Bonjour cher lecteur, dans cet article, je veux partager mon expérience dans la construction d'une machine de portail de fraisage à commande numérique.
Il y a beaucoup d'histoires similaires sur le net, et je ne surprendrai probablement personne, mais cet article sera peut-être utile à quelqu'un. Cette histoire a commencé fin 2016, lorsque j'ai accumulé une certaine somme d'argent avec mon ami, partenaire dans le développement et la production d'équipements de test. Afin de ne pas sauter l'argent (c'est une affaire jeune), nous avons décidé de l'investir dans l'entreprise, après quoi l'idée de fabriquer une machine CNC est venue. J'avais déjà de l'expérience dans la construction et le travail avec ce type d'équipement, et le domaine principal de notre activité est la conception et le traitement des métaux, qui s'accompagnait de l'idée de construire une machine CNC.
Et puis le mouvement a commencé, qui continue à ce jour ...
Tout s'est poursuivi avec l'étude des forums consacrés aux sujets CNC et le choix du concept de base de la conception de la machine. Après avoir préalablement décidé des matériaux à traiter sur la future machine et son champ de travail, les premiers croquis papier sont apparus, qui ont ensuite été transférés sur un ordinateur. Dans l'environnement de la modélisation tridimensionnelle KOMPAS 3D, la machine a été visualisée et a commencé à devenir de plus petits détails et nuances, qui se sont révélés être plus que nous le souhaiterions, certains sont toujours en cours de résolution.
L'une des premières décisions a été de déterminer les matériaux traités sur la machine et les dimensions du champ de travail de la machine. Quant aux matériaux, la solution était assez simple - c'était le bois, le plastique, les matériaux composites et les métaux non ferreux (principalement le duralumin). Étant donné que nous avons principalement des machines de travail des métaux en production, vous avez parfois besoin d'une machine qui peut rapidement traiter des matériaux assez faciles à traiter le long d'un chemin incurvé, ce qui réduirait par la suite le coût de fabrication des pièces commandées. Sur la base des matériaux sélectionnés, principalement fournis par emballage en feuilles, avec des dimensions standard de 2,44x1,22 mètres (GOST 30427-96 pour le contreplaqué). En arrondissant ces tailles, nous sommes arrivés aux valeurs suivantes: 2,5x1,5 mètres, l'espace de travail était définitivement, à l'exception de la hauteur de l'outil, nous avons choisi cette valeur pour des raisons d'installation d'étau et suggéré que nous n'aurions pas plus de 200 mm de pièces. Nous avons également pris en compte ce moment s'il est nécessaire de traiter la face d'extrémité de toute pièce en tôle de plus de 200 mm, pour cela l'outil dépasse les dimensions de la base de la machine, et la pièce / pièce elle-même est attachée à l'extrémité de la base, traitant ainsi la face d'extrémité de la pièce.
La conception de la machine est une base de châssis préfabriquée à partir du 80ème tube profilé avec une paroi de 4 mm. Des deux côtés de la base sont longs, des guides de roulement de profil de taille 25 sont fixés, sur lesquels un portail est installé, réalisés sous la forme de trois tubes de profil soudés ensemble de la même taille que la base.
La machine a quatre axes et chaque axe entraîne une vis à billes. Deux axes sont situés parallèlement au côté long de la machine, un logiciel couplé et lié à la coordonnée X. Par conséquent, les deux axes restants sont les coordonnées Y et Z.
Pourquoi nous sommes-nous arrêtés au cadre préfabriqué: au départ, nous voulions faire une structure proprement soudée avec des tôles soudées intégrées pour le fraisage, installer des guides et des vis à billes, mais nous n'avons pas trouvé de machine à coordonnées de fraisage assez grande pour le fraisage. J'ai dû dessiner un cadre préfabriqué afin de pouvoir traiter toutes les pièces par nous-mêmes avec les machines de travail des métaux existantes. Chaque pièce exposée au soudage à l'arc électrique a été recuite pour soulager les contraintes internes. De plus, toutes les surfaces de contact ont été fraisées et, en raison de l'ajustement, elles ont dû être grattées par endroits.
En avançant, je tiens à dire tout de suite que l'assemblage et la fabrication du cadre se sont avérés être l'événement le plus long et le plus coûteux financièrement dans la construction de la machine. L'idée originale avec un cadre parfaitement soudé contourne à tous égards la structure préfabriquée, à notre avis. Bien que beaucoup soient en désaccord avec moi.
De nombreux amateurs assemblent non seulement ce type et cette taille (et même plus) de machines dans leur atelier ou garage, en faisant un châssis complètement soudé, mais sans recuit et usinage ultérieurs, à l'exception des trous de perçage pour les rails de montage. Même si vous avez eu de la chance avec le soudeur, et qu'il a soudé la structure avec une géométrie assez bonne, puis après le travail de cette machine en raison du rebond et des vibrations, sa géométrie s'en ira, changera. Bien sûr, je peux faire beaucoup d'erreurs, mais si quelqu'un est au courant de ce problème, veuillez partager vos connaissances dans les commentaires.
Je veux tout de suite faire une réserve que nous ne considérerons pas ici les machines à partir d'un profilé structurel en aluminium, il s'agit plutôt d'un autre article.
Poursuivant l'assemblage de la machine et en discutant sur les forums, beaucoup ont commencé à conseiller de faire des flèches diagonales en acier à l'intérieur du cadre et à l'extérieur pour ajouter encore plus de rigidité. Nous n'avons pas négligé ce conseil, mais nous avons également ajouté les flèches à la structure, car le cadre s'est avéré assez massif (environ 400 kg). Et à la fin du projet, le périmètre sera contourné avec de la tôle d'acier, qui reliera davantage la structure.
Passons maintenant à la question mécanique de ce projet. Comme mentionné précédemment, le déplacement des axes de la machine a été effectué à travers une paire de vis à billes d'un diamètre de 25 mm et d'un pas de 10 mm, dont la rotation est transmise par des moteurs pas à pas avec 86 et 57 brides. Initialement, il était censé faire tourner la vis elle-même afin de se débarrasser du jeu excessif et des engrenages supplémentaires, mais ils ne pouvaient pas s'en passer, car avec une connexion directe du moteur et de la vis, ces derniers commenceraient à se dérouler à des vitesses élevées, surtout lorsque le portail est dans des positions extrêmes. Étant donné que la longueur des vis le long de l'axe X était de près de trois mètres, et pour moins d'affaissement, une vis d'un diamètre de 25 mm a été posée, sinon une vis de 16 mm aurait suffi.
Cette nuance a déjà été découverte lors de la production de pièces, et nous avons dû résoudre rapidement ce problème en fabriquant un écrou rotatif plutôt qu'une vis, ce qui a ajouté un roulement supplémentaire et un entraînement par courroie à la conception. Cette solution a également permis de bien serrer la vis entre les supports.
La conception de l'écrou rotatif est assez simple. Initialement, deux roulements à billes coniques ont été sélectionnés, qui sont reflétés sur un écrou de vis à billes, après avoir coupé le filetage de son extrémité, pour fixer la bague de roulement sur l'écrou. Des roulements avec un écrou se tenaient dans le boîtier, à son tour, toute la structure est montée à l'extrémité du portique. À l'avant de la vis à billes, les écrous fixaient le manchon adaptateur aux vis, qui étaient ensuite assemblées sur le mandrin et tournées pour s'aligner. Une poulie a été posée dessus et serrée avec deux contre-écrous.
Évidemment, certains d'entre vous se demanderont: «Pourquoi ne pas utiliser une crémaillère comme mécanisme de transmission de mouvement?» La réponse est assez simple: la vis à billes offrira une précision de positionnement, une plus grande force d'entraînement et donc moins de couple sur l'arbre du moteur (c'est ce dont je me suis souvenu en déplacement). Mais il y a aussi des inconvénients - une vitesse de mouvement inférieure et si vous prenez des vis de qualité normale, alors le prix, respectivement.
Soit dit en passant, nous avons pris des vis à billes et des écrous de TBI, une option plutôt bon marché, mais la qualité est appropriée, en raison des 9 mètres de vis pris, nous avons dû jeter 3 mètres, en raison de l'inadéquation des dimensions géométriques, aucun des écrous n'a été vissé ...
En tant que guides coulissants, des guides de profil d'un rail de taille standard 25 mm, HIWIN firm ont été utilisés. Pour leur installation, des rainures d'installation ont été fraisées pour maintenir le parallélisme entre les rails.
Ils ont décidé de fabriquer eux-mêmes des vis à billes, ils se sont avérés être de deux types: supports pour vis tournantes (axes Y et Z) et supports pour vis non tournantes (axe X). Des supports pour vis rotatives ont pu être achetés, car il y avait peu d'économies grâce à la fabrication en interne de 4 pièces. Une autre chose est avec les supports pour vis non tournantes - de tels supports ne sont pas disponibles à la vente.
D'après ce qui précède, l'axe X est entraîné par des écrous rotatifs et à travers un engrenage à courroie. Nous avons également décidé de faire deux autres axes Y et Z à travers un engrenage à courroie, cela ajoutera plus de mobilité pour changer le moment transmis, ajoutera de l'esthétique en vue d'installer le moteur non pas le long de l'axe de la vis à billes, mais sur le côté de celui-ci, sans augmenter les dimensions de la machine.
Passons maintenant en douceur Ă la
partie électrique , et nous allons commencer par les entraînements, les moteurs pas à pas ont été choisis comme eux, bien sûr, pour des raisons de prix inférieur par rapport aux moteurs à rétroaction. Deux moteurs avec une 86ème bride ont été installés sur l'axe X, sur un moteur avec une 56ème bride sur les axes Y et Z, uniquement avec des couples maximaux différents. Ci-dessous, je vais essayer de fournir une liste complète des pièces achetées ...
Le circuit électrique de la machine est assez simple, les moteurs pas à pas sont connectés aux pilotes, ceux-ci sont à leur tour connectés à la carte d'interface, il est également connecté via un port LPT parallèle à un ordinateur personnel. Les conducteurs ont utilisé 4 pièces, respectivement, une pièce pour chacun des moteurs. Tous les pilotes sont configurés de la même manière, pour simplifier l'installation et la connexion, avec un courant maximum de 4A et une tension de 50V. En tant que carte d'interface pour les machines CNC, j'ai utilisé une option relativement économique, d'un fabricant national, comme indiqué sur le site Web la meilleure option. Mais je ne le confirmerai ni ne le réfuterai, la carte est facile à utiliser et, surtout, elle fonctionne. Dans mes projets antérieurs, j'ai utilisé des planches de fabricants chinois, elles fonctionnent également, et à leur périphérie sont peu différentes de ce que j'ai utilisé dans ce projet. J'ai remarqué dans toutes ces cartes, une peut ne pas être importante, mais moins, vous ne pouvez installer que 3 interrupteurs de fin de course sur elles, mais au moins deux de ces interrupteurs sont requis sur chaque axe. Ou n’ai-je pas tout simplement compris? Si nous avons une machine à 3 axes, nous devons donc régler les interrupteurs de fin de course dans les coordonnées zéro de la machine (ce qui est aussi appelé la "position d'origine") et dans les coordonnées les plus extrêmes de sorte qu'en cas de défaillance ou de manque de champ de travail, tel ou tel axe ne fonctionne tout simplement pas hors service (tout simplement pas cassé). Dans mon schéma, j'ai utilisé: 3 capteurs inductifs sans contact sans fin et un bouton d'urgence "E-STOP" en forme de champignon. Le bloc d'alimentation est alimenté par deux alimentations à découpage de 48 V. et 8A. Broche refroidie à l'eau de 2,2 kW, respectivement connectée via un convertisseur de fréquence. Les chiffres d'affaires sont définis à partir d'un ordinateur personnel, car le convertisseur de fréquence est connecté via une carte d'interface. Les spires sont régulées avec un changement de tension (0-10 volts) à la sortie correspondante du variateur de fréquence.
Tous les composants électriques, à l'exception des moteurs, des broches et des interrupteurs de fin de course, étaient montés dans une armoire électrique en métal. Tout le contrôle de la machine se fait à partir d'un ordinateur personnel, nous avons trouvé un ancien PC sur la carte mère du facteur de forme ATX. Ce serait mieux s'ils étaient un peu défraîchis et achetaient un petit mini-ITX avec un processeur et une carte vidéo intégrés. Les dimensions du coffret électrique n'étant pas petites, tous les composants étaient à peine placés à l'intérieur, ils devaient être situés assez près les uns des autres. Au bas de la boîte, j'ai placé trois ventilateurs à refroidissement forcé, car l'air à l'intérieur de la boîte était très chaud. Sur la face avant, une plaque métallique a été vissée, avec des trous pour le bouton d'alimentation et le bouton d'arrêt d'urgence. Sur ce pad également, il y avait une prise pour allumer le PC, je l'ai retiré du boîtier de l'ancien mini-ordinateur, c'est dommage qu'il se soit avéré ne pas fonctionner. Un revêtement a également été fixé à l'arrière de la boîte, des trous pour les connecteurs pour la connexion de l'alimentation 220 V, des moteurs pas à pas, une broche et un connecteur VGA y ont été placés.
Tous les fils des moteurs, de la broche, ainsi que des tuyaux d'eau pour le refroidir, disposaient des canaux de chenilles de 50 mm de large dans le câble flexible.
En ce qui concerne le logiciel, Windows XP a été installé sur un PC situé dans un boîtier électrique et l'un des programmes Mach3 les plus courants a été utilisé pour contrôler la machine. Le programme est configuré conformément à la documentation de la carte d'interface, tout y est décrit assez clairement et sur les photos. Pourquoi Mach3 exactement, et tout de même, avait une expérience de travail, j'ai entendu parler d'autres programmes, mais je ne les ai pas considérés.
Spécifications:Espace de travail, mm: 27001670200;
Vitesse de déplacement de l'axe, mm / min: 3000;
Puissance de broche, kW: 2,2;
Dimensions, mm: 280020701570;
Poids, kg: 1430.
Liste des pièces:Tube profilé 80x80 mm.
Bande métallique 10x80mm.
Vis à billes TBI 2510, 9 mètres.
Écrous à vis à billes TBI 2510, 4 pcs.
Guides de profil Chariot HIWIN HGH25-CA, 12 pcs.
Rail HGH25, 10 mètres.
Moteurs pas Ă pas:
NEMA34-8801: 3 pièces.
NEMA 23_2430: 1pc.
Poulie BLA-25-5M-15-A-N14: 4 pièces.
Poulie BLA-40-T5-20-AN 19: 2 pièces.
Poulie BLA-30-T5-20-A-N14: 2 pièces.
Carte d'interface StepMaster v2.5: 1 pc.
Pilote de moteur pas Ă pas DM542: 4pcs (Chine)
Alimentation à découpage 48V, 8A: 2pcs. (Chine)
Onduleur 2,2 kW. (Chine)
Broche de 2,2 kW. (Chine)
J'ai énuméré les principaux détails et composants, si quelque chose n'est pas inclus, puis écrivez dans les commentaires, j'ajouterai.
Expérience de travail sur la machine: Au final, après près d'un an et demi, nous avons quand même démarré la machine. Tout d'abord, nous définissons la précision du positionnement des axes et leur vitesse maximale. Selon des collègues plus expérimentés, la vitesse maximale de 3 m / min n'est pas élevée et devrait être trois fois plus élevée (pour le traitement du bois, du contreplaqué, etc.). À la vitesse que nous avons atteinte, le portail et d'autres axes, avec leurs mains (avec tout leur corps) reposant sur eux, peuvent à peine être arrêtés - se précipitant comme un réservoir. Les tests ont commencé avec le traitement du contreplaqué, la fraise fonctionne comme sur des roulettes, il n'y a pas de vibration de la machine, mais elle s'est aussi approfondie d'un maximum de 10 mm en un seul passage. Bien qu'ils aient commencé à aller plus loin après plus profond.
Après avoir joué avec le bois et le plastique, nous avons décidé de ronger le duralumin, ici j'étais ravi, bien que j'aie d'abord cassé plusieurs moulins d'un diamètre de 2 mm, pendant que je sélectionnais les conditions de coupe. La duralumin coupe très en toute confiance et une coupe assez nette est obtenue le long du bord usiné.
Nous n'avons pas encore essayé de traiter l'acier, mais je pense qu'au moins la machine tirera la gravure, et pour le fraisage de la broche est faible, il est dommage de le tuer.
Et le reste de la machine fait parfaitement face à ses tâches.
Conclusion, avis sur le travail effectué: Le travail n'est pas petit, nous nous sommes retrouvés assez fatigués, car personne n'a annulé le travail principal. Oui, et pas un peu d’argent n’a été investi, je ne dirai pas le montant exact, mais c’est environ 400t.r. En plus du coût de l'emballage, la majeure partie des coûts et la plupart des efforts ont été consacrés à la fabrication de la fondation. Wow, comment nous en sommes arrivés là . Et le reste, tout a été fait comme les fonds, le temps et les pièces finies sont arrivés pour continuer l'assemblage.
La machine s'est avérée tout à fait réalisable, assez solide, massive et de haute qualité. Maintien d'une bonne précision de positionnement. Lors de la mesure d'un carré à partir d'un duralumin, mesurant 40x40, la précision était de + - 0,05 mm. La précision du traitement de pièces plus grandes n'a pas été mesurée.
Et ensuite ...: Il y a encore assez de travail sur la machine, sous forme de cache-poussière - protégeant les guides et les vis à billes, couvrant la machine autour du périmètre et installant des plafonds au milieu de la base, qui formeront 4 grandes étagères, sous le volume de refroidissement de la broche, le stockage d'outils et les accessoires. Ils voulaient équiper l'un des quarts de la base d'un quatrième axe. Il est également nécessaire d'installer un cyclone sur la broche pour éliminer et collecter les copeaux de poussière, surtout si vous traitez du bois ou du textolite, la poussière s'envole partout et se dépose partout.
Quant au sort futur de la machine, tout n'est pas clair ici, car j'avais un problème de territoire (j'ai déménagé dans une autre ville), et maintenant il n'y a presque plus personne pour gérer la machine. Et les plans ci-dessus ne sont pas un fait qui se réalisera. Personne n'aurait pu imaginer cela il y a deux ans.
Dans le cas de la vente de la machine avec son prix, tout n'est pas clair. Car c'est franchement dommage de vendre au prix coûtant, et un prix adéquat n'a pas encore eu lieu.
Sur ce, je terminerai probablement mon histoire. Si je n'ai pas mis en évidence quelque chose, écrivez-moi et je vais essayer de compléter le texte. Et le reste est bien montré dans la vidéo sur la fabrication de la machine sur ma chaîne YouTube.