Comment réaliser une cnc sans se ruiner.

Bonjour,

Je vais essayer de faire un sujet le plus complet possible pour que chacun puisse réaliser une cnc amateur très facilement sans se ruiner et sans partir dans des erreurs qu'on rencontre trop souvent malheureusement.

Préambule:

La cnc est une machine qui à pour fonction d'éxécuter un travail en suivant un programme.
Elle est comparable à un robot hormis qu'elle n'a pas de déplacement à éxécuter ni à se soucier de son environnement.
On pourrait la comparer à un robot fixe qui s'en fou pas mal de ce qui l'entoure
L'homme à inventer la machine pour lui simplifier la vie (croyait-il) et surtout lui éviter des efforts tout en gagnant en temps et en précision.
Le problême majeur est que l'homme ne pensait pas subir les effets secondaires de la machine, il s'est retrouvé soumis à une augmentation de la production et donc à un besoin constant de toujours aller plus vite et de supporter de plus en plus de pression.
Bien évidemment l'homme à commis une grosse erreur qu'il paye très cher encore de nos jours, celui de ne donner que certaine fonctions à la machine et de garder un contrôle sur la production.
De ce fait il y a un fort décalage entre le rendement machine et humain.
Au lieu de s'alléger de contrainte, il doit en subir des nouvelles et devient esclave de la connaissance sur les machines, il doit être formé sinon il devient inutile en entreprise faute de savoir utiliser la machine.
Je me suis permis ce petit écart de sujet pour bien faire passer l'idée que la machine doit toujours rendre service à l'homme et lui faciliter la vie en étant simple.
Construire une cnc veut dire qu'on doit aller dans ce sens et tout bien faire pour que nous ayons à l'avenir le moins de chose à régler ou mettre en place pour se servir de sa machine.
Si on va plus vite à la main, alors la machine ne sert à rien.
Si on va aussi vite que la machine alors il faut l'améliorer au plus vite.
Si la machine nous fait gagner un temps important alors elle est fiable et on doit s'en servir au mieux sans hésiter.

Trop souvent on hésite à peaufiner dans le détail et très vite on se retrouve avec une machine qui va demander un réglage ou une mise en place permanente de la matière et de l'outil.
Sans aller dans les système entièrement automatique, il faut pour autant aller vers le plus simple, le plus fiable et surtout le moins cher.
Mettre 1 heure pour positionner la matière n'est pas normal, on doit la poser, la fixer et le tout en 2-3 minutes maxi.
Passer 3 heures pour un programme très simple ce n'est pas logique, sinon autant faire la pièce à la main.
Devoir rectifier la pièce après usinage est carément impensable avec une cnc, quel intérêt ai-je d'avoir une cnc si je dois finir la pièce à la main ???

Dans le cas d'une cnc amateur, il en est tout autrement.
Les bases et les buts recherchés sont casiment les mêmes mais le travail éxécuté par la machine peut complètement varier.
En fonction des besoins et des budgets, on peut avoir toute une gamme de machine pouvant simplifier l'usinage de pièce et se limiter par exemple qu'aux usinages de précision.
Les travaux de finitions peuvent être laissé à l'homme et lui permettre d'aller dans une catégorie de forme de pièce qu'il n'aurait jamais pu faire sans la machine.

L'étude:

En ayant bien prit conscience de tout cela, on comprend vite que la toute 1ère étape pour faire sa machine (cnc ou autre) est forcément de passer par l'étude.
Concevoir sa machine sans étude en prétextant être impatient d'usiner le métal c'est comme de sauter dans la piscine les yeux fermés sans vérifier si il y a de l'eau, on passe pour le roi des crétins et on peut s'en mordre les doigts pendant longtemps...

Très souvent on a une image négative de l'étude, on l'a voit longue, pénible, complexe, etc...
En faite penser cela c'est très mal connaître le principe de l'étude.
Il y a plusieurs façon de la réaliser.
La plus connue est celle qui passe par le dessin, les calculs, etc...
En faite n'importe qui peut faire une étude avec un peu de bon sens sans pour autant avoir Bac+10.

Si on vise une machine innovante, inexistante, voir même complètement farfelu alors on est obligé de passer par le calcul, dessin, etc...
Concernant les "cnc amateur" ou en anglais "cnc hobby", il n'est pas nécessaire de refaire ce qui a été déjà fait.
Internet offre un éventail très grand des différents moyens mécanique qu'on peut utiliser.
Malheureusement un éventail peut aussi n'être que du vent et pas mal de systèmes sont un peu trop léger, incertain, voir même couteux pour finalement n'amener aucun intérêt pour faire sa propre machine.
S'informer est l'une des meilleures solutions pour faire son étude sans trop se prendre la tête mais il faut bien adapter les systèmes à ses possibilités.
Ce que je préconise fortement ce sont les systèmes ne demandant qu'une perçeuse à colonne et quelques outils à mains.
Il n'est pas utile d'avoir tour et fraiseuse si c'est pour faire une cnc amateur.
Certain vise d'entré le tout soudé, hors la soudure crée de la chaleur et donc des contraintes suivis de déformations.
Certe le tout soudé offre une certaine simplicité (quoi que pas toujours, il faut quand même bien préparer les bords) par contre il demande une maîtrise de la soudure que n'a que rarement un ambitieux constructeur de cnc amateur.

C'est pour cela que je préconise le tout boulonné, certe il demande des perçages assez précis mais au moins il n'y a aucune contrainte et surtout on peut très facilement modifier ou démonter sa machine si besoin est.
De plus ça ne demande pas de connaissance particulière et encore moins d'acheter du gros matériel, une perçeuse à colonne bas de gamme se trouve à 40€ + une boite de foret pour acier dur suffiront largement pour faire une cnc amateur.
Une pointe à tracer, un gros feutre, un pointeau (à frapper ou automatique), un réglet, un mètre à ruban, une lime et une scie complèteront l'outillage du parfait cnciste qui veut se faire plaisir pour pas cher.
Bien évidemment un minimum d'habilleté est recquit, ne pas faire ça après une soirée bien arrosée ni quand on est commateux un lendemain de fête...

Le cahier des charges:

Dans un 1er temps il faut définir un cahiers des charges, je sais le mot fait peur mais c'est hyper simple à faire, il suffit de répondre à quelques questions de logique.
- A quoi va me servir ma machine ? (fraiser, tourner, découper, graver, etc...)
- Vais-je m'en servir longtemps ou est-ce juste pour un projet passager ? (cas fréquent, faire sa machine juste pour les déco de noël ou les meuble de madame et ne plus s'en servir le reste du temps, une bonne scie aurait largement suffit pour si peu...)
- N'ai-je pas plutôt intérêt à faire fabriquer mes pièces dans une entreprise ? (ou à demander à un possesseur de cnc)
- Quelles sont les dimensions de la pièce la plus grande que j'aurais à usiner ? (attention de ne pas avoir le syndrome de l'amateur tout fou, j'ai vu souvent des projets qui devait être petit mais pour se servir des chûtes on a fait plus grand sans refaire une étude et donc la machine ne répondait plus du tout au projet de départ)
- Quelles matière vais-je usiner le plus ? (ça ne sert à rien de faire une machine pour alu si on usine à 90% du bois ou des matière molle. Idem pour l'inverse, si on vise un usinage de métal alors une machine pour bois et matière molle sera impensable. Il faut adapter son étude et sa machine à l'activité principal, quitte à faire plus tard une autre machine pour d'autre type de matière. Contrairement à ce que j'ai déjà lu sur internet, on ne fait pas une machine pour matière molle avec option matière dur, je sais ça fait sourire mais certain ont tenté l'expérience...)
- Où vais-je mettre la machine ? (c'est tout bête mais j'en connais qui ont dû casser un mur ou une porte...)
- Quel budget puis-je consacrer à ma machine ? (tout comprit, électronique, matériaux, etc... Il faut compter dans les 1500€/m² de surface usinable, on peut faire plus ou moins mais c'est l'étude qui va nous le dire)
- Ai-je du temps libre pour faire ma machine ? (pour info, une machine demande en moyenne 6 mois voir plus d'un an...)
- Mon entourage va t'il être affecté par ce projet ? (je sais c'est surprenant mais le nombre de personne devenu célibataire à cause d'une conjointe qui ne supportait plus de voir son homme occupé sur sa machine ou des scènes de ménages à cause d'un tas de féraille, qui finalement à bouffé le budget du ménage, dépasse l'imaginable...)
- Les nuisances sonores vont elles avoir un impact sur mon entourage et/ou voisinage ? (très fréquent aussi quand une machine fait du bruit et qu'elle tourne toute la journée, il faut toujours viser une machine très silencieuse)
- Que sais-je faire ? (souvent on se retrouve face à des mécaniciens nul en électronique/informatique ou tout l'inverse. Dans les deux cas il faut savoir quelles sont ses limites et se demander si il vaut mieux faire certaine chose par soit même ou les acheter toute faite, cas fréquent avec les cartes et alimentations. J'ai la chance de maîtriser les 3 domaines et je peux donc affirmer que ce sont 3 approches différente, trifouiller des composants ou des bout de métal n'est pas la même chose. Certain y trouveront peut être un plaisir de découvrir un domaine qu'il n'osait pas fréquenter et je souhaite que chacun y prenne du plaisir avant tout)
- Aurais-je la patience d'aller au bout de mon projet malgré le temps qui passe ? (encore un cas très fréquent, on ne compte plus sur internet le nombre de sujet et projet jamais abouti !!! Faire une cnc demande du temps, de la patience et de l'obstination face à certaine difficultés, il ne faut donc pas se décourager et surtout ne pas laisser planer un doute, en cas de blocage il faut consulter (un médecin, non je déconne...) un mécanicien, électronicien, informaticien ou les 3 en 1 directement sur l'unique bon forum qu'est Passion-Usinages évidemment...
- Quel matériel ai-je pour faire ma machine ? (machine, outils, établis, etc...)
- Quel matériel vais-je devoir acheter ? (ne surtout pas penser que pour faire une cnc amateur il faut un atelier de fortune, l'homme se sert de l'outil mais l'outil ne fera jamais rien sans l'homme...)

Les moyens:

Ce mot m'a souvent fait sourire sur internet.
Trop souvent j'ai vu et lu des stupidités concernant les moyens que l'on a pour réaliser son projet.
Les moyens c'est ce qu'on a ou peut avoir pour faire ce que l'on veut (que ce soit matériel, financier, humain, etc...).
Certain m'on dit que mes conseils étaient trop "pro" et qu'ils ne pouvaient faire qu'avec leur modeste moyen mais pour autant ils avaient déjà achetés des éléments très cher.
Ce qui sous entend qu'en faite très souvent au vu du fait qu'ils ont cramé leur budget en achetant n'importe quoi avant de faire une étude sérieuse pensant que c'était utile vu que d'autres avaient achetés les mêmes choses, ils ne leur restaient casiment plus rien pour finir leur machine et donc leur moyens étaient limités.

Je pense qu'à un moment il faut être intelligent et se dire que les moyens englobent la totalité du projet et que donc le but est de finir sont projets en ayant dépensé moins tout en ayant utilisé au mieux les moyens mis à sa disposition.
La grosse erreur à ne JAMAIS commettre c'est de faire du copier/coller bête et méchant pour l'adpater à son projet.
Trop souvent j'entend parler de la machine de Coquery, hors cette machine n'est pas LA machine de référence, ce n'est qu'UNE machine et de plus elle a de faible performance, juste bonne à usiner du balsa et du dépron mais en aucun cas elle n'usinera plus.
Comment peut-on dans ce cas reprendre cette structure pour en faire une machine pour du bois dur ou pire encore ???

Comme j'expliquerais par la suite, ce type de machine utilise des règles de maçon, c'est l'exemple même du produit cher et complètement inutile en cnc amateur.
C'est creux, souple, les parois sont fine et en plus ça résonne à fond quand un moteur la fait vibrer.
Une simple barre en acier serait moins cher, plus rigide et surtout bien mieux adaptée à notre machine et pourtant je ne compte même plus les machines qui ont des règles de maçon...
Quand je ferais la partie calcul, je démontrerais la faiblesse de ce type de règle et je pense (enfin j'espère) que ce type de machine ne sera plus jamais copiée et qu'on va enfin aller vers de vrai cnc amateur digne de ce nom.

Je rappel quand même que cnc amateur veut dire pas cher, facile à réaliser par tout le monde, fiable et précise à sa juste mesure.
Les machins brandouillant qui servent juste à faire tourner des moteurs ce sont de vulguaire jouet pour enfant mais ça ne sera jamais une cnc même amateur !!!
Une autre grosse erreur que je vois trop souvent c'est le fait de penser que par la suite on pourra améliorer ou rigidifier sa machine.
Ce type de pensée est trompeuse, en faite par la suite on va surtout bricoler n'importe quoi et se retrouver avec une machine peu fiable.

A chaque étape de la réalisation d'une cnc (étude, montage, etc...) on doit prendre tout en compte et surtout ne JAMAIS laisser passer la moindre erreur.
Un exemple qui me plait beaucoup, sur internet on peut voir une machine dont le cadre en aluminium à ses traverses maintenu par des tiges filetées.
Toutes personnes ayant déjà travaillées avec des tiges filetées savent que c'est inconcevable, les tiges vont se dilater, les traverses vont bouger et pire encore les surfaces qui reçoivent les écrous vont se déformer.
Laisser ce type de montage sans avoir fait d'étude sérieuse avant en pensant après résoudre le problême et rigidifier la machine est preuve d'une incompétence dans le domaine de la mécanique de base.

La mécanique c'est comme l'électronique ou tout le reste, il y a des règles et des bases, ne pas respecter les règles et ne pas s'informer des bases c'est avoir la volonté de faire échouer son projet.
Le plus gros potentiel dont on a besoin pour faire une cnc est intellectuel et de ce fait ne pas s'entêter à foncer dans le mur juste sous prétexte d'être tétu et fermé à toute aide et/ou apprentissage.
Il ne faut pas chercher bien loin le pourquoi de la grande majorité des projets qui sont tombé à l'eau, avec un peu d'ouverture d'esprit les concepteurs auraient actuellement leur machine...

Règles de bases:

Maintenant que nous avons vu la partie "secrétariat" mais obligatoire, nous allons commencer l'étude au sens propre du terme mais pour cela il faut connaître les bases de la mécanique.
Certe vu leur nombre et leur diversitées, je ne vais pas faire un cours de mécanique mais juste expliquer celles dont nous avons vraiment besoin pour notre projet.
Certain se dise peut être "mais on ne commence pas par le dessin ???".
En faite le dessin est un language graphique qui permet de représenter une idée, un projet, une pièce, etc...
Hors c'est comme dans le cas d'un programme informatique ou d'un schéma d'électronique, il faut déjà savoir ce qu'on va y mettre et surtout si c'est faisable ou pas et pourquoi.
La seule chose que l'on pourrait déjà dessiner serait un gros parrallépipède rectangle représentant le volume usinable et/ou le volume qu'on réserve pour la machine (ce sont deux choses différente).
Avec ça on va pas avancer bien loin...

L'isostatisme:

Si il y a une règle en or en mécanique c'est bien celle de l'isostatisme.
C'est une règle très simple mais fondamentale dans l'études d'une cnc.
Le principe de base est de définir le minimum de point qui vont permettre de réaliser ou pas le mouvement que l'on souhaite.
Chaque mouvement est soumis à des degrés de liberté que l'on va soit libérer ou soit bloquer.
Il y a 6 degrés de liberté:
- une translation en X
- une translation en Y
- une translation en Z
- une rotation suivant l'axe X
- une rotation suivant l'axe Y
- une rotation suivant l'axe Z


la suite bientôt...

Je vous demande juste un peu de patience le temps que je mettes en place mes textes avec dessin et/ou photos.
Je complèterais le sujet au fur et à mesure.