Conseil pour 1ère CNC (merci)

[Nessa]

Bonjour à tous et merci d'avance pour votre attention,

Comme beaucoup d'entre vous, nous nous lançons (en couple) dans le projet d'une réalisation de fraiseuse CNC.

Je vous donne les grandes lignes du projet.
La CNC, avec portique, servira à usiner principalement du métal alu et acier (donc il nous faut quelque chose de robuste).
Elle sera convertible en imprimante 3D.
Au niveau des dimension Axe X 120cm, Axe Y 100cm, et Axe Z 80cm (pour pouvoir imprimer en 3D de grand format)

Matériaux utilisés:

- Profilé alu pour "chassis" ( désolé je n'ai pas encore le vocabulaire adéquate)
- Rail de guidage linéaire en 25mm et roulement à billes
- Vis à bille (1 pour chaque axe) diamètre 25
- Moteur nema 34 bipolaire 6.4 Nm - 3.2 A/Phase

Pour les cartes moteur, nous n'avons pas encore décidé.

Je voudrais déjà avoir votre avis sur le matériel cité plus haut. Pensez-vous que ces choix soient judicieux au vu de ce que nous voulons faire avec la CNC?
Serait-ce assez robuste ou faut-il voir plus gros?
Etant donné que l'axe Z sera très grand, faudrait-il revoir à la hausse le guidage et l'entraînement de l'axe Y?
Les moteurs seront-ils assez puissants pour usiner de l'acier?

Questions plus générales :

Quelles sont les paramètres importants à prendre en compte sur les moteurs, pour la rapidité et la précision?

Merci pour vos remarques. Tous vos avis sont positifs du moment qu'ils nous permettent d'évoluer dans notre projet.
N'hésitez pas à développer vos commentaires, nous sommes encore novices dans ce milieu.

Cordialement.

 

[antoinebeniste]

Salut et bienvenue,
Chouette projet dans la mesure ou il se fait en couple, mais vraiment trop incoherent a mon gout, je m'explique:

Premierement tu n'auras jamais la rigiditée suffisante pour usiner de l'acier avec un chassis en profilé alu.

Deuxiement, transformable en imprimante, une fraiseuse ca va dans les 2500 mm/m, une imprimante va a plus de 10 000 mm/m (d'ailleurs c'est pour ça qu'elles sont sur courroies), bon courage pour bouger un portique de 200kg à cette vitesse.

Troisiement, une seule vab sur un axe si large, ça partira en crabe (les patins doivent formé un carré), il en faut deux ou alors prévoir une machine deux fois plus grandes que la course finale.

Quatriement un porte a faux sur z de 80 cm et usiner de l'acier avec ça me parit improbable
Je pense en gros que l'idée même de votre projet est a reprendre.

Voila, j'espere que tu ne le prendras pas mal
@+
Antoine

 

[dotrick]

Bonjour,

Je pense que tu as oublié la case présentation. Tu pourras en profiter pour nous parler de tes connaissances dans le domaine. Cela peux guider dans les réponses.

Je suis aussi dans une phase de conception. J'ai fait plusieurs calculs pour essayer de bien définir les matériaux, les architectures etc... La première chose sur laquelle j'ai eu des difficulté, c'est la capacité à ma future machine à usiner de l'acier. Mon axe en Z (250mm) est vraiment le point faible en déformation. Ce qui je pense, va se caractériser par des vibrations qui rendront l'usinage impossible. Pour info, pour faire ma simulation, j'ai pris comme pire cas les valeurs suivantes:

Efforts de coupe selon les matériaux pour une épaisseur de copeau de 0.1mm et une profondeur de passe de 3mm sont d'environ :
Alu : F = 108 x 0.1 x 3 = 33 DaN
Acier usage général () : F = 320 x 0.1 x 3 = 96 DaN
Acier Inox : F = 400 x 0.1 x 3 = 120 DaN

Les résultats de la simulation :
https://www.usinages.com/threads/cnc-portique-efforts-sur-les-axes-xyz.57536/#p630479

Etant donné que l'axe Z sera très grand, faudrait-il revoir à la hausse le guidage et l'entraînement de l'axe Y?

Donc avec un axe Z de 800mm ça devrait swinguer!

--> Il faut trouver une technique pour réduire cette distance

Les moteurs seront-ils assez puissants pour usiner de l'acier?

J'ai trouvé un petit fichier excel qui permet de dimensionner les moteurs. Cela peux donner un ordre de grandeur...

Quelles sont les paramètres importants à prendre en compte sur les moteurs, pour la rapidité et la précision?

Pour les moteurs, voir le fichier excel.
Pour la précision, je pense que le problème est plutot au niveau des guides, des vis à bille, de l'assemblage de ta CNC qu'au niveau du moteur. Un moteur de 200pas/tour couplé à une VAB avec un pas de 5mm/tour donne une résolution de 0.025mm. Tu peux augmenter cette résolution de manière logicielle.


De manière plus générale, il faut se poser la question sur les matériaux que tu veux usiner. Tu choisira les outils et tu pourras en déduire :
- les profondeurs de passe,
- la largeur des passes,
- la vitesse d'avance,
- la vitesse de rotation de ta broche,
- La puissance de ta broche (vérifier si la broche peux fournir le couple à la vitesse déterminée, la puissance n'est pas suffisante)

Un exemple d'ordre de grandeur (Logiciel):
Acier 600Mpa,
Fraise acier rapide
Diamètre fraise : 10mm
Vitesse rotation broche : 1000 tr/min
Vitesse avance : 91mm/min
Largeur de coupe : 10mm
Profondeur de coupe : 3mm
Effort de coupe : 237N

Voila! Voir la pièce jointe StepperMotorCalcs.xls Stepper motor Calculations

 

[stanloc]

Bonsoir,
@antoinebeniste ; où tu as vu que le portique allait faire 200 kg ????????????????????????
Stan

 

[antoinebeniste]

Une simple déduction, pour usiner de l'acier, faut un portique en acier sur une longueur de un metre on y est vite a 200 kg, une foi ajouté les rails le z les montants du portique...
Antoine

 

[Nessa]

Déjà Merci à tous les deux pour vos réponses!

Je vais commencer par la réponse d "antoinebeniste"

Déjà pas de souci, rien d'offensant dans ta réponse juste des remarques constructives.
Ces dernières nous ont fait revoir nos exigences à la baisse. En bref on laisse tomber l'acier pour se rabattre sur l'alu.

Premierement tu n'auras jamais la rigiditée suffisante pour usiner de l'acier avec un chassis en profilé alu.

Je présume que cette contrainte d'un chassis en acier n'est plus valable si on usine de l'alu?
Deuxième souci :

Deuxiement, transformable en imprimante, une fraiseuse ca va dans les 2500 mm/m, une imprimante va a plus de 10 000 mm/m (d'ailleurs c'est pour ça qu'elles sont sur courroies), bon courage pour bouger un portique de 200kg à cette vitesse.

Idem, portique moins lourd, donc possibilité de convertir? ou pas?


Enfin,

Troisiement, une seule vab sur un axe si large, ça partira en crabe (les patins doivent formé un carré), il en faut deux ou alors prévoir une machine deux fois plus grandes que la course finale.

Ceci est-il toujours valable au vu du changement de la matière d'usinage? Merci

Ensuite en réponse à " dotrick"

Désolé pour "la case présentation". C'est en fait assez rapide, nos connaissances dans ce domaine sont ... nulles. On apprend au fur et à mesure de nos lectures. C'est pour cela que je précisais à ceux qui dénieraient répondre de développer leur commentaires.

La première chose sur laquelle j'ai eu des difficulté, c'est la capacité à ma future machine à usiner de l'acier. Mon axe en Z (250mm) est vraiment le point faible en déformation. Ce qui je pense, va se caractériser par des vibrations qui rendront l'usinage impossible.

Ca m'intéresse même si le projet a changé.
Quelles sont les dimensions de ta future machine?
Qu'as-tu prévu en terme de guidage et transmission?
Qu'est ce qui fait que cela va poser problème?

Pour ce qui est des moteurs, je ne parvient pas à ouvrir le fichier, mais j'ai bon espoir. Merci quand même pour toutes ces infos.

 

[Nessa]

J'allais oublié,

Question à "antoinebeniste" par rapport à :

Deuxiement, transformable en imprimante, une fraiseuse ca va dans les 2500 mm/m, une imprimante va a plus de 10 000 mm/m (d'ailleurs c'est pour ça qu'elles sont sur courroies)

D'après ta phrase, j'en déduit que le système par courroie est utilisé pour une transmission plus rapide (arrête moi si je me trompe).
Si c'est le cas, quand est-il de la précision pour ce système de transmission?
Dans le cas d'un projet de CNC convertible en imprimante 3D, serait-il pertinent de mettre des courroies plutôt que des vis à billes, compte tenu des dimensions , qui je le rappelle seraient de 120x100x80

Merci

 

[antoinebeniste]

Chacun a ses avantages et inconvenients, la courroie permets de tres grande vitesse de deplacement mais a une moins bonne précision qu'une vab, si tu fais beaucoup d'alu, vaut mieux eviter la courroie, si il y a beaucoup de force en jeu, elle sera plus sensible aux vibrations provoqués par l'usinage.

Le top pour toi ce serait peut etre une transmission par crémaillere et en plus ça revient moins cher que les vab et ça donne de bonne vitesse mais il faut mettre un systeme de réduction sur le moteur, sinon la résolution est mauvaise,le micro pas n'y changera pas grand chose (juste en vibration).
Le probleme d'un profilé alu c'est qu'il est souple, l'upn n'est pas si cher et est peut etre une voie mais c'est plus dure a travailler que de l'alu.
Pour le fait de mettre deux vab c'est obligatoire dans la plupart des cas meme si aucune chinoise n'est faite comme ça. Il y a des regles a respecter pour le positionnement des patins sinon on se retrouve avec des problemes de souplesse, effet ressort.
Je te conseil de copier ce qui a déja été fait, une mechmate avec table escamotable par exemple et un grand Z avec les rails sur la partie mobile, comme ça tu ne seras en porte a faux en usinage alu.
Elle a cremailleres (deux sur l'axe principale), est faite en acier et est éprouvé par tout le monde, parcontre je crois qu'elle est un peu plus grande que tes besoins mais tu peux te l'adapter.

Apres on connait ni ton budget ni ton outillage, dur de savoir ce que tu capable de faire.
Antoine

 

[assurancetourix]

hello

un point qui n'est abordé nulle part et qui peut remettre en cause tout le projet = la broche

.....

 

[dotrick]

Ca m'intéresse même si le projet a changé.
Quelles sont les dimensions de ta future machine?
Qu'as-tu prévu en terme de guidage et transmission?
Qu'est ce qui fait que cela va poser problème?

Pour ce qui est des moteurs, je ne parvient pas à ouvrir le fichier, mais j'ai bon espoir. Merci quand même pour toutes ces infos.

Tout d'abord, j'ai prévu l'usinage de l'acier et de l'alu pour un budget d'environ 3000$. La structure sera en acier (poids et rigidité). Probablement avec des tubes car moins cher que des plaques (2.5x moins selon mes sources). A ce jour, pour le portique, je pense mettre une poutre en acier de 200mm x 150mm x 700mm d'épaisseur 12.7mm 48kg... Rien que la poutre...

Dimension du plateau de travail 900x600x250. Le Z sera soit revu à la baisse, soit je devrais trouver un moyen de mettre des cales pour réduire la distance à 50-100mm. Ceci afin d'améliorer la rigidité sans toutefois perdre en précision (garder la planéité et l’orthogonalité).

Pour les guidages (voir PJ) : des rails Hiwin ou similaire en 15-20mm http://www.hiwin.com/html/linear guideways/hg.html ou http://www.hiwin.com/html/linear guideways/rg.html ou une plus vieille série "LG" selon ce que je trouverai comme bon prix. Je cherche dans des magasins de destockage.

Ce qui va me poser problème? l'usinage de l'acier! Pour être confortable, il faudrait dimensionner le système pour qu'il accepte une force tangentielle en Z de 1000N sans déformation (<0.05mm voire 0.025mm). Et ceci c'est hyper dur à atteindre sans exploser les prix. Les forces sont conséquentes ce qui implique des guides Heavy duty, des VAB heavy duty, des moteurs Heavy duty et donc un prix global Heavy duty!!!

Bref, je ferai un post quand le projet sera mieux ficelé! Voir la pièce jointe LinearGuideway_HIWIN.pdf Guide technique

 

[dotrick]

Du nouveau?