CNC 4 axes de CARLOS

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CNC 4 axes de CARLOS

Message  CARLOS78 le Ven 23 Fév 2018, 16:58

Bonjour,

Je profite du fait que ma CNC ait subi quelques modifications pour la présenter.

Une vue d'ensemble avec la table de fraisage (alu + acier) et l'étau utilisé habituellement sur ma fraiseuse, le tout est monté sur la grande table :
La structure porteuse et le caisson du bas de la machine sont en aggloméré.
C'est une machine avec un portique fixe. Le portique intègre l'électronique de commande, les alimentations et le variateur de fréquence.


Une vue d'ensemble avec le 4ème axe (la table de fraisage est juste posée)
Ce 4ème axe est facilement démontable. Son support permet le montage du mandrin ou de la contre-pointe à différents endroits ce qui permet de l'adapter aux longueurs des pièces.


L'ensemble YZ :
J'ai choisi de monter les rails du Z sur la partie mobile en Z. Le plateau YZ est constitué de 2 plaques en alu de 10mm
On voit qu'en position haute du Z, le porte à faux est quasiment nul ce qui est plutôt favorable à la transmission des efforts de coupe.
Le choix des rails non supportés en Z est historique (si c'était à refaire j'aurais évidement pris des rails supportés). Pour réduire leur flexion, il y a un palier à mi-course.
Les rails ont un diamètre de 20mm, et les vis à billes sont des vis de 16 au pas de 5mm.
Malgré le poids conséquent en Z, rien ne descend à l'arrêt hors tension de la machine.
Compte-tenu de mon utilisation occasionnelle de cette machine j'ai décidé, malgré que ce soit une broche refroidi par eau, de supprimer la circulation de l'eau. Je me suis rendu compte qu'après une utilisation de quelques heures, la température du corps de la broche était juste tiède.


Les dernières modifications apportées concernent la carte de commande (passage d'une carte parallèle à une carte USB), le logiciel de pilotage (passage de LinuxCNC à MACH3), l'adjonction de 6 switchs (limites de fin de course), d'un bouton d'arrêt d'urgence, et d'un palpeur en Z. Tout ceci a malheureusement nécessité de refaire le câblage de la machine.

Il me reste maintenant à découvrir Mach3.

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Re: CNC 4 axes de CARLOS

Message  CARLOS78 le Sam 24 Fév 2018, 09:33

Le chariot de base : Agglo de 22mm et bois de charpente vissé / collé.
Comme mon atelier est assez exigu, j'ai monté ce chariot sur des roues pivotantes pour pouvoir le déplacer.
Une fois en place, Il faudrait lui rajouter 4 vérins pour stabiliser la machine.
(Ce chariot intégrait dans la version précédente l'ordinateur de bureau qui pilotait la machine)


Le plateau du chariot : Agglo 2x22mm collés


Le caisson du portique. Agglo 2x22mm collés et cornière acier.
Ce portique intègre désormais l'électronique de la machine.




Pourquoi mon choix d'une structure porteuse en bois ?
1) Parce que ma machine est purement didactique et qu'elle ne répond à aucun besoin spécifique d'usinage.
2) Parce que c'est une structure peu onéreuse.
3) Parce qu'elle nécessite aucun outillage particulier.

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Re: CNC 4 axes de CARLOS

Message  charly 57 le Sam 24 Fév 2018, 11:39

Bonjour
Superbe réalisation, bravo. La rigidité est bien avec ton montage en caisson. C'est un bon choix.

Peux tu me dire ce qui t'as poussé à passer de linux CNC à Mach 3 ??
En ce moment, j'hésite, alors si tu peux partager ton retour d'expérience ce sera super.

Merci

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Re: CNC 4 axes de CARLOS

Message  CARLOS78 le Sam 24 Fév 2018, 14:22

Bonjour,

Le passage de LinuxCNC à Mach3 fait partie de mon envie de découvrir le monde de la CNC.
LinuxCNC est très très bien et surtout c'est gratuit. Dans mon cas je l'utilisais avec une carte d'interface parallèle. Cet interface est depuis longtemps complétement obsolète.

J'avais casé un vieil ordinateur dans le caisson du bas et posé un écran sur le portique. C'était très bien, très fonctionnel et ça aurait pu continuer ainsi longtemps sans problème.
Par pure curiosité (c'est mon côté didactique), je voulais tester la machine avec une carte d'interface USB et un ordinateur portable beaucoup plus récent. J'ai donc décidé d'affecter un vieux portable qui tourne sous Windows 7 pro 64 bits à la machine.
Les cartes USB et Ethernet existent pour LinuxCNC, mais elles sont trop chères pour satisfaire ma curiosité.
J'avais fait des tests en USB avec un couple arduino + GRBL, d'autres avec une imprimante 3D, et d'autres plus anciens avec une carte d'adaptation parallèle vers usb. Mon tour CNC marche d'ailleurs en USB avec une solution PlanetCNC qui est très bien. Ces essais marchaient tous mais je voulais tester une vraie solution USB + Mach3.

J'ai finalement investi sur une carte USB 4 axes 100 KHz compatible Mach3 à très bas coût (moins de 15€)

Cette carte est un des standards actuels.
Elle est alimentée en 5V par la prise USB et en 24V (broches 24V et DCM) par le 24V délivré par le variateur de fréquence (VFD). Ce 24V est utilisé sur les 4 entrées et les 4 sorties. La carte pilote directement la broche (M/A et variation de vitesse) via une sortie et les 3 broches AVI, 10V et ACM. Les drivers peuvent être câblés avec le 5v de la carte en commun sur PUL+ et DIR+ des drivers, et le retour PUL- et DIR- des drivers sur les broches adéquates de la carte. La fonction enable n'est pas utilisé.

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Re: CNC 4 axes de CARLOS

Message  CARLOS78 le Dim 25 Fév 2018, 11:41

L'axe X

Cet axe X est constitué de :
- 1 plateau en alu de 440x300x20,
- 2 rails supportés TBR20 de 1m espacés de 240mm,
- 4 paliers linéaires ouverts TBR20UU - (Charge statique/dynamique : 1176N/860N)
- 1 vis à billes SFU1605 d'environ 850mm,
- 1 écrou à billes DFU1605
- 1 palier BK12 - côté moteur (2 roulements 7001 - Charge statique axiale/radiale : 720Kgf / 331Kgf - Charge dynamique axiale 680Kgf)
- 1 palier BF12 - (1 roulement 6000 - Charge dynamique radiale : 465Kgf
- 1 moteur pas à pas ayant un couple de maintien de 2N.m avec un rapport 1/1

Le montage des paliers de la vis est du type bloqué (palier BK12) / supporté (palier BF12).

Quelques chiffres :
- La vitesse de rotation critique de la vis est environ 2000 tr/mn -->  Very Happy pas de problème, on est en dessous de 500tr/mn
- Le flambage de la vis est atteint avec une poussée d'environ 2600N
- La force de poussée maximale avec un couple moteur maxi de 2N.m, un rendement de 0.9 et un facteur de sécurité de 2 est de 1130N -->  Very Happy  il n'y aura pas flambage de la vis, et la charge axiale maxi sur le palier BK12 n'est pas atteinte.
- La puissance motrice nécessaire à 500tr/mn est de 100W.  Very Happy le moteur est alimenté en 36V et 5A crête
- Very Happy  Le plateau X peut supporter une charge statique/dynamique maxi de : 470KG / 344Kg. Cette charge maxi est poussée sans problème par la vis.

Le montage :
Les rails sont fixés sur la table par des vis/écrous M6. Le perçage des trous sur la table a été effectué en utilisant les rails comme gabarit de perçage. Il n'y a pas de jeu dans les trous.
La vraie difficulté à ce stade est de bien positionner les rails perpendiculairement aux fixations du portique.
Very Happy La machine a fait elle-même le surfaçage du plateau X

Very Happy Après surfaçage du plateau, pour un Z constant le défaut de "planéité" était au comparateur inférieur à 0.05mm sur toute la surface du plateau.

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Re: CNC 4 axes de CARLOS

Message  CARLOS78 le Lun 26 Fév 2018, 14:25

Axe X (suite)

La liaison moteur en X :


Le plateau X peut recevoir plusieurs équipements.

Celui que j'utilise le plus est une petite table de fraisage :


Cette mini table est réalisée avec une base en alu de 10mm, des cales en alu de 16mm et de l'étiré en acier de 40x8.
Elle permet d'utiliser sur la CNC des outillages (étau, plateau diviseur, kit de bridage, etc ...) prévus initialement pour une fraiseuse.

Comme ma CNC est bien sur incapable d'usiner de l'acier (ce qui au passage ne me gène pas du tout), la table de fraisage a été rainurée et surfacée sur une autre machine :


Pour des pièces plus volumineuses sur ma CNC, j'ai réalisé une 2ème table en agglo de 25mm + 2 cornières en acier :


Cette table a un grand nombre de points de fixations pour brider la pièce. Ces fixations utilisent ce genre d'insert à bois :


En fait, je me sers très peu de cette table.
Les 2 tables peuvent être montées ensemble sur le plateau X (voir photo plus haut). Avec ce montage, la grande table recouvre les rails et de ce fait les protège un peu des copeaux.

NB : SI je voulais usiner de l'acier en commande numérique, MA SOLUTION serait de numérise la fraiseuse ZAY4045FG. Apparemment ce n'est pas très compliqué, mais je ne le ferais certainement pas car pour mes petits besoins d'usinage j'ai monté dessus une visu qui est une vraie merveille. Grace à elle, le rattrapage de jeu dans les vis de la fraiseuse est une vieille histoire ... le 1/100ème de mm peut être envisagé sereinement.

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Re: CNC 4 axes de CARLOS

Message  CARLOS78 le Mer 28 Fév 2018, 09:10

L'axe Y

Rien de particulier sur cet axe.

J'utilise les mêmes composants mécaniques que sur l'axe X :
- 1 support en agglo 820x300x30
- 1 plateau mobile Y en alu de 320x280x10,
- 2 rails supportés TBR20 de 800mm espacés de 240mm,
- 4 paliers linéaires ouverts TBR20UU - (Charge statique/dynamique : 1176N/860N)
- 1 vis à billes SFU1605,
- 1 écrou à billes DFU1605
- 1 palier BK12 - côté moteur (2 roulements 7001 - Charge statique axiale/radiale : 720Kgf / 331Kgf - Charge dynamique axiale 680Kgf)
- 1 palier BF12 - (1 roulement 6000 - Charge dynamique radiale : 465Kgf
- 1 moteur pas à pas ayant un couple de maintien de 2N.m avec un rapport 1/1

Le montage des paliers de la vis Y est également du type bloqué (palier BK12) / supporté (palier BF12).
La seule remarque intéressante est que 2 des paliers linéaires ouverts TBR20UU vont travailler à l'arrachement ce qui a une conséquence sur les charges statique et dynamiques qu'ils peuvent supporter dans cette direction. A défaut de trouver l'info, , je divise arbitrairement les valeurs catalogue par 2 : statique / dynamique = 588N/430N. Ce qui signifie qu'on pourrait exercer un effort d'arrachement maxi que j'estime à 86Kg (43x2)



Les rails et le support sont contrepercés ensemble. Fixation par des vis /écrous sans jeu dans les trous.

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Re: CNC 4 axes de CARLOS

Message  CARLOS78 le Jeu 01 Mar 2018, 10:49

Réglages des axes X et Y

Il y a plusieurs réglages à faire. Certains sont plus importants que d'autres.

- Le 1er est le plus compliqué et le plus important à bien réaliser : la perpendicularité des rails de l'axe Y avec les rails en X.
Ce réglage qui défini l'angle des axes X et Y se retrouve directement sur les pièces d’où son extrême importance
scratch On peut procéder de différentes manières pour y arriver et il faut un minimum d'outillage.
C'est pas facile d'obtenir une grande précision. Je pense être arrivé à un défaut de moins de 0.5 mm sur une longueur d'environ 700 mm.
Cela ferait une erreur angulaire d'environ 2 minutes ... Rolling Eyes Je fais avec.

Une méthode pour peaufiner ce réglage serait peut-être de :
- placer un dispositif millimétrique au niveau des fixations de la potence pour la faire tourner avec précision autour d'un axe
- usiner avec la machine une grande équerre
- Contrôler au mieux cette équerre avec les moyens dont on dispose.
- régler la potence en conséquence
- refaire une équerre
- etc ...
Bref trop de boulot ...

La photo ci-dessous montre un dégrossissage possible pour ce réglage :


- Le 2ème est plus facile à réaliser : le parallélisme des rails Y avec la face supérieure du plateau mobile en X.
Le défaut de parallélisme doit être fait au mieux.  Very Happy Ce défaut de réglage disparait lors du surfaçage du plateau X
La photo ci dessous montre uniquement un contrôle de ce réglage. Je suis arrivé aux environs de 0.2 mm sur la totalité de la surface du plateau X.
Very Happy C'est plutôt pas mal si l'on considère que le plateau X est à ce stade brut et non surfacé


- Le 3ème est encore moins délicat : La perpendicularité du plateau mobile en Y avec le plateau mobile en X
Ce réglage joue sur la verticalité (dans le plan ZX) de l'axe Z de la broche par rapport au plateau mobile en X.
Very Happy  Si on a bien travaillé, normalement le résultat obtenu peut suffire.
L'impact de ce défaut n'est réel que pour des déplacements en Z importants.
Dans mon cas, il est pratiquement négligeable car mes pièces font très souvent moins de 20mm d'épaisseur.
Pour peaufiner ce réglage, je pouvais caler au choix soit au niveau de la fixation du portique (très facile), soit au niveau de la fixation du panneau Y (plus embêtant).

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Re: CNC 4 axes de CARLOS

Message  CARLOS78 le Jeu 01 Mar 2018, 11:11

L'axe Z

Avant de présenter la solution retenu pour cet axe, je vous présente quelques photos glanées sur internet lorsqu'on fait une recherche sur "centre d'usinage"

Very Happy D'abord, une "petite" machine à portique fixe bien sympathique qui ressemble bizarrement à ma CNC


Une version plus "grande" (parmi tant d'autres) toujours en version portique fixe :


Une autre version :


Pour changer, une variante à portique mobile :


Bref ... On trouve plein de variantes de ces centres d'usinage qui se ressemblent au moins sur un point.

Question : Justement, Quel est le point commun de ces machines avec MA machine ?

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Re: CNC 4 axes de CARLOS

Message  Ordinerf le Jeu 01 Mar 2018, 11:52

La forme mais pas la résistance mécanique ni les matières utilisées Wink
La même cnc que la tienne en acier serait une bête de guerre comme sur les photos que tu montres Smile

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Re: CNC 4 axes de CARLOS

Message  CARLOS78 le Jeu 01 Mar 2018, 15:03

Bonjour,

Wink Ordinef tu a raison, la forme est ressemblante (et non la matière) mais il faut regarder plus en détail.

La réponse qui me sied d'avantage est que tous les centre d'usinage présentés plus haut ont adopté comme moi les rails du Z mobiles suivant Z.
Je ne sais pas si je me trompe car il est difficile de deviner derrière une photo ce qui se cache derrière les carénages, mais j'ai l'impression que ce choix est bien répandu sur ce type de machines.

On trouve bien sur des photos avec le montage inverse (rails du Z fixes suivant Z) :

Exemple1 : broche horizontale


Exemple 2 : broche verticale


Il y a là aussi des machines avec plein de variantes, mais je remarque cependant sur les 2 exemples qu'on retrouve un peu l'architecture des fraiseuses conventionnelles.
Ceci justifie pour moi dans ce cas pleinement le choix inverse (rails du Z fixes suivant Z).

Remarque : Sur notre forum, dans la rubrique "fraiseuse CN", il y a à ce jour 49 sujets et seulement 6 projets de CNC amateur présentés.
--> On est exactement à égalité 3 - 3.

J'essaierai d'expliquer dans la suite de ma présentation les raisons de mon choix ...

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Re: CNC 4 axes de CARLOS

Message  CARLOS78 le Ven 02 Mar 2018, 10:55

Explications de mon choix de montage pour l'axe Z

----> Ce choix consiste à monter les rails de l'axe Z mobiles suivant cet axe.
Il y a 2 raisons qui m'ont amené à ce choix.

- La 1ère est que les paliers de l'axe Y sont quasiment en vis-à-vis des paliers de l'axe Z.
Le gros avantage est que tous les efforts sont transmis directement des paliers Z vers les paliers Y

Un peu de CAO pour mieux visualiser :


Avec ce montage, les plaques entre les paliers ne jouent quasiment aucun rôle mécanique à part supporter les écrous des vis à billes.
Dans mon montage il y a 2 plaques parce que le mixage de paliers TR20UU sur le Y et SBR20UU sur le Z ne permet pas le vis-à-vis. Il eut fallu décaler les paliers.
Ce n'est pas le cas si on utilise uniquement des paliers TBR20UU. Une plaque avec des trous taraudés suffit.

Les 2 plaques m'ont servi également à monter et régler séparément les axes Y et Z.

- La 2ème raison est que le porte à faux entre l'extrémité de la fraise (là est est produit l'effort de coupe) et les paliers Z est variable suivant la position en Z de la fraise.
Ce porte à faux est mini en position haute et maxi en position basse. Avec le montage inverse, il est au minimum maxi quel que soit la position en Z.


Position haute en Z :
Very Happy C'est la position idéale et c'est justement celle qui est utilisée lorsque je me sers de l'étau de fraisage pour usiner un peu d'alu ...


Position basse en Z :
Moins bien ... C'est la position que j'utilise pour usiner des panneaux de bois. Les efforts sont moindres.


Enfin, pour  eux qui doutent encore, je compare ci-dessous les 2 montages en position Z extrêmes :

Position haute en Z :



Position basse en Z :



De 4 cas de figure, la position la plus mauvaise est de très loin la version rails fixes et position haute.

Il n'y a qu'en position basse que les 2 solutions sont quasiment équivalentes.

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Re: CNC 4 axes de CARLOS

Message  Ordinerf le Ven 02 Mar 2018, 11:33

Il n'y a pas de meilleure solution, soit c'est avec portique fixe ou portique mobile mais aucun des deux n'est meilleur que l'autre, tout va dépendre de ce que l'on veut faire avec la cnc.
Perso je préfère le portique mobile parce qu'il permet d'enjamber la matière et donc de couvrir un usinage sur toute la surface de la machine.
Le portique fixe c'est bien mais ça impose un volume machine plus grand du fait du déplacement de la table qui impose une longueur de machine deux fois plus grande.
Si on prend une surface de travail faisant 1mètre de long avec le portique mobile la machine fera 1 mètre de long (hors chassis du portique) parce que le portique va couvrir toute cette longueur alors que pour une cnc avec un portique fixe et donc une table de 1mètre de long forcément il faudra prévoir un espace d'un mètre de chaque côté du portique à cause du mouvement de la table et donc avoir une machine de 2 mètres (hors chassis du portique).
Concernant la rigidité de la machine, dans les deux cas c'est pareil, un portique mobile va imposer un montage rigide pour déplacer le portique et un portique fixe va certe permettre une plus grande rigidité du portique mais c'est la table qui devra avoir un montage rigide pour se déplacer.
Le seul avantage avec la table mobile c'est qu'on peut faire très rigide sans que ça prenne plus de place alors que pour le portique mobile si on rigidifie son déplacement alors forcément ça va prendre plus de place même si ça n'atteindra jamais la taille d'une cnc à table mobile.

Les exemples que tu montres sont intéressant parce qu'ils montrent une idée bien précise du rapport volume machine/volume usinable pour de l'acier. On prend de suite conscience qu'une cnc pour l'acier c'est loin d'être un jouet et que ça impose un volume imposant.
A l'inverse une cnc bois est maigre par rapport à la surface usinable et le soucis c'est que beaucoup aimerait avoir une cnc de la taille d'une cnc bois mais avec la rigidité nécessaire à l'usinage acier or c'est impossible.
Plus on voudra usiner une matière dure et grande et plus il faudra une machine imposante et rigide.

Concernant les matériaux pour fabriquer la machine c'est un sujet un peu délicat parce qu'il faut expliquer en fonction du rapport volume matière/rigidité.
Certes ta machine donne l'impression d'être hyper rigide (ce qui est vrai pour ce à quoi tu l'as destinée) mais on ne peut pas la comparer à la même machine en acier. Je ne connais pas son poids mais imagine la même avec des panneaux en acier de 22mm d'épaisseur bom
Niveau rigidité ça serait un monstre mais niveau poids, prix, mécanique, etc..., ça n'aurait rien à voir.
Si on veut comparer alors il faut être bon joueur et dire qu'un panneau de telle matière en telle épaisseur équivaut à un panneau de telle autre matière et telle autre épaisseur.
Ce qui est par contre intéressant c'est le rapport poids/rigidité mais il ne faut pas en oublier les autres contraintes, si une matière résiste bien en flexion, elle ne résiste pas forcément bien en traction dans une autre direction, or le gros avantage du métal est que ça résistance est pratiquement identique dans toutes les directions (ça diffère un peu à cause de son laminage...).
Le choix du matériaux peu changer en analysant la courbe poids/rigidité parce qu'à un moment la courbe de chaque matière devraient se croiser et c'est ce point d'intersection qui défini le choix en fonction des dimensions et contraintes.
Pour certaines matières les courbes ne se croiseront jamais... Embarassed
Comme je dis souvent, les cnc c'est comme les gens, il ne faut pas se fier à leurs apparences mais à ce qu'elles peuvent faire... Very Happy

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Re: CNC 4 axes de CARLOS

Message  CARLOS78 le Ven 02 Mar 2018, 15:29

Bonjour Ordinef,

Ordinerf a écrit:Il n'y a pas de meilleure solution, soit c'est avec portique fixe ou portique mobile mais aucun des deux n'est meilleur que l'autre ...
J'aurais apprécié lire des réactions par rapport aux sujets développés. A ce stade de ma présentation il n'y a ( Very Happy pour le moment) aucune comparaison entre les portique fixes et les portiques mobiles.

Ordinerf a écrit: ... Perso je préfère le portique mobile parce qu'il permet d'enjamber la matière et donc de couvrir un usinage sur toute la surface de la machine
Le portique fixe c'est bien mais ça impose un volume machine plus grand du fait du déplacement de la table qui impose une longueur de machine deux fois plus grande....
Je suis d'accord sur ces 2 remarques même si elles ne s'inscrivent toujours pas dans le fil de ma présentation.
Cependant dans le cas d'un portique fixe, et en particulier celui de ma machine, ce n'est pas tout à fait exact :
Ma machine a une course maxi en X de 662mm. Avec cette course, son encombrement théorique serait effectivement de 2x662 = 1324mm.
Comme la machine mesure déjà en l'état 1156mm de long avec le moteur en X, le débattement ne rajoute finalement que 168mm à son encombrement.
Si on considère en outre que l'encombrement de la machine derrière l'axe de la fraise est de 624 mm, ce "débordement" lié effectivement au choix du portique fixe se situe essentiellement à l'avant de la machine.
Rolling Eyes Ce n'est évidement pas un hasard ...

Ordinerf a écrit: ... Les exemples que tu montres sont intéressant parce qu'ils montrent une idée bien précise du rapport volume machine/volume usinable pour de l'acier. On prend de suite conscience qu'une cnc pour l'acier c'est loin d'être un jouet et que ça impose un volume imposant...
Les exemples de centre d'usinage montrés plus haut ne me servent qu'à démontrer (s'il était nécessaire) que mon choix de montage des rails en Z est très utilisé sur ces machines.

Ordinerf a écrit: ... beaucoup aimerait avoir une cnc de la taille d'une cnc bois mais avec la rigidité nécessaire à l'usinage acier or c'est impossible.
On est parfaitement d'accord.


Ordinerf a écrit: ...Concernant les matériaux pour fabriquer la machine c'est un sujet un peu délicat parce qu'il faut expliquer en fonction du rapport volume matière/rigidité.
Certes ta machine donne l'impression d'être hyper rigide (ce qui est vrai pour ce à quoi tu l'as destinée) mais on ne peut pas la comparer à la même machine en acier...
Ma machine est très loin d'être hyper rigide. Elle est juste à peine suffisamment rigide pour mon utilisation.  Mad  Je ne l'est JAMAIS comparée à une machine de même gabarit en acier.

Ordinerf a écrit: ... Je ne connais pas son poids ...
Chaque chose en son temps. Comme je ne suis pas avare d'informations, il y aura le moment venu des infos sur les poids.

Ordinerf a écrit: ... Ce qui est par contre intéressant c'est le rapport poids/rigidité mais il ne faut pas en oublier les autres contraintes, si une matière résiste bien en flexion, elle ne résiste pas forcément bien en traction dans une autre direction, or le gros avantage du métal est que ça résistance est pratiquement identique dans toutes les directions (ça diffère un peu à cause de son laminage...)...
Bien qu'ayant déjà abordé ce sujet sur un autre post, je repréciserais mon point de vue.

Ordinerf a écrit: ... Comme je dis souvent, les cnc c'est comme les gens, il ne faut pas se fier à leurs apparences mais à ce qu'elles peuvent faire... Very Happy
Certes, mais j'espère que chacun est à même de se faire son opinion.
Ma présentation sur ce forum se limitera uniquement à la machine, non pas parce que ses possibilités soient si limitées que je n'oserais les exposer mais plus modestement parce que mes essais d'usinage et mes réalisations n'ont rien de spectaculaire. En fait je n'ai pas la patience de me consacrer à un projet qui engloutirait des centaines d'heures pour finir au mieux dans une vitrine au pire dans une poubelle.

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Re: CNC 4 axes de CARLOS

Message  CARLOS78 le Sam 03 Mar 2018, 10:04

L'axe Z

L'axe Z est constitué de :
- 1 plateau Y en alu de 320x280x10,
- 1 plateau Z en alu de 480x280x10
- 2 rails D20 de 480mm espacés de 140mm,
- 4 paliers linéaires SBR20 - (Charge statique/dynamique : 1370N/860N)
- 6 Supports d'axe SK20
- 1 vis à billes SFU1605 d'environ 400mm,
- 1 écrou à billes DFU1605
- 1 palier BK12 - côté moteur (2 roulements 7001 - Charge statique axiale/radiale : 720Kgf / 331Kgf - Charge dynamique axiale 680Kgf)
- 1 palier BF12 - (1 roulement 6000 - Charge dynamique radiale : 465Kgf
- 2 poulies XL de 18 et 28 dents
- 1 courrier XL130
- 1 moteur pas à pas ayant un couple de maintien de 2N.m avec un rapport 28/18
- 1 Support de broche
- 1 broche d'usinage

La course utile est d'environ 160mm



- On retrouve un 2ème plateau Y : c'est un choix qui est du en grosse partie au fait que je voulais avoir les paliers Y et Z en vis-à-vis (voir explications plus haut).
-  La flexion des rails D20 est réduite par l'adjonction d'un support en leur milieu.
- Le plateau Z permet de positionner le support de broche à différents niveaux.
Comme d'autre part la broche coulisse dans ce support, la position verticale de la broche est totalement ajustable.
- Le choix des composants du guidage linéaire en Z est historique : Ils ont été achetés en 2012. La machine présentée date de 2014.
Ce n'est pas le meilleur choix. Les rails supportés sont mieux adaptés.

Le poids de l'équipement mobile en Z est conséquent : environ 20 Kg.
Very Happy Par précaution, j'ai mis une réduction 18/28 sur cet axe. Cette réduction augmente le couple moteur et cerise sur le gâteau la précision en Z.
1 tour moteur fait bouger l'ensemble Z de 5 x (18/28) = 3.21mm.
Avec un driver réglé en 1/8ème de pas, cela donne une précision en Z de 3.21 / (200 x 8 ) =  0.002mm.
Pour les sceptiques (comme moi) qui mettent en doute le positionnement en 1/8ème de pas, cela fait un positionnement en pas complet de 3.21 / 200 = 0.016mm qui est très correct.

On pourrait penser que le poids de l'équipement mobile en Z pose un problème pour 2 raisons :
- Son déplacement
- Son maintien en place à l'arrêt de la machine car une vis à billes au pas de 5mm est potentiellement réversible.

Je l'ai malheureusement cru et j'ai donc essayé de compenser le poids de 3 manières : un contrepoids, des ressorts de traction, des vérins à air.


La solution montrée ci-dessus avec 2 vérins ayant chacun une poussée de 10Kg était de loin la mieux adaptée mais en fait la compensation du poids s'avère totalement inutile.
-  Very Happy Le déplacement en Z ne pose aucun problème au moteur.
-  Very Happy Le maintien en place à l'arrêt non plus. Le petit couple moteur résistant du moteur multiplié par le rapport de réduction suffit (dans mon cas) à empêcher la réversibilité de la vis à billes.


A ce stade de ma présentation, sans rentrer dans une comparaison polémique "portique fixe vs portique mobile" je fais juste remarquer que :
- L'impact en statique et surtout en dynamique du poids des équipements mobiles de la machine est nettement moindre dans le cas d'un portique fixe.
- Le seul câblage mobile dans le cas du portique fixe est celui de l'axe Z.
Ces 2 remarques sont loin d'être insignifiantes au moment du choix d'une structure CNC.

Comme les débattements des câbles sur ma machine est minimaliste, il n'y a pas besoin de guide-cables sophistiqués et couteux.
J'ai juste utilisé un bout de gaine ondulé utilisé dans les installations électriques

Les CNCistes avertis auront surement remarqué qu'il manque sur cette photo les 2 tuyaux de circulation de l'eau pour refroidir la broche. Ceci est une autre histoire ... J'y reviendrai plus tard.

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Re: CNC 4 axes de CARLOS

Message  CARLOS78 le Dim 04 Mar 2018, 11:11

La broche d'usinage

Le choix d'une broche d'usinage est déterminant sur une CNC.
Comme ma machine était (et est toujours) une machine purement didactique, je ne pouvais pas faire autrement que d'investir dans ce qui était (et l'est toujours) le "standard" des broches d'usinage sur des machines amateur : une broche chinoise.


Ma broche est une 2.2Kw/220V refroidie par une circulation d'eau dans le corps de la broche.
Je l'ai acheté en 2012 et je constate qu'elle se vend toujours aujourd'hui aux alentours de 300€ (avec son variateur de fréquence et son support massif en alu).
Elle est très silencieuse. J'avais dans une version antérieure de ma CNC installé une défonceuse. C'était plutôt bien mais totalement insupportable au niveau bruit.

Au fil du temps, je me suis rendu compte que sans la  circulation d'eau le corps de la broche était à peine tiède après quelques heures de fonctionnement (moins de 45°). j'ai donc décidé de supprimer la circulation d'eau d'une part parce que le bruit de la pompe était comparable à celui de la broche et d'autre part parce que les tuyaux et le réservoir m'enquiquinaient.

Je pense qu’aujourd’hui encore ce type de broche est encore très bien placé en rapport qualité/prix.





Curieusement, la courbe de performance de la broche n'est jamais indiquée.
En cherchant un peu sur internet on trouve assez facilement ce document qui caractérise assez bien me semble-t-il toutes les variantes possibles de ces broches chinoises 2.2KW :


Les courbes montrées ci-dessus sont très explicites :
- Le couple moteur est constant (environ 0.9 N.m) pour une vitesse de rotation comprise entre 6000 tr/mn et 24000 tr/mn
- Ce couple chute ensuite linéairement de 0.9N.m à 0 en dessous de 6000 tr/mn.
- La courbe puissance passe linéairement d'un max de 2.2Kw à 24000 tr/mn à 0KW à 0 tr/mn. En clair, cette puissance chute à 550W à 6000tr/mn


--> 1ère conclusion : cette broche ne doit pas être utilisée en dessous de 6000tr/mn
Est-ce un problème ? : NON si on reste dans l'utilisation prévue pour cette broche c'est à dire le travail des bois et plastiques.
Je note qu’aucun vendeur sur le net se hasarde à recommander cette broche pour l'usinage des métaux.

Pour essayer de quantifier les possibilités de cette broche il est utile de rappeler quelques notions d'usinage :
Pour calculer la puissance, le couple et l'effort de coupe, on utilise l'effort de coupe spécifique Kc qui s'exprime en daN/mm2.
Ce paramètre Kc représente l'effort de coupe nécessaire pour couper un copeau de 1 mm² de section.

Pour les bois c'est plus compliqué car ce n'est pas un matériau isotrope.

Un petit exemple de calcul pour essayer d'évaluer la capacité d'usinage de ma broche sur l'alu (avec une fraise de 10mm) :
- C'est forcément avec une petite épaisseur de copeau (<0.1mm) --> Kc = 115 daN/mm2.
- C'est au minimum à 6000tr/mn --> une vitesse de coupe de (6000 x 10 x 3.14) / 1000 = 188.4 m/mn.
- C'est avec un couple de 0.9 N.m --> avec une fraise de 10mm, c'est un effort de coupe de (0.9 x 1000) / 5 = 180 N = 18 daN
Résultat : --> La section de copeau serait dans ce cas de 18 / 115 = 0.15mm2.
On peut donc envisager avec cette broche de fraiser un peu l'aluminium (peut-être également un peu de laiton).
Avec l'acier ça me parait plus compliqué et sur ma machine c'est totalement impensable.


J'ai pu lire ici et là que 100W suffisaient largement pour usiner de l'alu ... et juste après ... qu'il était donc inutile d'avoir une broche avec une telle puissance ! Il y a dans ces propos une très grande confusion.
Explication : SI ma broche avait encore son couple nominal de 0.9N.m à 1090tr/mn au lieu des 6000tr/mn mini, alors effectivement on pourrait avec ces 100W usiner aussi bien (ou aussi mal) que ce que l'on peut faire avec les 550W dont elle dispose encore à 6000tr/mn. Le problème est qu'à 1090 tr/mn le couple de cette broche est TRÈS proche de ZÉRO.

Si je devais m'équiper aujourd'hui, il est probable que je reprendrais le même type de broche mais en version air-cooled et peut-être (si les finances le permettaient) avec une puissance supérieure afin d'augmenter son couple.

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Re: CNC 4 axes de CARLOS

Message  Ordinerf le Lun 05 Mar 2018, 12:09

Je n'ai vu aucun écrou de type "Nylstop" sur tes photos... Neutral
Pour ce que ça coûte n'hésite pas à en mettre partout, ça évite bien des mauvaises surprises de déserrage d'écrou pendant l'usinage Wink

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Re: CNC 4 axes de CARLOS

Message  CARLOS78 le Lun 05 Mar 2018, 18:59

Broche (suite)

Pour se faire une idée des capacités d'usinage du métal avec une broche chinoise de 3KW similaire à la mienne, je vous propose de lire le post " CNC mécanosoudée type portique mobile pour l'aluminium " de Rider63 sur le forum usinages.com.

Le projet de Rider63 démarre dès la 1ère page du post avec comme objectif l'usinage de l'aluminium. Pour le moment, il usine avec une broche chinoise de 3KW ayant un couple de 1.3 N.m.
Ce post m'a beaucoup intéressé parce que dans sa recherche de performances, Rider63 ne lésine pas : structure en acier mécano-soudé, remplissage du châssis avec 110Kg d'un mélange gravier de granit + résine polyester,  rails prismatiques de 25mm, 4 vis à billes de 25mm au pas de 10mm, 4 moteurs nema34 "rapides", etc ... Il fait de même pour les essais d'usinage qu'il présente (recherche d'une grande vitesse de coupe et d'un déplacement très rapide).

Quelques exemples :
Page 36/37 : Surfaçage table en acier avec une fraise 4 lèvres de 8mm, passe 0.5mm, Broche 12000 rpm, vitesse de déplacement 3000 mm/mn.
https://www.youtube.com/watch?v=pPWuTefGp8g
Page 44 : Surfaçage aluminium avec une fraise à surfacer de 25mm 2 plaquettes carbure, passe 1 mm pleine largeur (25mm), broche 18000 rpm, vitesse de déplacement 5000 mm/mn.
Page 54 : Fraisage avec une fraise 2 lèvres de 6mm, passe 10mm avec une largeur de 3mm, broche 20000rpm, vitesse de déplacement 4000 mm/mn.
https://youtu.be/DpvgrGJkVs4?t=12

Je ne suis pas un spécialiste, mais c'est bluffant et les pièces réalisées sont magnifiques.

Lorsque je calcule à ma façon (indépendamment parfois du non respect des vitesses de coupe : 1413 m/mn avec la fraise à surfacer D25 ...) les puissances d'usinage et les couples à la broche correspondants aux paramètres d'usinage annoncés, je me dis qu'il a pas peur.

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Dernière édition par CARLOS78 le Mar 06 Mar 2018, 08:40, édité 1 fois
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Re: CNC 4 axes de CARLOS

Message  CARLOS78 le Mar 06 Mar 2018, 08:37

La machine de Rider63 en CAO

et en vrai :

Belle machine bien robuste.

A part la broche, le seul point commun avec ma CNC est le principe de montage des rails de l'axe Z : Mobiles suivant l'axe Z ...
Je remarque également qu'il n'y a aucune compensation du poids sur l'axe Z. Pourtant celui-ci est annoncé pour 35Kg ...

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Re: CNC 4 axes de CARLOS

Message  Ordinerf le Mar 06 Mar 2018, 11:42

On ne peut pas juger de la robustesse d'une cnc si on ne connait pas les matériaux utilisés.
Si cette machine est en polystyrène ça ne vaut pas pareil que si elle est en acier. De plus ce n'est pas parce qu'on voit du volume que ça veut dire que c'est robuste, si ce n'est que des éléments en plaque alu de 1mm soudées entre elles, cette machine ne vaut rien.
Si elle est faite en panneaux agglo de 22mm comme pour ta machine alors on peut imaginer une certaine robustesse mais bon elle me semble un peu imposante au vu de son utilitée... Neutral
Par contre elle prouve qu'on peut avoir un portique rigide et mobile Wink

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Re: CNC 4 axes de CARLOS

Message  CARLOS78 le Mar 06 Mar 2018, 12:16

Ordinerf a écrit:On ne peut pas juger de la robustesse d'une cnc si on ne connait pas les matériaux utilisés.
sunny  Tous les détails de la machine sont sur le lien donné plus un peu haut : https://www.usinages.com/threads/cnc-mecanosoudee-type-portique-mobile-pour-laluminium.63531/.
Prévoir cependant un peu de temps : il y a 71 pages très intéressantes Very Happy Que j'ai lues.

Usinage de l'aluminium avec une broche chinoise (suite)
Avec un couple à la broche faible, on voit que Rider63 choisi une stratégie d'usinage de l'aluminium intéressante.
Comme on est limité en effort de coupe avec ces broches d'usinage, sa stratégie est d'usiner avec des petites fraises en carbure en se rapprochant au mieux du couple maxi et en poussant au maximum la puissance d'usinage. Il multiplie ainsi par 8 le volume de copeaux et usine donc 8 fois plus vite.
Je vois (comme lui) un autre avantage à cette stratégie : en tournant vite il augmente d'autant la fréquence des chocs liés à la coupe.
Par exemple, avec 20000rppm et une fraise 4 dents, la fréquence des chocs est de 1333 Hz.  Very Happy Avec un peu de chance on est au-dessus des fréquences propres à la machine qui du coup "chante" un peu moins.

On pourrait remplacer la broche de 3KW par un servo de 400W couplé par courroie à une tête d'usinage :


Le couple de 1.3N.m etant identique. On tournerait à 3000tr/mn au lieu de 24000 tr/mn mais la taille des copeaux resterait identique.
Les 400W à 3000tr/mn du servo seraient ainsi "équivalents" aux 3000W de la broche à 24000 tr/mn au débit de copeau prêt.

Pour augmenter le couple on peut aussi faire soi-même la tête de fraisage et utiliser un moteur électrique plus puissant que le servo.
Tête de fraisage de Micluc

Avec un moteur de de 2CV tournant à 1400 tr/mn, on atteint sans réduction un couple d'environ 10 N.m
Very Happy --> 8 fois plus que la broche chinoise de 3KW et ... les copeaux pourront donc être 8 fois plus gros.

J'ai découvert récemment que les chinois proposent des solutions toutes faites avec des moteurs de 370W à 1500W :

Ils sont malins ces chinois ...

Enfin, pour en finir, si je compare avec la tête de fraisage de ma fraiseuse ZAY7045
Moteur de 1500w à 1400 tr/mn + boite de vitesses de 80 à 1250tr/mn ...   le couple pourrait atteindre 190 N.m !


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Re: CNC 4 axes de CARLOS

Message  CARLOS78 le Mer 07 Mar 2018, 10:50

L'axe A







Acheté en 2014, ce kit complet existe toujours aujourd'hui avec plein de variantes. L'équivalent du mien se trouve pour moins de 300€.
Je me suis bien sur posé la question de savoir s'il était intéressant de le réaliser moi-même.
J'ai vite renoncé à ce projet parce que d'une part ce n’était pas du tout gagnant financièrement et d'autre part ma petite expérience d'usinage ne me garantissait pas du tout un résultat acceptable.

Le rapport des poulies sur ce kit est de 6:1
Ce rapport permet dans mon cas de faire tourner la pièce aux environs de 80 tr/mn maxi. Ce n'est donc pas comparable à un tour, mais plutôt à un positionneur capable de tourner "vite".
La précision de positionnement obtenue est plutôt correcte : En pas complet, j'ai 1200 pas par tour, donc une précision minimale de 0.3°. Si je compte sur les pas intermédiaires (1/8ème de pas) la précision de positionnement serait de 0.0375°. C'est largement suffisant pour mes besoins.

Avec le rapport de poulies de 6:1 le couple de maintien au niveau du mandrin est de 12N.m. Comparé au couple d'usinage de 0.9N maxi de la broche, ce couple de maintien ne réduit en aucun cas pas la capacité d'usinage de la broche tant que le rapport (D pièce / D fraise) reste en dessous du rapport des couple (12/0.9). Au delà, il faut bien sur réduire les efforts d'usinage.

Il existe des kits ayant un rapport de réduction plus importants, et d'autres qui utilisent un plus gros moteur en prise directe.
A mon avis, le rapport de 6:1 est bien adapté pour une utilisation avec une broche comme la mienne.

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Re: CNC 4 axes de CARLOS

Message  Ordinerf le Mer 07 Mar 2018, 11:50

Certes 71 pages sur la machine à Rider63 mais c'est facile à lire et il explique assez bien Wink
Le chassis est assez bien mais il faut être doué en soudure parce que sinon c'est un nid à problème Embarassed
La seule chose que je trouve dommage, c'est d'avoir fait si complexe et ne pas avoir pensé à faire plus rigide Neutral
Perso quitte à faire un chassis en tôle soudées, j'aurais carément fait un chassis avec poutre en profilés bien rigide et ainsi usiner de l'acier.
A la limite il aurait fait la même machine en alu ça n'aurait rien changé, c'est un exemple de chassis lourd qui aurait pu être allégé au vu de son utilisation...
Par contre j'adore son support 3 points, j'en ai fait un presque pareil pour une machine et c'est le top Very Happy

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Re: CNC 4 axes de CARLOS

Message  CARLOS78 le Mer 07 Mar 2018, 14:43

Salut Ordinef,

Je me suis fait exactement les mêmes remarques que toi.

Un structure CNC avec des gros profilés en acier soudés ou avec des grosses sections de plaques en alu vissées pourrait je crois donner des résultats assez similaires.
Le choix de Rider63 n'est pas vraiment à la portée d'un amateur. Un puzzle de tôles d'acier à souder n'est pas la solution la plus simple de mise en œuvre, et il faut obligatoirement prévoir une reprise d'usinage des surfaces de portée qui nécessite le passage sur une grosse fraiseuse
 
Ce que j'ai bien aimé dans ce post c'est que les objectifs d'usinage sont précis, que les explications dans l'avancement du projet sont claires et enfin que l'auteur se donne les moyens pour y arriver.
J'aurais toutefois apprécié (compte-tenu qu'il maitrise parfaitement la CAO et la simulation) qu'il présente (à l'image de sa présentation du 1er projet en CAO) une nouvelle simulation par éléments finis de sa structure. On aurait pu ainsi comparer les deux solutions et se faire au passage une idée assez précise de la rigidité de son châssis.

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Re: CNC 4 axes de CARLOS

Message  CARLOS78 le Jeu 08 Mar 2018, 10:05

Axe A (suite)
A défaut d'avoir fait moi-même l'axe A, pour monter le kit sur ma machine j'ai du réaliser 2 outillages :

Une équerre pour avoir l'axe A vertical :




Une espèce de banc simplifié pour avoir l'axe A horizontal :




Le 4ème axe accroit considérablement les possibilités d'usinage d'une CNC.
- En utilisation positionneur : on peut se déplacer en X, Y, Z sur chaque position angulaire.
- En utilisation axe rotatif, c'est compliqué ou pas. Tout dépend du nombres d'axes qui sont activés en simultané.
La principe de la programmation est plutôt simple lorsqu'on a compris qu'un seule ligne de code permet le déplacement simultané de plusieurs axes.
Les exemples ne manquent pas sur internet de vidéos spectaculaires d'usinages réalisés en combinant les déplacements suivant 2 et 3 axes avec une rotation A...
Pour ma part, je me suis modestement limité à un déplacement suivant Y combiné avec une rotation A.
Cette approche est la plus simple à programmer. Elle permet déjà d'usiner des choses sympathiques :



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Re: CNC 4 axes de CARLOS

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