Exemples de réalisations de fraiseuses DIY


J ‘ai découvert ce site sur le forum du site usinages

http://cnc.automatik.free.fr/fraiseusev2/index.html

Mais également celui ci :

http://sudtek.free.fr/spip.php?article19&id_document=95

Pour les machines à trois axes il y a trois principes :

1 - Une table XY qui supporte la pièce et se déplace selon X et Y, la fraise et son moteur solidaires de la structure restent immobiles sur le plan XY

Attention en CNC Z est le déplacement vertical et Y transversal, contrairement aux axes X Y Z du logiciel de CAO utilisé pour faire ces illustrations rapides.

Fraiseuse Table XY

Inconvénients :

° ces machines prennent beaucoup de place : dimensions de la table , plus course X et course Y ( en gros plus de 4 fois la surface de la pièce la plus grande à usiner).

° les moteurs X et Y doivent être puissants pour déplacer les pièces lourdes posées sur la table mobile.

Ça limite la vitesse maxi (outil sorti de la pièce ) pour aller se positionner à l’autre bout, grande inertie ( augmente le risque de pertes de pas.. )

Le poids de la pièce se fait sentir sur les guidages X et Y qui supportent la table et la pièce => flexion qui réduit la cote Z

Ce système convient pour les petites pièces si on a besoin de plus de précision.

Avantages :

Le portique qui peut être assez haut ( grande course sur l’axe des Z ) et peut s’incliner ( autour de l’axe Y ) sous l’effort de coupe , peut être haubané sur la structure et être extrêmement rigide.

2 - Une table fixe solidaire de la structure avec un portique qui se déplace selon X et le support de fraise, se déplace sur le portique le long de l’axe X, et à nouveau verticalement selon l’axe Z.

fraiseuse portique

Portique de fraisage

Inconvénient :

Le portique multiplie le jeu vertical du guidage de l’axe X.

Risque de porte à faux du moteur de broche, qui fera fléchir le portique.

Pour compenser il faudrait un chariot de guidage plus large ( espacer les paliers de guidage du portique sur X ) ce qui revient à réduire la course ou augmenter la longueur de la machine.

Avantage :

La taille de la machine est réduite : juste un peu plus longue et large que la pièce la plus grande à usiner

Pour les grosses pièces lourdes qui resteront immobiles, il faut moins de puissance sur les moteurs X et Y qui manœuvrent la broche, moins d’inertie aussi.

Si on veut faire de la découpe dans un panneau de MDF cette solution du portique mobile est préférable.

3 – Un mix ! table mobile selon l’axe des X uniquement.

Je n’ai pas vu d’exemple de machine réalisée sur ce principe, mais why not ?

Fraiseuse  mixte

La machine n’occupe que deux fois la surface de la pièce la plus grande à usiner.

Le portique de l’axe des X , installé au milieu de l’axe des X est immobile, on peut le haubaner sur le châssis, du coup on peut faire un axe de Y et des Z beaucoup plus costauds et donc plus lourds. Et augmenter la course de l’axe Z (la hauteur du portique), donc usiner des pièces plus hautes qu ‘une plaque de MDF ou d’alu

Voici un exemple :

fraiseuse_mixte_exemple

Sa réalisation : un monstre !

IMAG0400

Le support des rails "Y" fixe, pèse 70 kg !!!! Donc très robuste et on imagine pas qu ‘il soit mobile.

La table est ridiculement petite, par rapport à la machine, mais celle ci doit être équipée d’un bac de récupération de copeaux et du liquide de coupe, avec une pompe de recirculation.

Une remarque a été faite : l’axe des X , ne repose pas directement sur la structure, il est donc moins rigide.

L ‘auteur du premier blog propose une version 2 améliorée de sa première réalisation :

En DIY , il ne faut pas réver d ‘avoir une précision d’usinage au 1/100 ème de millimètre ( ce genre de machine existe mais pour des dimensions réduites (horlogerie) et les prix sont astronomiques : plus de 5 000 € )

Pour rester dans une précision du 1/10 éme de millimètre, en bricolage, il faudra déjà bien se bagarrer pour réduire la flèche des arbres de guidage, et augmenter la rigidité de la structure.

Même dans du bois, un utilisateur de défonceuse à main expliquait qu ‘il fallait appuyer fort sur la machine.. C ‘est donc la structure qui va encaisser cet effort et ne doit pas trop se déformer.

Les guidages linéaires sont usinés avec une certaine précision qui va du standard à la haute précision. En bricolage pour rester dans un budget abordable on devra se contenter du standard.

Il en est de même pour les profilés de structure : http://catalog.item24.fr/pub/DOK_MONT_profil-tech-daten__SFR__AIN__V1.pdf

La précision d’usinage, ou plutôt la résolution, dépendra du nombre de pas pour un tour du moteur pas à pas, et de la valeur du pas de la vis d’entraînement.

Exemple 200 pas pour un tour, pas de la vis 2 mm => un pas moteur = 1/100

Le système vis écrou qui transforme la rotation du moteur pas à pas en déplacement linéaire de la fraise possède un certain jeu. Si ce jeu est trop important ( supérieur au pas du moteur ( 1/100 mm ) lors de l’inversion de sens on va perdre des pas. Aussi on trouve des systèmes vis écrou avec un système de compensation du jeu ( antiback slash ), qui ressemble à deux écrous écartés par un puissant ressort.

Moteur de broche.

Bien sûr on peut mettre une Dremel ( mais on va la tuer en peu de temps si on fait de l’usinage, la dimension et le type d’outils sont limités et s’usent assez vite ). ce n’est pas assez puissant, les passes devront être réduites et l’usinage va prendre la journée ( or une Dremel n’est pas prévue pour une marche prolongée : Duty cycle faible ).

J ‘ai vu des gens essayer avec un moteur d’avion Outrunner très puissant et pas cher : Echec : problème de refroidissement, il manque d’air : pas d’hélice ; et contrairement à une broche de fraiseuse les roulements ne supportent pas une force radiale très élevée selon la profondeur de passe et l’avance et les dimensions de la fraise.

Le moteur minimal est le Kress 1050; avec des roulements conçus pour et avec un jeu minimal.

Kress 1050 -1 FME

C ‘est la taille d’une perceuse, avec un poids de 1,7 kg. Coût : entre 200 et 250 €

Au niveau pince de serrage des fraises , elle est limitée à 8 mm ( contre 3 pour une Dremel ) Plus le diamètre est petit, plus la fraise est courte et moins la profondeur d’usinage sera importante ( je ne parle pas de la hauteur de la passe, mais à quelle distance l’outil peut descendre dans une rainure réalisée en plusieurs passes, avant que le mandrin touche).

Voir ici : choisir sa broche

On trouve des broches plus puissantes , de taille réduites, et refroidies par circulation d’eau ( watercooled )

Choix des fraises : en fonction des matériaux et du type d’usinage:

http://id-conception.fr/index.php?page=Outillage

Ou trouver des fraises ? Otello

Quels outils choisir pour réaliser telle ou telle forme d’usinage ? Alors là c’est un métier et il faudra demander aux spécialistes.

Réalisation de la structure :

Lorsqu’on a rien pour usiner des pièces, il est possible d’utiliser des profilés alu, coupés à la demande :

https://www.damencnc.com/fr/-el-ements/aluminium-profiles

J’ai une préférence pour Item

exemple structure en profilés Item

https://www.damencnc.com/fr/montages/guidage-lin-eaire/276

Sur le site de Item on trouve les fichiers CAO des divers profils ( à la longueur choisie), ce qui permet de dessiner sa machine en 3D avec un logiciel de CAO ; on trouve aussi un calculateur de flèche.

les profilés Item
DamenCNC propose seulement les profils les plus couramment utilisés

Choix des guidages :

On peut utiliser des barres cylindriques, encastrées aux extrémités dans deux supports.

Les supports d’axes cylindriques Item à fixer dans les rainures d’un profilé me semble pas assez rigides.

shaft support cnc

Les barres de guidage ne sont pas supportées et sur une grande longueur il y aura beaucoup de flèche avec des risques de broutage et de vibrations.

Pour avoir un minimum de flèche il est conseillé d’utiliser des rails à visser sur toute la longueur du profilé de la structure..

D ‘autre part il est préférable d’avoir un guidage à bille sur le chariot, comme les systèmes de guidage Hiwin HGH ou HGW, dont le prix des chariots n’est pas exorbitant.

https://www.damencnc.com/fr/-el-ements/pi-eces-m-ecaniques/profils-de-guidage

guidages linéaires HIWIN

Une idée du prix des guidages ( seulement ) pour une table X de 600 mm avec guidage sur 1,2 m, avec des rails de 20 mm.

Ca décoiffe quand même.( c’est le prix des rails… )

Shopping cart

HIWIN HGR-T Profile Rails HGR-20-T Profile Rail 2×1.2 m € 88.49 per m € 226.36 Remove product
HIWIN Carriage HGW "Flange type" HGW20CC € 39.99 per piece € 159.96 Remove product
Subtotal (excl. VAT.): € 386.32
Delivery price: € 28.69
VAT(19%): € 78.85
Total: € 493.86

Tous les détails : http://www.hiwin.fr/DownloadCenter/files/HN_FRZ_Kompakt_CH_008_mit-Umschlag_eBook.pdf

Pour réduire le jeu HIWIN propose des niveaux de précontraintes avec des billes plus ou moins surdimensionnées, pour les rails > 20 mm

.

Logiciels :

Les logiciels de CAO sortent pratiquement tous la forme de la pièce en format STL. On a les contours de la pièce.

Cette pièce sera usinée dans un bloc de métal qu ‘il va falloir tailler.

On va donc utiliser un logiciel de fraisage qui va sortir un G Code qui définit la trajectoire des outils, pour "décaper " le contour de la pièce.. Il doit donc connaitre la dimension du bloc dans lequel on usine la pièce et le type et la dimension des outils, plus d’autres paramètres : vitesse de coupe, profondeur, largeur de passe maximums….

Le Gcode est un langage universel de l’usinage.

G Codes

we will be adding GCode definitions / explanations here. we will also put implementation specific notes here as needed. until then, please see the primer.

Some useful G-Codes are:

G0 – Rapid Motion
G1 – Coordinated Motion
G2 – Arc – Clockwise
G3 – Arc – Counter Clockwise
G4 – Dwell
G10 – Create Coordinate System Offset from the Absolute one
G17 – Select XY plane (default)
G18 – Select XZ plane (not implemented)
G19 – Select YX plane (not implemented)
G20 – Inches as units
G21 – Millimeters as units
G28 – Home given Axes to maximum
G30 – Go Home via Intermediate Point (not implemented)
G31 – Single probe (not implemented)
G32 – Probe area (not implemented)
G53 – Set absolute coordinate system
G54-G59 – Use coordinate system from G10 P0-5
G90 – Absolute Positioning
G91 – Relative Positioning
G92 – Define current position on axes
G94 – Feed rate mode (not implemented)
G97 – Spindle speed rate
G161 – Home negative
G162 – Home positive

G-Codes can have all kinds of arguments. Only a few of those are actually used here:

X absolute position
Y absolute position
Z absolute position
A position (rotary around X)
B position (rotary around Y)
C position (rotary around Z)
U Relative axis parallel to X
V Relative axis parallel to Y
W Relative axis parallel to Z
M code (another "action" register or Machine code(*)) (otherwise referred to as a "Miscellaneous" function")
F feed rate
S spindle speed
N line number
R Arc radius or optional word passed to a subprogram/canned cycle
P Dwell time or optional word passed to a subprogram/canned cycle
T Tool selection
I Arc data X axis
J Arc data Y axis.
K Arc data Z axis, or optional word passed to a subprogram/canned cycle
D Cutter diameter/radius offset
H Tool length offset

Examples

G1 X5 Y-5 Z6 F3300.0 (Move to postion = at speed 3300.0)
G21 (set units to mm)
G90 (set positioning to absolute)
G92 X0 Y0 Z0 (set current position to =)

Il sera peut être nécessaire d’utiliser des outils différents, pour l’usinage du contour , pour des perçages, pour chanfreiner les perçages , etc….

Certaines machines sont équipées pour changer automatiquement d’outils ( pas envisageable dans le bricolage ), géré par le logiciel.

Pour l’instant je ne sais pas comment il faut procéder, avec un changement manuel d’outil.

Il existe plusieurs logiciels de génération du G Code, adaptés à d’autres formats que le STL.

FreeMill

permet d’importer les fichiers aux formats suivants : VisualMILL, IGES, STEP, DWG/DXF, Rhino, STL, VRML and Raw Triangle files.

Enfin certains logiciels de CAO ont leur propre logiciel d’usinage.

HeeksCNC pour HeeksCAD : un logiciel de modélisation volumique ( objet créé à partir de volumes simples cubes, cylindres, cônes )

RhinoCAM pour Rhino : un logiciel de modélisation surfacique ( pièces tout en courbes et surfaces gauches : exemple fuselage d’une maquette d’avion, pour réaliser un moule. )

Ce G Code est envoyé depuis le PC ( port parallèle ou USB ) à un boitier électronique ( à microprocesseur ) qui va interpréter le G Code , grâce à un autre logiciel propre à la machine.

J ‘ai pu lire que certaines cartes ne donnaient pas de bons résultats, et qu ‘il est préférable d’utiliser l’ USB 2. Les PC ne sont pas des systèmes temps réel et la régularité de l’envoi des données sur le port //, dépend de l’occupation de l’ UC ( latence ).

Sur le blog dont j’ai pris l’exemple, ils utilisent un buffer ( tampon ) sur l’ USB2 ( voir Projet IP5X ). Les données sont chargées rapidement par paquets vers le buffer, et séquencées régulièrement vers la machine, donnant des déplacements plus coulés.

Ce logiciel va ensuite envoyer les impulsions aux moteurs pas à pas des trois axes et au moteur de la broche.

http://www.stielec.ac-aix-marseille.fr/cours/abati/motpas.htm

Animation fonctionnement moteur pas à pas

Dans l’usinage il y a deux particularités :

– il faut éviter les pertes de pas lors des déplacements à grande vitesse et lors des arrêts avec l’inertie..

– le blocage des moteurs ( on alimente les deux bobines en même temps , à tension réduite ) pendant une passe rectiligne avec déplacement le long de X, le moteur Z et le moteur Y sont bloqués. On peut avoir recours à un frein électromagnétique qui se monte sur l’autre sortie d’arbre du moteur (il faut prévoir un moteur à deux axes).

Après avoir regardé les prix des différents boitiers, ça ne vaut pas la peine de les faire soi même, et encore moins de se lancer seul dans la programmation du boitier qui interprète le le G Code , plus l’interface PC, sinon vous n’êtes pas prêts de faire des copeaux avec votre machine..

Celà n’empêche pas de bien comprendre comment ça marche, ni de chercher à comprendre le G Code..

Carte électronique de pilotage de la machine :

http://cnc.automatik.free.fr/mapage1/index.html#bv000002

HobbyCNC

Attention cette carte n’accepte pas les moteurs pas à pas 4 fils.

Projet IPL5X

Logiciel de pilotage des machines.

Sous Windows : Mach3 de Art soft 130 €

RP FMS http://5xproject.dyndns.org/5XProject/tiki-index.php?page=Logiciel+RP-FMS

Sous Ubunbtu : EMC2

Voici un comparatif.

EMC2 vs Mach3

Pour une fois il semblerait qu’un logiciel libre et gratuit Linux, soit plus convivial et plus performant qu ‘un logiciel Windows. Linux ne s’installe pas sur mon PC récent, mais on peut dédier une vieille UC avec Ubuntu à la CNC.

Liens :

http://www.cnccookbook.com/

http://www.neo7cnc.com/index.html

http://5xproject.dyndns.org/5XProject/tiki-index.php?page=LE%20Projet

http://www.simplyrhino.co.uk/index.html

http://www.rhinocam.com/

http://catalog.item24.fr/fr/index.php?cat=c1000021846_Profil–s-8.html

http://www.hiwin.fr/index.php?scriptlet=HIWIN/Product&id=7&language=fr

https://www.damencnc.com/fr/-el-ementshttps://www.damencnc.com/fr/-el-ements

http://stores.ebay.co.uk/Marchant-Dice-Ltd

http://www.igus.fr/wpck/default.aspx?PageNr=2404

http://www.linuxcnc.org/

http://www.mecsoft.com/freemill.shtml

http://cnc25.free.fr/

http://stores.ebay.fr/happykisssoul?_trksid=p4340.l2563

Vidéos

http://www.youtube.com/watch?v=D4-p3ZGlThg&feature=related

A compléter

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