SIEG SX2P - perpendicularité des axes X et Y

  • Auteur de la discussion misty soul
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misty soul
misty soul
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23 Fev 2016
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Après avoir aligné correctement les axes Z broche et Z colonne de ma fraiseuse (voir la discussion SIEG SX2P - Alignement broche sur colonne), je me suis lancé dans l'alignement des axes X et Y.

La structure de ces petites machines est très simple : une pièce de fonderie constitue le socle sur lequel sont usinés les glissières en Y et les bossages qui supportent la colonne. Sur les glissières, le coulisseau en Y se déplacera, sa face inférieure constituant les queues d'aronde en Y et sa face supérieure portant à 90° les glissières en X. Sur ce second jeu de glissières, la table se déplacera en X. À l'arrière, la colonne comporte les glissières en Z sur lesquels la tête montera et descendra (voir la discussion référencée ci-dessus pour des détails). Pour les mouvements dans le plan, il n'y a donc que trois pièces en jeu : le socle en bas, la table en haut, et le coulisseau entre les deux.

Comme je l'avais écrit dans la discussion précédente, mon problème initial était lié au Z qui était décalé par rapport à un peu tout. Ni le Z broche ni le Z colonne n'étaient vraiment perpendiculaires au plan de la table. J'avais donc commencé par rendre ces deux Z confondus, mais il restait à mettre tout ça perpendiculaire au plan X-Y de la table. Bien entendu, tout comme lors de l'installation de base les Z broche et colonne n'étaient pas confondus, le plan X-Y de la table (disons la surface supérieure sur laquelle on bride les pièces) n'était pas non plus confondu avec le plan de déplacement les long des axes X et Y quand on tournait les manivelles : la table avançait très légèrement inclinée.

Tant qu'à passer des heures à aligner et à gratter, autant tout aligner et tout gratter. La démarche qui paraissait la plus logique pour cette machine était donc de partir d'en bas (le socle) et de gratter tout en remontant.

Le socle porte à la fois les glissières en Y (à l'avant) et les bossages sur lesquels la colonne vient se fixer, à l'arrière. À l'origine, je me demandais comment j'allais garantir qu'une ligne en Y passant par les bossages serait parallèle au Y des glissières. Dans la pratique, c'est fait de façon triviale : toutes ces surfaces sont dans le même plan, ce qui semble a posteriori logique lors de la construction de la machine : tout est usiné d'un coup.
hauteurs-socle.jpg

L'image précédente montre les hauteurs mesurées en vert sur les quatre bossages et sur l'extrémité des glissières en Y. Ces hauteurs ont été obtenues avec le comparateur monté sur la table et en déplaçant la table normalement sur ses glissières : elles sont donc bien relatives au plan constitué par les glissières elles-mêmes. Tout est en micromètres, on voit donc des écarts qui sont certes importants (64µm entre le bossage le plus haut et le bossage le plus bas), mais qui peuvent être corrigées avec un grattoir et de la volonté.

Bon, le socle est un peu grand pour mon petit marbre, mais en faisant attention on y arrive
socle-sur-marbre.jpg

Comme prévu pour une machine brute d'usine, les premiers marquages sont très partiels et montrent des effets périodiques de l'usinage
avec des zones bleues qui se répètent à intervalles réguliers sur la glissière à gauche (ils sont également présents sur la glissière droite, mais moins visibles) :
premier-marquage-socle.jpg


Une après-midi plus tard, le bleu est mieux réparti :
socle-gratte.jpg

Je me suis rendu compte que je n'avais pas fait de photos pendant le looooonnng grattage des queues d'arondes inférieure (en Y) et supérieure (en X) du coulisseau Y. Voici cependant une vue d'un modèle que je suis en train de faire (tant qu'à avoir la machine démontée, je me suis dit qu'il serait intéressant de mesurer un peu tout, pour faciliter des modifications futures). Si d'ailleurs le modèle intéresse d'autres personnes, je pourrais le mettre à disposition dans le forum lorsqu'il sera un peu plus complet. Je vous avertis cependant : étant un libriste convaincu et ne travaillant que sous Linux, le modèle est réalisé sous FreeCAD, inutile de me le demander sous SolidWorks ou autre :wink:.
coulisseau-Y.png

Cette pièce a été grattée en commençant par les surfaces horizontales des glissières en Y (le dessous de la pièce). Rien de particulier, un marbre du bleu et du temps.
Comme il y a deux glissières en Y, celle-ci ne définissent en fait pas uniquement l'axe Y, mais tout un plan. Rien n'oblige en théorie ce plan à être quelconque, mais tant qu'à faire autant s'arranger pour que ce soit le plan X-Y général de la machine. On cale donc le plan des surfaces horizontales des glissières en X (le dessus de la pièce), en faisant d'abord un grattage rapide juste pour avoir des surfaces mesurables et en utilisant un micromètre pour mesurer les différences de hauteurs entre le plan haut et le plan bas aux extrémités des glissières en X. On corrige en grattant plus vigoureusement les coins les plus hauts jusqu'à ce que les quatre coins soient à la même hauteur, puis on passe au bleu sur le marbre pour rétablir le plan haut qui du coup sera bien parallèle au plan bas. C'est exactement la même technique qui avait été utilisée pour régler l'inclinaison de la tête, à ceci près que pour la tête on cherchait à avoir une pente spécifique (compensant la pente de montage de la broche) alors qu'ici on veut un parallélisme parfait. Bien sûr, il faut itérer deux ou trois fois entre étape de réglage des coins au micromètre et étape de rectification au bleu+marbre.

Le grattage de l'intérieur des queues d'arondes est plus délicat. On ne peut bien entendu pas glisser le marbre dans le fond. J'avais donc fait il y a plusieurs semaines (avant de démonter la fraiseuse...) un modèle pour cela, une sorte de règle biseautée à un angle légèrement inférieur au 60° des queues d'arondes (de mémoire j'avais opté pour 55°), et lui même gratté pour être bien plan.
modele-queue-aronde.jpg

Suivant les préconisations d'un tutoriel que j'avais acheté sur CD (sur le site metalscraping.com, qui n'existe plus ; ce n'est pas le cours de Richard King sur handscraping.com), ce modèle comporte de petits trous filetés pour installer des poignées en plastique et éviter qu'il ne se déforme par la chaleur des mains quand on le manipule. Cela marche plutôt bien, même s'il faut être généreux en bleu et qu'on en gâche beaucoup. Par contre, une fois l'intérieur de la queue d'aronde marqué, gratter cet intérieur est une vraie galère. C'est étroit, on n'est jamais à sa main, on ne peut pas incliner l'outil comme on veut, soit le grattoir glisse soit il fait une tranchée, bref ce n'est pas agréable du tout.

Pour les queues d'arondes du socle, il n'y en a qu'une à faire proprement. L'autre contient le lardon et c'est le lardon qu'il faut gratter, ce qui est très rapide car c'est une surface plate et indépendante (bon, elle est quand même étroite et cela pose aussi quelques problèmes, mais c'est mineur). Il faut par contre gratter les deux queues d'arondes en Y sous le coulisseau, autant leur face horizontale (supérieure) que leur face inclinée, et il faut qu'en plus ces faces inclinées aient un écartement constant tout le long de la glissière. En effet, une différence d'écartement conduirait la table soit à avoir du jeu à une extrémité de sa course en Y, soit à être trop serrée et impossible à mouvoir à l'autre extrémité, sans que l'on puisse corriger cela par un réglage du lardon (on ne pourrait le corriger que pour une valeur de Y particulière, mais pas tout le long de la course). Pour régler cet écartement, il faut commencer par le mesurer. Il est inutile de tenter de mesure au niveau de l'arête, c'est une ligne mal définie (chanfrein, arrondi et usure non uniforme le long de l'arête). Il faut mesurer la position du plan incliné lui-même. La technique est très classique et consiste à mettre une goupille parfaitement cylindrique et de diamètre connu dans la queue d'aronde et de plaquer l'enclume de son instrument de mesure (micromètre intérieur ou pied à coulisse) sur le cylindre. Comme je n'ai pas de formulaire de référence dans mon atelier, chaque fois que j'en ai besoin je me redémontre la formule sur un coin de tableau, ç'est plus rapide :
principe-mesure-queue-aronde.jpg

En gros, pour un diamètre de goupille d, la longueur l qu'il faut ajouter ou retrancher pour une seule queue d'aronde vaut d * (1 + 1 / tan(α/2)) / 2, soit 1.36602 * d si α vaut 60°. En général on fait la mesure entre les deux queues d'arondes donc il faut corriger un l de chaque côte (si on a mis deux goupilles du même diamètre), donc on a plus souvent besoin de 2l que de l.

Mis à part le fait que la mesure soit moins directe que pour les plans parallèles, la technique de correction du parallélisme des queues d'arondes est la même : on mesure au micromètre aux deux extrémités, et s'il y a une différence on creuse un peu plus l'un des cotés, et quand les extrémités sont correctes on rectifie le plan avec marquage au bleu, et on itère jusqu'à ce qu'à la fois les mesures aux extrémités et les marques au bleu soient acceptables.

Pour le coulisseau en Y, le problème ne s'arrête pas là ! Cette pièce porte à la fois les queues d'arondes en Y et les glissières en X, c'est donc elle qui définit l'angle entre X et Y, dont on aimerait bien qu'il soit égal à 90° si on veut usiner des cubes et pas des losanges.

Pour mesurer cette perpendicularité, le fameux cours de Peregrin sur CD préconise deux méthodes, une directe sur marbre et une indirecte sur la machine montée. J'ai testé les deux, mais la méthode directe, pour séduisante qu'elle soit, est vraiment difficile à mettre en œuvre (il faut mettre la pièce sur la tranche sur le marbre, mettre des cales pour garantir une orthogonalité dans un sens quand on en mesure une autre dans un autre sens, avec des goupilles en équilibre dans la glissière positionnée verticalement, tester qu'elles sont bien en contact en testant le frottement d'un papier de cigarette. J'y ai passé un bon moment, avec en général mes goupilles qui tombaient ou le papier de cigarette qui s'envolait quand je bougeais mes cales. La méthode indirecte est plus longue car il faut remonter toute la table, mais très simple conceptuellement : on bride une équerre de précision sur la table de sorte qu'au palpeur une de ses branches soit bien parallèle à l'un des axes (mettons Y), et une fois cette référence obtenue on palpe l'autre branche quand on déplace la table selon l'autre axe. Bref, on compare l'orthogonalité des axes de déplacement en relation avec l'orthogonalité supposée parfaite de l'équerre de référence. En fait, même si l'équerre n'est pas parfaite, mais que ses branches sont droites, on peut utiliser la même méthode, mais en faisant les mesures en double et en retournant l'équerre de sorte que l'erreur de l'équerre soit une fois dans un sens et une fois dans l'autre. La photo suivante montre le dispositif en place, le palpeur étant sur la face arrière pour palper le long de l'axe X alors que le Y a déjà été aligné :
perpendicularite-X-Y.jpg

Dans la pratique, si cette méthode marche très bien et a fini par me donner de très bons résultats, elle suppose quand même que les deux mouvements en X et en Y soient au moins rectilignes et fluides, alors que la méthode directe (que je n'ai pas décrite précisément) n'a besoin que de la pièce intermédiaire (plus trois ou quatre mains par personne et de préférence qui ne tremblent pas). En l'utilisant alors que les queues d'arondes en X de la table elle-même n'avaient pas été grattées était voué à l'échec : lors du déplacement en X, je mesurais plus les défauts des queues d'arondes de la table que l'orthogonalité des glissières de la pièce intermédiaire. Il m'a fallut deux jours de grattage, correction d'orthogonalité, regrattage, tentative de compréhension du comportement du palpeur pour finalement me dire que l'orthogonalité était ce qu'il fallait régler en dernier. Le défaut initial de la machine sortie d'usine avait quand même pu être mesuré, car il était très important, largement plus grand que les fluctuations dues aux glissières. Cette erreur initiale était de l'ordre de grandeur de 0.85µm/mm si j'ai bonne mémoire, soit un peu plus de 0,2mm sur la course totale en X qui est d'environ 250mm utiles. Réduire cette erreur importante a été possible à cette étape, mais descendre à une erreur vraiment faible nécessitait de faire des mesures précises ce qui n'était pas possible à ce moment là.

J'ai donc reporté la finalisation de l'orthogonalité X-Y à plus tard et suis remonté d'un niveau dans mes grattages en attaquant la table elle-même.

Là, je me suis rappelé qu'à l'origine de mes problèmes sur le Z, il y avait le fait que la machine avait deux axes Z non alignés : celui de la broche et celui de la colonne. Pour le plan X-Y, c'est la même chose : la surface de la table, là où l'on bride les pièces, c'est le plan X-Y que l'on voit le plus et celui auquel on pense en premier, Mais il y a aussi le plan constitué par la direction de déplacement en X et la direction de déplacement en Y. Rien ne dit que ces deux plans sont confondus. Vérifier s'ils sont confondus est très simple : on palpe le dessus de la table, le comparateur étant fixe par rapport au bâti, et on bouge la table en X-Y. Bien entendu, quand on vérifie on trouve que le point palpé monte ou descend (en tout cas c'est ce que j'ai constaté sur ma machine et j'imagine que ses consœurs sorties d'usine ont le même comportement). Le défaut était loin d'être négligeable, plusieurs centièmes pour un déplacement longitudinal de toute la course de la table.

Ça, c'est facile à corriger : on revient dans les grands classiques que j'ai déjà exposé ci dessus et dans la discussion précédente sur l'axe Z : il faut rendre parallèle le plan de travail sur le dessus de la table et le plan de déplacement qui correspond à la surface horizontale des queues d'arondes sous la table : du grattage classique de plans tout simples, que du bonheur. La surface de la table étant beaucoup plus grande que la surface des plans dessous, j'ai commencé par gratter le dessus pour réduire le travail de parallélisation du second plan par rapport au premier.

Le dessus de la table n'était pas vraiment plat, voici ce que donnait le second marquage au bleu :
second-marquage-table.jpg

La marque ronde au centre, c'est un accident de fraisage ancien :oops:

J'imaginais faire ce plan en deux heures. J'ai mis trois jours. La table était monstrueusement gondolée ! La bande arrière était loin, loin sous les autres. En fait, quand je suis arrivé à un plan acceptable, l'accident de fraisage avec presque disparu. Je pense que j'ai dû enlever plusieurs dixièmes.
table-grattage-avance.jpg

Une fois la surface supérieure faite, j'ai fait la surface inférieure, en la rendant parallèle à l'autre par mesures micromètre plus grattage :
parallelisme-dessus-dessous-table.jpg

Vient ensuite le moment de faire l'intérieur des queues d'arondes en X de la table, et en particulier vérifier également qu'elles aient un écartement constant. Je me doutais que d'origine elles n'étaient pas tout à fait parallèles car il fallait plus forcer sur la manivelle à une extrémité de la course qu'à l'autre. La photo suivante montre des séries de mesures d'écartement. Les mesures en vert ont été faites avec une goupille de diamètre 6,00mm, celles en rouge avec une goupille de diamètre 5,50mm. D'après la formule d'une des images précédentes, la correction de distance (en comptant 2l pour deux glissières) par rapport à l'arête parfaite théorique en fond de queue d'aronde est de 16,392mm pour la première goupille et de 15,026mm pour la seconde, on devrait donc avoir 1366µm d'écart entre les mesures rouges et vertes
parallelisme-glissieres-X.jpg

Ce n'est pas parfait, mais c'est à peu près cohérent. Il y a quand même des choses étranges dans ces mesures. Par exemple si l'on regarde les vertes, les glissières font en ventre vers le milieu (mesure max à 1953µm, en fait 101,953mm en tout) puis redescend à 1943µm pour la mesure du dessous. Aux mêmes points, les deux mesures rouges sont identiques. Que faut il en conclure ? Les glissières s'écartent l'une de l'autre à cet endroit ou pas ? Mon analyse c'est que la face inclinée (celle sur laquelle la goupille vient se caler) n'est pas vraiment droite. Cette glissière est très étroite et j'avais vraiment du mal à la corriger. Il y a pas mal d'endroit ou le bleu ne marquait qu'en haut. Le problème est que mon petit modèle ne fait qu'environ 15cm de long et que la glissière fait 40 cm. La seule référence longue que j'ai doit faire environ 25cm et c'est une de mes équerres de précision, elle est biseautée mais pas comme il faut, donc si je l'utilise pour vérifier la rectitude le long de la glissière, je ne peux pas faire confiance aux marques dans l'autre sens (le long de la pente de la queue d'aronde). Si j'utilise mon modèle ou même la pièce intermédiaire dans laquelle ces glissières coulisseront, alors je ne peux pas faire confiance à ce qui se passe le long du X car ces deux pièces sont courtes. Ces glissières ont été un cauchemar à faire et le résultat est franchement décevant, mais je n'ai pas le courage de le reprendre. Peut-être un jour aurais-je la motivation de le faire, mais il faudra que je me refasse un modèle à 55° suffisamment long.

À cette étape, j'ai regardé si l'accumulation des erreurs entre les différents plans restait tolérable ou non : à savoir est-ce que le plan X-Y défini par le dessus de la table était le même que celui définit par son déplacement le long des glissières. On pose le palpeur sur la table, on tourne les manivelle : tout est OK, la table se déplace désormais dans son propre plan :
verification-deplacement-table.jpg


Une fois mes glissières en X côté table faites, en tout cas un peu améliorées par rapport à l'origine, j'ai pu finaliser l'orthogonalisation des axes X et Y. Les mesures étaient effectivement beaucoup plus stables qu'avant. J'ai alors pu évaluer que l'erreur résiduelle (j'avais déjà corrigé en bonne partie la monstrueuse erreur d'origine de 0.85µm/mm) était désormais de -0.083µm/mm, soit environ 2 centièmes sur la course totale de la table. J'avais divisé l'erreur initiale par 10. Étant un peu perfectionniste et voyant que pour corriger cette erreur il fallait juste descendre un coin de la glissière sur la pièce intermédiaire d'un centième, j'ai voulu le faire. Un quart d'heure pour tout démonter, une minute pour baisser le coin, 3/4 heure pour rectifier le plan en fond de queue d'aronde, 1/2 heure pour tout remonter et réaligner l'équerre et observer la nouvelle erreur : +0.66µm/mm ! Le mieux est l'ennemi du bien :smt022. Du coup, j'ai repassé une heure et demi pour faire une passe de plus, en maugréant et en m'insultant intérieurement. Le résultat final a enfin été correct : 0.026µm/mm :
resultats-perpendicularite-X-Y.jpg


Je n'y touche plus !

Bon, prochaine étape, tout remonter. Maintenant que j'ai d'un côté mes deux Z corrects et de l'autre côté mon X et mon Y perpendiculaires entre eux et correspondant bien à la surface de la table, il me reste à faire en sorte que ce Z soit perpendiculaire au plan X-Y. Ce devrait être la dernière étape de grattage, au niveau des surfaces inférieures de la colonne, celles qui viennent se poser sur les bossages du socle.
 
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15 Mai 2010
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GARD près AVIGNON
bonjour,
sacré boulot , chapeau l'artiste, quelle patience.
 
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Denim
Compagnon
3 Fev 2009
1 087
FR-67750
Bonjour
Quand tout sera terminé, faudra rajouter deux zéros au prix
Et si pour les explications écrites c'était une ancienne machine à écrire au lieu d'un traitement de texte, alors il faudrait changer le ruban encreur.:lol:
Merci pour cette démonstration .
Je m'imagine vaguement le travail, tout en étant incapable de reproduire ce procèss .
Merci pour le partage et le temps qu'il a coûté.
Bonne continuation !
Jean
 
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