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BIG CNC à portique mobile de CARLOS

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Message  CARLOS78 le Lun 21 Mai 2018, 13:54

Comme je le disais sur l'autre forum, je ne suis pas contre l'entrainement par chaîne.

La vidéo ci-dessous parle d'elle même :

C'est une solution qui peut remplacer la courroie avec probablement la possibilité d'être plus rigide.
Par contre, avec le montage qui est présenté, on a une prise directe du moteur, résultat : la précision de positionnement et l'effort de poussée ne doivent être terribles.
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Message  c.phili le Lun 21 Mai 2018, 16:38

Je ne vois pas pourquoi, la chaîne passe quand même par 3 pignons.
C'est un peu le principe que je comptais adopter
BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 Picture?action=get&userid=9b539556a5ac09b0&id=152316119&key=68747470732533412532462532466261736562652d70726f642e73332d65752d776573742d312e616d617a6f6e6177732e636f6d2532466765253246716a25324663732532467175253246666b253246716a25324670662532466a702532464f54597a4e544d304f412532353344253235334425324631767066656e627a336c306a712d3135323331363131392e6a70672d6578742532463530342e6a7067253346726573706f6e73652d636f6e74656e742d74797065253344696d61676525323532466a706567253236582d416d7a2d53656375726974792d546f6b656e25334446516f445958647a45426361444c3931514756577a675450414c466f46794b634134425a462532353242436c5a4646344333793063644a7563667a734a63674873584b34686f537938307354314c456f396b69615356474c6e3556307a6871774534757178666a69547330517525323532464d756a594d6f655a455a51686a32765044656554747277585a766b48544d7a474d584770467046324e72744b4246464a552532353246534c356e4e35524925323532426a39486b643464586c79347158354875586b645873355032387a4e25323532427743614237687a5049645a4241476b58433177724578546e7a3625323532424c47545a727263423767253235324646597a6a645230654525323532427651636656426438636c4b5a55767871664a5351653549304f712532353246396b306c576831563578726630303665345149484b453668584f563952414265716c79474d314f79587825323532426373557844484b526a36376b7859336c4838435a74447a666b6c5767253235324276776d583961664344535068785263437a516b4255453252514565394d573879562532353246596f6b25323532464635454335253235324630496b6e426f6b336a656d4e4949503743743251595558456d4f4942437664615625323532427a565354476e432532353242534c304159337a4d253235324625323532424238692532353242764533504541394c6b6f49333756374a4b4c4135677561634946354a62596d334b384a3549766f6636544f3346582532353242434e6f41756132437868613144357879746371733935595a5045486e556d6d6133446c4952626e7a474f3225323532422532353246746d304637567068745225323532427863714e4c49706f307448617574676d7576426e65617459794949446d3667584d3356344c6271636f253235324635614c3241552532353344253236582d416d7a2d416c676f726974686d253344415753342d484d41432d534841323536253236582d416d7a2d446174652533443230313830353231543134333033385a253236582d416d7a2d5369676e656448656164657273253344686f7374253236582d416d7a2d457870697265732533443836343030253236582d416d7a2d43726564656e7469616c253344415349414a4b4f3437463533324d5156454b344125323532463230313830353231253235324665752d776573742d31253235324673332532353246617773345f72657175657374253236582d416d7a2d5369676e617475726525334433666465393133336430623435326433373838363936353238663364373732363134666333343164393466663530633832366631666138363734333431323936&node=282

Un seul moteur sur le portique avec un arbre traversant et une chaîne de chaque coté, ici la chaîne n'est pas dessinée mais on devine bien.
La chaîne se plaçant en dessous des pignons permettrait de mettre un guide chaîne en plastique qui empêcherait la chaîne de vibrer, ça obligerait en même temps la chaîne de toujours rester bien au fond des pignons.

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Message  CARLOS78 le Mer 23 Mai 2018, 08:11

Avec une courroie, on a vu qu'il faut impérativement augmenter le nombre de dents en prise, d'ou l'utilité des 2 galets.

Avec une chaîne, je ne vois pas bien comment on pourrait se passer des 2 pignons supplémentaires qui remplacent les galets.

Quelques infos sur la transmission par chaines :
Document 1 :Conception Transmission par Chaines
Document 2 : Transmissions Chaines

Page 16 du 1er document, il y a un calcul du brin mou qui m'inquiète un peu pour une transmission de CNC.

Sur les 2 documents apparaît le fait que la vitesse de rotation n'est pas constante à cause de l'effet de corde. Cet effet dépend du nombre de dents.
Page 7 du 1er document :
"Il ressort du diagramme qu’une chaîne à
rouleaux est soumise à un effet d’accélération
et de décélération lors de son engagement
dans le pignon et à la sortie de ce dernier. La
chaîne exécute en outre un mouvement de
montée et de descente. Le fonctionnement
irrégulier augmente progressivement avec un
nombre de dents décroissant.
...
L’irrégularité dans la transmission des
charges, conjuguée à la répétition par intervalles
du mouvement de montée et de descente,
débouchent sur un fonctionnement irrégulier
de la chaîne
"
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Message  c.phili le Mer 23 Mai 2018, 09:24

Merci pour la doc.
Je vais regarder ça de prés.
J'ai parcouru un peu et évidemment après quelque ligne on se poserait bien des question.
En théorie avec des calcul trop savant pour moi c'est clair qu'il y aurait de quoi reculer mais en pratique???
On ne peut pas prétendre fabriquer une machine précise à 1/100 mm, à moins d'avoir un châssis extrêmement rigide, en fonte coulée par exemple.
Donc les inconvénients d'une transmission par chaînes vont-t-ils vraiment jouer sur les performance finale de la machine?
Pour ma part, je pense que ça vaut la peine d'essayer et de voir ce que ça donne en réppettant plusieurs fois le même programme pour voir s'il y a des défaut, faut dire que mon projet porte plus sur une machine capable de travailler le bois et peut-être l'alu mais certainement pas l'acier.

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Message  CARLOS78 le Jeu 24 Mai 2018, 07:11

LE PORTIQUE -1 :

Le portique c'est d'abord un tube en acier de 200x200 épaisseur 4mm, longueur 1750mm, poids 46.7Kg

Un petit devis :
BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 Devis_11  

Sans les frais de port 2.81 € le kg d'acier.

- Je suis parti sur une section carrée parce que le portique est sollicité en flexion et en torsion.
- En torsion, c'est le moment d'inertie polaire de la section I0 qui compte (I0 = Ix + Iy)

On voit sur le tableau ci-dessous qu'à poids quasiment équivalent :
---> En torsion : le tube de 200 x 200 de 4mm d'épaisseur est grosso modo 2 fois plus rigide en torsion que des profilés UPN, IPE, UPE etc ... de même hauteur.
---> En flexion suivant l'axe fort (Ix) : il est au moins équivalent aux poutrelles.
---> En flexion suivant l'axe faible (Iy) : il est 10 à 17 fois plus rigide que les poutrelles
BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 Inerti11
 
Quelques images du portique seul :
BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 Portiq40
BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 Portiq42
BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 Portiq41

Les caches en bout du portique ont été enlevés.

---> J'ai pris l'option de ne pas tarauder directement le tube. 4mm me parait trop juste pour du M6, même si un écrou M6 n'est pas plus épais.
J'avais donc le choix entre l'utilisation d'écrous sertis sur le tube style Rivklé ou d'utiliser des carrés d'acier et des bouts de plaque pour les taraudages.

Avec les écrous Rivklé, ça me parait compliqué pour un amateur car il faut être capable de percer les 2 rangs des fixations des rails sur le tube avec une bonne précision (+/-0.2mm maxi). C'est pas gagné en ce qui me concerne
Avec les carrés d'acier, c'est différent, les entraxes M6 doivent être toujours aussi précis qu'avec le tube mais on ne travaille plus qu'avec les fixations d'un seul rail et sur une pièce sur laquelle on a éventuellement le droit à l'erreur.
Le tube lui est percé avec des trous de 7mm ou plus si besoin. Ce montage permet une petite plage de réglage des rails. A ce stade, je pense utiliser 1 vis sur 2 des rails, donc une fixation tous les 120mm.
Arès réglages des rails on peut toujours contre-percer une partie des autres vis ou mieux encore goupiller les rails sur le tube (si on a pris soin de faire auparavant quelques avant-trous sur ceux-ci).

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Message  c.phili le Jeu 24 Mai 2018, 08:40

@CARLOS78 a écrit:Il existe une solution industrielle qui améliore l'entrainement par courroie : on double astucieusement la courroie.

BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 Doublr10
La courroie active qui assure le déplacement s'engrène sur une courroie passive collée sur le châssis.
Avec ce montage, la longueur de la courroie est réduite au minimum. Il n'y a quasiment plus d'étirement;

rabbit TRÈS MALIN !!!

Carlos

Ca me plait bien ça, j'ai parcouru tes liens et après réflexions et l'avis d'un amis, je laisse tombé définitivement la chaîne

Philippe

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Message  CARLOS78 le Jeu 24 Mai 2018, 11:26

LE PORTIQUE -2 (suite)

A) MOTEUR ET COURROIE :
Le moteur en Y est du type 86HS85 (couple de maintien 8.5 N.m) ou équivalent.
- La transmission se fait par courroie HTD-5M largeur 15mm, rapport 1:1, 2 poulies 20 dents
- Plage de fonctionnement moteur : entre 10 et 700 tr/mn.
- Couple moteur : 6.5N.m (10 tr/mn) à 2 N.m (700 tr/mn).
- Puissance moteur : 6.5 W (10 tr/mn) à 140 W (700 tr/mn)
- Effort de traction poulie : 406 N (10 tr/mn) à 125 N (700tr/mn)
La courroie HTD-5M de 15mm a 10 dents en prise. Elle peut transmettre la puissance maxi de 210W (140 x cefficient de service 1.5) à 700 tr/mn.
N'ayant pas trouvé la force tangentielle spécifique par dent pour ce type de courroie, je pars du principe que les 406N peuvent être supportés par les dents (ce qui n'est pas sur du tout).

Very Happy  Very Happy  ---> A priori pas de problèmes sur le moteur et la transmission par courroie

B) VIS A BILLES ET PALIERS :
1) La vis à billes prévue est une RM2510 avec des paliers BF20 et BK20.
Tout cela est chinois et coute environ 180€ pour un KIT vis longueur 1400mm + écrou + paliers, .
2) A 700 tr/mn, la vitesse de déplacement maxi de l'ensemble Z sur le portique sera donc de 7000 mm/mn. L'accélération sera réglée entre 0.5 et 1mm/s2 après essais.
3) La précision de positionnement théorique de l'ensemble Z sur le portique est (en pas plein) de 0.05mm.
4) La poussée exercée sur l'ensemble Z :
Poussée(N) = (6280 x Couple moteur (N.m) x rendement) / Pas de la vis (mm)
-Sans rentrer dans des calculs complexes : Avec un pas de 10mm, l'effort de poussée varierait (si le rendement est supposé égal à 1) entre 4082N (6.5N.m à 10tr/mn) et 1570N (2N.m à 700tr/mn). Cette poussée est largement supérieure aux efforts (usinage + accélération + frottement + etc ...) à vaincre quelle que soit la vitesse de rotation du moteur.
Cette poussée maximale est compatible :
- du chargement statique (20500 N) et dynamique (8700 N) de la vis à billes RM2510 (voir tableau ci-dessous)
- du palier BK20 (12950N en dynamique axiale / 9700 N en statique - valeurs à confirmer)
- du palier BF20 (9550 N en dynamique radiale - valeur à confirmer).

Very Happy  Very Happy  ---> A priori très bonne précision de positionnement et pas de problèmes sur la vis à billes et ses paliers

C) RAILS ET PATINS :
Les rails sont des HIWIN HGR25 et les patins des HGH25CA. Un KIT chinois pour environ 380€ avec 2 rails longueur 2m et 4 patins.
Les caractéristiques des patins HGH25CA sont :
BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 Hiwin_10 

Les calculs des 3 moments sont compliqués, mais comme je suis optimiste sur ce choix ... je conclue :

Very Happy  Very Happy ---> A priori pas de problèmes sur les rails et patins.

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Message  CARLOS78 le Jeu 24 Mai 2018, 11:31

@c.phili a écrit:
@CARLOS78 a écrit:Il existe une solution industrielle qui améliore l'entrainement par courroie : on double astucieusement la courroie.
La courroie active qui assure le déplacement s'engrène sur une courroie passive collée sur le châssis.
Avec ce montage, la longueur de la courroie est réduite au minimum. Il n'y a quasiment plus d'étirement.

Ca me plait bien ça, j'ai parcouru tes liens et après réflexions et l'avis d'un amis, je laisse tombé définitivement la chaîne

Philippe

rabbit Bon courage pour ton projet.
J'espère que tu nous fera profiter le moment venu de ton retour d'expérience sur ce montage de courroie.
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Message  c.phili le Jeu 24 Mai 2018, 15:19

Ha mais j'y compte bien, c'était prévu pour commencer en juin mais suite a une chute d'une échelle, j'ai pris du retard et ce sera reculé d'un mois au moins.
J'ai déjà la totalité de la ferraille et pas mal d'autre matériel pour commencer. BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 431767
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Message  Mjc22160 le Jeu 24 Mai 2018, 17:01

Bonjour
...Je vois qu'il y en a deux qui ne perdent pas leur temps ! .... BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 289853 et moi, je suis (péniblement) les explications que vous donnez, je trouve très bien cette "confrontation" d'idées et de solutions....ça fait réfléchir (en ce qui me concerne)! .... scratch
Cordialement

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Message  CARLOS78 le Ven 25 Mai 2018, 09:48

LE PORTIQUE-3 (fin)

Quelques détails encore sur le portique :

- L'ensemble moteur Y est installé à l'intérieur du portique pour optimiser l'encombrement.

- Je prévois une Boite de jonction étanche IP65 ou encore Celle-ci équipée de  Presse-etoupe pour faciliter le câblage de la machine.

- Le portique porte le switch fin de course de l'axe X. C'est un ME-8112 .
BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 Switch10  
Le câblage des fins de course peut se faire en contact normalement ouvert (NO) ou normalement fermé (NC)
En NO le cablage de tous les fins de course se fait en parallèle.
En NC le cablage de tous les fins de course se fait en série.
On utilise un seul port d'entrée pour l'ensemble des fins de course de tous les axes.

- Je prévois également des embases simple collier et des attaches EPDMen caoutchouc pour maintenir les câbles.

- Pour les chaines-câbles : recherche internet avec " drag chain wire carrier  "
Avec par exemple une section chaîne-câble de 15x30 pour les 3 câbles venant de l'ensemble Z et une section 18x37 pour les 6 câbles qui relient le portique au châssis.

Very Happy  Heureusement, ces accessoires ne sont pas chers.

---> Pour ne pas alourdir la présentation, Je traiterai le comportement mécanique du portique en même temps que celui de l'ensemble Z.

Nota : A propos des prix que j'annonce pour la "ferraille" qui peuvent paraître chers.
Honnêtement je n'ai aucun avis sur ces prix. A défaut de connaitre les meilleurs prix, je me suis limité à donner les tarifs du site Metalaladecoupe
Sur ce site, j'ai pu obtenir directement en ligne le devis avec frais de port pour tous les profilés acier utilisés sur ce projet.
Je ferais probablement plus tard la même chose pour les pièces en alu car là aussi je pense que la note va être très salée.

Very Happy  Very Happy  Si vous avez des tarifs plus attractifs pour l'acier, ce serait sympa de les partager sur ce forum.
Pour que la comparaison soit efficace, il faudrait reprendre dans les chiffrages les dimensions des profilés utilisés (voir tableaux châssis et portique).
Nous pourrions ainsi avoir éventuellement une estimation plus optimiste du coût acier de cette machine.
Embarassed  Dans l'état, j'en suis quand même pour l'acier seulement et sans frais de port à la bagatelle de 1182,58€ (pour des pièces coupées aux cotes) .

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Message  Mjc22160 le Ven 25 Mai 2018, 17:23

Bonjour

En  fin de course je préfére les NC aux NO, pour la simple raison que c'est plus sécurisant : si un fil se coupe la machine s'arrête et si un court-circuit existe sur un des fins de course, il faut que se soit le fin de couse lui-même qui soit en défaut. la sécurité est dite positive. En NO  si un fil se coupe, tous les fins de course sont en défaut ou si un fil est coupé par une action extérieur, là encore tous les fins de course sont hors service.
Cordialement

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Message  CARLOS78 le Ven 25 Mai 2018, 18:45

@Mjc22160 :  : rabbit  ta remarque est judicieuse.
Même si les 2 types de câblages des fins de course sont théoriquement possibles, Il vaut mieux effectivement les câbler en NC (câblage en série) pour se prémunir d'une coupure de fil. Celle-ci ne serait pas détectée en câblage NO (câblage en parallèle)
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Message  c.phili le Ven 25 Mai 2018, 19:59

bien ça c'est clair
Je ne sais pas pourquoi mais moi j'ai fait le contraire, c'était une connerie.
j'emplois des contact de proximité magnétique, à 3 fils, donc ils sont alimentés en 24 volt, une petite alim est entièrement dédiée pour ça et heureusement, après une coupure de câble qui s'est mis en cour-circuit et comme je ne me suis rendu compte de rien du tout jusqu'au moment où j'ai fait le référencement, il était déjà trop tard, la petite alim avais grillé.
Philippe

_________________

Vouloir c'est pouvoir
La fabrication de A à Z d'un tour a bois, à suivre ici
et aussi une sphèreuse pour tour a bois

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Message  CARLOS78 le Sam 26 Mai 2018, 10:55

Oups .... J'ai oublié de parler du réglage en tension de la courroie en X.

Petit retour en arrière :

Comment régler la tension des courroies sur l'axe X ?

J'ai cherché et trouvé sur le net des infos que je résume à ma façon.

A) Le principe courant consiste en général à pousser au milieu d'un brin de la courroie : c'est la méthode dite de déflexion statique (DOC)

Cette méthode est expliquée sur cette video :


J'ai trouvé pour ce faire 2 types de tensioneurs manuels :TYPE 1, TYPE 2

BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 Tensio10 

Les calculs :
Tg (A) = 2D / L et Sin (A) = F / 2T
comme Tg (A) = Sin (A) parce que A est petit.
2D/L = F/2T ---> F = 4DT / L ou encore T = FL / 4D
---> On note que, dans ce mode de calcul, la raideur intrinsèque de la courroie ne joue aucun rôle.

T = tension de la courroie (N)
L = longueur du brin (mm)
F = Force de deflexion exercée sur la courroie (N)
D = Deflexion de la courroie (mm)
A = angle de déflexion du brin

B) Autre principe : mesure de la fréquence de vibration de la courroie

Une vidéo en français qui explique comment y arriver en utilisant son smartphone :

Quelques infos intéressantes sur le sujet :
http://mustautop.e-monsite.com/pages/tension-courroie.html
http://ressources.univ-lemans.fr/AccesLibre/UM/Pedago/physique/02/meca/violon.html
On retrouve sur ces 2 liens, la même formule qui est celle de la vibration d'une corde :

f = ( T / 4mL^2)^0.5

f = fréquence en Hz
T = tension (N)
L = longueur du brin (m)
m = masse linéaire de la courroie (Kg/m)

Cette méthode est probablement plus précise.

C) En appliquant ces 2 méthodes au cas qui m'intéresse :

Méthode déflexion statique : pour vérifier qu'on a bien une tension de 400Nsur la courroie, il faudra exercer sur un brin, long de 400mm, un effort de 20N en son milieu et obtenir une déflexion statique de 5mm de celui-ci en ce point.

Méthode fréquence de résonance : Comme la courroie HTD-8M largeur 30mm à une masse linéaire de 0.198Kg/m, pour vérifier cette même tension sur le même brin il faudra obtenir (sur son smartphone par exemple) une fréquence de résonance de la courroie d'environ 56 Hz

Smile  Tout ceci reste évidement très théorique et mériterait au moins de faire une petite expérience avec un bout de courroie dont on connaitrait le poids au mètre et une tension parfaitement maîtrisée grâce à un lest.

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Message  CARLOS78 le Lun 28 Mai 2018, 12:14

ENSEMBLE Z - 1
Quelques images de l'ensemble Z:
BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 Ensemb11BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 Ensemb12BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 Ensemb13BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 Ensemb14
 
- L'ensemble Z pèse environ 40 Kg
- Le moteur pas à pas 86HS85 est monté sur l'ensemble mobile en Z.
- Les poulies sont (pour le moment) des HTD-5M 25 dents avec courroie de 15mm. Le ratio est de 1:1 (ça va changer)
- La vis à billes en Z est une RM2005 avec des paliers BF15/BK15
- Patins HIWIN HGH25CA en Y et Z avec des rails HGR25.
- Supports écrous vis à billes DSG 25 H (axe Y) et DSG 20 H  (axe Z)
- Quelques exemples de broche chinoises revendues en Europe :
3 kW ER20 Air cooling - 18000 tr/mn - 400Hz ( environ 330€ avec VFD)
4 kW ER20 Air cooling - 24000 tr/mn -400 Hz (environ 370€ avec VFD)
4 kW ER25 Air cooling - 18000 tr/mn - 300 Hz (environ 580€ avec VFD)
Attention : 3 Kw à 18000 tr/mn équivaut 4 kW à 24000 tr/mn

Perso, j'opterais pour une 3.5 kW comme celle-ci :
BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 Broche15 

- 2  Switchs fin de course


---> Une question rémanente sur l'axe Z est de savoir si l'ensemble Z va descendre tout seul hors alimentation.
Lorsqu'une aucune alimentation est présente dans les bobinages moteur, le couple du moteur n'est pas nul car il possède un couple résiduel du fait de la magnétisation permanente du rotor et du frottement. Ce couple résiduel s'appelle couple de détente.

Dans mon cas, l'ensemble Z mobile suivant Z pèse environ 27 Kgs, et le moteur 86HS85 possède un couple de détente de 0.25 N.m (ce qui est déjà un bon couple de détente).
Compte-tenu du pas de vis de 5 mm, ce couple de détente représente une force de maintien hors tension d'environ 31 Kg.
C'est beaucoup trop juste juste par rapport aux 27 Kgs des équipements mobiles en Z.
Une seule solution pour y remédier : mettre une réduction en Z

Avec une réduction de 2:1 en Z, le couple résistant est doublé et la force de maintien passerait à 62 Kgs.
Avec un ratio 2:1, l'ensemble Z ne descendra pas hors tension.

Conséquences de cette réduction 2:1
- le moteur tournant entre 10 et 700tr/mn, la vitesse en Z varie de 25 à 1750 mm/mn : ça me convient parfaitement.
- le couple sur l'axe de la vis augmente. Il varie de 13N.m (10tr/mn) à 4N.m (700tr/mn).
- la poussée théorique sur la vis varie de 16328 N (10 tr/mn) à 5024 N (700tr/mn).
Avec cette poussée il y aurait potentiellement un vrai problème car on dépasse allègrement les capacités axiales et radiales du palier BK15 (7750 N en dynamique axiale et 9700N en statique axiale).
Heureusement, tout ceci n'est que théorie car cette poussée ne sera jamais atteinte sur cette machine du fait de l'usinage exclusif des bois et composites avec la broche qui est prévue. Donc normalement pas de problèmes avec la poussée axiale de la vis.

Imaginons toutefois qu'on monte en Z une autre broche compatible de l'usinage des métaux. Dans ce cas, les efforts axiaux se retrouvent essentiellement en perçage.
F(Force axiale en DaN)= K (coefficient spécifique de coupe en perçage en DaN/mm2) x A (avance par dent en mm) x D (diametre du foret en mm)

Exemple d'un perçage dans de l'acier avec K=1000 DaN/mm2, un foret de 5 mm, une avance par dent de 0,05 mm, l'effort axial résultant serait de 250 DaN. Il resterait encore une bonne marge au niveau de la poussée verticale, et surtout on aurait pas encore défoncé le palier BK15.

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Message  CARLOS78 le Mar 29 Mai 2018, 08:21

ENSEMBLE Z - 2
Ensemble Z dépouillé en position basse :
BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 Ensemb15
S'il n'y avait qu'une chose à retenir en regardant cette image, ce serait le positionnement respectif des patins Y et Z.
Ceux-ci sont positionnés en vis à vis.
L'avantage de ce montage me parait évident : Les efforts subis par les patins en Z sont transmis directement aux patins en Y sans aucune déformation de la structure entre les patins.
Avec ce choix, on a une flexion de la structure mobile en Z qui est maximale en position basse et nulle en position haute.

On voit sur beaucoup de projets et réalisations de CNC un montage inversé qui consiste à monter sur un même support les patins du Y et les rails du Z. Pour moi, c'est une erreur de conception car si dans mon montage la flexion varie disons de 0 à 1, avec le montage inversé elle varie au mieux de 1 à 2.

Normalement, le montage que j'ai choisi implique que la vis en Z, ses paliers et le moteur soient mobile en Z.
On peut faire une variante qui consiste à les monter fixes en Z. L'avantage de cette variante est indéniablement de réduire le poids des équipements mobiles en Z.

Exemple de variante : La CNC  " La voici de El Patenteu "
BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 S1850010BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 S1850011

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Message  CARLOS78 le Jeu 31 Mai 2018, 13:26

SIMULATIONS PORTIQUE -1
Je vais essayer d'aborder le comportement mécanique du portique.
J'ai hésité entre l'étude du comportement du portique complet avec son ensemble Z ou l'étude du portique seul. J'ai finalement retenu l'étude du portique seul. L'ensemble Z sera lui traité à part.

Le modèle utilisé pour l'étude :
BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 Portiq44
- C'est un modèle simplifié du portique ou les pièces sont comme qui dirait soudées (1).
- L'effort de coupe est appliqué sur le portique en utilisant une astuce de simulation qui consiste à remplacer l'ensemble Z par une pyramide fictive qui a la particularité d'être infiniment rigide et donc indéformable (2). Le sommet de la pyramide représente l'extrémité de la fraise, et sa base représente la surface des 4 patins de l'axe Y. Cellle-ci est évidement située au milieu de la longueur du portique.
- Par commodités de calcul, les patins de l'axe X sont supposés être encastrés (3). Nous savons que ceci est totalement faux car les courroies s'étirent en fonction de l'effort exercé.
- Le poids du portique est pris en compte dans les calculs.
- Les remarques (1), (2) et (3) rigidifient le portique . Ce qui m'amène à dire que les calculs qui suivront sont probablement optimistes au niveau des déformations.
- La pyramide fictive n'a pas que des avantages : Il n'y a pas de maillage sur la pyramide donc pas de possibilité de regarder le comportement dynamique d'un point de maillage situé au plus près du bout de la fraise. Il faut donc se contenter de regarder les déformations en résonance au niveau du portique seul. Pour ne pas avoir à exploiter trop de courbes, j'ai choisi un seul point représentatif situé au milieu de l’arête arrière de la face supérieure du portique.

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Message  CARLOS78 le Ven 01 Juin 2018, 08:22

SIMULATIONS PORTIQUE - 2

Les 10 premières fréquences de résonances du portique :
BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 Portiq45

L'impact réel de ces fréquences est très variable.
Nous verrons plus loin que les fréquences des modes 1, 2, et 6 sont par ordre d'importance celles qui donneront les plus grandes amplitudes de déformation.
Le mode 1 à 192 Hz caractérise la torsion du portique autour de l' axe Y. Ce mode va être excité dès qu'il y aura de la torsion donc des efforts suivants les axes X ou Z. Le bras de levier en X étant légèrement plus important, c'est les efforts suivant X qui vrillent davantage le portique.
Le mode 2 à 218 Hz caractérise la flexion des bras du portique suivant l'axe Y. Il est excité par les efforts suivant Y
Le mode 6 à 381 Hz est la 1ère harmonique du mode 1. Les efforts d'excitations sont les mêmes que le mode 1 mais les amplitudes sont atténuées.

Pour vérifier tout cela, je vais appliquer successivement un effort FX suivant l'axe X seulement, puis FY suivant l'axe Y, puis FZ suivant l'axe Z.
Pour terminer en apothéose, je vais appliquer simultanément FX, FY et FZ histoire de vérifier que les déformations obtenues dans ce cas sont bel et bien la somme des déformations obtenues précédement.
Efforts de coupe : Fx = -500N, FY = 500N, FZ = -500N
Nota : l'orientation des efforts FX et FZ doit être de sorte que les effets des bras de levier s'ajoutent ... sinon la torsion due à FX est quasiment annulée par la torsion due à FZ.

CAS FX=-500N - DÉFORMATION STATIQUE
BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 Portiq46  
L'impact d'un effort suivant l'axe X est le pire des cas ... on voit que la déformation au niveau du portique est déja d'environ 0.1mm mais que le bras de levier du à la pyramide rigide amplifie cette déformation et que finalement on se retrouve en bout de fraise avec une déformation statique d'environ 0.25mm.

CAS FX=-500N - COMPORTEMENT DYNAMIQUE
BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 Portiq47  
Ces 3 courbes représentent un seul point du maillage. Ce sont les amplitudes de déplacement en ce point projetées sur les 3 axes.
Courbe bleue TX = amplitude suivant l'axe X
Courbe verte TY = amplitude suivant l'axe Y
Courbe rouge TZ = amplitude suivant l'axe Z
le vecteur amplitude en ce point est donc la résultante de ces 3 projections.

Constations : Le mode 1 est catastrophique avec une amplitude de 3.6mm suivant X, et le mode 6 qui est un copier/coller de moindre intensité se contente d'une amplitude de 1mm suivant Z. Le point en question ne bouge pas du tout suivant Y.
Si l'on considère l'effet bras de levier de la pyramide, on peut s'attendre avec un effort FX de 500N et une fréquence de coupe d'environ 192Hz à obtenir une amplitude de résonance en bout de fraise d'environ 10mm suivant l'axe X. On aurait alors l'équivalent de 40 fois la déformation statique.
---> Il est très important de préciser que ces amplitudes sont proportionnelles aux efforts. Un effort 10 fois moins important provoquera une amplitude 10 fois moins importante.
La conclusion qui s'impose néanmoins est selon moi qu'en aucun cas il faudra usiner avec une fréquence de coupe aux alentours de 192 Hz. Ceci n'est pas un problème pour l'usinage du bois. La fréquence double est plus délicate car elle se rapproche dangereusement des fréquences de coupe.
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Message  CARLOS78 le Dim 03 Juin 2018, 14:08

DEFORMATIONS PORTIQUE - 3

CAS FY=500N - DEFORMATION STATIQUE
BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 Portiq48  
C'est beaucoup plus sympathique. On a une deflexion statique d'environ 0,015mm sur le portique amplifiée à 0,03mm sur la fraise.

CAS FY=500N - COMPORTEMENT DYNAMIQUE
BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 Portiq49  
L'image parle d'elle même : Le mode 1 a quasiment disparu et c'est maintenant essentiellement le mode 2 (flexion des bras suivant l'axe Y) qui est excité avec une amplitude d'environ 0.6mm au niveau du portique donc une amplitude d'environ 1.5mm au niveau de la fraise. Le point de maillage ne bouge pas du tout suivant X et Z à la fréquence du mode 2. Çà bouge un peu en X et Z dans le mode 4
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Message  CARLOS78 le Dim 03 Juin 2018, 14:10

DEFORMATIONS PORTIQUE - 4

CAS FZ=-500N - DÉFORMATION STATIQUE
BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 Portiq50  
On retrouve un comportement analogue à celui du cas FX=500N avec des valeurs moins importantes du au fait que le bras de levier est moins important. Une déflexion statique d'environ 0,075mm sur le portique qui se traduit par une déflexion d'environ 0,15mm au niveau de la fraise.

CAS FZ=-500N - COMPORTEMENT DYNAMIQUE
BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 Portiq51
Mêmes remarques. Le comportement du mode 1 est analogue au cas FX=-500N avec une amplitude moindre mais néanmoins importante d'environ 2.9mm suivant X au niveau du portique, donc probablement environ 6mm au niveau de la fraise. Le point de maillage ne bouge pas du tout suivant Y. Le mode 4 à 340Hz est un poil plus excité que le mode 6 à 382Hz
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Message  CARLOS78 le Dim 03 Juin 2018, 14:14

DEFORMATIONS PORTIQUE - 5

On va finir avec le cas improbable ou on exerce simultanément FX=-500N, FY=500N, FZ=-500N

CAS FX=-500N, FY=500N, FZ=-500N - DÉFORMATION STATIQUE
BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 Portiq52
On a une défléxion statique d'environ 0.2mm sur le portique qui se traduit par environ 0.4mm en bout de fraise.

CAS FX=-500N, FY=500N, FZ=-500N - COMPORTEMENT DYNAMIQUE
BIG CNC à  portique mobile de CARLOS - Page 2 Portiq53  
C'est toujours le mode 1 à 192Hz (celui de la torsion suivant Y du portique) qui prédomine TRES LARGEMENT avec une amplitude suivant X au niveau du portique d'environ 6.5mm donc au bas mot 13mm au niveau de la fraise.
Le mode 2 à 218Hz n'est pas méchant.
Les modes 3 (339hz) et 4 (343Hz) ont une amplitude portique de 1mm suivant Z et 0.5mm suivant X.
Le mode 6 (382Hz) a une amplitude portique d'environ 1.5mm suivant Z
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Message  CARLOS78 le Dim 03 Juin 2018, 14:17

DEFORMATIONS PORTIQUE-6 (FIN)

Quelles conclusions tirer de ces analyses ?

- Les fréquences de résonances résultent des hypothèses simplificatrices de calcul. J'estime qu'elles sont plutôt optimistes. La vraie raideur du portique est surement inférieure à celle du modèle utilisé pour les calculs : Donc les vraies fréquences de résonance du portique sont probablement plus faibles.

- Les fréquences de résonances du portique ne dépendent pas des efforts appliqués.

- Les déflexions statiques et dynamiques sont directement proportionnelles aux efforts appliqués. Nous avons vu que les efforts d'usinage du bois sont faibles et probablement inférieurs à 100N (j'espère toujours qu'un pro du bois nous amènera quelques éléments sur ce sujet). On pourrait avec cette hypothèse diviser au minimum par 5 ces déflexions.

- La combinaison simultanée d'efforts FX, FY et FZ est peu probable. Par contre la combinaison d'efforts simultanés FX et FZ (ou FY et FZ) est très courante. Dès lors que l'arête tranchante présente une inclinaison, on a un effort FZ qui se manifeste et qui tire normalement la fraise vers le bas.
Si par hasard on usine suivant X en se déplaçant vers l'avant de la machine alors les effets désastreux des efforts FX et FZ s'ajoutent malheureusement, alors qu'ils s'annulent quasiment en inversant juste le sens du déplacement suivant l'axe X. Comme quoi il suffit de peu de choses ...

- L'effort vertical FZ peut devenir important lors d'opérations de perçage

- Si F1 = la fréquence réelle du mode 1 de résonance, alors il faudra malgré tout absolument éviter d'usiner à cette fréquence. Je sais uniquement que F1 est probablement inférieure à 192 Hz.
Si j'usine avec une vitesse de rotation de la broche qui se situe au-dela de 12000tr/mn, la fréquence de coupe est au minimum de 200Hz avec une fraise 1 dent. On peut descendre à 6000tr/mn avec une fraise ayant au moins 2 dents. En-dessous de cette vitesse, il faut envisager une autre broche et probablement une autre machine.
Donc on peut usiner sans crainte du bois et des plastiques sur cette machine avec une broche chinoise.

- De 0 à environ 100Hz on a une zone de fréquences ou la déflexion dynamique est exactement égale à la déflexion statique. Cette zone pourrait être utilisée pour l'usinage du métal, mais J'ai cependant des gros doutes car au delà du fait que la broche aurait quelques difficultés, je pense que la machine brouterait.

- Il peut paraître curieux qu'une machine en acier d'apparence rigide soit si limitée en usinage du métal même lorsqu'il s'agit d'usiner de l'alu. Pour ma part, je ne suis pas vraiment surpris. Le principal coupable de cette situation est pour moi la longueur du portique. Avec un portique 2 fois moins long, les déflexions seraient théoriquement 8 fois moins importantes. Il n'y a pas de miracles, pour usiner du métal il faut une machine très rigide et très compacte.

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