O
Otatiaro
Compagnon
Hello,
Pour ceux qui ont suivi sur mon autre discussion, je suis en train de commander un Haas VF2SS, que je devrais recevoir d'ici 2 mois (on croise les doigts).
Et donc comme toute personne raisonnable, les projets auquel je pense pour m'en servir (en dehors des projets du boulot, qu'on se comprenne bien, je ne l'ai pas achetée pour mon usage perso !), c'est ... une fraiseuse.
Enfin pas que ... une fraiseuse, une imprimante 3D, une pick and place, un tour, une AOI (Automated Optical Inspection), etc. bref des trucs avec un chassis, des axes pilotés, et une tête avec une fonction spécifique.
Sachant qu'on a déjà une imprimante 3D (Ultimaker 2), et une pick and place (Machatronika M10V), le but n'est pas de les remplacer forcément, mais de les compléter, ou d'obtenir des caractéristiques particulières pour nos besoins.
Je commence donc avec la fraiseuse, le premier besoin c'est que dans notre activité on peut être amenés à découper du carbone, de la mousse ou du bois, ou faire des pièces très complexes en plastique ou alu.
Donc:
- découpe carbone : j'ai interdit qu'on découpe du carbone dans le VF2SS, ça met de la poussière de carbone partout, poussière de carbone qui n'est pas terrible pour la santé, et surtout qui est abrasif comme pas possible, ça bouffe les glissières, et tout le reste aussi. Les contraintes associées : la vitesse de rotation élevée (utilisation de fraise denture diamant), une surface utile suffisante (50x50cm mini), et pouvoir évacuer la poussière d'une façon ou une autre. Aujourd'hui on fait faire la découpe par le vendeur de carbone, et ça restera très certainement comme ça, mais il peut arriver qu'on doive faire un proto rapidement.
- usinage mousse : bon là je n'ai pas interdit d'usiner de la mousse dans le VF2, mais d'une part ça fout un bronx pas possible (on ne peut pas utiliser l'arrosage, ça va de soit), et d'autre part c'est un peu comme utiliser un 38 tonnes pour ouvrir une canette de bière ... ça marche mais c'est un peu ridicule. Les contraintes associées : vitesse de rotation très élevée (il faut des vitesses de coupe énormes et une fraise très affûtée pour ne pas arracher la mousse), surface utile suffisante (50x50cm mini), hauteur en Z suffisante aussi, si le bloc de mousse faite 12cm de haut, il faut pouvoir monter de la hauteur du bloc ET de la longueur de l'outil, donc 25cm en Z me paraissent bien, vitesse d'avance rapide (vu que la vitesse de coupe grande, et comme on fait beaucoup de 3D complexe avec des usinages longs, ça évite d'usiner pendant 24h), et évacuer les copeaux. Pour le maintien des pièces, une table à dépression est la meilleure solution.
- pièces complexes en plastique ou alu : on peut les faire au VF2, mais pour certaines pièces il serait plus élégant et rapide de le faire en 5 axes. Par contre on parle de toutes petites pièces, le volume usinable serait grosso modo un cube de 5cm de côté, si on faire peut plus c'est bien, mais ça serait déjà pas mal. Contraintes : bah, 5 axes, donc table à trunion, et impérativement un système de palpeur pour régler les offset et centres de rotation de façon semi-automatique, sinon le 5 axes c'est un calvaire. Pour le 5 axes l'axe Z doit être suffisante, donc on confirmes les 25cm mini.
La rigidité de la machine, sans être celle d'un gros centre d'usinage, doit être un élément de design prioritaire.
Pour la structure de la machine:
- Pour une 3 axes seule j'aurais privilégié une table mobile (par rapport au châssis, on a d'un côté le Y seul, de l'autre côté le X et le Z). Mais comme il est prévu une zone 5 axes, je privilégie un châssis fixe, avec Y, puis X, puis Z d'un côté, et les deux axes rotatifs de l'autre côté et terme de chaîne cinématique.
- Pour le châssis, je pense à de l'époxy granite, les efforts de coupe ne seront pas très importants, mais il faudra bien amortir, c'est là que l'EG brille particulièrement.
- Pour des questions de rigidité, je ne veux pas que les flancs du portique soient mobiles, il faut donc que le châssis soit en forme de U, comme ici https://www.parkindustries.com/file...ation-Monoblock-Mitering-Waterjet-Cutting.png les rails sont placés en haut des murs latéraux, et l'axe X peut alors être une "simple" poutre carrée.
- Avec cette structure en U par contre il faut deux entraînements pour l'axe Y qui devront être synchronisés. Comme la poutre du X sera balèze pour rester rigide, il y aura beaucoup plus de poids sur l'axe Y que l'axe X, donc à la louche, avoir 2 fois le moteur du X sur l'axe Y parait cohérent.
- L'axe X doit avoir une course effective de 50cm mini
- Pour loger à la fois la zone 5 axes et la zone "plate", l'axe Y devra faire dans les 80cm mini, voir 90cm si on veut prévoir à terme une zone de changement d'outils automatique (et dans tous les cas une zone de palpage d'outil).
- rails prismatiques sur tous les axes
- pour la "table", je compte ne pas m'embêter et faire carrément une surface en "dur" en béton, est-ce que c'est une bonne idée ? Sinon une table mécano soudée (je n'y connait rien là dedans) ?
- pour la partie 5 axes, il reste beaucoup de zones d'ombre, mais ça ressemblera à quelque chose comme ça : (oui l'un dans l'autre si je devais acheter une machine selon mon cahier des charges, ça serait probablement une Datron, donc forcément je m'inspire).
Un des critères importants du projet est que la première version soit effective dans un budget raisonnable, mais qu'on puisse la faire évoluer sur pas mal d'aspects.
Pour le spindle:
- la première version sera très probablement un spindle refroidi par eau chinois, en 2.2kW, 24000rpm max, ça ne coûte rien, c'est suffisant pour la mousse, le carbone, le plastique, et l'alu avec de petites fraises. VFD standard.
- par la suite un spindle plus costaud avec un changement d'outil automatique en HSK, comme par exemple http://www.hsd.it/viewdoc.asp?co_id=519 qui me plait bien
avec un VFD un peu plus évolué.
- pas de taraudage, ni flottant ni rigide, on ne vise pas le couple sur le spindle mais la vitesse. Il sera toujours possible d'utiliser des fraises à faire les filetages.
Pour les palpeurs (une fois la partie 3 axes fonctionnelle):
- palpeur outil fixe sur la table, modèle standard (pour la hauteur uniquement, pas pour le diamètre) : - palpeur pièce fixé à demeure (pas via un porte-outil comme sur le Haas), comme ici : ou sur les machines Datron : mais pas besoin de sortie automatique, une sortie manuelle est largement suffisante.
Pour le contrôle des axes:
- dans un premier temps quelque chose de simple, mais de toute façon en boucle fermée, donc des servostepper sur tous les axes (NEMA34 4Nm de chez soprolec?) avec des vis à billes correctement dimensionnées (20mm diamètre, 10mm de pas d'après les premiers calculs). UCCNC et ETH300 par exemple, ou Mach3 et ESS.
- ensuite si j'ai le temps, redévelopper des drivers moteurs brushless type odrive : https://odriverobotics.com mais avec une commande via Ethercat, en faisant un controlleur CN ethercat sur une base de i.MX8 (je suis a Nuremberg pour embedded world la semaine prochaine). Là c'est un gros projet à part entière, tant sur le contrôle moteur (Field Oriented Control), que sur l'ethercat master et slave (soit dans un FPGA, soit avec un LAN9252), que sur le contrôleur CN (je ferais peut-être un post dessus, j'ai déjà pas mal d'éléments sur le papier, mais c'est un travail colossal).
- et finalement si vraiment je m'ennuie, développer des moteurs linéaires, sur l'axe Y et X (en 2042 ?). Moteurs linéaires qui seront utilisés sur la future imprimante 3D, pick and place et AOI.
J'estime le budget initial (pour pouvoir commencer à usiner en 3 axes simples sans fioritures) à environ 5000€, pour compléter le cahier des charges on sera plutôt sur 15000€ au final, mais ça me prendra certainement des années. L'avantage est que je pourrais faire la plupart des pièces sur le VF2.
Les grosses questions pour le moment, sont au niveau du châssis (forcément ça serait la première pièce ...).
- je n'ai jamais travaillé d'epoxy granite, je me documente mais ce n'est pas aussi simple qu'il y parait.
- pour les rails Y il faudra intégrer dans le coulage soit un support complet en alu ou acier, soit au minimum des inserts pour les vis de fixation des rails, je pense plutôt un support complet, je ne sais pas si l'epoxy granite peut supporter directement les rails.
- une fois coulé, il va falloir aligner ces deux supports, et là c'est le gros flou ... la pièce ne rentrera clairement pas dans le VF2, il faut que les deux supports de rail soient parfaitement parallèles entre eux, et par rapport à la table centrale. Là j'avoue que je n'ai vraiment pas d'idée ... faire rectifier une pièce de cette taille risque de me coûter plus que le budget total, non ?
- Pour estimer le poids de la bête, il me faudrait une idée de la densité de l'epoxy granite, une idée ?
Est-ce que quelqu'un à déjà tenté l’expérience de l'epoxy granite dans la région (Moselle) ?
Je suis ouvert à l'idée qu'on soit plusieurs faire le même genre de modèle en même temps ... j'ai de la place, et si on peut mutualiser les outils/moules et les essais/erreurs, c'est toujours plus sympa. Les fichiers de conception mécanique et la BOM seront disponibles sur demande, le but n'étant pas spécialement d'en faire un business (mais si ça marche bien je n'exclu pas totalement l'idée).
Je suis aussi plus qu'ouvert à toutes les suggestions et commentaires, ça fait quelque temps que je fais tourner le projet dans ma tête et que je me documente, mais plus on est de fous plus on rit.
Thomas.
Pour ceux qui ont suivi sur mon autre discussion, je suis en train de commander un Haas VF2SS, que je devrais recevoir d'ici 2 mois (on croise les doigts).
Et donc comme toute personne raisonnable, les projets auquel je pense pour m'en servir (en dehors des projets du boulot, qu'on se comprenne bien, je ne l'ai pas achetée pour mon usage perso !), c'est ... une fraiseuse.
Enfin pas que ... une fraiseuse, une imprimante 3D, une pick and place, un tour, une AOI (Automated Optical Inspection), etc. bref des trucs avec un chassis, des axes pilotés, et une tête avec une fonction spécifique.
Sachant qu'on a déjà une imprimante 3D (Ultimaker 2), et une pick and place (Machatronika M10V), le but n'est pas de les remplacer forcément, mais de les compléter, ou d'obtenir des caractéristiques particulières pour nos besoins.
Je commence donc avec la fraiseuse, le premier besoin c'est que dans notre activité on peut être amenés à découper du carbone, de la mousse ou du bois, ou faire des pièces très complexes en plastique ou alu.
Donc:
- découpe carbone : j'ai interdit qu'on découpe du carbone dans le VF2SS, ça met de la poussière de carbone partout, poussière de carbone qui n'est pas terrible pour la santé, et surtout qui est abrasif comme pas possible, ça bouffe les glissières, et tout le reste aussi. Les contraintes associées : la vitesse de rotation élevée (utilisation de fraise denture diamant), une surface utile suffisante (50x50cm mini), et pouvoir évacuer la poussière d'une façon ou une autre. Aujourd'hui on fait faire la découpe par le vendeur de carbone, et ça restera très certainement comme ça, mais il peut arriver qu'on doive faire un proto rapidement.
- usinage mousse : bon là je n'ai pas interdit d'usiner de la mousse dans le VF2, mais d'une part ça fout un bronx pas possible (on ne peut pas utiliser l'arrosage, ça va de soit), et d'autre part c'est un peu comme utiliser un 38 tonnes pour ouvrir une canette de bière ... ça marche mais c'est un peu ridicule. Les contraintes associées : vitesse de rotation très élevée (il faut des vitesses de coupe énormes et une fraise très affûtée pour ne pas arracher la mousse), surface utile suffisante (50x50cm mini), hauteur en Z suffisante aussi, si le bloc de mousse faite 12cm de haut, il faut pouvoir monter de la hauteur du bloc ET de la longueur de l'outil, donc 25cm en Z me paraissent bien, vitesse d'avance rapide (vu que la vitesse de coupe grande, et comme on fait beaucoup de 3D complexe avec des usinages longs, ça évite d'usiner pendant 24h), et évacuer les copeaux. Pour le maintien des pièces, une table à dépression est la meilleure solution.
- pièces complexes en plastique ou alu : on peut les faire au VF2, mais pour certaines pièces il serait plus élégant et rapide de le faire en 5 axes. Par contre on parle de toutes petites pièces, le volume usinable serait grosso modo un cube de 5cm de côté, si on faire peut plus c'est bien, mais ça serait déjà pas mal. Contraintes : bah, 5 axes, donc table à trunion, et impérativement un système de palpeur pour régler les offset et centres de rotation de façon semi-automatique, sinon le 5 axes c'est un calvaire. Pour le 5 axes l'axe Z doit être suffisante, donc on confirmes les 25cm mini.
La rigidité de la machine, sans être celle d'un gros centre d'usinage, doit être un élément de design prioritaire.
Pour la structure de la machine:
- Pour une 3 axes seule j'aurais privilégié une table mobile (par rapport au châssis, on a d'un côté le Y seul, de l'autre côté le X et le Z). Mais comme il est prévu une zone 5 axes, je privilégie un châssis fixe, avec Y, puis X, puis Z d'un côté, et les deux axes rotatifs de l'autre côté et terme de chaîne cinématique.
- Pour le châssis, je pense à de l'époxy granite, les efforts de coupe ne seront pas très importants, mais il faudra bien amortir, c'est là que l'EG brille particulièrement.
- Pour des questions de rigidité, je ne veux pas que les flancs du portique soient mobiles, il faut donc que le châssis soit en forme de U, comme ici https://www.parkindustries.com/file...ation-Monoblock-Mitering-Waterjet-Cutting.png les rails sont placés en haut des murs latéraux, et l'axe X peut alors être une "simple" poutre carrée.
- Avec cette structure en U par contre il faut deux entraînements pour l'axe Y qui devront être synchronisés. Comme la poutre du X sera balèze pour rester rigide, il y aura beaucoup plus de poids sur l'axe Y que l'axe X, donc à la louche, avoir 2 fois le moteur du X sur l'axe Y parait cohérent.
- L'axe X doit avoir une course effective de 50cm mini
- Pour loger à la fois la zone 5 axes et la zone "plate", l'axe Y devra faire dans les 80cm mini, voir 90cm si on veut prévoir à terme une zone de changement d'outils automatique (et dans tous les cas une zone de palpage d'outil).
- rails prismatiques sur tous les axes
- pour la "table", je compte ne pas m'embêter et faire carrément une surface en "dur" en béton, est-ce que c'est une bonne idée ? Sinon une table mécano soudée (je n'y connait rien là dedans) ?
- pour la partie 5 axes, il reste beaucoup de zones d'ombre, mais ça ressemblera à quelque chose comme ça : (oui l'un dans l'autre si je devais acheter une machine selon mon cahier des charges, ça serait probablement une Datron, donc forcément je m'inspire).
Un des critères importants du projet est que la première version soit effective dans un budget raisonnable, mais qu'on puisse la faire évoluer sur pas mal d'aspects.
Pour le spindle:
- la première version sera très probablement un spindle refroidi par eau chinois, en 2.2kW, 24000rpm max, ça ne coûte rien, c'est suffisant pour la mousse, le carbone, le plastique, et l'alu avec de petites fraises. VFD standard.
- par la suite un spindle plus costaud avec un changement d'outil automatique en HSK, comme par exemple http://www.hsd.it/viewdoc.asp?co_id=519 qui me plait bien
avec un VFD un peu plus évolué.- pas de taraudage, ni flottant ni rigide, on ne vise pas le couple sur le spindle mais la vitesse. Il sera toujours possible d'utiliser des fraises à faire les filetages.
Pour les palpeurs (une fois la partie 3 axes fonctionnelle):
- palpeur outil fixe sur la table, modèle standard (pour la hauteur uniquement, pas pour le diamètre) : - palpeur pièce fixé à demeure (pas via un porte-outil comme sur le Haas), comme ici : ou sur les machines Datron : mais pas besoin de sortie automatique, une sortie manuelle est largement suffisante.
Pour le contrôle des axes:
- dans un premier temps quelque chose de simple, mais de toute façon en boucle fermée, donc des servostepper sur tous les axes (NEMA34 4Nm de chez soprolec?) avec des vis à billes correctement dimensionnées (20mm diamètre, 10mm de pas d'après les premiers calculs). UCCNC et ETH300 par exemple, ou Mach3 et ESS.
- ensuite si j'ai le temps, redévelopper des drivers moteurs brushless type odrive : https://odriverobotics.com mais avec une commande via Ethercat, en faisant un controlleur CN ethercat sur une base de i.MX8 (je suis a Nuremberg pour embedded world la semaine prochaine). Là c'est un gros projet à part entière, tant sur le contrôle moteur (Field Oriented Control), que sur l'ethercat master et slave (soit dans un FPGA, soit avec un LAN9252), que sur le contrôleur CN (je ferais peut-être un post dessus, j'ai déjà pas mal d'éléments sur le papier, mais c'est un travail colossal).
- et finalement si vraiment je m'ennuie, développer des moteurs linéaires, sur l'axe Y et X (en 2042 ?). Moteurs linéaires qui seront utilisés sur la future imprimante 3D, pick and place et AOI.
J'estime le budget initial (pour pouvoir commencer à usiner en 3 axes simples sans fioritures) à environ 5000€, pour compléter le cahier des charges on sera plutôt sur 15000€ au final, mais ça me prendra certainement des années. L'avantage est que je pourrais faire la plupart des pièces sur le VF2.
Les grosses questions pour le moment, sont au niveau du châssis (forcément ça serait la première pièce ...).
- je n'ai jamais travaillé d'epoxy granite, je me documente mais ce n'est pas aussi simple qu'il y parait.
- pour les rails Y il faudra intégrer dans le coulage soit un support complet en alu ou acier, soit au minimum des inserts pour les vis de fixation des rails, je pense plutôt un support complet, je ne sais pas si l'epoxy granite peut supporter directement les rails.
- une fois coulé, il va falloir aligner ces deux supports, et là c'est le gros flou ... la pièce ne rentrera clairement pas dans le VF2, il faut que les deux supports de rail soient parfaitement parallèles entre eux, et par rapport à la table centrale. Là j'avoue que je n'ai vraiment pas d'idée ... faire rectifier une pièce de cette taille risque de me coûter plus que le budget total, non ?
- Pour estimer le poids de la bête, il me faudrait une idée de la densité de l'epoxy granite, une idée ?
Est-ce que quelqu'un à déjà tenté l’expérience de l'epoxy granite dans la région (Moselle) ?
Je suis ouvert à l'idée qu'on soit plusieurs faire le même genre de modèle en même temps ... j'ai de la place, et si on peut mutualiser les outils/moules et les essais/erreurs, c'est toujours plus sympa. Les fichiers de conception mécanique et la BOM seront disponibles sur demande, le but n'étant pas spécialement d'en faire un business (mais si ça marche bien je n'exclu pas totalement l'idée).
Je suis aussi plus qu'ouvert à toutes les suggestions et commentaires, ça fait quelque temps que je fais tourner le projet dans ma tête et que je me documente, mais plus on est de fous plus on rit.
Thomas.
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