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CNC - Partie mecanique.
La mécanique est la partie dont je me suis occupé, puisque nous avions décidé d'acheter une carte électronique toute montée plutôt qu'en kit, cela nous permettant ainsi de gagner pas mal de temps et d'éviter d'éventuelles galères de démarrage, même si le coût n'a pas du tout été le même !
Je me suis inspiré de ce que j'avais pu voir sur Internet, en souhaitant une machine de dimensions imposantes, permettant ainsi de découper non seulement des ailes de dimension correcte (1,20 m entre les deux "V" qui supportent les fils actuellement), ainsi que des fuselages en polystyrène, en un seul morceau (1, 09 m de déplacement possible sur l'axe des "X" (horizontal). Sur l'axe des "Y" (axe vertical), le déplacement possible est de 38 cm, ce qui donne la possibilité de découper des fuselages assez hauts, ou encore d'ébaucher / dresser des blocs de polystyrène assez gros. J'ai fait un "mix" des Rustica et Spartia, ainsi que d'autres tables vues sur Internet, en réalisant tout cela à ma sauce, et en y ajoutant quelques améliorations personnelles...
La solution que j'ai retenue pour les guidages en translation sont une combinaison d'une liaison pivot-glissant et d'un appui ponctuel bilatéral. En réalité, cet liaison appui ponctuel bilatéral a été remplacé par une liaison linéique bilatérale, afin de limiter la pression au niveau du contact, et ainsi faciliter le glissement. Ne voulant pas investir dans des douilles à billes, solution pourtant idéale, j'ai usiné les pièces de guidage dans une sorte de nylon que j'avais sous la main, et en y adjoignant une légère lubrification. Les guidages étaient corrects, et nous ont permis de nombreuses découpes, mais il subsistait un peu trop de frottement, et surtout ce type de solution nécessitait un entretien contraignant puisque la poussière de l'atelier encrassait les guidages et créaient ces frottements.
J'ai ainsi préféré remplacer ces guidages par la solution adoptée sur la Rustica, qui est la première machine conçue par le groupe ayant développé la CNC Fil Chaud (CNC@NET). Cette solution est constituée de plusieurs roulements combinés, qui créent ainsi deux liaisons pivot-glissant, constituant à nouveau une liaison glissière. Après quelques légers réglages fins dûs à l'hyperstatisme de la solution adoptée, les guidages apportent vraiment satisfaction. Seul bémol : le guidage des axes "Y" (verticaux) ne me satisfait pas vraiment, et je songe à les revoir un jour, dès que j'aurai un peu de temps.
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Voici notre CNC, son grand plateau, et son arc imposant. Elle est réalisée en Medium, qui est un bois composé de sciure de bois compactée, très dense, usinable facilement, et assez rigide. |
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Le tout est posé sur une vieille porte blindée inutilisée, qui se trouve être très rigide et ne se déforme donc pas, ce qui est bien évidemment préférable pour une bonne précision. |
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Chariots horizontaux, des "X". |
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J'ai réalisé deux versions de guidage en translation sur cette machine.
La première version, plus "évoluée" mécaniquement, était réalisée à partir de tubes en acier (STUB), sur lesquels coulissent des pièces en plastique. Normalement, pour ce type de guidage, on choisit des douilles à billes, très libres et précises, mais assez onéreuses. J'ai préféré usiner des pièces ayant la même fonction dans une matière plastique proche du nylon, qui présente un coefficient de frottement faible. Sur un des deux tubes, la pièce coulissante était un bloc percé d'un trou du diamètre du tube, et sur l'autre tube, la pièce formait un"U", visible sur les photos ci-dessous, et appelé "fourchette". Cela permettait d'éviter un trop grand degré d'hyperstaticité, nécessitant un ajustement contraignant. Je lubrifiais légèrement les pièces pour que le coulissement se fasse de manière plus libre. J'ai testé de la graisse, de l'huile fine, et une bombe de silicone. Malheureusement, même si cela fonctionnait assez bien, les pièces finissaient par s'encrasser à cause de la poussière ambiante de l'atelier. De plus, nous avons constaté un problème : la différence de température entre été et hiver provoquait une certaine dilatation des tubes en été, mais une dilatation nettement moindre voire inexistante des pièces en plastique. Les chariots coulissaient donc librement l'hiver (période à laquelle nous avions fabriqué la machine), mais beaucoup moins librementl'été... Du coup j'ai été contraint de réaléser les pièces pour créer un petit de jeu et libérer les axes en été. Le poids des chariots supprimait le jeu en fonctionnement. |
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Les chariots horizontaux, appelés chariots des "X", sont constitués par une plaque rectangulaire, toujours en medium, comme la structure, qui repose sur des pièces de guidage en plastique coulissant sur les tubes. Ces pièces sont fixées à la plaque en medium. |
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On voit bien la différence entre les deux pièces en plastique : l'une est percée au diamètre du tube, et l'autre est une fourchette ouverte, en forme de "U". Le chariot supporte également le guidage des "Y" : on voit les deux tubes verticaux emmanchés sur la plaque en medium. J'ai ajouté un bloc de medium collé pour augmenter l'épaisseur au niveau de l'emmanchement et mieux tenir les tubes. On voit également la tige fileté verticale, entre les deux tubes verticaux, qui permet de mouvoir le chariot des "Y", visible plus bas sur cette page. |
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Photo prise entre les deux chariots. On voit le moteur des "Y", fixé sous la plaque en medium du chariot des "X", moteur auquel est fixée la tige filetée des "Y".La nappe électrique de commande du moteur "Y" est posée sur la table et y glisse quand le chariot "X" se déplace. J'ai collé un petit plomb un peu plus loin sur cette nappe, dans le vide, pour qu'elle soit tirée vers l'extérieur de la table, et ne se coince pas sous une des pièces du chariot. On voit que le dessus du plateau de travail de la CNC arrive à ras des tubes des "Y", ou presque : j'ai voulu exploiter au mieux la place... Le chariot des "X" est donc à moitié caché sous ce plateau. |
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Souhaitant obtenir une meilleure vitesse des chariots, il m'a fallu diminuer les frottements. En effet, quand on modifie les paramètres de commande des moteurs dans GMFC pour en augmenter la vitesse, on en diminue inévitablement le couple, et les frottements nous limitent alors car ils créent des pertes de pas des moteurs. Je m'explique : ces moteurs sont des moteurs dits "pas à pas". C'est à dire qu'ils ont un certain nombre de positions intermédiaires quand ils effectuent un tour. Et pour tourner, ils passent d'un pas à l'autre, et de proche en proche effectuent un ou plusieurs tours complets. Mais il arrive que le passage d'un pas à l'autre ne se fasse pas correctement. On dit alors que le moteur perd des pas. Ainsi, on peut commander un déplacement de 100mm par exemple, mais n'obtenir que 99mm, voire moins. La précision est donc diminuée, et il devient difficile d'obtenir les dimensions souhaitées lors des découpes. C'est pourquoi on limite l'augmentation de vitesse des moteurs juste avant la valeur qui entraine des pertes de pas.
Pour aller plus loin du point de vue vitesse, j'ai donc été amené à revoir complètement les guidages en translation, en X et en Y. J'aurais pu commander des douilles à billes, mais je n'en ai pas trouvé de suffisamment précises pour un coup modique. J'ai donc opté pour une solution éprouvée, fiable, et utilisée par pas mal de monde, qui est celle utilisée en partie sur les Rustica et Spartia. Cette solution repose sur l'utilisation de roulements à billes de patins à roulettes, qu'on trouve chez Decathlon, Go Sport, et autres, pour un coût vraiment faible.
Les avantages de ma solution sont que la liberté du guidage est excellente, et qu'il ne s'encrasse pas.
Inconvénient : Le chariot peut "basculer" si on l'accroche en circulant autour de la machine, même si le fonctionnement normal se passe très bien. En pratique, les chariots ne sont jamais tombés. On accroche juste l'arc de temps en temps, et le chariot "bouge" en s'inclinant, mais se remet tout seul en position. Je pourrais ajouter des roulements sur le dessous afin d'empêcher tout basculement et mouvement. Mais on accrochera toujours les chariots, et cela risquerait de forcer sur la mécanique. A voir malgré tout, mais ce n'est absolument pas indispensable. |
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Des roulements de Roller-Blade (patins à roulettes) sont fixés sur des cornières en alu à 90° (magasins de bricolage, rayon profilés), à l'aide de vis et écrous, voire de rondelles si besoin. Calculer leur position en fonction de leur dimension et du diamètre de l'arbre. Un bon schéma avant de démarrer vous permettra d'éviter de mauvaises surprises ! Mon choix de mettre 4 roulements par cornière est un choix personnel, mais il entraîne un degré d'hyperstatisme plus élevé nécessitant des réglages ensuite, et certains préfèrent ne mettre que 3 roulements (2 aux extrémités d'un côté de la cornière, et un au centre de l'autre côté) |
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Les pièces en plastique ont donc été remplacées par les cornières et roulements. On distingue le nouveau chariot des Y, en position basse. |
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Une autre vue du chariot des X équipé des roulements. On distingue cette fois l'ancien chariot des Y, en position basse également. |
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Vue de dessous du chariot des X. On voit des petits morceaux de papier glissés entre les cornières et le plateau en medium par endroits. Ils permettent le réglage précis, dû à l'hyperstatisme de la solution. Le moteur des Y visible sous le chariot des X est un 55SI. |
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Même chose. On voit que les cornières sont fixées à l'aide de vis à tête fraisée. J'en ai mis deux d'un côté, et une de l'autre. Le moteur des Y a ici été remplacé par un moteur 96 pas, monté sur roulements, trouvé sur eBay. |
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Chariots verticaux, des "Y". |
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Les chariots de Y avaient été conçus de la même manière : usinés dans la matière plastique présentée plus haut. |
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Le chariot était donc constitué d'une plaque en contreplaqué sur laquelle étaient fixées les deux pièces en plastique, l'une percée et l'autre en forme de "U". |
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Je les ai également remplacés par une solution à base de roulements de Roller. |
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Un chariot est constitué de deux plaques en CTP, emprisonnant 3 roulements. L'ensemble vis-écrou de gauche sert à régler le jeu entre les plaques de CTP et le tube vertical de gauche, en "pinçant" plus ou moins le tube (mais en laissant un léger jeu, bien sûr !). |
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Chaque roulements est fixé par une vis et un écrou, et un empilement de rondelles permet d'obtenir l'écartement souhaité entre les deux plaques de CTP, qui doit être un peu plus grand que le diamètre des tubes pour conserver un léger jeu. |
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Gros plan sur un des deux "Vés" servant à supporter le fil. Il est ici taillé dans une plaque de circuit imprimé, et est vissé sur le chariot Y. Il faudra que j'en refasse un dans une autre plaque de circuit imprimé, mais cuivré double-face cette fois, car il semble que le fil chaud use beaucoup moins le support durant la chauffe avec ce type de plaque, car il est refroidi localement. |
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A suivre... |
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