\n
R\u00e9flexions sur la conception de la CNC<\/u><\/p>\n
Je commence mon apprentissage par le visionnage des vid\u00e9os propos\u00e9 par l\u2019auteur. Plusieurs crit\u00e8res sont importants dans la r\u00e9alisation de ce type de machine\u00a0: la pr\u00e9cision et la stabilit\u00e9 des \u00e9l\u00e9ments mobiles sont bien entendu les facteurs significatifs de la r\u00e9alisation. [Joekutz] propose l\u2019utilisation de coulisses de tiroir pour r\u00e9aliser les guides des translations d\u2019axes. J\u2019ai \u00e9galement opt\u00e9 pour cette solution, certes co\u00fbteuse mais d\u2019une rigidit\u00e9 plus qu\u2019efficace lorsqu\u2019on choisit les bonnes glissi\u00e8res. En effet, en fonction de la charge support\u00e9 par un tiroir, une glissi\u00e8re peut \u00eatre compos\u00e9e d\u2019une cage comportant jusqu\u2019\u00e0 2 x 8 billes de roulement. Afin d\u2019\u00e9viter un jeu excessif des parties mobiles, je choisi d\u2019utiliser deux de ces coulisses par axe. D\u2019autres solutions \u00e9taient \u00e9galement envisageables, notamment l\u2019utilisation de stubs en acier rapide, ainsi que de roulements colin\u00e9aires mais dans un souci de facilit\u00e9 de conception j\u2019ai choisi la premi\u00e8re approche.<\/p>\n
J\u2019adopte \u00e9galement une bonne partie des \u00e9l\u00e9ments \u00e9lectrom\u00e9caniques propos\u00e9s par l\u2019auteur de l\u2019article, en particulier les moteurs NEMA17 pas \u00e0 pas et les contr\u00f4leurs Big Easy Stepper Motor Driver, tous deux faciles \u00e0 trouver sur les sites de vente en ligne habituels. C\u2019est d\u00e9cid\u00e9, ma machine \u00e0 commande num\u00e9rique sera \u00e0 plateau mobile, axe Z fixe en X et Y. Concernant le logiciel au c\u0153ur de la machine, j\u2019ai d\u00e9couvert le fabuleux projet GRBL\u00a0: https:\/\/github.com\/grbl\/grbl\/wiki<\/a> open source et d\u00e9di\u00e9 au contr\u00f4le des machines multiaxes. En quelques mots, GRBL se t\u00e9l\u00e9charge sur un Arduino Uno correctement c\u00e2bl\u00e9 aux diff\u00e9rents contr\u00f4leurs et actionneurs de la machine pour agir comme passerelle entre la r\u00e9ception des commandes envoy\u00e9es par le PC et les moteurs. C\u2019est un programme qui exploite au maximum les capacit\u00e9s de la carte et qui impl\u00e9mente des r\u00e9glages utilisateur, des interruptions fin de course, la possibilit\u00e9 de travailler en m\u00e9trique ISO ou Imp\u00e9riale, etc.<\/p>\n D\u00e9veloppement de la maquette \u00e9lectrom\u00e9canique<\/u><\/p>\n J\u2019ai command\u00e9 toutes les pi\u00e8ces de la machine d\u2019un coup afin de travailler sur mon projet sans d\u00e9lais entre deux fabrications. Une fois chaque \u00e9l\u00e9ment re\u00e7u, j\u2019ai cherch\u00e9 \u00e0 d\u00e9velopper un prototype de d\u00e9monstration pour v\u00e9rifier que le logiciel GRBL, dans sa version de base \u2013 uniquement avec les contr\u00f4leurs et les moteurs, \u00e9changeait correctement avec le mat\u00e9riel et l\u2019ordinateur. J\u2019ai ainsi construit un prototype avec la carte Arduino, les Big Easy Drivers et les NEMA17, l\u2019alimentation \u00e0 d\u00e9coupage et le convertisseur DC-DC. Une fois la d\u00e9mo mont\u00e9e, j\u2019ai pu v\u00e9rifier que chaque moteur r\u00e9pondait \u00e0 la commande envoy\u00e9e depuis le PC avec le langage Gcode. Pour \u00e9viter d\u2019envoyer \u00e0 la main chaque commande, j\u2019ai t\u00e9l\u00e9charg\u00e9 l\u2019application GRBL Controler qui me permet de commander la machine depuis l\u2019interface graphique.<\/p>\n Conception et fabrication de la machine<\/u><\/p>\n Une fois le fonctionnement de GRBL d\u00e9montr\u00e9 sur la maquette, j\u2019ai entam\u00e9 la construction des parties m\u00e9caniques de la machine. Pour la structure de la machine j\u2019ai choisi d\u2019utiliser des panneaux de m\u00e9dium sous forme de chutes pour des contraintes de budget. Ce type de bois n\u2019est pas optimal mais il a cependant l\u2019avantage de se pr\u00e9senter sous forme de planches plus rigide que le contreplaqu\u00e9 de m\u00eame \u00e9paisseur. J\u2019ai donc achet\u00e9 des chutes de MDF de 16 \u00e0 18 mm d\u2019\u00e9paisseur. La base de la machine se compose de deux panneaux de 350 * 350 mm viss\u00e9s entre eux. Dans la configuration adopt\u00e9e, la base fixe ind\u00e9niablement la taille maximale de travers\u00e9e du plateau mobile en X et en Y. On disposera d\u2019une surface au maximum 4 fois inf\u00e9rieure \u00e0 la taille de la base, soit 350\/2 * 350\/2 mm.<\/p>\n Je monte ensuite ce qui devient l\u2019axe X sur la base. Il se compose de deux glissi\u00e8res avec cage \u00e0 roulements pour le guidage, d\u2019une tige filet\u00e9e de diam\u00e8tre 8 mm pour l\u2019avance lin\u00e9ique, ainsi qu\u2019un roulement guide pour l\u2019effort dans le sens de l\u2019axe et le moteur pas \u00e0 pas. Je commence par monter l\u2019embase des glissi\u00e8res, pr\u00e9alablement d\u00e9coup\u00e9es \u00e0 200 mm. Elles sont espac\u00e9es de 100 mm et doivent \u00eatre parfaitement parall\u00e8les pour \u00e9viter les efforts lat\u00e9raux sur les billes. Pour faire, je commence par contraindre un seul c\u00f4t\u00e9 des glissi\u00e8res \u00e0 l\u2019aide de vis \u00e0 bois serr\u00e9es. Cela me permet dans un premier temps de r\u00e9gler l\u2019angle nul entre les deux bases avec un r\u00e9glet. Dans un second temps, j\u2019utilise un pied \u00e0 coulisse num\u00e9rique pour mesurer l\u2019\u00e9cart relatif de part et d\u2019autre de la base des coulisses. Une fois que le r\u00e9glage est fait, j\u2019obtiens moins de 5\/100 mm d\u2019\u00e9cart entre les deux extr\u00e9mit\u00e9s. Pour ne pas perdre cette pr\u00e9cision lors du vissage des extr\u00e9mit\u00e9s oppos\u00e9es, je forme un guide de foret avec un pointeau puis je r\u00e9alise un trou guide d\u20191.5 mm de diam\u00e8tre pour y mettre les vis \u00e0 bois. Les deux glissi\u00e8res sont alors parall\u00e8les.<\/p>\n Je passe ensuite \u00e0 l\u2019installation du plateau de l\u2019axe X sur la partie sup\u00e9rieure des glissi\u00e8res. J\u2019ai rencontr\u00e9 plusieurs probl\u00e8mes sur cette partie. Premi\u00e8rement, je ne pouvais plus utiliser de vis \u00e0 bois car l\u2019\u00e9paisseur du plateau \u00e9tait trop faible pour les serrer suffisamment. J\u2019ai donc opt\u00e9 pour des boulons de diam\u00e8tre 3 mm ainsi que de rondelles de taille similaire. Afin de ne pas d\u00e9passer l\u2019\u00e9paisseur du plateau d\u2019axe, j\u2019ai creus\u00e9 l\u2019int\u00e9rieur du plateau avec une fraise de 15 mm. Deuxi\u00e8me probl\u00e8me\u00a0: comment aligner les glissi\u00e8res sur le plateau\u00a0? Pour cela, j\u2019ai d\u2019abord essay\u00e9 de fixer les pi\u00e8ces avec de la colle chaude. Echec. La colle adh\u00e8re tr\u00e8s bien au bois, mais ne tiens pas sur le m\u00e9tal, m\u00eame en le limant. La colle \u00e0 bois f\u00fbt la solution \u00e0 ce probl\u00e8me. Les coulisses install\u00e9es, il reste \u00e0 monter la tige filet\u00e9e, le roulement, le moteur et l\u2019\u00e9crou d\u2019axe. Le support du roulement \u00e0 billes est r\u00e9alis\u00e9 avec deux rondelles acier de 40 mm, avec 3 trous espac\u00e9s de 120 \u00b0. C\u2019est la bague ext\u00e9rieure du roulement qui est retenue par les rondelles, ces derni\u00e8res sont mont\u00e9es sur la base de la machine avec des renvoi d\u2019angle en acier. La tige filet\u00e9e est ensuite serr\u00e9e sur la cage int\u00e9rieure du roulement par deux \u00e9crous M8. Cette partie assure une grande rigidit\u00e9 dans le sens de l\u2019axe. Le moteur pas \u00e0 pas est quant \u00e0 lui mont\u00e9 sur une plaque rigide en acier, elle-m\u00eame viss\u00e9e sur la tranche du la base de la machine. Un raccord souple est utilis\u00e9 pour relier la tige filet\u00e9e de 8 mm \u00e0 l\u2019arbre 5 mm du moteur. Enfin, le guide m\u00e9canique du plateau X est r\u00e9alis\u00e9 via deux \u00e9crous papillon t\u00eate- b\u00eache, perc\u00e9s et viss\u00e9s.<\/p>\n L\u2019axe Y est ensuite r\u00e9alis\u00e9 de la m\u00eame mani\u00e8re, avec pour contraintes suppl\u00e9mentaires l\u2019\u00e9paisseur de tranche plus faible pour la plaque moteur, moins de place pour le roulement \u00e0 bille et le besoin indispensable d\u2019\u00eatre parfaitement d\u2019\u00e9querre avec l\u2019axe X. Le plateau mobile mont\u00e9 sur la cascade des deux axes est muni d\u2019un support \u00ab\u00a0sacrificiel\u00a0\u00bb qu\u2019il sera possible de remplacer s\u2019il s\u2019abime \u00e0 cause de fausses manipulations.<\/p>\n Je m\u2019attaque ensuite \u00e0 la construction de l\u2019axe verticale. Plusieurs \u00e9l\u00e9ments sont \u00e0 prendre en compte\u00a0: l\u2019ensemble mont\u00e9 doit \u00eatre parfaitement rigide (suffisamment fix\u00e9 \u00e0 la base), l\u2019axe Z doit \u00eatre pilot\u00e9 comme les deux axes horizontaux et le plateau doit bien s\u00fbr \u00eatre mobile. Le support est construit avec les m\u00eames panneaux de m\u00e9dium, et l\u2019axe utilise les glissi\u00e8res m\u00e9talliques de tiroir. Comme pour les deux axes pr\u00e9c\u00e9dents, je commence par monter la base des glissi\u00e8res sur le support puis je contraints le reste sur la partie mobile. Le moteur pas \u00e0 pas est ensuite fix\u00e9 gr\u00e2ce \u00e0 un d\u00e9port coll\u00e9 sur le support. L\u2019ensemble tige filet\u00e9e plus guide m\u00e9canique et raccord souple est mont\u00e9 de la m\u00eame mani\u00e8re que pr\u00e9c\u00e9demment. Le tout est ensuite solidaris\u00e9 \u00e0 la base de la machine \u00e0 l\u2019aide de 4 morceaux de profil\u00e9 carr\u00e9 de 20 mm en aluminium.<\/p>\n Il reste ensuite les interrupteurs de fin de course, utilis\u00e9s \u00e0 la fois pour \u00e9viter que le plateau ne sorte de sa zone de fonctionnement et pour r\u00e9aliser le \u00ab\u00a0homing\u00a0\u00bb, un m\u00e9canisme qui permet de r\u00e9actualiser les positions absolues de la machine. Dans une optique de recyclage, j\u2019utilise des interrupteurs \u00ab\u00a0simple position\u00a0\u00bb soud\u00e9s sur un morceau de plaquette pr\u00e9 perc\u00e9e puis vis\u00e9e sur un renvoi en L m\u00e9tallique. Lorsque le plateau ou l\u2019axe Z part en but\u00e9e, une t\u00eate de vis force le contact sur l\u2019interrupteur et GRBL coupe toute activit\u00e9 des moteurs pas \u00e0 pas. Dans le cas du homing, le logiciel force les axes \u00e0 partir en but\u00e9e d\u2019origine ce qui permet de d\u00e9finir la position [X0 Y0 Z0] de la machine.<\/p>\n Pour l\u2019outil de fraisage, je dispose d\u2019une Dremel like peu utilis\u00e9e (et de pi\u00e8tre qualit\u00e9, je la changerai plus tard\u2026) qui est tout indiqu\u00e9e pour le travail. L\u2019outil sera donc install\u00e9 sur l\u2019axe Z de la machine, tangent au plateau mobile.<\/p>\n Pour cela, je r\u00e9alise 2 supports en bois qui viendront pincer la mini perceuse. J\u2019ai d\u2019abord dessin\u00e9 les dimensions de la pi\u00e8ce avec un outil de DAO\/CAO puis j\u2019ai report\u00e9 le r\u00e9sultat sur de morceaux de medium. Le reste n\u2019\u00e9tait qu\u2019une affaire de d\u00e9coupe avec la scie \u00e0 araser pour les lignes droite et la scie \u00e0 chantourner (\u00e0 la main) pour les courbes et la d\u00e9coupe int\u00e9rieure. Deux per\u00e7ages ext\u00e9rieurs permettent de fixer le support et un per\u00e7age sur la partie flexible permet de serrer l\u2019\u00e9tau autour du corps de la perceuse. Je voulais \u00e9galement pouvoir changer l\u2019outil sur la CNC, ce qui m\u2019a pouss\u00e9 \u00e0 fixer les supports sur une plaque interm\u00e9diaire, elle-m\u00eame fix\u00e9e \u00e0 l\u2019axe Z. Je peux alors retirer la plaque avec les supports dessus, et en ajouter une nouvelle avec de nouveaux outils (une buse d\u2019imprimante 3D\u00a0?\u00a0;-).<\/p>\n C\u2019est termin\u00e9 pour la construction\u00a0! Je peux enfin tester le mat\u00e9riel\u00a0:<\/p>\n Retour d\u2019exp\u00e9rience <\/u><\/p>\n Apr\u00e8s avoir construit cette machine, il y a quelques points que j\u2019aimerai soulever. Tout d\u2019abord, l\u2019utilisation du bois comme mati\u00e8re premi\u00e8re de construction n\u2019est vraiment pas optimal. Sans forc\u00e9ment parler de contraintes m\u00e9caniques, je pense plut\u00f4t \u00e0 l\u2019usinage de certaines mati\u00e8res qui n\u00e9cessitent une lubrification. J\u2019ai \u00e9t\u00e9 confront\u00e9 \u00e0 l\u2019usinage de verre synth\u00e9tique de type Polyglass et d\u00e9riv\u00e9s qui, contrairement au Plexyglass, est fait de polypropyl\u00e8ne. Cette mati\u00e8re est compliqu\u00e9e \u00e0 usiner car le polypropyl\u00e8ne fond et colle sur l\u2019outil s\u2019il n\u2019est pas correctement refroidi. C\u2019est un probl\u00e8me r\u00e9current, m\u00eame dans les secteurs industriels. Apr\u00e8s, la machine ici fabriqu\u00e9e \u00e9tait plus un \u00ab\u00a0proof of concept\u00a0\u00bb qu\u2019un mod\u00e8le final pour vente. L\u2019utilisation d\u2019aluminium plut\u00f4t que du bois aurait astronomiquement augment\u00e9 le prix et la complexit\u00e9 de la fabrication.<\/p>\n Ensuite, deux probl\u00e8mes en un, lorsque j\u2019ai c\u00e2bl\u00e9 les interrupteurs de fin de course pour la premi\u00e8re fois, ceux-ci fonctionnaient tr\u00e8s bien. J\u2019ai ensuite essay\u00e9 d\u2019usiner un bout de circuit imprim\u00e9 et \u00e0 chaque d\u00e9marrage du processus de fraisage, la machine s\u2019arr\u00eatait brusquement. Apr\u00e8s de nombreuses minutes de recherches, le probl\u00e8me venait de la mini perceuse qui g\u00e9n\u00e8re une quantit\u00e9 astronomique d\u2019impulsions \u00e9lectriques (moteur \u00e0 charbons) \u00e0 cause des \u00e9tincelles. Les perturbations remontaient sur les c\u00e2bles non blind\u00e9s des interrupteurs de fin de course et causaient des interruptions sur le microcontr\u00f4leur. Une fois les interrupteurs d\u00e9branch\u00e9s, le cycle retournait \u00e0 la normale. Je devrais donc par la suite changer les fils de connexion par des c\u00e2bles blind\u00e9s, et si possible changer la perceuse par un moteur brushless d\u00e9di\u00e9 au fraisage.<\/p>\n Enfin, quelques probl\u00e8mes de dimensionnement. J\u2019ai construit cette machine sans r\u00e9ellement conna\u00eetre \u00e0 l\u2019avance les dimensions, la fa\u00e7on dont tout allait s\u2019ordonnancer. Avec du recul, le plateau mobile n\u2019est pas une solution tr\u00e8s efficace car la base de la machine doit \u00eatre au moins 4 fois sup\u00e9rieure. Or, avec une base de 35 cm x 35 cm, j\u2019obtiens un plateau de surface inf\u00e9rieure \u00e0 14 cm x 14 cm. Cette limitation vient des raccords souples sur les moteurs pas \u00e0 pas et de la taille des plateaux. L\u2019axe Z quant \u00e0 lui est mont\u00e9 beaucoup trop bas sur la machine, ce qui emp\u00eache de travailler avec des pi\u00e8ces de hauteur sup\u00e9rieure \u00e0 4 cm. Pour une prochaine machine \u00e0 commande num\u00e9rique, je fabriquerai un plateau fixe muni d\u2019un axe Z capable de se d\u00e9placer lat\u00e9ralement. La surface min devra alors \u00eatre de 1 m x 1 m.<\/p>\n Quelques points positifs pour conclure, cette machine a quand m\u00eame \u00e9t\u00e9 construite en un temps raisonnable (2 semaines) pour un total d\u2019environ 120 h. Le prix final de la CNC s\u2019\u00e9l\u00e8ve \u00e0 200 \u20ac en comptant les outils sp\u00e9cialement achet\u00e9s pour l\u2019occasion. Les tests n\u2019auraient jamais \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9s aussi rapidement sans le logiciel open source GRBL. C\u2019est une machine qui fonctionne tr\u00e8s bien pour ce qu\u2019on lui demande de faire, et parfaitement en accord avec les pratiques Do It Yourself.<\/p>\n Melvin PROST<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":2784,"parent":0,"menu_order":0,"template":"","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[39,20],"type_projet":[],"class_list":["post-2777","projet","type-projet","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","category-a-la-une","category-projets"],"acf":{"objectifs":"","categorie":false,"fichiers_associes":null},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/hub.imt-atlantique.fr\/fablab\/wp-json\/wp\/v2\/projet\/2777","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/hub.imt-atlantique.fr\/fablab\/wp-json\/wp\/v2\/projet"}],"about":[{"href":"https:\/\/hub.imt-atlantique.fr\/fablab\/wp-json\/wp\/v2\/types\/projet"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/hub.imt-atlantique.fr\/fablab\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/hub.imt-atlantique.fr\/fablab\/wp-json\/wp\/v2\/projet\/2777\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":10511,"href":"https:\/\/hub.imt-atlantique.fr\/fablab\/wp-json\/wp\/v2\/projet\/2777\/revisions\/10511"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/hub.imt-atlantique.fr\/fablab\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=2777"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/hub.imt-atlantique.fr\/fablab\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=2777"},{"taxonomy":"type_projet","embeddable":true,"href":"https:\/\/hub.imt-atlantique.fr\/fablab\/wp-json\/wp\/v2\/type_projet?post=2777"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}
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