Re: Réflexion sur la conception d’une fraiseuse et d’une fut
Une dernière image :
Les 2 vis à billes sont la car archiyecyure de précision. On peut envisager une seule...
Et comparons cette architecture avec une architecture à portique mobile, a rails IDENTIQUES. Comme je l'ai déjà indiqué, un rail + ses patins vaut le prix de quelques CENTAINES de kilo d'acier.
Il faut considérer que le patin sur le rail n'est pas rigide sur les axes perpendiculaires, mais comme un ressort + du jeu. Et comme tous les autres éléments d'une machine outil, ils ne sont pas dimensionnés à la rupture, mais à la déformation maximale admissible. Par exemple, la charge dynamique admissible d'un rail a bille de 15, c'est déjà plus d'une tonne. Et pourtant une fraiseuse CNC type industrielle de 1000mm*600mm*600mm qui va supporter des pièces de 500 kg a des rails à rouleaux de 45 de charge maxi dynamique de plus de 15 tonnes....
L'axe Z est fonctionne dans les mêmes conditions pour les 2 architectures, donc rien de spécial à dire. (Toutes les architectures ont au moins obligatoirement UN axe en porte à faux.)
Par contre, si on regarde l'axe Y, ce n'est pas du tout pareil. Dans un cas, il est sous la table. Si on analyse les efforts qu'il subit : poids de la table, poids de la pièce, et efforts d'usinage.
Poids de la table : on ignore. Il ne varie pas et ne bouge pas par rapport aux patins.
Poids de la pièce : Ne bouge pas trop : poids de la matière enlevée.
Effort d'usinage : ben lui bouge partout, dans toutes les directions et sens. Je pense qu'une valeur raisonnable pour de l'usinage amateur est de l'ordre de 15 kg.
Vu les valeurs de l'effort d'usinage, je pense qu'on peut raisonnablement ignorer les variations de poids de la pièce. Avant d'enlever 15 kg de copeaux en fraisage amateur ...
Donc au total : efforts supportés par les patins poids table + poids pièce + efforts usinage. Poids table et pièce s'appliquent aux centres de gravité correspondants. Donc dans le cas le plus fréquent : assez proche du milieu des patins.(Toujours vrai pour la table, un peu moins pour la pièce si on s'amuse à la placer excentrée). Vu les valeurs des poids table+pièce et efforts d'usinage, la résultante passe pratiquement toujours à l'intérieur des patins. (Faudrait une pièce très haute, complètement excentrée, et encore: pour une pièce de hauteur la largeur de la table, posée sur le bord de la table, avec un effort d'usinage de 15 kg tendant à faire basculer la table, les patins opposés ne se lèveraient que si la table pèse moins de 30 kg ...).
Dans cette configuration, tous les patins Y travaillent TOUS TOUJOURS dans le même sens. La charge est répartie sur tous les patins (plus ou moins), et le déplacement de la pièce, c'est la moyenne des déformations des patins.
Par contre au niveau course d'usinage, ce n'est pas la joie : la moitié de la longueur des rails.
Dans le cas d'un portique, l'axe Y ne travaille pas du tout pareil. Efforts : poids de la broche. Ne varie pas, ni ne bouge par rapport aux patins. Et effort d'usinage. La ce n'est pas du tout pareil. L'effort peut évidement varier de sens. Mise en crabe dans un sens ou l'autre pour les variations d'efforts d'axe Y. Basculement du chariot pour les variations d'effort dans le sens X. Et en plus le déplacement de la broche par rapport à la pièce est amplifié par le bras de levier.
Mais au niveau course d'usinage : c'est la meilleure géométrie.
Maintenant un petit calcul qui n'a plus rien à voir :
Rails de 25mm à bille: prix moyen 90€ mètre, patins associé 55€. 1m50 pour le X, 75 cm pour le Y et Z ca fait 75cm * 37.5cm * 37.5 cm usinable dans la configuration défavorable. Longueur de rail nécessaire 1.5*2 + .75*2 +.75*2 = 6 mètres. Plus 12 patins = 540 + 660 = 1200€ rien que pour les rails. Mettons 300€ en plus pour 3 vis à billes. Moteur pas à pas 50€ + driver 50e + bricoles (entrainement, part d'alim) 50€ = 150€ par axe * 3 = 450€. Sans compter la broche et le moteur de broche 500€ (NB pour l'acier il faudra une broche réductée). Total 1200 + 300 + 450 + 500 = 2500€ minimum de pièces. Sans compter le temps passé.
Que donnerais une version portique mobile : axe Z aucun changement. La course Y devient alors longueur des rails Y - largeur de guidage du chariot broche. Mettons 25 cm de largeur de guidage: reste course Y = 50 cm. Pour l'axe des X: on va garder la même course. On va donc raccourcir les rails X à 1 m.
Bilan : la machine classique qui coutait 2500€ de pièces usinait sur 75 * 37.5 * 37.5. La machine à portique mobile ne coute plus que 2410 € ( - 4%). On a seulement gagné 1m de rail sur les 2 X, tout le reste est inchangé, et usine sur 75 * 50 *37.5. (+ 30% en volume par rapport à 75 * 37.5 *37.5) ...
Ce qu'on a perdu : la machine classique avait une longueur de guidage en Y de 37.5cm (largeur table) * 60-70 cm d'espacement de rails (presque la longueur de la table). Le tout sans porte à faux ni mise en crabe (la vis d'entrainement est TOUJOURS sous la broche). Le portique mobile a une longueur de guidage en Y de 25cm * 25-30 cm de hauteur de portique, guidage Y qui travaille toujours porte à faux. En X, la solution classique avait une longueur de guidage de 70cm (longueur table) * 37.5cm (largeur table). La solution portique mobile a une longueur de guidage de 25 cm, avec un espacement de rails de 70 cm. Et qui travaille pratiquement toujours en crabe et en porte à faux.
On aura donc sérieusement perdu en précision.
Je ne sais pas quel est votre budget loisir. Mais expérimenter avec un budget comme ça, et prendre le risque de tout mettre à la poubelle parce que ça ne fait pas du tout ce que je veux comme je veux n'est pas à ma portée.
Donc au final, vous choisissez le budget rails : c'est le plus gros morceau. Vous regardez ce que vous pouvez trouver comme rails dans ce budget. Et vous faites une simulation de flexibilité en ne considérant que la flexibilité des patins, tout le reste infiniment rigide a coté. Et vous regardez si la précision obtenue vous convient. C'est tout.
NB pour le prix de seulement 2 patins pour rail de 25, on peut trouver une barre de 6m de plat 300mm * 10mm. Ca permet de rigidifier tout ce qu'on veut comme on veut (au moins au niveau amateur).
NB2 Le budget rail est une chose. Mais ne pas oublier les contraintes de montage. Un rail à rouleaux, avec précontrainte (le style utilisé sur la plupart des fraiseuses industrielles à guidage linéaire de qualité) nécessite pratiquement un bâti rectifié ou gratté pour sa pose, vu les contraintes de rectitude, planéité et parallélisme entre les 2 rails. Il n’a aucune « souplesse » pour absorber d’éventuels défauts. Le cout est donc à rajouter au prix du rail.
