Mini fraiseuse CNC

[Boris_25]

Mes deux passions étant le modélisme et les machines à commandes numériques, je vais donc me faire plaisir en réalisant une petite fraiseuse CN.
les courses seront identiques sur les trois axes X, Y et Z, (à peu près 45 mm), en utilisant trois chariots identiques.
Le but c'est de lui donner un look sympa, je ne cherche pas à copier un modèle en particulier. L'échelle sera donc approximative pour ce premier prototype, cette petite machine sera à peu près 10 fois plus petite qu'une machine réelle, soit une échelle au 1/10.
Je vais la motoriser pour obtenir des déplacements, mais sans pour autant avoir la capacité d'usinage.
La conception étant évolutive, je ne vais pas la dévoiler pour l'instant.
Pour commencer je démarre par la partie mécanique.

Pour réaliser ce projet, je vais utiliser quelques pièces récupérées sur un lecteur de CD hors service, à savoir :

Le moteur pas à pas avec vis mère

Les guides cylindriques en acier

et les contacts de fin de course.

Ces pièces serviront à constituer les trois chariots de déplacement.

 

[Doctor_itchy]

attention ses moteur n'ont presque pas de couple , en fraisage meme ultra léger ça bloqueras , ça marcheras plutot bien pour un petit graveur laser ou autre machine qui n'a aucun effort dynamique a tenir ! et que les guidage n'ont aucun point dur !

pense a bien réglé le courant car le rotor peu fondre , mesure le bobinage , si ta + de 20ohm il ne seront pas assez puissant si il font 10 ohm max ça iras ( 10ohm = +- 500ma de courant bobine , 20ohm 250ma courant bobine ... attention de ne pas dépasser ce courant et regler 50ma plus bas que le courant nominal moteur ! si ça chauffe ça fond

ça tourne tres bien sur de simple A4988 en 1/16eme de pas

 

[Boris_25]

attention ses moteur n'ont presque pas de couple , en fraisage meme ultra léger ça bloqueras

Oui, et comme tu as pu le lire dans mon premier post je ne souhaite pas "usiner", mais seulement obtenir des déplacements.

si ta + de 20ohm il ne seront pas assez puissant si il font 10 ohm max ça iras ( 10ohm = +- 500ma de courant bobine , 20ohm 250ma courant bobine ...

J'ai mesuré 10 Ohm par bobine, par contre pour le réglage de l'intensité c'est un peu doigt mouillé. Pour les tester j'utilise un MP6500 piloté par un Arduino.

Le réglage de l'intensité se fait grâce au potentiomètre, de manière empirique, j'essaye de trouver un compromis entre puissance et chauffe du moteur.

 

[cadrature]

Bonjour

Intéressant projet, mais je ne comprends pas l'usage de la machine. Est-ce pour l'exercice seulement ou aura-t-elle
une fonction ?

 

[fredcoach]

Il m'a semblé comprendre que c'est une maquette animée et non pas une machine fonctionnelle, donc on se fout de la puissance. C'est bien ça?

 

[Boris_25]

Oui tout a fait @fredcoach , mon projet est une fraiseuse CNC en modèle réduit, j'avais posté à l'origine dans la rubrique modélisme, mais mon sujet a été déplacé dans la rubrique "Projets de fraiseuse et portique d'usinage".

 

[Boris_25]

Pour continuer la présentation, voici le concept des chariots. Ils se composent d'une plaque support sur laquelle sont vissées deux extrémités qui supportent les axes. Le moteur est vissé sur le support, un logement vient accueillir le capteur qui sera maintenu par collage.

Vue éclatée :

Une fois assemblé :

 

[Boris_25]

Pour effectuer la liaison entre la vis et le chariot, j'ai utilisé un axe (en bleu sur la vue éclatée), orienté suivant l'angle d'hélice de la vis et maintenu entre le chariot et la vis.

Après montage, j'ai un problème de position. En effet, les ajustements des pièces ne sont pas très précis, et j'ai mis du jeu pour éviter les frottements, donc difficile de gérer la hauteur entre la vis et l'axe qui vient entrainer sur la vis. En poussant le chariot à la main, l'axe passe par dessus les crans. Difficile de maitriser la position et la force. Je vais être obligé de trouver une autre technique pour l'entrainement du chariot.

 

[Doctor_itchy]

coté courant si tu a 10ohm tu doit réglé Vref sur 0.143V (mesure entre la pin Vref et la masse) et ne pas dépasser cette valeur , mais tu peu allez en dessous , c'est expliquer ici https://www.pololu.com/product/2966

oui j'ai bien lu que c’était une maquette

par contre comme ses moteur n'ont qu'un couple très faible il faut que tes axe soit parfaitement aligné et que tout coulisse seul sans le moindre effort , la prise sur le "vis" devras être la plus légère possible sinon le moteur forceras et chauffera trop !

j'ai expérimenté ses moteur en les récup dans des dvd et cd rom , les + de 20ohm sont presque inexploitable car une fois du "poids" sur le chariot (ici une petite table en alu de 45*45mm du 3mm epais ) le moteur bloque ! on est tenté de pousser un peu les Ampère mais plus ça chauffe moins le moteur a de couple et plus vite il fond , j'ai deux de ses moteur qui on le rotor magnétique qui a fondu littéralement et il n'y avais rien comme charge je n'avais meme pas monté la table dessus !

donc ton chariot doit être parfaitement // coté guidage , si ça coince d'un coté le moteur va surchauffer et calé et en insistant il fondras

les 10ohm son plut résistant et on plus de couple , tu peu aussi tenté de refroidir les moteur avec de petit ventillo si ça chauffe trop

attention les 0.143V sont pour 500ma de bobine c'est un max idéalement réglé a 450ma plutôt !

la formule c'est courant / 3.5 = Vref (donc ici 0.450/3.5= 0.128V )

dans mon projet je pensais aussi revoir le couplage "noix/vis" car si trop de frottement ça coince ! j'ai testé avec une tige laiton comme toi mais le moteur calais directement j'en suis revenu au "noix" en plastique d'origine du lecteur dvd , y a du jeu et perte de précision , mais comme toi c'est une maquette c'est pas très grave

 

[Doctor_itchy]

tu peu aussi remplacer la tige en laiton par un bout de corde a piano de 0.5mm ça devrais etre plus souple et offrir moins de résistance et mettre un peu de graisse sur l'ensemble !

 

[Boris_25]

Effectivement, j'ai aussi réfléchi à un système avec un ressort de type corde à piano.
Le problème, c'est que la tige laiton fait 1 mm de diamètre sur 16 mm de long, et que j'ai taillé des encoches juste à la dimension de la tige! Donc toute modification qui consistera à la surélever, la fera sortir de son logement.
Et puis un système à ressort doit être maintenu en position lors de l'assemblage, ce qui sera très difficile si un ressort pousse depuis l'arrière.
Je vais plutôt m'orienter vers un système d'appui latéral, dans l'esprit de ce qui se fait sur les lecteurs CD, en fabricant une petite pièce en plastique (suivant la flèche bleue), qui viendra se loger dans l'espace existant, m'évitant ainsi de refaire les chariots.

 

[Doctor_itchy]

j'ai vu certain "mouler" la vis en 2 partie avec une pate style "patafix" ou du régule (ou dérivé) donc voir peu etre quelque chose de ce type

sinon la corde a piano tu la fait plus longue , tu plie les deux extrémité pour faire un U , et dans tes encoche tu fait un trou du diametre de la tige et tu la gisse dedand , tu la met en position et un peu de colle dans les trou ( ou deux mini ressort ? )

 

[Boris_25]

C'est possible mais trop complexe à mon gout, et surtout plier de la corde à piano, refaire des trous dans le chariot.

Je vais plutôt me faire des petites pièces en plastique, que je collerai.

J'ai dessiné un premier jet pour faire un test en usinage.
La conception repose sur un serpentin de faible épaisseur, il sera guidé dans la partie large du chariot, et une pointe droite viendra se positionner dans le filet de la vis.

 

[Doctor_itchy]

l'approche est interessante

peu etre prévoir un réglage "vis" pour la pression sur l'axe ?

 

[Boris_25]

Merci pour le compliment.

J'ai choisi une épaisseur de "lame de ressort" de 0.7 mm, la hauteur de la pièce fait 3mm. J'ai usiné avec un fraise de 1mm.
Voici la pièce :

Après un simple test de pression entre les doigts, l'effet ressort n'est pas très important. La pièce reste rigide. Je vais donc devoir réduire l'épaisseur des lames ressort, en passant à 0.6 mm pour essayer d'obtenir la souplesse voulue.

 

[bilou(te)]

Bonjour
C'est sympa comme projet.
Pour ton ressort, il faut peut-être prévoir un appui sous la vis également, parce qu'au milieu, il est possible qu'elle se déforme assez pour sauter, sauf si tu la contrains beaucoup avec le serpentin fabriqué, ce qui aura un impact près des extrémités de la vis

 

[Aiwass]

je vais peut être dire une connerie mais, vu que vous semblez avoir de quoi usiner finement, pourquoi pas réaliser une bague au diamètre de la vis( plus le jeu de fonctionnement), et y ajouter une très petite vis pointeau, ou une goupille ( celle utilisée précédemment par exemple) avec le bout hémisphérique pour faire un "doigt" qui suivrais le guidage de la vis? Restera a fixer cette bague dans le support via une vis sans tête ou par collage.

 

[Boris_25]

Merci pour vos retours.
Au début du projet, j'ai voulu tester avec un axe en guise "d'écrou d'entrainement sur la vis" qui devait juste poser sur la vis pour faire suivre le chariot. Malheureusement il faudrait avoir plus de place et utiliser un système de ressort comme le proposait @Doctor_itchy .

C'est sympa comme projet.

Merci.

Pour ton ressort, il faut peut-être prévoir un appui sous la vis également, parce qu'au milieu, il est possible qu'elle se déforme assez pour sauter, sauf si tu la contrains beaucoup avec le serpentin fabriqué, ce qui aura un impact près des extrémités de la vis

On touche là au problème plus que sensible. Tous les éléments de cet ensemble moteur/vis sont relativement petits et frêles. Ils n'ont pas une rigidité importante (la vis est relativement flexible). De plus il faut jongler avec le peu de puissance, donc éviter au maximum les frottements.

Oui @Aiwass j'ai de quoi usiner, mais je cherche aussi la simplicité.

Donc je ne vais rien inventer, la pièce que j'ai conçue est dans l'esprit de ce qui se fait sur certains lecteurs, une pièce en plastique moulée, qui possède un ergot venant se loger dans la vis. Pour la fonction ressort, ils utilisent la flexibilité de la pièce plastique.

 

[Doctor_itchy]

tu pourrais aussi si tu a ça sous la mains , faire cet ecrou en "teflon" le faible coef de frottement permetra de garder le couple pour le déplacement de l'ensemble , car a vide si tu a plus de 100gr sur un axe le moteur va caler :( c'est a mon avis surtout sur le Z ou le manque de couple va se faire sentir ! , peu etre viré la vis pour une vis inox en 0.5mm de pas , et un ecrou teflon ?? (ou poussé le modélisme plus loin et monté une compensation de poid "comme sur les vraie" )

 

[Boris_25]

Bon, j'ai réussi à monter ce petit index dans le chariot, malgré qu'il ne soit pas très flexible, est que le frottement est important, j'ai quand même réussi à le faire fonctionner.

Photo de l'ensemble monté :

Index monté dans son logement :

Une petite vidéo du premier test :



Reste maintenant à réaliser des index beaucoup plus souples!

 

[Boris_25]

peu etre viré la vis pour une vis inox en 0.5mm de pas , et un ecrou teflon ??

En fait je veux faire un premier modèle pour le fun, voir un peu quelle forme donner, le rendu, et me faire la main.

Dans un deuxième temps, et c'est un objectif plus lointain, c'est de me servir de cette expérience pour faire un modèle plus réaliste, et surtout fonctionnel et qui ressemblera à une machine du commerce!
Donc effectivement, je vais m'orienter vers la solution que tu proposes, mais je ne sais pas si je garderai ces moteurs, ou si je travaillerai à une autre échelle, d'où cette première maquette.

 

[Boris_25]

(ou poussé le modélisme plus loin et monté une compensation de poid "comme sur les vraie" )

Oui ou alors un petit ressort de compression qui viendrait aider un peu le moteur.

 

[Boris_25]

Après plusieurs essais j'ai modifié la pièce index qui sert d'entrainement sur la vis. J'ai cherché à limiter l'épaisseur des parties qui jouent le rôle de ressort, mais à 0.5 mm, cela devient trop fragile, et difficile à usiner. Je suis donc resté à 0.6 mm et j'ai diminué la hauteur, pour que cet index soit mieux centré sur la vis et un peu plus souple.
Le résultat est a peu près satisfaisant, mais comme le PVC n'est pas un matériau bien adapté à la déformation, je dois malgré tout jongler un peu sur les réglages possibles, pour obtenir quelque chose de satisfaisant.
Voici la photo de la pièce finale :

 

[Boris_25]

Maintenant le bâti de la machine.
J'ai conçu des formes "style" bâti fonte, avec des nervures, je trouve cela joli. J'ai usiné dans de la planche en résine polyuréthane, cette matière est un produit très adapté à ce genre de pièce, et en particuler pour la réalisation de maquettes et prototypes, il s'usine très bien, les états de surface sont très bons, et ce n'est pas trop lourd.

La structure de la machine est composée de deux parties, un socle et un support d'axe Z, qui seront maintenus par vissage.

Le socle :

La partie qui maintiendra l'axe Z :

Prochaine étape le montage de l'ensemble.

 

[AlliPapa]

Bjr ,
C'est effectivement joli !
Pour mieux évaluer le travail tu peux nous mettre un reglet à côté

bat
Allipapa

 

[Boris_25]

J'ai commencé à assembler les deux parties qui forment la colonne vertébrale de la machine.
J'y ai aussi fixé les deux premiers chariots.

 

[Boris_25]

Maintenant le câblage. J'ai utilisé des anciennes nappes de lecteurs de disquette 3"1/2, c'est assez pratique, on peut découper le nombre de connecteurs choisis, dans la limite de ceux contenus sur la nappe.
Voici les photos avec quelques ordres de grandeurs de la machine :

 

[Boris_25]

Ce matin j'ai effectué les premiers essais, cela me plait mais comme je le pensais, la machine fera simplement des déplacements, elle ne pourra pas supporter d'efforts!
J'ai donc laissé des jeux suffisants pour limiter au maximum les efforts.
J'ai utilisé un Arduino UNO pour générer les steps des drivers, et cela fonctionne pas trop mal. Pour l'instant, un petit programme me permet d'utiliser 6 boutons pour me permettent de faire déplacer les trois axes dans chacune des directions.
Petite vidéo de l'essai :

 

[Boris_25]

dans mon projet je pensais aussi revoir le couplage "noix/vis" car si trop de frottement ça coince ! j'ai testé avec une tige laiton comme toi mais le moteur calais directement j'en suis revenu au "noix" en plastique d'origine du lecteur dvd , y a du jeu et perte de précision , mais comme toi c'est une maquette c'est pas très grave

As-tu publié sur ton projet?

Concernant le pilotage des moteurs, je suis parti sur une tension de 5V, mais peut être qu'il est plus intéressant de monter un peu la tension et de baisser l'intensité?

 

[Doctor_itchy]

oui il y a un post sur le forum , c'est une petite graveuse laser qui tourne en grbl avec un laser 445nm de 1watt

coté pilotage la tension on s'en fiche c'est le courant qui est important car le drivers se charge de donner la tension "sur mesure" au moteur suivant la fréquence des pulses (la tension peu etre plus élévée sur une fréquence élévée la ou la tension serais tres basse sur du "dc" )

perso un arduino nano avec grbl sur mesure pour la machine (codage me too , c'est assez simple )
2 drv8825 en stepstick avec une modif "fast decay" en hard (pontage d'une patte du ic au 5V ) et configuré en microstep 32
les moteur en question bien entendu

tension d'alim des moteur 12V , réglage courant 450ma par moteur ( ce sont des 500ma )

les déplacement sont rapide , on pourrais encore accéléré les mouvement mais il faudrais passer en 24V d'alim (mais ça pose des soucis pour le nano car le régulateur 5V interne chaufferas plus , et ça pose le soucis que le drivers du laser est en 12V donc il faut la aussi une alim séparée en plus ) une vitesse plus élévée demanderas des accélération frein plus long aussi !

par contre il faut soigné les guidage ( parfaitement // ,donc un réglage d'ajustage de ce coté ou un usinage des support au centieme minimum ) et soit avoir des patin en teflon ou laiton soit bien lubrifier (mais dans ce cas les poussiere se colle partout et ça fini par coincer si on ne nettoye pas régulierement les guidages )