Tour CNC, un de plus ...

  • Auteur de la discussion Otatiaro
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Otatiaro
Compagnon
6 Mai 2007
1 009
Metz (57)
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  • #1
Hello,

Etant maintenant équipé en fraisage (VF2SS), je voudrais être autonome sur certains besoins en tournage.
Comme le besoin n'est pas aussi important et le budget limité, j'aimerais bien concevoir et fabriquer moi-même un tour.

Premier problème, je n'ai utilisé un tour (conventionnel) que quelques fois dans me vie, et c'était il y a bien longtemps, donc je n'ai pour ainsi dire aucune expérience dans ce domaine.

Voilà pour le moment le cahier des charges que j'ai en tête pour une première version:
- courses utiles :
- Z entre 250 et 400mm
- X à déterminer
- diamètre à usiner mini 100mm
- capable d'usiner de l'acier mi-dur proprement
- très bonne précision
- tourelle à changement CN, à priori 8 positions + possibilité de rajouter des outils à côté de la tourelle (gang tooling)
- possibilité de tourner filetages internes et externes
- arrosage en MQL (Minimum Quantity Lubrication) à travers la tourelle, directement sur l'outil
- vitesse de rotation au moins 2000rpm, si possible jusque 6000rpm (pour l'alu)
- fabrication sur un lit à plat, et le lit est monté dans le bâti incliné (30 ou 45°)
- possibilité de mettre un mandrin 100mm ou des colliers tirés 5C, plutôt 5C dans un premier temps, mais la possibilité d'un mandrin 4 mors 100mm serait un plus.

Par la suite j'aimerais rajouter:
- outil tournant en bout (hors tourelle, faut pas déconner :wink:)
- possibilité d'usiner en Z/X/rotation (pour remplacer le Y quand on usine en bout)
- taraudage rigide en bout (filetages excentrés donc, avec l'outil tournant synchronisé sur l'axe Z)
- bar feeder automatique (comme sur le CL-1 de Haas, ou avec un outil "bar puller")
- part catcher
- outil tournants en X (trous latéraux, méplats)
- palpeur outil automatique
- un jour peut-être, sub-spindle, mais j'en doute fortement

Pour le budget je n'ai encore rien de précis, mais au final il sera probablement de plusieurs milliers d'euros (rien que les rails et VAB coûtent bonbon). Bon il ne faut pas non plus qu'il soit trop élevé, sinon mieux vaut prendre un modèle déjà éprouvé (30k€) ...

Pour l'équipement, j'ai accès donc à un Haas VF2SS (762x408x508mm), ensemble de métrologie de base (pied à coulisse, comparateur 0.001mm sur base magnétique, micromètre, etc.), et outillage divers.

Dans le déroulement du projet, après avoir réfléchi longuement à la structure, j'ai l'impression qu'il vaut mieux commencer à concevoir en partant de l'outil, et fabriquer la machine autour, plutôt que faire un bâti et se retrouver bloquer à la fin.

Les axes X et Z auront des encodeurs linéaires magnétiques https://www.rls.si/en/products/linear-magnetic-encoders/rolin-linear-incremental-magnetic-encoder-system avec une précision <1µm, et une référence absolue intégrée (pas besoin de switch pour l'origine machine).
Le moteur d'entrainement aura lui aussi un encodeur (rotatif) pour les filetages (synchronisé avec l'axe Z).

Pour la tourelle, je m'inspire du design vu ici https://www.usinages.com/threads/tourelle-tour-cn.109116/ mais je voudrais changer quelques petites choses :
- le blocage en rotation et le positionnement se ferait par des cimblots https://fr.misumi-ec.com/vona2/detail/110303274270/?KWSearch=din&searchFlow=results2products et des manchons adaptés https://fr.misumi-ec.com/vona2/detail/110300134430/?CategorySpec=00000058296::c 00000058300::a 00000190160::mig00000002153064,6
- l'entrainement par le moteur se ferait non pas avec une courroie mais par une croix de Malte https://fr.wikipedia.org/wiki/Croix_de_Malte_(mécanisme)
- pour le déblocage, j'ai trouvé ça https://fr.rs-online.com/web/p/verins-miniatures-pneumatiques/1366595/

Pour la fixation des outils sur la tourelle, je compte m'inspirer du système vu chez Tormach par exemple https://www.tormach.com/store/index.php?app=ecom&ns=catshow&ref=LATHE_TURRET&portrelay=1 avec fixation d'un support par 4 vis pour les forêts / outils à aléser, etc. et un blocage par un espèce de mors plaqueur pour les porte-outils.

Mes questions:
- sur quelle taille de porte-outil il faut partir pour ce genre de machine ? D'après ce que je vois dans mes catalogues, avec 25mm de carré j'ai déjà de quoi serrer par mal d'outils à plaquette, à tronçonner, etc.
- L'ensemble de deux pièces en appui par un angle que l'on peut voir ici https://www.tormach.com/store/index.php?app=ecom&ns=prodshow&ref=37137&portrelay=1 à l'interieur de la rainure, est-ce que ça se trouve déjà tout fait ? Ce que je connais qui se rapproche le plus est ici https://www.miteebite.com/products/uniforce-clamps/
- Le cylindre pneumatique pousse 450N @ 6 bars, du coup les ressorts de rappel feraient au total dans les 350 à 400N, soit 35 à 40kg, est-ce que c'est suffisant pour maintenir la tourelle plaquée contre le bâti ? est-ce qu'il peut y avoir un effort axial engendré sur l'outil, qui aurait tendance à "tirer" l'outil vers le mandrin, si oui dans quel conditions et avec quelle force ?
- Est-ce que la tourelle sera suffisamment rigide en alu (genre 50mm d'épaisseur quand même ...) ou est-ce qu'il faut impérativement partir sur de l'acier ?
- Vous pensez quoi des climbots pour le blocage de la tourelle ? De la croix de Malte ?
- Quid de l’accouplement tourelle / bâti pour passer le MQL (lubrification) ? il ne faut pas que ça puisse gêner la mise ne place de la tourelle, mais qu'une fois en place l'accouplement soit étanche
- Etant donné le cahier des charges, est-ce que vous pensez qu'une contre-pointe est nécessaire ? De ce que j'ai déjà modélisé au niveau du bâti, elle me prend une place énorme et me gêne pour ... pour tout le reste en fait :wink:

Il va se soi que c'est un projet qui va durer sur le long terme, j'ai le temps d'y réfléchir, Quentin qui bosse avec moi va aussi travailler dessus à ses heures perdues, et le budget se fera au fur et à mesure.

Thomas.
 
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Otatiaro
Compagnon
6 Mai 2007
1 009
Metz (57)
  • Auteur de la discussion
  • #2
vax
vax
Modérateur
5 Mar 2008
7 472
Guipavas (près de Brest)
Sacré projet dis moi !

Vu ton cahier des charges, (gestions des outils tournant, capacité 3 axes continus XZC et autre), je pense que tu vas devoir te diriger assez rapidement vers des solutions type LinuxCNC ou dérivées.

Pourquoi n'envisages-tu pas de partir d'une base existante ? Une machine à banc inclinée dont la CNC est HS ça se trouve pour pas cher. On vient de me proposer un SOMAB TRANSMAB 200 complet avec CN HS (vieille NUM7xx) pour 3000 euros qui n'a que quelques centaines d'heures de production effective. Juste pour le dernier exemple en date, on peu faire de bien meilleures affaire de temps en temps (et de bien moins bonnes aussi ....).

Un bon PC avec un processeur i3 (pas encore testé mais parait-il la solution idéale pour des performances assurées), les cartes MESA qui vont bien et un peu de bazar autour, tu seras largement en dessous de 2000 euros pour rétrofiter la machine avec toutes les capacités pour intégrer ensuite tes outils tournant ou autre.
La contre pointe c'est super utile et il est possible de ne l'installer que si besoin...
 
bendu73
bendu73
Compagnon
18 Sept 2013
1 220
SAVOIE
+1 avec Vax, il est digne d'une machine pro ton cahier des charges !

un retrofit sur un vieux tour cn (personnes n'en veut de ces truc avec la cn HS !).
 
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Otatiaro
Compagnon
6 Mai 2007
1 009
Metz (57)
  • Auteur de la discussion
  • #5
Salut,

Effectivement ça pourrait être une autre option (moins fun :wink: ). Après ce n'est pas forcément moins de travail, retrofitter ce n'est pas simple si on n'a pas toute la doc (ce qui n'arrive jamais), il faut passer beaucoup de temps à retrouver qui fait quoi.

Pour le contrôle CN, au début je prendrais une version toute faite, mais l'objectif à long terme est de faire aussi la CN (c'est un projet en soit, qui est en train d'être monté et financé).

Après c'est un peu comme pour quand j'ai acheté le centre d'usinage (que j'ai pris neuf du coup), sur un tour d'occasion comment savoir si je fais l'affaire du siècle ou si je me fais refourguer une saloperie ...

Et l'autre inconvénient c'est que ce n'est pas reproductible, alors que si je le conçois / fabrique, une fois le premier fonctionnel je peux en faire d'autres si besoin (Quentin est déjà en lisse pour un deuxième :wink: ).

Si jamais vous voyez passer une bonne affaire dans le style, n'hésitez pas à m'en faire part :D

Thomas.
 
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Otatiaro
Compagnon
6 Mai 2007
1 009
Metz (57)
  • Auteur de la discussion
  • #7
J'ai commencé à modéliser la tourelle, pour voir à quoi ça ressemble ...
TurretAssembly_2018-Aug-01_01-49-14PM-000_CustomizedView44201749184.png

Thomas.
 
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Otatiaro
Compagnon
6 Mai 2007
1 009
Metz (57)
J'ai commencé à modéliser la tourelle, pour voir à quoi ça ressemble ...
Mine de rien, le brut pour la tourelle en 7075 (200x200x60) coute déjà 110€ HT ... pas intéret à se tromper !

[EDIT] En XC48 le brut coute "seulement" 60€ HT ... et pèse quasi 20kg (7Kg pour l'alu) !
Fusion me dit que la pièce finie ferait 2.8Kg en 7075, et 8Kg en XC48, ça en fait du copeau !
 
Dernière édition:
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Compagnon
21 Oct 2014
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71
Au boulot on vient de jeté un tour Emco turn car il était en panne.... Il a le mandrin pneumatique, "bar feeder" hydrobar, pince F, tourelle auto VDI et tout ça pour une courroie de chez Emco!
 
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Otatiaro
Compagnon
6 Mai 2007
1 009
Metz (57)
Au boulot on vient de jeté un tour Emco turn car il était en panne.... Il a le mandrin pneumatique, "bar feeder" hydrobar, pince F, tourelle auto VDI et tout ça pour une courroie de chez Emco!
Elle est ou la poubelle ? :wink:
 
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Otatiaro
Compagnon
6 Mai 2007
1 009
Metz (57)
Hello,

Il m'arrive de trouver 5 min pour réfléchir à ce projet (c'est rare ...).
Pour pouvoir dessiner les pièces, je dois savoir en quoi elles seront faites ...

Du coup j'ai fait quelques simulations pour une simple table avec 3 rainures (dans le sens de la longueur), du type de celle sur laquelle on viendrait mettre soit directement les outils, soit une tourelle. J'ai varié les matériaux (dans ce que je trouvais de facilement disponible) et l'épaisseur de la table, et lancé des simulations avec Fusion 360.

Pour la simulation, j'ai fait au plus simple, on considère une extrémité fixe et on applique une force à l'autre extrémité.

J'ai donc testé plusieurs variantes d'alu, et de l'acier XC48, voilà mes conclusions:
- l'acier est plus lourd (ouais, je sais, j'ai pas inventé l'eau chaude ...) à rigidité équivalente. A la louche il faut 2 fois plus de poids pour obtenir la même rigidité en acier par rapport à l'alu.
- l'acier permet de faire plus compact, par exemple pour la même déformation, je suis à 45mm d'épaisseur en alu (7075) et 30mm en acier, mine de rien 1.5cm de hauteur en moins sur cette table (et le cross slide, etc.) ça finit par faire quelque chose de vraiment moins haut, et qui dit moins haut dit moins de porte-à-faux.
- a rigidité équivalente, le XC48 est entre 2 fois (2017A) et 3 fois (7075) moins cher que l'alu ! Il est déjà moins cher à volume équivalent, mais en plus on a moins de volume pour la même rigidité.
- le XC48 à un coefficient de dilation thermique environ 2 fois inférieur à celui de l'alu 7075 (12.5 vs 23.5 µm/m/K).

Dans Fusion j'ai bien considéré du XC48 (1045 AISI) en version annelée ("molle", sans traitement de surface) puisque c'est comme ça qu'il est livré par mon fournisseur pour l'usinage, et que je n'ai pas de quoi faire le traitement thermique dessus. D'autant que si j'ai bien appris ma leçon, le XC48 ne se traite qu'en surface, donc dans l'épaisseur on n'aurait pas une grande différence.

De plus si on considère que ce sont les pièces qui vont encaisser les efforts de coupe, avoir plus de poids n'est pas un problème, au contraire, ça permettra de mieux amortir les vibrations et baisser la fréquence de résonance.

Bon évidemment la conclusion n'est valable que si on a de quoi usiner du XC48 ... ce qui est mon cas, youpi !

Je pars des données pour un usinage bien au delà de ce que je pense sera effectivement possible, c'est à dire:
- tournage diam externe 50mm dans du XC48
- profondeur de passe 1mm
- avance 0.2mm par tour
- 250m/min de vitesse de coupe

La calculette https://www.kennametal.com/en/resources/engineering-calculators/turning-calculators/cutting-forces.html me donne en force appliquée à l'outil:
- tangent 480 N
- radial 212 N
- axial 198 N

En appliquant à l'arrache ces données à la table XC48 30mm d'épaisseur, j'obtient une déformation de 0.11mm en bout, avec un facteur de sécurité de m'ordre de 15. Donc ça bouge un peu (pas étonnant vu les efforts) mais ce n'est pas la table qui cédera.

D'ailleurs pour l'axe X, j'avais regardé les vis à bille dispo chez Misumi, une vis à bille 12mm diam avec un pas de 2mm à une charge dynamique max de 1.2kN, pour de l’intermittent ils disent de garder un facteur de marge de 5, soit 240N. Si je me réfère aux résultats au dessus, on est pas mal 212N < 240N. Le pas est faible, mais l'idée au final est d'y mettre un brushless et non pas un stepper, donc on peut tabler sur une vitesse max plus élevée. Et sur le X pas besoin d'une vitesse d'avance très élevée, contrairement au Z qui doit suivre la cadence dans les opérations de filetage par exemple (mais sur le Z les rails et la VAB seront plus gros, très certainement avec un pas plus élevé aussi (5 voir 10mm).

Pour une phase de finition, la calculette me donne des efforts tangent de 45N, axial 60N et radial 150N, marrant que le radial reste assez elevé, par contre le tangent est divisé par 10. Dans ces conditions j'ai une déflexion de la table de 8µm environ, pas parfait mais pas déconnant, sachant qu'on ne simule que la table ... qu'en pratique l'effort n'ira pas au bout de la table mais jusqu'au chariot du rail (rail qui viendra renforcer la table ...), etc.
D'ailleurs si je prend les données catalogue pour de l'ébauche, soit 0.6mm/tour avec une profondeur de 3mm, les forces deviennent juste monstrueuses avec une résultante sur l'outil à 4152N (plus de 400kg !). Là la VAB n'a plus qu'un facteur de marge de 2, et la déformation de la table approche les 0.87mm (mais toujours avec un facteur de marge >8).

Je n'ai pas encore eu le temps de regarder au niveau des rails, vu les efforts mieux vaut partir sur du 15mm ou du 20mm ?
Est-ce que vous êtes, d'après votre expérience, d'accord avec mon analyse ?

Thomas.
 
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Otatiaro
Compagnon
6 Mai 2007
1 009
Metz (57)
Hello,

Bon ca n'intéresse apparemment pas trop les foules :wink:

J'ai continué de réfléchir à cet axe X, j'ai modélisé une première version, j'y ai mis:
- des rails misumi de 15mm
- une VAB C5 misumi diam 10mm, pas 4mm. Je suis repassé sur un pas moins fin, autant pour récupérer un peu de vitesse, que pour augmenter la charge admissible (les billes sont plus grosses). Cette VAB à une charge admissible de 2600N, avec un facteur de 5 on arrive à 520N, de quoi avoir une accélération intéressante et encaisser des efforts de coupe suffisants.
- un moteur en NEMA23 (l'objectif étant de mettre d'abord un NEMA23, puis un 5065 270KV avec une carte odrive, et finalement une carte contrôle moteur perso quand le CNC planner sera prêt ... dans quelques années).
- un encodeur magnétique LM10 https://www.rls.si/en/lm10-linear-magnetic-encoder-system
- une chaine porte-cable misumi qui rentre tout pile entre la table du X et le cross-slide

Le plage de mouvement réelle est de 220mm, sensiblement équivalent à la plage en X du tour tormach qui me sert un peu de référence : https://www.tormach.com/15l-slant-pro-lathe/

Le budget pour l'axe X complet (matière et composants + moteur et driver) est d'environ 1000€ HT (plus les fraises pour l'acier, je n'ai quasi que des outils pour l'alu pour le moment).

Si on extrapole, l'axe Z devrait coûter un peu plus cher (plus de déplacement), disons à la louche que les deux axes vont coûter environ 2500€.

Reste la broche, le bâti (epoxy granit ?), et les accessoires ... tabler sur un budget de 5000€ HT pour une première version X/Y + mandrin ou colliers 5C manuel semble relativement raisonnable. Ce permettra déjà de faire des première pièces une par une. Le budget pour un tour tormach aux capacité équivalent est dans les 15000€, c'est pas trop mal (d'un côté je ne compte pas le temps passé, d'un autre le résultat est un tour sur rail + VAB + servos + encodeur linéaire, là ou le tormach est équipé de moteurs pas à pas et guidage à queue d'aronde).

Viendront ensuite la tourelle et la fermeture collier 5C automatique + embarreur, pour faire des pièces à la chaîne (mais ça sera un second projet).

Au final la table du X fait 442x190x39mm et pèse 18kg à elle toute seule (en XC48) ! L'ensemble mobile du X devrait finir avec un poids dans les 25kg (rails, moteur, VAB, outils, porte-outils), probablement même plutôt dans les 40kg avec une tourelle auto. Si on admet que l'effort de coupe radial est au maxi de 250N (ébauche dans l'acier), il reste 270N de force admissible sur la VAB, soit une accélération (F=m*a) de 6.75m/s². Pour une vitesse max de 2000 rpm au moteur, avec un pas de 4mm, la vitesse maxi sur l'axe est de 8m/min ou 0.133m/s, avec une accélération de 6.75m/s² il faut moins de 20ms pour arriver à vitesse max (on atteint la vitesse max + arrêt sur un déplacement de moins de 3mm). En pratique le moteur ne pourra pas assurer une telle accélération, donc la VAB est hors de danger.

D'autant que si je ne dis pas de bêtise, l'effort de coupe à tendance a écarter l'outil de la pièce (et non pas à le rapprocher du centre), et si au final le lit est monté incliné, le poids de l'axe X viendra compenser en partie l'effort de coupe radial (il aura tendance à "tomber" sur la pièce). Si on prend un poids de 40kg (400N pour 1g), et un effort de coupe radial de 200N, il faudrait un angle de 30° pour que le poids vienne exactement compenser l'effort de coupe radial. Ça tombe bien, c'est l'angle qui était prévu !

Thomas.
 
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