[Vis à Billes] Comment choisir ?

[J-Max]

Bonjour à tous.

S'il existe chez les constructeurs de guidage de savantes (et très ennuyeuses) formules
pour choisir la bonne dimension de rails et de chariots,
les informations pour le choix d'une VàB (vis à bille) sont quasi inexistantes.

Selon la formule Formule : Couple en sortie = (Couple*45/(0,005*Diamètre)/DEGRES(ATAN(Pas/(Diamètre*PI()))))
on se rend compte que le pas est bien plus important que le diamètre pour le couple.
Le couple diminuant avec le diamètre et plus le pas est petit, plus le couple est grand. Soit.

Dans le même ordre d'idée, selon la formule : Vitesse de déplacement en sortie = Rotation*pas
Le diamètre de la vis n'a cette fois aucune importance et, bien entendu,
plus la vitesse augmente et plus le pas est grand, plus rapide sera le déplacement. Bien.

En revanche, comment connaitre le diamètre de vis à privilégier ?
Dans les dimensions communes, on a du 12x4mm (diamètrexpas), 16x5 ou 10mm, 20x5mm, 25x5 ou 10mm...
Les plus basses encaissent en dynamique 700KgfCa et à partir du 20x5mm on dépasse les 1100KgfCa.

Ces valeurs me paraissent toutes largement dimensionnées pour les contraintes d'une CNC "standard".
Evidemment, si l'on a envie de prendre 10mm dans l'acier, la donne est sans doute toute autre...
Personnellement, c'est pour usiner du bois et la VàB ne serait que sur le Z.

Savez-vous à quoi correspond 700KgfCa en terme d'effort d'usinage ? (avance ? matière ? passe ?)
Histoire de voir si c'est très différent de ce que j'imagine...

Par ailleurs, si vous avez des infos sur les points à vérifier, les erreurs à ne point commettre, toute info sera la bienvenue !

Par avance, merci pour vos réponses éclairées

++JM

 

[Phil_Mop]

Je pense que tu trouvera tout se qu'il te faut sur ce catalogue:

http://www.fli-industrie.fr/cariboo..._et_paliers-ballscrewsandsupports_20-2012.pdf

Cordialement.

 

[J-Max]

Miam ! de la lecture en perspective !
Je m'en vais dévorer tout ça de ce pas
Merci Phil !
++JM

 

[J-Max]

Bonjour à tous,

Le document est super bien fait.
Je ne suis pas allé dans les calculs savants, mes connaissances des paramètres étant parfois limitées.
Du coup, je me suis basé sur les diagrammes, notamment celui sur la Vitesse Critique, et celui sur le Flambage.

Vitesse Critique

Ce que j'en retiens est que pour les petites distances (<500mm),
le diamètre n'est pas vraiment un facteur face à la Vitesse critique.
En effet, à moins d'avoir un Servomoteur de compétition,
on a peu de chances de faire tourner la vis à plus de 4000 RPM.
Du coup, même une vis de 8mm pourrait soutenir la vitesse.

Avec un moteur Pas à Pas qu'on utilise peu au delà de 500 tours,
vu qu'à cette vitesse, il a déjà perdu la moitié de son couple,
une vis de 16mm atteindra ses limites de vitesse autour de 1,10m.

En revanche avec un Servomoteur tournant à 3000 RPM la donne est toute autre.
La Vitesse Critique d'une vis de 8 s'atteint autour (comme dit plus haut) de 500mm,
puis il faut monter en diamètre très rapidement :
- 650mm pour la 16mm
- 720mm pour la 20mm
- 800mm pour la 25mm
- 900mm pour la 32mm
- 1000mm pour la 40mm
même une vis de 125mm de 2m ne pourrait atteindre 3000 tours sans risque !
(bon, avant qu'on atteigne ces extrémités, il y a de la marge ! )

Flambage

De ce point de vue, je manque d'infos sur les contraintes que supporte une fraiseuse.
D'autant plus qu'en fonction de la matière, de l'outil, de l'avance et de la profondeur de passe, tout change.
Sans plus d'infos, une vis de 16mm supporte +-1000Kgf sur 380mm entre supports.
En clair, que ce soit une 300Kgf ou 1000Kgf, je ne sais pas à quoi comparer cette donnée.

Mes recherches sur le forum et sur le net étant infructueuses jusqu'ici, avez-vous des infos
sur les contraintes qu'un usinage peut infliger à une vis, vu qu'il ne s'agit pas que de lever et descendre un Z de nKg,
j'imagine que la matière doit provoquer une poussée contraire à la descente en perçage ou fraisage. Non ?

++JM

 

[Phil_Mop]

Concernant la vitesse j'ai récemment conçu un "ascenseur" à l'aide de 4 vis trapézoïdales Ø30 au pas de 6mm longueur 1700mm piloté par un servomoteur brushless (les vis faisait aussi guidage). On a bridé la vitesse du moteur à 1500 tr/min au delà les vis se mettaient à chanter joyeusement.

Pour comparer les efforts avec ceux calculés tu peux le faire "empiriquement" en prenant une planche de bois et en réalisant un trou dedans tu mesure l'effort à cela tu déduis le poids de ta fraiseuse et de ton support et tu arrivera sur l'effort que devra supporter ta vis à bille (très petit voir nul). Je pense que la vis à bille la plus petite suffira largement pour ton utilisation. Dans le doute tu peux toujours sur dimensionner et prendre du Ø20 ou 25 sa ne mange pas de pain (juste des euros).

En admettant bien sur que ton axe Z est guidé préalablement.

Cordialement.

 

[J-Max]

Re, merci pour ta réponse
Je pensais que les efforts étaient bien plus importants que ça !
Le Z sera rigide comme il faut et correctement guidé
++JM

 

[Phil_Mop]

Ben le bois c'est du beurre pour une fraiseuse.

Ensuite tu peux retourner la conception et la prendre à l'envers. Si tu a choisis ton moteur PAP tu dimensionne la vis à deux fois le couple maxi que le PAP peux développer (pour être sur)

Cordialement.

 

[J-Max]

Bonsoir

Tu serait surpris du nombre de bois sont bien plus coriaces que certains alliages.
Ne serait-ce qu'un vieux chêne. J'en parle en connaissance de cause.

Par ailleurs la machine devrait être assez polyvalente.
Bois, plastiques et composites (dont résines), mais aussi occasionnellement du métal ("tendre").
Heureusement, j'ai une petite longueur et la "tonne-force" devrait me convenir

Merci encore pour tes précieux conseils et pour l'astuce pour les Pas à Pas.
Ah, si je pouvais m’offrir de bons Servo...

++JM

 

[Phil_Mop]

Tu voudrais utiliser un servo moteur pour les déplacements?

 

[J-Max]

Ah, tant qu'à faire ! Pour les vis à bille c'est beaucoup mieux qu'avec les pas à pas !
La vitesse du Servo compense la lenteur de la vis, et la démultiplication de la vis, compense le manque de couple du servo...
Reste le prix d'une solution servo Aïe !

++JM

 

[duredetrouverunpseudo]

J-max, tu n'est pas obliger de faire tourner la vis, tu peut la monter fixe et faire tourner l'écrou

 

[J-Max]

Sans blague ?
Explique-moi comment ça marche duredetrouverunpseudo,
et surtout dis-moi les avantages de la formule s'il y en a.
Si tu as des liens ou des exemples de ces systèmes en fonctionnement...
++JM

 

[duredetrouverunpseudo]

Tu trouveras photos et explications sur sur se topic https://www.usinages.com/threads/projet-de-fraiseuse-xxl.37005/

 

[Phil_Mop]

C'est bien fait mais je pense que c'est plus ennuyeux, le moteur se déplace avec l'axe et les cables aussi.

Pour le servo-moteur sa fait très riche en effet pour effectuer les déplacements, j'ai regarder les prix du plus petit brushless schneider (0.5N.m) avec son variateur lexium 32 et tu tourne à un peu plus de 800€...x3 sa pique au fesse tout de même...

Avec un bon PAP à +/- 9N.m avec un pas relativement faible tu devrai pouvoir effectuer des déplacements à une vitesse relativement élevé (si tu ne mes pas de réduction hors vis à bille).

Pas de 1.8°
Précision: centième.
Vis à bille au pas de 1mm.

2mm => 200 Pas => 1 Tour
0.01mm => 1 Pas => 1/200 Tours (Le centième on la!)

Calcul vitesse => En moyenne un PAP à tout cracher au dela de 400 voir 500 tr/min.

1 Tours => 2mm
400 Tr/min => 800mm/min soit => 13,33..mm/s (sa me parle plus) ben je trouve que sa fait pas mal quand meme! Certe c'est pas de la fraiseuse pro avec ces "torque moteur" mais sa dépote pas mal quand même! Partant de la tu pourrait dimensionner le moteur de broche mais je ne connais pas les vitesses de coupe moyenne des outils de fraisage.

Cordialement.

 

[J-Max]

Bonjour à tous,

Duredetrouverunpseudo, merci pour le lien je ne connaissais pas.
Toutefois, je reste dubitatif sur l'intérêt de la démarche.
Il faut dire aussi qu'il y a peu de chance que je fasse des passes de 2mm dans du Balsa.
Usiner 150mm de chêne ou de hêtre bien sec, c'est un autre monde.

@Phil-Mop
800€ on peut trouver des systèmes 3 axes 200w avec encodeurs, drivers, breakout et câblage pour moins que ça
Chez CNCdrive, tu as des 150w tous neufs avec encodeurs et drivers pour 230€ le bout.
Ceci-dit, c'est vrai que ça peut monter très haut.
En tous cas, à moins de prendre de bons gros steppers avec drivers digitaux, c'est du simple au triple !

Les vitesses de coupe, tout dépend de l'outil, du nombre de dents, de l'avance et de la matière.
Bref, au niveau de mes connaissances actuelles, il vaut mieux que je fasse les calculs à chaque fois !
Par ailleurs, il faudra aussi adapter le tout à ce que la machine saura accepter.

++JM

 

[Phil_Mop]

Je suis un adepte des brushless schneider^^ (j'aimerai bien me mettre au siemens mais les prix sont comment dire.....plus que piquant!) j'avoue que les prix pratiqué sur ton site son très compétitif! Dommage qu'il ne vende pas des moteurs plus puissant.

Cordialement.

 

[J-Max]

Salut Phil,
400W c'est pas mal quand même, ça remplace avantageusement des moteurs de 6Nm !
Il y a finalement pas mal de marques qui font du Servo.
Panasonic, le leader, mais aussi Yaskawa, Mitsubishi, Samsung...
Comme pour les moteurs pas à pas, la qualité du driver est un facteur à ne pas négliger semble-t-il.

En tous cas, merci encore pour vos réponses sur les vis à bille, j'y vois plus clair désormais.
++JM

 

[DEN]

Il me semble que pas mal de personnes se sont basées sur le couple d'arret de la broche comme parammètre initial pour l'effort maxi de coupe. En effet si la broche s'arrete, on est aux limites de la machine, pas la peine de surdimensioner au delà les vis à billes ...

 

[J-Max]

Salut Den, et merci de ton intervention.
En effet, tout cela est très logique.
++JM

 

[fredymilou]

Ça attaque déjà fort à 150Kg sur mon portique alors quand je vois que le mini est de 700Kgf , perso je ne me soucierais pas trop de ce paramètre. Juste calculer la force résultante des moteurs .

Par exemple chez mois je suis équiper de moteur brushless 400W 1.27Nm et 3.82Nm pique, un rapport de 4 et des vis de 25mm de pas et D25.
Ce qui en résulte 130Kgf de pousser et 391Kgf max pique. Je suis loin de 700Kgf voir même pour mon cas des 1650kgf.

Regarde bien les paramètres vitesse et flambage.

Édit : bien que , un moteur PaP de 6Nm en prise direct sur une visse de Pas 5mm donne 768Kgf .