Patrick commence une nouvelle étude qui intéressera probablement beaucoup de lecteurs :

LES MACINES A COMMANDE NUMERIQUE

Se dossier est interactif et vous pouvez poser des questions à Patrick ou proposer vos expériences ou réalisations : voir en fin d'album.

introduction

Depuis plus de 3 ans je m'intéresse à l'évolution des machines à commande numérique grand public, imprimantes 3D et fraiseuses à potence (CNC router). La progression en qualité à prix constant les rendent aujourd'hui attractives.

Pour une activité de modélisme les fraiseuses à potence s'avèrent utiles : découpe de tôles fines, petites pièces en laiton ou aluminium, pointage et préperçage, gravure. Pour les plus fortunés, elles constituent aussi un tremplin d'apprentissage à coût raisonnable avant de sauter le pas vers des fraiseuses à colonnes dont les prix évoluent entre 6000€ et 12000 €... sans commentaires.

Après avoir amassé, trié, lu, recoupé et synthétisé pas mal de documentation j'ai décidé d'en faire un projet de loisir à part entière.

Réaliser une petite CNC robuste, fiable et précise ne s'improvise pas. On ne peut que constater le nombre d'abandons et d'échecs ou de demi échecs de CNC autoconstruites. Compte tenu aussi du coût final, des compétences nécessaires et du temps à y consacrer, l'autoconstruction n'était pas pour moi. J'ai finalement décidé de partir d'une fraiseuse à potence chinoise d'entrée de gamme, une CNC3040Z, et de placer mes efforts sur la chaîne en amont de la machine elle-même : la CAO, la programmation des usinages et le contrôle commande.

Mes échanges réguliers avec l'infatigable ami Jacques m'ont convaincu du bien fondé de créer un album spécifique sur le sujet. Cet album sera scindé en deux parties. Une première partie sur les principes fondamentaux, qui eux ne se démodent pas. Une seconde partie sur les points saillants du projet au fur et à mesure de son évolution. Cette partie de l'album risque l'obsolescence à moyen terme, l'électronique numérique progressant très vite, mais qu'à cela ne tienne.

Bien sûr, n'étant pas un professionnel du domaine, tout ce qui est dans cet album, pour employer une expression familière, n'est pas parole d'évangile, même si j'ai apporté un soin particulier au choix des sources et à la rédaction.

CNC3040 - principes généraux

contenu du dossier :

. généralités
. principes d'une CNC amateur
. chaîne logicielle
. choix des composants pour le projet

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l'électrobroche

Cette première partie de l'album va recevoir quelques documents qui dérivent de mémentos à usage personnel que je m'étais construits petit à petit sur les sujets qui me préoccupaient. Les parties les plus techniques ont été repoussées à la fin des documents, en annexe. Je m'en suis tenu aux informations les plus utiles pour le sujet , les petites CNC à portiques.

Le premier mémento traitera des deux inséparables : VFD-électrobroche HF. L'un ne va pas sans l'autre. Il y a matière à remarques sur quelques particularités des électrobroches HF, en particulier des celles relatives à la relation couple-moteur /puissance/vitesse de rotation.
J'ai rajouté une feuille de calcul (Libre Office) de fabrication personnelle pour estimer par le calcul la force de coupe et la puissance consommée en fonction des paramètres de coupe.

contenu du dossier

. broche d'usinage
. l'électrobroche
.conduite de l'électrobroche
. paramètres de coupe
.principes du fraisage

calcul du couple

contenu du dossier

. électrobroches refroidies à l'eau
. calcul du débit du fluide
. choix d'une pompe
. choix des équipements

calcul pour le refroidissement

moteur pas à pas : moteur PAP

Ah... les moteurs pas à pas, de sacrés farceurs ! Il suffit de parcourir les forums pour constater qu'ils amènent leur lot de perplexité et de surprises à nombre d'utilisateurs. Leur fonctionnement est assez déroutant pour qui ne comprend pas leurs des particularités. C'est l'objectif que je m'étais fixé en étudiant la documentation technique à leur sujet.
Ce mémento est de loin le plus « copieux » mais il y a quand même pas mal de principes simples à assimiler. Je m'étais aussi fabriqué une feuille de calcul sommaire pour vérifier leur dimensionnement. (format Libre Office – suite bureautique gratuite).

contenu du dossier

. le moteur
. principe de fonctionnement
. généralités
. définition du besoin
. brochage
. couple
. influence de la charge et de la cinématique

calcul du couple

séquenceur

contenu du dossier

. principe de base
. principe de fonctionnement

la carte contrôleur

La carte contrôleur (motion controller) récupère les données envoyées par le post-processeur, les stocke dans un tampon mémoire (buffer) puis génère les signaux à envoyer aux séquenceurs (stepper drivers) et au variateur VFD qui pilote l'électrobroche.
Historiquement les machines grand public communiquaient avec la CNC via le port parallèle LPT (imprimante) du PC. C'était le PC lui-même qui générait les trains d'informations vers la carte de répartition/connexions. Cela n'allait pas sans problèmes, ne serait-ce que parce que c'était l'ordinateur qui générait les impulsions. Aujourd'hui le port LPT a disparu. Ces cartes contrôleur se chargent de tout le travail en temps réel.
Les cartes arrivent aujourd'hui dans le domaine grand public à des prix acceptables et avec d'excellentes performances. Elles sont disponibles en liaison USB ou Ethernet, la liaison Ethernet étant, de mon point de vue, préférable pour ce type d'application.

contenu du dossier

. principe
. carte UC 300ETH-LPT
. connexion Ethernet
. LED d'informations
. connectique
. liaison avec carte BOBN
. post processeur UCCNC
.

la carte BOB

La carte de séparation/connexion communément notée BOB assure :
• un découplage électrique entre la carte motion controller (TTL 5volts) et l'aval de la chaîne en particulier les séquenceurs, relais, sondes, capteurs de fin de course, arrêt d'urgence, ... Les performances des opto-coupleurs qui assurent l'isolation électrique doivent être en rapport avec les performances des équipements amont et aval.
• découple les signaux pour les envoyer sur des borniers de raccordement à vis.

contenu du dossier

. rôle
. commutation
. préparation du câblage
. carte BOB 1205

génération des trajectoires d'outils

contenu du dossier

Des logiciels qui vont aider
. à gérer la bibliothèque d'outillage
. à générer les trajectoires des outils
. à définir et calculer les usinages
. à simuler l'usinage
. à produire les fichiers de Gcode nécessaires aux machines outils.