Construction d'un portique CNC avec des tubes en acier

[myf]

Bonjour,

Je suis ce forum depuis quelques années. Les aventures mécaniques des participants me poussent à me lancer dans la construction et l'utilisation d'un portique cnc pendant mes loisirs. Je vous présente donc avec naïveté le projet. Beaucoup d'idées proviennent d'ailleurs des discussions d'ici.

Mon projet consiste à découper ou à sculpter des casses-têtes, des accessoires, des petits jouets etc. dans du bois, et à effectuer des usinages de petites pièces en métal comme des engrenages. Je ne compte pas me limiter à la découpe de plaques et ai aussi l'idée d'expérimenter la géométrie dans l'espace avec certainement un quatrième axe plus tard. Je privilégie la construction pièce par pièce de la machine pour le plaisir de la découverte à l'achat d'une machine toute faite.

Sa taille sera d'environ 800mm x 500mm pour être déplaçable, et est de toute façon limitée au maximum à 1000mm x 600mm pour passer entre les portes. Son volume de travail sera de l'ordre de 200mm x 300mm x 450mm. Je choisis le style "table mobile" pour simplifier le montage, et l'autre axe horizontal aura la forme d'un "pont roulant" pour diminuer les effets de bras de levier.

Je pense construire cette machine en tubes de fer. Un grossiste dans une commune voisine vend aux particuliers des tubes de fer en 6ml. Il peut les découper sans grande précision en tronçons de 1.5m ou 2m pour les mettre dans la voiture. Cette matière première est dense et rigide, elle me semble adaptée aux machines pour un prix variant de 1 à 2 eur/kg selon les dimensions des tubes.

Voila donc une premières vues des principales pièces :

Cette base est composée de tubes carrés creux de 80mm de côté, l'épaisseur est de 3mm. Je manque de référence pour prévoir la rigidité de l'ensemble. Qu'en pensez-vous? Je ferais les découpes avec une scie à métaux à ruban. Les assemblages seront boulonnés, et les équerres (non représentés ici) seront découpées dans ces tubes.

L'axe Z est principalement constitué d'un tube creux de 150mm de côté et d'épaisseur 3mm. La fraiseuse sera à l'intérieur. J'hésite avec un tube de 120mm de côté et l'épaisseur convient-elle? Dans le doute j'ai choisi le grand tube de 150mm pour avoir de la place, et l'épaisseur de 3mm (et pas 5mm) pour que l'ensemble ne soit pas trop lourd.

Le support de cet axe est composé d'une dizaine de d'équerres coupées dans ces tubes. Je pense commencer le montage avec un boulonnage très lâche puis serrer tous les boulons en plusieurs passes. Est-ce que cela aboutit à des rails et des guides "au bon endroit" qui coulissent sans efforts même si aucune découpe n'est très précise?

Je compte faire le lien de transmission avec les vis à billes en utilisant aussi les mêmes tubes découpés en coins avec la même scie à ruban. L'archet peut être vertical et un petit plateau la transforme en scie à chantourner. La perceuse à colonne à une vitesse minimale de 180rpm je crois. L'utilisation de scies-trépans doit être possible jusqu'à 50mm de diamètre. L'épaisseur de 3mm de ces équerres convient-elle?

Un déplacement de 200mm sur l'axe Z est-il raisonnable? Assez haut pour permettre des usinages avec un plateau tournant ou un 4ème axe et faire des maquettes d'engrenages complexes, pas trop haut pour limiter la flexion et les vibrations?

Pour le guidage j'hésite entre les tubes ronds supportés sbr de 20mm (ou 25mm) et le premier prix des guides trapézoïdaux (par exemple orange (15mm ou) 20mm chez cnc-discount.de). Bien sur qu'il y a mieux, mais c'est trop cher pour ma bourse. La transmission se fera avec des vis à billes 1605 de 16mm (ou 2005, 20mm) de diamètre au pas de 5mm. Les moteurs pas-à-pas seront des nema23 ou nema24 de 2.1Nm ou 3N.m.

Avez-vous des avis, conseils ou mises en garde à faire? je pense bien sûr me tromper ici ou là car c'est pour moi une expérience nouvelle, mais je préférerai ne pas faire trop d'essais perdus d'avance. La première étape consistera à construire l'axe Z dans son support. J'ouvre cette discussion pour échanger sur la taille des tubes, le choix de la transmission et des guidages, et la hauteur de l'axe Z.

J'apprécie ce lieu de discussion. Et en même temps que je salue mes lecteurs et futurs commentateurs, j'addresse mes remerciements à l'intendance du forum en la personne des modérateurs qui permettent à ce lieu d'être assez rangé pour des discussions construites et organisés.

F.

 

[stanloc]

Pour moi il est clair que cette structure ne sera pas facile à réussir du fait des assemblages et de la complexité de sa géométrie voire même la conception de l'axe Z est à mon sens scabreuse.
Bon même si le résultat est un jour satisfaisant le manque d'accessibilité à la broche sera toujours un handicap.
Désolé mais je classe cette conception dans la catégorie "pourquoi faire simple quand on peut faire compliqué".
Bon courage.
Stan

 

[Rider63]

Salut!

moi aussi je pense que ta conception de ton ensemble x et z est trop compliquée, a mon avis tu devrais garder ta table mobile mais faire un portique fixe avec tes rails du x l'un au dessu de l'autre et ta vab au milieu, ainsi qu'un z avec tes deux rails dans le même plan et aussi la vab au millieu.

dans ton cas actuel ça risque d'etre assez dur a réaliser mais en plus la position de tes vab aura tendance a vouloir mettre en vrac tes ensembles mobiles.

a mon avis les choses a retenir sont:

-structure en tube acier soudée mais la il te faudra un truc plus simple quand même. as tu des moyens d'usinage pour reprendre la géométrie de ton chassis apres soudure?
-rails prismatiques ( même en petite section ça vaudra toujours mieux que du gros sbr)
-je pense que des vab de 16 sont suffisantes
-table mobile et portique fixe

attention au poids de la machine tu semble vouloir faire une machine transportable, les tubes acier ça pese vite lourd

 

[el patenteu]

Meme une petite cn c'est un enclume a transporter.
Part sur un shema SIMPLE,une base ,2 flancs,une poutre.

Fred

 

[sebastian]

bonsoir,
je trouve également ton projet un peu compliqué...
on a l'impression de voir un projet miniaturisé d'une grosse structure existante... un modèle réduit en somme.
Les structures les + simples (mais bien pensées) sont souvent de bon projets qui aboutissent, à part quelques exceptions plus complexes sur le forum.

La matière dont tu disposes semble une bonne base pour un solide et rigide projet ; les sections sont importantes, donc ne te complique pas trop la vie surtout au niveau du portique et du Z.

Bon courage dans ton projet
Sebastian

 

[Manuforg]

En effet, cette structure me parait fort complexe.
Pourquoi ne te base tu pas sur des cnc existantes??

En structure acier 120x120mm tu a celle ci:
https://www.usinages.com/threads/cnc-de-manu-usinage-bois-1250-800-200.77139/
dont je suis l'heureux possesseur . Peut être mon post de donnera t'il des idées, il est la pour ça.

Bonne continuation.
Manu

 

[myf]

Bonjour,

Je suis de retour après avoir lu vos amicaux conseils.

Je poursuivais une idée secondaire: utiliser des tubes en acier, et j'en oubliais l'idée principale: faire efficace et simple, donc classique en prenant une forme qui a déjà fait ses preuves.

Les tubes utilisés ici sont des carrés de 90mm de côté et de 3mm d'épaisseur, et les trois plaques sont en aluminium de 10mm. L'encombrement extérieur est 900mm x 500mm hors accessoires et têtes de vis, et 750mm de haut. Le volume de travail reste du même ordre de grandeur 500x310x220mm.

Bien cordialement à tous.

F.

 

[stanloc]

D'emblée il y a une chose qui me chagrine c'est la partie haute du portique. Là il va y avoir du sport pour faire quelque chose de facile à assembler, déjà, mais surtout cela ne constitue pas une base plane pour les deux guidages horizontaux et pour la vis . Il faut tout d'abord mettre la vis au centre entre les deux guidages linéaires et placer ces trois éléments sur une surface plane quitte à renforcer cette plaque par derrière.
Il faut se concentrer avant tout sur les modes d'assemblage des éléments. Il ne sert à rien de dessiner des pièces si on ne conçoit pas en même temps comment elles s'assemblent entre elles, de façon concrète.
Stan

 

[jp21]

comme l'a remarqué stanloc, pourquoi mets tu les vis à cotés des rails , il serait plus simple et meilleur de les mettre aux centres des rails
jp

 

[myf]

Bonjour,

Merci ! de ces conseils de structure : Vous me donnez cordialement l'état de l'art appliqué à ce projet personnel, au bon moment, quand je comprends concrètrement ce que cela veut dire, mais avant de commencer les frais.

En premier, il y a donc besoin de poser une plaque commune qui supportera les 2 rails traverses et la vis pour avoir un ensemble (transmission et guidage) bien plan.

Deux questions suivent :

Les rails et les chariots ont une hauteur totale de 30mm (en rails trapézoïdaux de 20mm chez cnc-disount.de), et ils sont montés ici sur un profilé de 5mm x 50mm. Placer la vis à bille au milieu des 2 rails minimise bien sur les efforts latéraux (ou les couples de levier non encaissés par les rails). Le montage des vis à billes RM1605 demande une passage minimal de 45mm de hauteur. Comme cela, il n'y a pas la place de mettre la vis entre ces rails, il manque 10 ou 15mm.

Placer la vis de guidage à l'extérieur chariot, juste à côté du rail est-il inexploitable ou multiplie-t-il simplement les efforts latéraux (et l'usure) par deux simplement? La machine n'aura pas de contrainte à tourner 24h/24, loin de la! Mais je ne sais pas quantifier ces efforts supplémentaires.

Si je laisse assez de place entre les rails pour placer la vis, les rails seront montés sur "des échasses" et ce support risque d'être moins rigide ; empiler 3 profilés de 5mm l'un sur l'autre doit aussi être assez bancal. Je préférerai utiliser qu'une ou deux sortes de tubes et de profilés car il y a un rapport de 3 ou 4 entre le prix d'un tube de 6ml (coupé en 3 pour rentrer dans la voiture, et recoupé sur mesure chez moi) et le prix au mètre fait par serrurier pour une découpe de 50cm d'un profilé particulier... son travail mérite salaire.

Sinon j'ai trouvé chez un ferrailleur une plaque en aluminium de 10mm d'épaisseur. Cela doit être de l'aluminium marine. Est-ce que cette matière peut servir de support? et si c'est le cas, j'espère en trouver d'autres selon les hasards des arrivages quand je passe devant l'entrepot...

Bien cordialement à tous.

F.

 

[el patenteu]

Vous savez ce que j'en pense?....
Ont voit presque toujours cette configuration de vab en plein centre des rails.
Or dans les cas de figure ici j'immaginne, peut etre a tord, qu'une vab placer SOUS le rail du bas(completement l'inverse du dessin)
optimiserais et les efforts a transmettre par la vab ET les contraintes infligées au rails et patins.
Entoucas en tant qu'ébéniste ayant souvent travailler avec des routers manuellement,si j'avais a déplacer cette axe a la main( au sens propre) c'est exactement a cet endroit que je pousserait,tirerait.

Fred

 

[Rider63]

dans l'idéal la meilleure position de la vab serai même au point de contact entre la broche et la piece a usiner. donc je suis d'accord avec toi Fred.

pour ma cn je n'ai pas fait ça, mais j'ai positionné ma vab entre mes deux rails le plus bas possible entre les rails:

 

[stanloc]

Désolé mais je ne vous suis pas sur ces élucubrations. En effet si vous mettez la VàB en dehors des guidages, certes vous diminuez le bras de levier entre celle-ci et le guidage auprès duquel elle est placée mais vous l'éloignez de l'autre guidage donc vous augmenter ce bras de levier. Donc c'est comme pi... dans un violon. Par ailleurs en positionnant la vis à billes au milieu des deux guidages on peut facilement (ce que personne ou presque ne fait, sauf moi) faire un montage des trois éléments convenablement conçu au point qu'il n'y a aucun réglage de parallélisme à faire ensuite entre eux.
Stan

 

[Manuforg]

Slt, comme la dis Fred, plus tu est près de l'endroit ou il y a effort, mieux c'est.
Mais il faut également tenir compte de la complexité du montage que cela induit.
Manu.

 

[el patenteu]

Ca n'induit aucune espace de complications de montage .....et ont peut meme utilisé la méthode si chere a Stan.
Stan,étant donner que Toute la résistance arrive du bas(efforts d'usinnage) le fait de s'éloigné du rail du haut au point meme
de se mettre sous le rail du bas viens presque totallement annulé justement l'effet de porte a faux qui fait que les rails
ne supporte pas les meme efforts,celui du bas est beaucoup solicité.

Fred

 

[carlos78]

Bonjour,
Je découvre le projet de MYF.
La 2eme version est beaucoup plus simple, mais il faudrait corriger quelque points de conception.
Ceux-ci ont pour la plupart déjà ete cités.
Je préfère de loin la vis a bille entre les rails (de preference au milieu) pour plusieurs raisons. D'abord, cette position optimise normalement la distance entre les rails. Avec un énorme z de 200mm, l'effet bras de levier est d'autant plus important que l'entraxe en y est faible.
Positionner la VAB au plus bas sur le portique n'aurait d'utilité a mon sens que pour un usinage suivant l'axe du portique.
Cette remarque sur l'optimisation vaut egalement pour la VAB en Z.
Si effectivement les hauteurs des patins+rails sont inférieurs aux dimensions nécessaires a la VAB, il est possible de monter les patins et/ou les rails sur des cales épaisses en alu.
Je trouve que la longueur (ou le positionnement) des rails du X n'est pas optimisée. La longueur prise suivant X de l'ensemble portique fait que la broche est trop en avant. Je dirais qu'il faudrait pour optimiser le déplacement de la table que l'axe de la broche soit au milieu des rails en X.

NB: pour en avoir fait les frais sur ma CNC, je trouve que le portique mériterait d'être plus long ...

Carlos

 

[myf]

Bonjour,

Commençons par remercier les auteurs des commentaires précédents : Merci d'avoir pris le temps de "faire le lien" entre les conseils déjà 1000 fois donnés sur le forum, que j'ai 100 fois lus... et que je n'ai pas appliqué sans doute emporté par des "beaux dessins!". J'adresse des remerciements particuliers à ceux qui ont posté des photos de leur construction ou de leur machine. Il n'y a rien de tel qu'une photo "en gros plan" pour comprendre comment cela marche.

Pour ma part j'ai fixé l'encombrement extérieur à 1000 (peut-être 1100) x 650mm car la machine devra pouvoir changer de pièce 1 ou 2 fois par an. Par rapport au dessin précédent j'ai aussi élargi les voies entre les rails (190mm et 160 entre les centres des rails en Y et en Z) pour diminuer les effets de la torsion. Tant pis si la largeur de travail reste à 400mm. J'ai placé une fraiseuse fictive au centre pour fixer les idées de la taille. Le volume de travail prévu est 550x400x200. (le 550 deviendrai 600 si je passais à longueur totale et des rails en X de 1100).
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Voila donc le dessin général et les deux couples support/chariot sur l'axe Y et l'axe Z. La vis à bille est plus longue que nécessaire, la différence de tarif est minime, et l'éventuel réutilisation en sera simplifié. Les profilés font 8mm, il y en a sous les rails et entre les patins et la plaque. Si les calculs sont bons il reste 1mm de chaque côté de l'écrou à billes. Celui-ci est en gros au milieu du plateau et entouré d'un bloc cubique qui sera vissé (avec une rondelle de 1mm) sur la plaque mobile.
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J'ai repris l'idée de Carlos de deux supports/chariots totalement indépendants l'un de l'autre. Il me semble que la mise au point sera plus simple.

Le support et le chariot en Y font 650x250mm et 250x250. La vis a billes dépasse un peu du bord car la transmission se fera par une poulie crantée. Un moteur dans l'alignement qui dépasse de 100mm me semble fragile : trop sujet aux coups et aux chocs (et la machine ne passe plus la porte). J'espère que cela n'entrainera pas trop de flou lors des changements de directions.

Le support et le chariot en Z font 220x250mm et 450x220 pour une hauteur de travail de 200mm. Il y a un léger décalage entre le chariot en Y et le support en Z pour que les boulons des "boggies" en Y et en Z puissent être face à un trou sans importance sur l'autre plaque. J'ai pensé que des écrous à tête hexagonale (en relief) permettent un petit ajustement au montage au contraire des écrous montés par fraisage qui impose le centrage au moment du serrage.
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Je suis surpris de voir comment changer une dimension à un endroit en modifie un grand nombre.
Est-il logique de commencer cette construction par les deux chariots indépendants?

Merci d'avoir lu jusqu'ici! Bien cordialement.

F.

 

[el patenteu]

Bonnnnn........la ca commence a avoir du sens!!
Seul petit bemol je comprend mal pourquoi ne pas fixer la vab du bas au centre du chassi,sur les travers?
Ouais eh bien en 8mm d'épais il ny aura plus de soucis fileter direct sur les section (pour les rails)
Maintenant pour les patins ce que trouve bien c'est de continnuer avec la meme vis allen que les rails.
Si les plaques sont suffisament épaisses ont peut noyer les tetes de vis en usinnant des poches légerement plus large et plus profondes
que les tetes de vis,ont ne perd pas les quelques 0.3-0.4mm de jeu permettant un ajustement.
Personnelement, un coup tout figer sur papier je commencerais par le chassis,en tant qu'amateur ont a souvents des améliorations qui peuvent se pointer en cours de route.

@+
Fred

 

[sebastian]

+1
ça prends bonne tournure il me semble.
Idem remarque pour la vab du X, plutôt au centre que sur un côté afin de mieux répartir les contraintes mécaniques et le risque de déformation lié.
Si la longueur de la vab et des paliers à billes aux extrémités ne correspondent pas à l'entre-axe des traverses du châssis pour sa fixation, tu peut imaginer une plaque qui permettrait de fixer les paliers là où tu veux pour obtenir la meilleure course du chariot… ou prendre une vab de la bonne longueur ; la différence de prix n'est pas si énorme
Le plus gros morceau, c'est le châssis ; je commencerais aussi par là. Le portique au complet est plus "facile" à adapter au châssis que l'inverse ; c'est la base, comme les fondations d'une maison qu'on peut modifier au fil de la construction

Bon courage pour la suite
Sebastian

 

[el patenteu]

Sébastiens,la vab n'as pas besoin d'etre aussi longue que les rail.
La vab ou tout autres transmissions c'est la COURSE qui dicte sa longueur et la course c'est la longeur des rails-encombrement(espace entre les patins)

Fred

 

[sebastian]

Tout à fait d'accord Fred.
Juste que sur son dessin, avec la longueur représentée, s'il là positionne au centre du châssis, sur les tubes transversaux de la structure comme ce serait préférable, t'as un palier dans le vide
d'où mes commentaires…

ça devrait faire encore une belle machine !
à suivre

Sebastian