MACHINES  OUTILS

Comment fabriquer ses propres machines outils (tour, fraiseuse) et les perfectionner en fonction des besoins et des moyens financiers. Ces pages ont pour but de donner des méthodes de conception et de réalisation ainsi chacun pourra adapter ces techniques aux moyens dont il dispose.

Présentation.

Quelques principes de construction.

Numérisation d'une machine.

Logiciel de pilotage Cnc3Axes.

Projet de logiciel de pilotage sur la base de l'interpolateur USB IPL5Xmisajour1.gif (2106 octets)le 21-09-2012

Documentations.




Présentation

La construction de machines est délicate et demande patience et précision. Il faut commencer par bien connaître ce que l'on est capable de réaliser avec le matériel dont on dispose, il n'y a pas de place pour l'improvisation et il est préférable de construire simple pour commencer puis de faire évoluer ses réalisations. N'oubliez jamais que dès que vous aurez terminé votre première machine, même si elle vous paraît un peu simpliste, vous en disposez maintenant pour faire mieux...

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La photo ci-contre montre le tour avec lequel je travaille actuellement, sa réalisation est entièrement personnelle, tout en métal. En arrière plan, vous pouvez distinguer une adaptation pour le fraisage. La motorisation est assurée par un bloc moteur Peugeot équipé de deux vitesses mécaniques et d'un variateur électronique. Le mandrin trois mors est acheté dans le commerce.

La construction de cette machine est assez difficile et ne sera donc pas décrite dans ces pages pour laisser la place à des solutions plus faciles à mettre en oeuvre et qui donnent d'aussi bons résultats.

Bref historique...

Au risque de faire sursauter les puristes, mon premier tour n'était qu'une perceuse de bricolage montée sur un berceau en bois devant des chariots croisés en profilé d'aluminium (voir ci-dessous).

Cela ne semble pas très mécanique, mais il est le point de départ d'une génération de trois machines. Alors, dites vous que rien n'est impossible pour un modéliste obstiné.

La perceuse est une bonne solution de début car tout bon bricoleur en possède une et ainsi vous disposez d'un moteur, d'un mandrin et même d'un variateur de vitesse. Si vous le pouvez, préférez un modèle sans percussion car le jeu axial de la broche est bien moindre.

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Mon premier tour "fabrication maison"

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Le chariot de ma première machine

Les résultats obtenus avec ce tour m'ont tellement surpris (possibilité de tourner des diamètres à 0,05mm près...) que j'ai décidé de faire mieux et surtout plus solide...

De ce constat est née l'idée de ma deuxième machine :

Les principes de la perceuse et du socle en bois sont conservés, par contre tout est changé au niveau des chariots croisés. Les glissières sont en acier "stub" qui est vendu déjà rectifié et calibré, il ne reste qu'à couper à longueur. Chaque chariot ainsi que les deux supports de glissières sont percés ENSEMBLES sur une perceuse à colonne en faisant très attention au parallélisme des deux trous. Prévoir des vis de réglage pour les jeux.

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Le deuxième tour,

plus mécanique basé sur des glissières en stub.

Pour ce qui est des vis de déplacement, le diamètre M6 s'impose car le pas de 1mm est très pratique.

La géométrie est vérifiée en usinant un cylindre puis en mesurant la conicité au pied à coulisse, pour les réglages il suffit de caler l'arrière de la perceuse et de l'orienter à l'aide des vis latérales de la partie arrière du berceau (voir photo de gauche). Il ne faut pas espérer des miracles pour des pièces longues, mais pour des petits moteurs à vapeur cela suffit.

Ce deuxième tour m'a permis de construire celui que j'utilise actuellement, y compris les boîtiers de roulements et la boite à deux vitesses qui composent la broche. Alors, convaincus...

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Chariots et glissières.

Pour ceux qui veulent déjà se lancer dans l'aventure vous pouvez télécharger les plans de ma deuxième machine en cliquant sur le lien ci-dessous. Il s'agit de plans scannés que chacun pourra adapter en fonction du matériel dont il dispose.

Pour le montage des pièces de grand diamètre allez voir ICI.

Télécharger les plans PDF de mon deuxième tour

 

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Quelques principes de construction

Les principes de construction décrits vous permettrons de concevoir et de réaliser vos propres machines en les adaptant à vos besoins et à vos finances. La construction d'un tour tel que celui présenté ci-contre ne sera pas abordée car, l'expérience aidant je me suis rendu compte que certains des choix techniques sont trop difficiles à mettre en pratique avec des moyens amateurs. L'exemple type peut être illustré par les glissières en queue d'aronde, solution idéale mais quel travail d'ajustage (plusieurs mois à la lime et à la meule...).

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La description est illustrée par la réalisation d'une colonne de fraisage adaptée à l'arrière de mon tour.

Toute la structure et les glissières sont fabriquées à partir d'étirés en acier (A60) qui seront simplement passés à la toile abrasive et assemblés (vis, colle, goupilles). Il faut concevoir les différents éléments en fonction des standards du commerce, de cette façon vous aurez un minimum de travail surtout si votre fournisseur vous fait les débits à longueur.

Pour connaître les fournisseurs dans votre région, consultez les pages jaunes à la rubrique "fournitures et matériel industriels".

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la matière première.

Les règles de conception...

Une bonne machine doit être rigide, vous diminuerez les déformations et les vibrations ce qui améliore la précision et les performances de coupe.

Prévoir des longueurs de guidage importantes, en pratique respectez un rapport longueur/largeur supérieur à 1,5. Pour le chariot de la colonne décrite le rapport est de 2 (largeur=60mm, longueur=120mm). Cette règle évite le phénomène d'arc-boutement (effet "serre joint") et diminue le défaut de "lacet" des chariots, donc meilleur précision des guidages.

Tous les chariots doivent être munis de patins en laiton, bronze ou PTFE (téflon) pour faciliter le glissement. Certains patins sont munis de vis de réglage pour rattraper les jeux dus à l'usure.

Les vis d'avance doivent être choisies avec un pas judicieux, l'idéal est d'utiliser des tiges filetées M6 car le pas est de 1mm, ainsi avec un tour de manivelle votre chariot se déplace de 1mm, rajoutez un tambour gradué de 40 divisions (facile à faire en s'aidant d'un petit engrenage de récupération...) et vous avez un vernier à 0,025mm.

La colonne de fraisage.

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Schéma de principe des guidages et réglages.

La conception reprend les règles précédentes. Tout est fabriqué à partir d'étirés du commerce, acier A60 et laiton. Sa fixation à l'arrière du tour avait été prévue lors de la construction de ce dernier.

TOUS LES ASSEMBLAGES DOIVENT ETRE GOUPILLES, cela assure le bon repositionnement lors des démontages et évite tout déplacement des pièces, si nécessaire un collage à l'époxyde (Araldite) peut parfaire le tout. Tous les trous de fixation doivent être contrepercés ensembles pour obtenir un alignement parfait.

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Vue de la colonne.

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Pièces du chariot.

Le chariot est composé d'un assemblage de barres d'étiré, le tous assemblé par des vis CHc et goupillé. La photo de gauche montre un coté assemblé et l'autre encore démonté, vous pouvez remarquer les plaques de glissement en laiton (faire des rainures pour faciliter le graissage).

La photo de droite montre l'ensemble monté et muni de l'écrou d'avance (noix). L'assemblage des guidages doit se faire avec le chariot positionné sur la glissière, ainsi pas de problème d'ajustage, les piètages ne seront faits qu'après vérification de l'ensemble.

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Chariot monté.

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Pièces de la vis et manivelle.

La vis est montée sur un roulement afin qu'il n'y ait pas de jeu, l'écrou est en laiton pour limiter le frottement (j'envisage le PTFE mais je n'ai pas testé). La manivelle est munie d'un tambour gradué. Cette réalisation nécessite un tour, mais si c'est votre première machine, vous pouvez faire un montage bien plus simple avec des écrous classiques et sans roulements (voir mes premières machines), dès que votre tour sera en fonction, plus de problème pour refaire...

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Vis montée.

La broche et son support.

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Vue éclatée de la broche avec le bloc moteur et le support (la pièce en alu moulé provient d'une adaptation pour scie circulaire).

Dans la réalisation de toute machine outil, la broche est l'un des points les plus délicats. Si vous êtes déjà équipé d'un tour, il est impératif de faire un montage sérieux avec des roulements montés avec une légère précontrainte (montage ci-contre et plan). Si vous ne disposez pas de machine, il faut faire travailler son imagination pour utiliser ce que l'on peut trouver : petit arbre de scie (voir les magasins de bricolage), perceuse, moyeu de roue de vélo etc... tout ce qui est monté sur roulement sans trop de jeu peut servir. Toutes les idées sont bonnes à prendre et n'hésitez pas à me faire part des votres pour enrichir ces pages.

Comme cité plus haut, si vous construisez votre premier tour (et que vous ne disposez pas de celui d'un ami...) la meilleur broche est celle d'une perceuse sans percussion, vous aurez en plus le moteur et le variateur.

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Le support de broche est constitué d'un assemblage de plaques d'étiré. L'ensemble est vissé, piété et collé à l'epoxy, c'est tous simplement indestructible...

Ce support est prêt à recevoir la broche puis à être fixé sur le chariot. Toute la géométrie doit être réglée avec un comparateur en se servant des différents chariots pour assurer les déplacement et en palpant sur une équerre.

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Numérisation d'une machine
Quel modéliste possesseur d'une machine outil n'a jamais révé de passer à la commande numérique (CN pour les intimes...). En fait, un peu de surf sur le web montre que nous sommes assez nombreux à avoir cette idée derrière la tête et même pour certains déjà dans l'atelier... allez voir par exemple le site Aéromaniacs sans oublier d'allez à leur page de liens...

Vous l'avez deviné, j'ai franchi le pas... et je vous propose quelques photos du prototype.

A droite, une vue d'ensemble de la machine pour laquelle seuls trois moteurs pas à pas ont été rajoutés tout en conservant précieusement les manivelles d'origine. Pour moi il est important de pouvoir continuer à travailler en manuel car il est aberrant de penser que toutes les pièces justifient de faire un programme. La machine est pilotée par un PC via le port parallèle est quelques cartes électroniques.

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La mécanique reste très simple, pour chaque axe un moteur pas à pas est ajouté entre la vis et la manivelle. Le montage de cette dernière a nécessité la modification de l'arrière des moteurs. Les moteurs sont accouplés aux vis par l'intermédiaire d'un manchon déformable pour pallier les défauts d'alignement, par contre ce manchon doit être très rigide en torsion pour ne pas nuire à la précision.

Les moteurs sont des 200 pas par tour pilotés en demi-pas ce qui donne 400 pas par tour, avec une vis au pas de 1mm chaque pas moteur donne une avance de 0.0025mm ce qui permet une grande souplesse des mouvements ainsi qu'une très bonne précision (de l'ordre de 0.01mm). La vitesse maxi de déplacement est de 200mm/mn ce qui est amplement suffisant pour nos petites machines.

 

La photo de droite montre le pré-câblage de l'électronique avec de gauche à droite : les cartes d'interface avec le PC, l'alimentation, les transformateurs, les trois cartes de puissance.

Les cartes interface ont pour fonction d'exploiter les signaux issus du port parallèle, de gérer les vitesses d'avance (timer programmable), de gérer les butées de fin de course. A terme je désire ajouter un boîtier pour faciliter les commandes manuelles lors des réglages.

L'alimentation est encore commune à toutes les cartes, mais l'expérience montre qu'il faut une alimentation séparée pour chaque axe, les performances sont meilleures.

Les cartes de puissance des moteurs sont basées sur le couple classique L297 et L298 qui sont des composants faciles à trouver et qui offrent un bon rapport performance/prix.

 

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La dernière pièce du puzzle, c'est bien sûr le logiciel de commande. Il en existe un certain nombre sur Internet, à nouveau le site Aéromaniacs est d'un grand secours. Beaucoup de ces logiciels sont prévus à l'origine pour faire de la découpe de gabarits en 2D 1/2, toutefois NINOS a retenu mon attention car pour un prix abordable il semble offrir de nombreuses possibilités (je ne l'ai pas testé sur une machine).

 

Lociciel de pilotage : Cnc3Axes

Plus par plaisir que par soucis d'économie, j'ai décidé de développer mon propre logiciel de commande avec l'idée d'y inclure le plupart des fonctions nécessaires à la réalisation de pièces mécaniques. Les principales fonction sont : la lecture de G codes (ISO), la prise en compte des correcteurs d'outils, la visualisation des parcours d'outils, des cycles usuels etc...

Vous pouvez télécharger ce logiciel "CNC3AXES" ainsi qu'une documentation et quelques exemples de programmes.

 

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Qyelques exemples de pièces usinées avec cette machine pilotée avec Cnc3Axes (V1.0 et V2.0).

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Nouvelle version V2.03 disponible

Quelques caractéristiques de Cnc3Axes V2.03 (mise à jour le 02/11/2006)

Informations de mise à jour sur la V2.03: 

Ajout de fonctions de commandes manuelles au clavier.
Ajout d'un mode incrémental.
Augmentation du nombre de lignes de programme admissibles.
Ajout de fonctions zoom et déplacement à la sourie dans la zone dessin.
Corrections de bugs.

......

Cnc3Axes est un "freeware" mais pas un "open source",
 il est donc inutile de me demander le code source car il n'est et ne sera pas diffusé.

Fonctionnement avec pilotage d'une machine sous Windows 95/98 et XP/2000/NT.
Machine à connecter sur le port parallèle.
Paramétrage du port et des entrées/sorties.
Gestion de la largeur des impulsions de commande des pas (indispensable avec la carte Visual CNC).
Débit maxi avec un PC équipé d'un Pentium à 133Mz (W98) : 3300pas/secondes.
Débit maxi avec un PC équipé d'un Pentium III à 500Mz (W98) : 11000pas/secondes.
Interprétation de programmes en code ISO standard (G00, G01, G02, G03, G40, G41, G42, G43, G70, G71, G80, G81, G82, G83  etc...).

ATTENTION : Les utililisateurs de CNC3Axes V1.0 doivent lire attentivement la rubrique "mise à jour" de la documentation ou de l'aide car la prise de correction des longueurs d'outils est modifiée. Si vous utilisez les correcteurs de longueur d'outils, ils ne seront pris en compte qu'après la lecture d'un G43 dans le programme ISO.

Quelques cartes compatibles

Motion3XA de Systrium
CNC3AX de L.Fouga
Visual CNC chez Conrad

N'hésitez pas à m'informer de vos essais afin d'enrichir cette liste.

Quelques liens vers des logiciels de création de programmes ISO (G code)

DesKAM
DeskEngrave
CNC Code Generator
ACE Convertor

 

Téléchargements

NOUVELLE VERSION 2.03  MISE A JOUR ( 02/11/2006 )    Télécharger le logiciel Cnc3Axes     Logiciel CNC3Axes V2.03 (1310Ko)

Cnc3Axes fonctionne sous Windows 98 ou XP, mais ne fonctionne pas sous Vista et Seven.

L'installation nécessite un mot de passe, contactez moi pour l'obtenir, c'est 100% gratuit, mais votre avis m'intéresse.
ATTENTION donnez un e-mail correct et demandez explicitement le code dans votre message pour que je puisse répondre.

Si vous utilisez CNC3AXES, merci de me le signaler par un petit mot dans la rubrique contact et de me donner votre avis. N'hésitez pas à me signaler des bugs ou de me transmettre quelques idées d'amélioration.

Télécharger la documentation     Documentation PDF (571Ko) avec les syntaxes ISO  - inclus avec l'installation.

Télécharger la documentation     Aide au format HTML (216Ko) - inclus avec l'installation.

Télécharger les exemples     Exemples de codes ISO (8Ko) - inclus avec l'installation.

Télécharger la doc sur les correcteurs    Utilisation des corrections d'outil G41 et G42 avec Cnc3Axes (PDF de 136Ko)  - inclus avec l'installation.
Toutes les informations pour faire fonctionner CNC3Axes sous windows XP, NT ou 2000.
AVERTISSEMENT A LIRE

Le logiciel CNC3AXES est un développement amateur qui ne peut en aucun cas être diffusé sans mon autorisation écrite.
CNC3AXES ne peut pas être vendu ou utilisé à des fins commerciales ou industrielles.

CNC3AXES est proposé "en l'état".
Ma responsabilité ne pourra en aucun cas être engagée en cas de problèmes matériels ou physiques.

L'utilisation de machines outils présente des risques et il est indispensable de mettre en place toutes les protections et sécurités nécessaires. Cnc3Axes n'est pas conçu pour assurer ces fonctions.

Historique des anciennes versions :

V2.02 - 11/08/2004 - Télécharger Install-Cnc3Axes-V2.02 et la documentation (corrections de bugs)

V2.01 - 03/04/2004 - Télécharger Install-Cnc3Axes-V2.01 et la documentation (peut fonctionner sous XP,2000, NT)

V2.00 - 27/03/2004 - Télécharger Install-Cnc3Axes-V2.00 et la documentation (ne fonctionne pas sous XP,2000, NT : utiliser la V2.01 ou plus)

V1.00 - 03/01/2004 - Télécharger Install-Cnc3Axes-V1.00 et la documentation déjà testé sous W98, XP, NT






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Projet de logiciel de pilotage avec IPL5X

Le 21 septembre 2012

La mauvaise nouvelle : le développement de Cnc3Axes est arrêté.
La bonne nouvelle : le développement d'un logiciel plus performant et plus complet débute.


    Cnc3Axes arrive maintenant au bout de ses possibilités, l'utilisation du  port LPT (parallèle) ainsi que les flux de pas gérés sous Windows ne peuvent pas permettre d'obtenir les mêmes performances qu'avec une carte interpolateur.
    C'est pourquoi Cnc3Axes n'évolura plus dans sa version actuelle, depuis plusieurs mois je cherchais la meilleure solution pour passer par une carte interpolateur à base de microcontrôleur, voir même de la réaliser moi même. La solution est arrivée par le biais du projet "5X Project" qui propose la carte IPL5X très performante basée sur un PIC 18F4550 ce projet est en plein développement et est animé par une équipe sympatique qui met tout son travail à disposition gratuitement.

    C'est donc avec l'aide de Thierry, un ami de Genevre, que nous avons décidé de nous lancer dans le développement d'un nouveau logiciel de pilotage qui utilisera IPL5X comme interpolateur. Ce logiciel nous demandera plusieurs mois (voir années) de développement et sera comme pour Cnc3Axes mis à disposition gratuitement dès qu'il sera utilisable. Pour l'instant nous n'en sommes qu'aux premiers pas du développement tels que les routines de communication entre PC et IPL5X par le port USB, il nous reste encore une foule de choses à développer et l'aide de Pascal (développeur IPL5X) nous est très précieuse et nous l'en remercions.

    Nous souhaitons proposer un logiciel convivial et orienté usinage mécanique, mais à ce jour, le cahier des charges détaillé n'est pas encore bouclé.

    Vous pouvez découvrir toutes les possibilité de l'interpolateur IPL5X sur le site web du projet : 5X Project



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Documentation de construction

Montage de pièces de grand diamètre avec un mandrin de 13 ...

Comment monter des pièces de grand diamètre sur un tour qui ne dispose que d'un mandrin de perceuse comme moyen de serrage, vous êtes certainement très nombreux à vous poser cette question. La réponse est probablement dans ces quelques pages au format PDF que vous pouvez télécharger en cliquant sur le lien ci-dessous. Vous y trouverez plans et principes de fabrication d'un plateau.

PLATEAU01.PDF

 

Quelques adresses de fournisseurs :

OTELO : vente par Internet d'outils, mandrins et bien d'autres choses (très très sérieux, livraison sous 24h)
TEC'LOISIR : Machines outils et accessoires (outils, mandrins etc...)
LESTAMPS : Machines outils, outils, mandrins et divers accessoires

Il y en a bien d'autres mais je n'ai cité ici que ceux chez qui j'ai déjà acheté quelque chose.

 

Quelques liens relatifs aux machine CN amateurs :

http://otocoup.com/ : Certainement l'un des sites les plus complets sur le sujet, vous y trouverez des plans et des schémas d'interfaces de pilotage.
http://gforthoffer.free.fr/ : Le site de Grégory, un autre amateur qui met son soft à votre disposition.
http://cncloisirs.com : Site wiki sur la CNC amateur, en constante évolution. A ne pas manquer.

 

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Prochainement....

Des schémas pour vous aider à construire votre première machine....

Les méthodes pour régler la géométrie d'une machine avec un pied à coulisse et un jeu de cales pour bougies....

En attendant, n'hésitez pas à m'envoyer vos idées pour enrichir ces pages.






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Mise à jour le 21 septembre 2012