreur en cosinus). Si les mésalignements sont importants
(ou que vos mesures sont très précises), cela peut conduire quand même à des résultats que l'on a du mal à interpréter. En fait,
je me suis posé des questions pendant un bon moment sur mes premières mesures, qui n'étaient guère reproductibles.
Une autre source de confusion de cette méthode est le fait que sur le schéma les mesures de type d et de type e sont inversées
(le palpeur s'appuie soit sur l'avant soit sur l'arrière de la barre de test), et que les palpeurs en général inversent automatiquement
leur mesure. Au bout d'un moment, on ne sait plus qui est plus haut et qui est plus bas. Je me suis là encore fait piéger par ce
phénomène et avant de trouver la bonne méthode je ne comprenais plus ce qui se passait. En effet, en interprétant mal les
signes, je considérais que les mesures sur l'avant de la barre indiquait qu'elle penchait dans un sens alors que les mesures sur
l'arrière de la barre indiquaient qu'elle penchait dans l'autre sens. J'en arrivais à me demander si j'avais une fraiseuse en cône ...
Pour finalement résoudre mes problèmes, j'ai adopté comme convention le fait d'inverser le signe de mes mesures e, c'est à
dire que quand mon palpeur me donnait +32 µm, je notais -32µm sur mon tableau.
Le premier jeu de mesures réellement correct était assez vertigineux et expliquait bien mes problèmes de cubes tordus. Le long
de l'axe Y, le mésalignement était de près de 0.1mm pour un déplacement de tête de 200mm et le long de l'axe X il était de
0.25mm ! En X, l'erreur était tellement grande qu'en fait elle dépassait les capacités de mesure du palpeur (0.2mm de course).
Les petites fraiseuses Sieg ont une broche qui ne se déplace pas en Z, elle se contente de tourner. Le déplacement en Z se
fait uniquement en faisant monter ou descendre toute la tête de la fraiseuse le long de la colonne. La tête est cependant
constituée de deux blocs de fonderie : l'un à l'arrière avec les queues d'aronde qui s'engagent dans les glissières de la colonne,
et l'autre à l'avant qui porte la broche. Les schémas en haut de ce message montrent les deux blocs rouges, et les
photos suivantes les montrent plus précisément :
Il y a trois surfaces importantes, notées A, B et C dans le schéma. La face A est la face arrière de la partie porte broche.
Elle est plaquée contre la face B qui est à l'avant du bloc glissant sur la colonne et la face C correspond aux surfaces
glissantes des queues d'arondes. Les deux blocs sont fixés entre eux par quatre boulons.
Pour corriger un mésalignement le long de l'axe X (donc une rotation autour de Y), il « suffit » de dessérer les boulons,
de tourner le bloc porte-broche et de ressérer les boulons. Le problème est que l'on cherche à revenir dans des centièmes
et que pour accéder aux boulons il faut retirer la tête de la colonne.
Pour corriger un mésalignement le long de l'axe Y (donc une rotation autour de X), il faut faire pencher la tête. J'ai vu
plusieurs exemples sur le net de personnes qui utilisaient pour cela des feuilles de calage. Cette solution ne me
plaisait pas du tout. La fraiseuse est déjà très flexible et l'idée que les deux blocs constituant la tête ne seraient en
contact que par quelques points à cause des cales m'incitait à penser que tout allait bouger très vite. J'ai donc
opté pour une solution plus radicale et beaucoup (mais vraiment beaucoup) plus longue : gratter les surfaces pour
les amener dans l'orientation que je voulais. Comme en plus je cherchais à compenser 0.1mm/200mm, cela voulait
dire gratter ... profondément l'une des faces A, B ou C.
La première étape a été de rendre les trois surfaces le plus planes possibles, afin au moins de pouvoir mesurer
d'où je partais pour ensuite savoir quand j'aurais la bonne pente. Cela a pris quelques jours, les surfaces
d'origine n'étant pas terribles. J'ai obtenu ça :
J'ai eu la surprise de découvrir que les surfaces B et C étaient relativement parallèles. Le défaut était donc entre la
face A et l'axe de broche. Changer la face A était cependant compliqué car aucune surface de référence n'était
disponible pour mesurer l'orientation de cette face. À l'avant de la tête, il y a de la peinture (et un autocollant, mais
ça j'aurais pû l'enlever). N'ayant pas le courage de gratter la face avant juste pour qu'elle serve de référence, j'ai
donc décidé de corriger l'inclinaison en corrigeant la face B, car je pouvais toujours poser le bloc arrière sur le
marbre, posé sur les faces désormais bien planes des queues d'aronde et palper les coins de la face B pour les
amener aux hauteurs qui m'intéressaient. Le bloc faisant 110mm de haut, pour compenser une pente de 0.1mm/200mm,
il fallait descendre deux coins de 0.1 * 110 / 200 = 5.5 centièmes. Je ne pouvais pas faire ça en grattant (cela m'aurait
pris des mois). Je ne pouvais pas faire ça à la fraiseuse (la tête ne peut se fraiser elle-même). Je ne pouvais pas
faire ça au tour (également un petit Sieg) car d'une part la tête était trop grosse et d'autre part je ne pouvais pas
la brider sur le plateau. J'ai donc fait ça à la lime. Inutile de dire qu'ensuite passer directement de la lime au grattage,
ce n'est pas idéal. On saute directement du millimètre au micron.
Bien entendu, une fois que j'ai descendu mes deux coins en gros dans la bonne plage, puis commencé le grattage,
j'ai fait 24 passes de grattage avant de me rendre compte... que j'avais baissé les mauvais coins. À l'origine, ma
fraiseuse avait une tête qui piquait du nez, donc pour la redresser, j'aurais du réduire l'épaisseur du bloc arrière en
limant les deux coins du haut. J'avais limé les deux coins du bas. Là j'ai tout posé et je suis rentré à la maison.
Je pense que c'est le bon moment pour terminer ce message. Je vous raconterais la suite plus tard.
J'ai débuté dans le domaine de l'usinage à titre de loisir il y a une paire d'années. Je possède une petite fraiseuse Sieg SX2P
que je trouve bien adaptée à un débutant pour des projets de petite taille. Au fil des mois, j'ai apporté diverses modifications
à la machine. La dernière en date a consisté à corriger un grave défaut d'alignement entre l'axe de la broche et le déplacement
en Z sur la colonne (enfin, j'espère avoir corrigé le défaut, elle n'est pas totalement remontée au moment où j'écris ces lignes).
Ce défaut ne correspond pas à la perpendicularité entre le Z de la colonne et le plan X-Y de la table, mais bien entre deux
axes Z qui devraient idéalement être confondus : la broche d'une part et la colonne d'autre part. Bien sûr, on pourrait toujours
jouer sur la colonne (typiquement en insérant des cales entre la colonne et la base) pour amener soit l'axe de broche exactement
perpendiculaire à la table soit le déplacement de la tête le long de la colonne exactement perpendiculairement à la table, mais
si ces deux axes Z ne sont pas confondus, aligner l'un revient à désaligner l'autre. Avoir l'axe de broche perpendiculaire à la table
peut typiquement être réalisé en montant un comparateur sur un bras tenu dans la broche, en le faisant tourner pour palper la surface
de la table et en corrigeant la colonne jusqu'à ce que l'on trouve des valeurs identiques tout au long du cercle décrit par le comparateur.
Il y a des dizaines de tutoriels partout pour faire ça. C'est la propriété dont on a le plus besoin quand on fait du surfaçage par exemple
avec un flycutter. Si par contre on souhaite mettre un bloc parfaitement au carré, une méthode est de rectifier d'abord une face, puis
de tourner la pièce pour que cette face désormais plane soit verticale, et la palper en faisant monter et descendre la tête de la fraiseuse en Z
et brider la pièce une fois cette face parfaitement verticale. Mais là c'est le Z colonne qui devient notre référence, ce n'est plus le
Z broche et si les deux sont décalés, on aura un bloc en biais malgré un palpage précis. C'est justement comme ça que je me suis rendu
compte que ma fraiseuse avait un gros problème : je n'arrivais pas à faire des beaux cubes.
J'ai donc décidé de commencer par rendre ces deux axes Z confondus, l'étape suivante étant bien entendu de les rendre
perpendiculaires au X-Y de la table (ce qui n'est pas encore fait).
Pour mesurer le décalage entre les deux axes Z, j'ai opté pour la méthode suivante (il me semble que les anglo-saxons
l'appelle la Rollie's Dad's Method et l'utilisent en particulier sur les tours). Les deux schémas suivants montrent la
tête de la fraiseuse (les deux rectangles rouges) à deux hauteurs différentes zh (pour haut) et zb (pour bas) par rapport
à la colonne (gris clair) :
On installe dans la broche une barre de test (en gris sombre) Un comparateur placé à une position fixe
(mais arbitraire) par rapport à la colonne effectue les mesures vertes dh pour la position tête en haut
et db pour la position tête en bas. On change ensuite le comparateur de position pour mesurer eh et eb,
ce qui permettra d'améliorer la précision en ajoutant un second couple de mesure de l'autre côté de
l'axe. La position du zéro du comparateur (symbolisée par le rond à la base des flèches vertes de mesure)
n'a pas d'importance. Ce qui est important c'est que l'on ne bouge pas le comparateur entre les mesures
dh et db, ni entre les mesures eh et eb (mais évidemment on doit le bouger entre les mesures d et e, pour
le changer de côté). Dans la pratique, dh, db, eh et eb sont réalisées chacune en prenant la moyenne entre
les valeurs min et max données par le comparateur quand on fait tourner la barre de test en faisant tourner
la broche. On réalise donc huit mesures (dh_min, dh_max, db_min, db_max, eh_min, eh_max, eb_min et
eb_max). Si comme dans le schéma la broche n'est pas alignée avec la colonne (le schéma est évidemment
très exagéré), alors dh sera différent de db et eh sera différent de eb. Si l'alignement est parfait, toutes les
mesures d doivent être identiques quelle que soit la position de la tête, de même que les mesures e (mais
les mesures d seront différentes des mesures e car sauf exception on n'aura pas mis le comparateur dans
des positions parfaitement symétriques. L'astuce de la Rollie's Dad's Method, c'est bien de prendre comme
valeur de base la moyenne entre min et max, c'est fondamental. Ceci permet d'utiliser la méthode même si
la barre de test n'est pas totalement droite (elle peut former un arc sans que cela gêne). Il faut par contre
qu'elle soit rigide et de section bien ronde. La pente est liée aux différences db - dh (qui idéalement devrait
être égale à eh - eb) et zb - zh. Comme bien entendu les mesures ne sont pas parfaites, on n'a jamais dans
la pratique db - dh = eh - eb et là encore on prendra une moyenne pour améliorer la précision (et l'écart
entre les deux nous donne aussi une indication de la qualité de nos mesures).
La mesure est difficile à réaliser sur la fraiseuse montée, et de toute façon pour modifier les alignements, il
faut tout démonter. J'ai donc fait l'ensemble des mesures avec la colonne posée à l'horizontale sur un
établi, comme le montre la photo suivante :
La méthode s'applique en fait tout autant pour le décalage de la broche le long de l'axe Y de la fraiseuse (c'est à dire une rotation
non désirée de la broche autour de l'axe X, bref une tête qui pique du nez ou regarde en l'air), que pour le décalage de la broche
le long de l'axe X (c'est à dire une rotation non désirée de la broche autour de l'axe Y). Il y a là un piège ! Supposons par exemple
que la fraiseuse ait un décalage le long de X (mettons que le bas de la barre de test soit à un X plus négatif que le haut) et soit
parfaitement alignée en Y. Si vous mettez votre palpeur exactement à l'avant de la barre quand la tête est en haut (donc le palpeur
en bas, comme sur la photo ci-dessus) que vous mesurez votre dh, puis vous baissez votre tête (donc vous la poussez vers la gauche
dans la photo) et que vous mesurez votre db, vous observerez une valeur différente de dh alors qu'en réalité votre tête est bien
alignée en Y ! La raison est qu'une fois la tête en bas, le décalage en X de la broche fait que votre palpeur n'est plus exactement
sur le dessus de la barre mais un peu décalé sur le côté et comme la barre est cylindrique le palpeur voit un point plus bas. Bon,
cet effet est faible quand les mésalignements sont faibles (le décalage en X se fait tangentiellement au cylindre, et la chute du
palpeur correspond à une mesure perpendiculairement, c'est comme une erreur en cosinus). Si les mésalignements sont importants
(ou que vos mesures sont très précises), cela peut conduire quand même à des résultats que l'on a du mal à interpréter. En fait,
je me suis posé des questions pendant un bon moment sur mes premières mesures, qui n'étaient guère reproductibles.
Une autre source de confusion de cette méthode est le fait que sur le schéma les mesures de type d et de type e sont inversées
(le palpeur s'appuie soit sur l'avant soit sur l'arrière de la barre de test), et que les palpeurs en général inversent automatiquement
leur mesure. Au bout d'un moment, on ne sait plus qui est plus haut et qui est plus bas. Je me suis là encore fait piéger par ce
phénomène et avant de trouver la bonne méthode je ne comprenais plus ce qui se passait. En effet, en interprétant mal les
signes, je considérais que les mesures sur l'avant de la barre indiquait qu'elle penchait dans un sens alors que les mesures sur
l'arrière de la barre indiquaient qu'elle penchait dans l'autre sens. J'en arrivais à me demander si j'avais une fraiseuse en cône ...
Pour finalement résoudre mes problèmes, j'ai adopté comme convention le fait d'inverser le signe de mes mesures e, c'est à
dire que quand mon palpeur me donnait +32 µm, je notais -32µm sur mon tableau.
Le premier jeu de mesures réellement correct était assez vertigineux et expliquait bien mes problèmes de cubes tordus. Le long
de l'axe Y, le mésalignement était de près de 0.1mm pour un déplacement de tête de 200mm et le long de l'axe X il était de
0.25mm ! En X, l'erreur était tellement grande qu'en fait elle dépassait les capacités de mesure du palpeur (0.2mm de course).
Les petites fraiseuses Sieg ont une broche qui ne se déplace pas en Z, elle se contente de tourner. Le déplacement en Z se
fait uniquement en faisant monter ou descendre toute la tête de la fraiseuse le long de la colonne. La tête est cependant
constituée de deux blocs de fonderie : l'un à l'arrière avec les queues d'aronde qui s'engagent dans les glissières de la colonne,
et l'autre à l'avant qui porte la broche. Les schémas en haut de ce message montrent les deux blocs rouges, et les
photos suivantes les montrent plus précisément :
Il y a trois surfaces importantes, notées A, B et C dans le schéma. La face A est la face arrière de la partie porte broche.
Elle est plaquée contre la face B qui est à l'avant du bloc glissant sur la colonne et la face C correspond aux surfaces
glissantes des queues d'arondes. Les deux blocs sont fixés entre eux par quatre boulons.
Pour corriger un mésalignement le long de l'axe X (donc une rotation autour de Y), il « suffit » de dessérer les boulons,
de tourner le bloc porte-broche et de ressérer les boulons. Le problème est que l'on cherche à revenir dans des centièmes
et que pour accéder aux boulons il faut retirer la tête de la colonne.
Pour corriger un mésalignement le long de l'axe Y (donc une rotation autour de X), il faut faire pencher la tête. J'ai vu
plusieurs exemples sur le net de personnes qui utilisaient pour cela des feuilles de calage. Cette solution ne me
plaisait pas du tout. La fraiseuse est déjà très flexible et l'idée que les deux blocs constituant la tête ne seraient en
contact que par quelques points à cause des cales m'incitait à penser que tout allait bouger très vite. J'ai donc
opté pour une solution plus radicale et beaucoup (mais vraiment beaucoup) plus longue : gratter les surfaces pour
les amener dans l'orientation que je voulais. Comme en plus je cherchais à compenser 0.1mm/200mm, cela voulait
dire gratter ... profondément l'une des faces A, B ou C.
La première étape a été de rendre les trois surfaces le plus planes possibles, afin au moins de pouvoir mesurer
d'où je partais pour ensuite savoir quand j'aurais la bonne pente. Cela a pris quelques jours, les surfaces
d'origine n'étant pas terribles. J'ai obtenu ça :
J'ai eu la surprise de découvrir que les surfaces B et C étaient relativement parallèles. Le défaut était donc entre la
face A et l'axe de broche. Changer la face A était cependant compliqué car aucune surface de référence n'était
disponible pour mesurer l'orientation de cette face. À l'avant de la tête, il y a de la peinture (et un autocollant, mais
ça j'aurais pû l'enlever). N'ayant pas le courage de gratter la face avant juste pour qu'elle serve de référence, j'ai
donc décidé de corriger l'inclinaison en corrigeant la face B, car je pouvais toujours poser le bloc arrière sur le
marbre, posé sur les faces désormais bien planes des queues d'aronde et palper les coins de la face B pour les
amener aux hauteurs qui m'intéressaient. Le bloc faisant 110mm de haut, pour compenser une pente de 0.1mm/200mm,
il fallait descendre deux coins de 0.1 * 110 / 200 = 5.5 centièmes. Je ne pouvais pas faire ça en grattant (cela m'aurait
pris des mois). Je ne pouvais pas faire ça à la fraiseuse (la tête ne peut se fraiser elle-même). Je ne pouvais pas
faire ça au tour (également un petit Sieg) car d'une part la tête était trop grosse et d'autre part je ne pouvais pas
la brider sur le plateau. J'ai donc fait ça à la lime. Inutile de dire qu'ensuite passer directement de la lime au grattage,
ce n'est pas idéal. On saute directement du millimètre au micron.
Bien entendu, une fois que j'ai descendu mes deux coins en gros dans la bonne plage, puis commencé le grattage,
j'ai fait 24 passes de grattage avant de me rendre compte... que j'avais baissé les mauvais coins. À l'origine, ma
fraiseuse avait une tête qui piquait du nez, donc pour la redresser, j'aurais du réduire l'épaisseur du bloc arrière en
limant les deux coins du haut. J'avais limé les deux coins du bas. Là j'ai tout posé et je suis rentré à la maison.
Je pense que c'est le bon moment pour terminer ce message. Je vous raconterais la suite plus tard.
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