CONCEPTION D'UN ACCESSOIRE CN POUR MACHINE-OUTIL CLASSIQUE
T RAVAIL DE BACHELOR
PAUL GOY
HEIG-VD Département TIN- Filière Microtechniques
23 JUILLET 2020
Département TIN Filière Microtechniques Étudiant Paul Goy Enseignant responsable Philippe Bonhôte
Travail de Bachelor 2019-2020
Conception d'un accessoire CN pour machine-outil classique
Étudiant : Paul Goy
Date et lieu :
………
Signature :
………
Préambule
Ce travail de Bachelor (ci-après TB) est réalisé en fin de cursus d’études, en vue de l’obtention du titre de Bachelor of Science HES-SO en Ingénierie / Economie d’entreprise.
En tant que travail académique, son contenu, sans préjuger de sa valeur, n'engage ni la responsabilité de l'auteur, ni celles du jury du travail de Bachelor et de l'Ecole.
Toute utilisation, même partielle, de ce TB doit être faite dans le respect du droit d’auteur.
HEIG-VD
Le Chef du Département
Yverdon-les-Bains, le 24 juillet 2020
Authentification
Le soussigné, Paul Goy, atteste par la présente avoir réalisé seul ce travail et n’avoir utilisé aucune autre source que celles expressément mentionnées.
Yverdon-Les-Bains, le 24 juillet 2020
Paul Goy
Table des matières
Introduction ... 6
Cahier des charges ... 6
Présentation de la fraiseuse Deckel FP1 ... 7
Développement ... 8
4.1 « Graveur » ... 8
4.2 Linéaire, rotatif, linéaire ... 9
4.3 3 axes linéaires ... 11
4.3.1 Version N° 1 ... 11
4.3.2 Version N°2 ... 13
Descriptif de la version finale ... 16
5.1 Mécanique ... 16
5.2 Électrique ... 21
Montage et alignement ... 27
Livraison ... 31
7.1 Fixations des moteurs. ... 31
7.2 La broche ... 32
L’usinage ... 32
8.1 Déplacement de la table de perçage ... 32
Test et performance ... 36
Conclusion ... 38
Références ... 39
Annexes ... 39
Table des illustrations
Figure 1 Fraiseuse Deckel FP1 ... 7Figure 2 Première idée de conception les axes X et Y à gauche, axe Z sur la partie mobile ... 8
Figure 3 Graveur à commande numérique existant low-cost ... 9
Figure 4 Profilé en aluminium ... 9
Figure 5 Rail de chariot à billes coaxial au profilé ... 10
Figure 6 Linéaire-rotatif-linéaire ... 10
Figure 7 Schémas mains, première version, 3 axes linéaires ... 11
Figure 8 Modélisation de la solution N°1, 3 axes linéaires... 11
Figure 9 Schémas 4 et 3 chariots ... 12
Figure 10 Solution N°1 axes de longueurs différentes ... 12
Figure 11 Solution N°2 ... 13
Figure 12 Plan de coupe ... 13
Figure 13 Coupe cadre axe X ... 14
Figure 14 Cadre axe X à ne pas faire ... 14
Figure 15 Chariot dos-à-dos ... 15
Figure 16 Forme de chariots ... 15
Figure 17 Les axes et leur déplacement ... 16
Figure 18 Structure éclatée ... 16
Figure 19 Motorisation des axes ... 17
Figure 20 Fin de course axe Z ... 17
Figure 21 Fin-de-course axe X ... 18
Figure 22 Fin de course axe Y ... 18
Figure 23 Positions maximale et minimale de tous les axes ... 19
Figure 24 Trous pour montage des vis ... 19
Figure 25 Tête de fraiseuse modélisée ... 20
Figure 26 Tête de fraiseuse montée ... 20
Figure 27 Kit pour la commande numérique ... 21
Figure 28 Montage de la plaque en bois pour l’électricité ... 21
Figure 29 Interface-utilisateur ... 22
Figure 30 Plaque électrique vue arrière ... 22
Figure 31 Tête montée vue de gauche ... 26
Figure 32 Tête de fraiseuse montée sur la Deckel FP1 ... 26
Figure 33 Tête montée vue de droite ... 26
Figure 34 Fixation moteurs avec pièces de liaisons ... 31
Figure 35 Fixation moteur sur la tranche de la plaque ... 31
Figure 36 Changement de référentiel ... 33
Figure 37 Erreur sur l’écartement ... 34
Figure 38 Adaptation de la mise-en-plan ... 35
Figure 39 trou oblong ... 35
Introduction
Ce travail de bachelor consiste à concevoir, monter et tester un accessoire CN machine-outil classique.
Cet accessoire est une tête de fraiseuse à commande numérique. Il existe sur le marché un grand nombre de fraiseuses commandées ! La gamme des fraiseuses passe de la professionnelle coûtant plusieurs millions de francs à la petite fraiseuse amateur de quelques centaines de francs ; il en existe pour tous les budgets ! Plusieurs personnes « semi-professionnelles » possèdent une fraiseuse conventionnelle mais ne veulent ou ne peuvent pas investir dans une fraiseuse à commande numérique ! Ce travail est donc de proposer sur le marché une tête de fraiseuse CN qui remplace la tête de fraiseuse conventionnelle.
Cahier des charges
De nos jours, il est populaire de fabriquer sa propre machine à commande numérique car les éléments qui la composent sont devenus très accessibles. Toutes sortes de machines peuvent être imaginées à 2, 3, 4 ou même 5 axes. Pour l'usinage, il existe des modèles de machines de petite taille qui sont généralement destinées à un usinage dans l'aluminium. L'objectif du projet est de concevoir une machine trois axes qui est montable, comme accessoire sur une machine classique. Ceci permet d'allier les avantages de la petite CN à ceux d'une machine classique. On utilise la structure rigide, les axes à grande course et l'arrosage de la machine classique pour les combiner à l'agilité d'une petite machine CN. De plus cela permet de réaliser des petits usinages complexes sur une pièce de grande dimension (poches, motifs...). L'objectif de ce travail de bachelor est de concevoir une telle machine, de construire un démonstrateur implémenté sur la machine Deckel FP1 du laboratoire C63, de le tester et de faire une évaluation du concept.
Il est demandé :
• de concevoir un accessoire CN 3 axes à monter sur une machine classique type Deckel FP1 avec les caractéristiques générales suivantes :
- 3 axes linéaires, 100mm x 100mm x 100mm ;
- broche capable d'entraîner une fraise 2 tailles de 6mm de diamètre dans de l’aluminium ;
- commande autonome montée sur l'accessoire (l'accessoire n'est connecté de l'extérieur que par l'alimentation).
• de réaliser le suivi de la fabrication, de faire le montage et la mise en service
• de réaliser des essais d'usinage
• dans la mesure du temps disponible, de caractériser les performances statiques et dynamiques de la machine et de proposer des modifications
Présentation de la fraiseuse Deckel FP1
La fraiseuse Deckel FP1 est une fraiseuse conventionnelle 3 axes. C’est sur cette machine que la tête de fraiseuse CN, développée durant ce travail de bachelor, sera montée. Il serait toutefois intéressant de pouvoir monter cette tête sur plusieurs machines différentes.
Cette fraiseuse a été construite au 20ème siècle. Elle a connu son succès par sa grande variété de montages d’outils. Voici ce que décrit Tony Lates dans son exposé sur la Deckel FP1 :
« Avec son design ingénieux, adaptable et polyvalent, le Deckel s'est penché pour résoudre une multitude de problèmes d'usinage, le secret du succès du type étant
sa capacité à monter un certain nombre de têtes différentes - horizontales, verticales standard, verticales à grande vitesse et rainures - en combinaison avec
une variété de tables - simples, inclinables et pivotantes composées. »1
De nos jour la technologie a évolué, il est par conséquent possible de créer des accessoires machines- outils pilotés électroniquement. Ce travail répond donc à l’évolution de la technologie tout en gardant l’idée du modulaire qui a donné un énorme succès à cette machine.
Figure 1 Fraiseuse Deckel FP1
1 (Lathes s.d.) voir bibliographie
Développement
La méthode qui est utilisée durant ce travail est la méthode par itération ! Premièrement, concevoir une tête de fraiseuse à commande numérique, puis la monter. Deuxièmement, relever tous les points qui ne vont pas, et tester les performances, la précision, etc. Troisièmement modifier ce qui ne correspond pas aux exigences. Puis refaire cette boucle jusqu’à obtenir un résultat satisfaisant.
4.1 « Graveur »
Voici donc le développement de la 1ère conception, qui s’inspire d’un graveur à commande numérique ! Plusieurs croquis à la main ont été faits, voici donc cette première idée :
Figure 2 Première idée de conception les axes X et Y à gauche, axe Z sur la partie mobile
Cette idée s’inspire des fraiseuses CNC « low-cost » ou des graveurs ! Voici un exemple qui se trouve sur le marché 2 :
Figure 3 Graveur à commande numérique existant low-cost
Cependant, la rigidité de telle machine est souvent bien inférieure aux exigences voulues ! En effet une telle conception n’est pas prévue pour reprendre des grands efforts ! De plus une telle conception implique un encombrement relativement important, ce qui n’est pas souhaitable dans cette application !
4.2 Linéaire, rotatif, linéaire
Pour s’approcher de l’idée de la tête de fraiseuse, une poutre en aluminium est posée comme pièce maitresse ! Un profilé en aluminium de 80x120mm est à disposition, c’est pourquoi la suite des essais de conception se repose sur un tel profilé.
Pour obtenir une grande rigidité, le premier axe de déplacement peut être linéaire à la poutre (Figure 55). Également pour la rigidité, des chariots à billes sont privilégiés aux axes « barres cylindriques / douilles ».
2 (Banggood s.d.) Voir bibliographie
Figure 4 Profilé en aluminium
Figure 5 Rail de chariot à billes coaxial au profilé
Pour les deux autres axes (le Y et le Z) plusieurs solutions sont donc envisagées. La première est de mettre un axe rotatif à la suite de cet axe linéaire.
Figure 6 Linéaire-rotatif-linéaire
Un gros défaut de cette conception est la succession d’un axe linéaire et rotatif. En effet, cela complique la programmation. Il existe sur le marché des commandes programmables pour fraiseuses, cependant il n’en existe pas pour des combinaisons d’axes rotatif et linéaire. Cela implique donc de créer une commande spécifique pour cette application, ce qui augmente considérablement le prix ! Cette deuxième conception a donc été abandonnée !
4.3 3 axes linéaires
La suite du développement est donc focalisée sur un système de 3 axes linéaires qui simplifie la commande numérique.
4.3.1 Version N° 1
Après quelques schémas à la main
Figure 7 Schémas mains, première version, 3 axes linéaires
L’idée de cette solution est de créer une « table X Y » sur le dessus d’une poutre, puis l’axe Z à l’avant.
Cette solution est modélisée sur SolidWorks pour mieux visualiser :
Figure 8 Modélisation de la solution N°1, 3 axes linéaires
Table X Y
Axe Z
Poutre
Tous les axes sont conçus avec deux rails linéaires ainsi que 4 chariots. Pour simplifier et diminuer le coût, une solution avec deux rails de longueurs différentes et 3 chariots est envisagée. Voici un schéma pour mieux comprendre :
Cette idée se base sur le principe qu’un rail reprend l’effort alors que l’autre supprime le degré de rotation. Par conséquent, le deuxième rail peut être moins rigide que le rail qui reprend l’effort.
Ce schéma reprend cette idée et ajoute la position des moteurs :
Figure 10 Solution N°1 axes de longueurs différentes
Cependant, cette idée n’est pas retenue, car elle implique une plus grande variété de pièces. De plus il existe sur le marché des kits avec deux rails de longueurs identiques ainsi que leurs chariots à des prix concurrentiels. C’est pourquoi, le développement a été focalisé sur la conception de deux rails identiques par axe.
Figure 9 Schémas 4 et 3 chariots
Chariots
Rails linéaires
Plaque de liaisons entre les chariots
Rail reprenant l’effort principal
Rail contrant la rotation
4.3.2 Version N°2
Pour bien comprendre le fonctionnement de la machine, consulter le chapitre 5 « Descriptif de la version finale ».
Une deuxième version est pensée en mettant les axes Y et Z sur l’avant de la poutre, cela permet de simplifier le montage ainsi que de diminuer le nombre de pièces différentes.
Figure 11 Solution N°2
Beaucoup de réflexions ont été faites pour arriver à cette solution, voici quelques « détails » de conception :
Un plan de coupe:
Figure 12 Plan de coupe
Le cadre qui entoure la poutre en aluminium est fait pour faciliter le montage ainsi que permettre l’ajustement.
Axe Y
Table X Z
Poutre
Figure 13 Coupe cadre axe X
Avec le jeu créé par les vis, ce montage peut s’adapter à la taille de la poutre en aluminium.
Voici le montage qui ne doit pas être fait :
Figure 14 Cadre axe X à ne pas faire
En effet, ce montage ne permet aucun ajustement et n’est donc pas souhaitable. Si le montage est fait ainsi, des efforts seront présents, ce qui peut créer des points durs qui affecteraient le fonctionnement.
Plaque de côté à l’intérieur
Plaque de côté à l’extérieur
Un deuxième « détail » est de mettre les chariots dos-à-dos, l’effort est transmis directement.
Pour mieux comprendre, la plaque entre les deux axes (Y Et Z) et mise en transparent :
Figure 15 Chariot dos-à-dos
L’effort est directement repris par les chariots. Cela permet une meilleure rigidité et par conséquent une meilleure précision.
La façon de monter la tête a influencé la conception, par exemple la fixation des chariots.
Il existe deux formes de chariots :
1) 2)
Pour le montage, la forme N°2 est choisie car elle permet un montage depuis le côté rail. Ce qui est indispensable dans cette conception. En effet, le point précédant montre que les chariots sont dos-à- dos. Il n’est pas possible d’utiliser le chariot N°1.
Tracé des efforts
Figure 16 Forme de chariots
Axe Y Env. 125 mm Axe X
Env. 100 mm Axe Z Env. 105 mm
Figure 17 Les axes et leur déplacement
I
H
G F
E D
C
A
B
B
B D
B C
C
Figure 18 Structure éclatée
Descriptif de la version finale
5.1 Mécanique
Voici donc la version qui a été conçue après tous ces essais :
La structure de la tête de fraiseuse est basée sur un profilé aluminium de 80x120mm (A). L’axe Y coulisse parallèlement au profilé par des chariots à billes (B) et des rails (C). Une structure en U créée par les plaques latérales (D) et la plaque supérieure (E) forme le support de l’axe Y. La plaque équerre (F) est le soutien de l’axe X qui coulisse également par des chariots à billes (B) et des rails (C). La plaque intermédiaire (G) assure la jonction entre l’axe X et l’axe Z. Ce dernier est également équipé de chariots à billes (B) et de rails (C). La plaque support de broche (H) ainsi que le support de broche (I) terminent la structure de cette tête de fraiseuse.
Pour motoriser chaque axe, un moteur (J) entraine une vis sans fin (K) et son écrou (L) par le biais d’un accouplement (M). Cette vis sans fin et guidée par le palier (N).
Pour le bon fonctionnement de la tête de fraiseuse, chaque axe est équipé de trois fins-de-course (O) montés sur des supports (P). Un activateur (Q) permet d’activer les fins-de-course supérieur et inférieur. Cet activateur a une forme de coque de bateau qui assure que le fin-de-course reste activé même si la vitesse d’arrivée et grande. Le fin-de-course « home » est activé par la tête de vis (R).
J
J
J M
M
M
N
N
N
K
K K
L L
Figure 19 Motorisation des axes
P O (supérieur)
O (home)
O (inférieur) R
Q
P
Figure 20 Fin de course axe Z
Les fins-de-course qui viennent d’être présentés sont ceux utilisés pour l’axe Z. Ceux de l’axe X ont le même fonctionnement. Voici la vue arrière de la plaque intermédiaire :
Figure 21 Fin-de-course axe X
Les fins-de-course de l’axe Y ont été incorporés de manière différente par soucis de place disponible.
Les fins-de-course (O) supérieur et inférieur sont montés sur la plaque latérale (D). L’activateur équerre (S) est utilisée comme support pour le fin-de-cours home. La tête de la vis (R) active le fin-de-cours home.
O (supérieur) R D S O (home) O (inférieur)
Figure 22 Fin de course axe Y
Voici les positions maximale et minimale des déplacements :
Figure 23 Positions maximale et minimale de tous les axes
Pour le montage ainsi que l’alignement de la tête, des trous de passage ont été faits pour avoir accès à certaines vis.
Figure 24 Trous pour montage des vis
MAX MIN
Trous pour l’accès aux vis
Figure 25 Tête de fraiseuse modélisée
Figure 26 Tête de fraiseuse montée
5.2 Électrique
Pour que la tête de fraiseuse fonctionne correctement, un module qui pilote les moteurs doit être installé. Pour ce faire, un kit module CN 4 axes a été acheté3 comprenant un écran qui gère la programmation, les moteurs pas-à-pas avec leur drive ainsi que l’alimentation 36V.
Figure 27 Kit pour la commande numérique
Ces éléments ont été montés sur la tête de fraiseuse sur une plaque en bois (T). Depuis l’avant de la machine, l’écran-ordinateur (U) est visible ainsi que l’interrupteur-sectionneur principal (V).
3 (Aliexpress s.d.) Voir bibliographie
Figure 28 Montage de la plaque en bois pour l’électricité
U V T
Lorsque l’on regarde depuis l’arrière de la machine, l’alimentation (W) est visible ainsi que les drive- moteurs (X). Pour un câblage plus aisé, les liaisons entre les fins-de-course et l’écran-ordinateur (U) se font par un bornier (Y). Il est donc plus facile de découpler la partie électrique de la partie mécanique.
L’interrupteur-sectionneur principal (V) est également visible.
Voici donc l’interface-utilisateur composée d’un écran et de différents boutons, ainsi que l’interrupteur-sectionneur principal.
Pour les fonctionnalités de l’écran, la data scheet se trouve en annexe.
Le câblage a été fait selon le schéma suivant :
V
W U
Y X
Figure 30 Plaque électrique vue arrière
Figure 29 Interface-utilisateur
Voici la tête de fraiseuse montée sur la Deckel FP1 :
Figure 32 Tête de fraiseuse montée sur la Deckel FP1
Montage et alignement
Voici les étapes pour monter et aligner la tête de fraiseuse :
1. Monter et aligner les rails axe Y pas rapport à la face supérieure des plaques latérales.
2. Monter la plaque supérieure sur les plaques latérales
3. Monter la queue d’aigle sur le profilé aluminium
Faces supérieures
Rails axe Y
Plaques latérales
Plaque supérieure
Vue de dessous Queue d’aigle
Profilé aluminium
4. Monter les chariots de l’axe Y sur le profilé alu et les préaligner.
5. Monter les plaques latérales sur la machine et aligner le tout à l’aide d’un palpeur. Le jeu dans les vis permet de faire cet alignement. Attention cela impacte directement les performances de la machine !
6. Monter la plaque équerre ainsi que les deux rails axe X. Les aligner à l’aide d’un palpeur.
Chariots
Trous pour serrage des vis
Rails axe X Plaque équerre
7. Monter les 4 chariots de l’axe X ainsi que les 4 chariots de l’axe Z sur la plaque intérmédiaire.
Ne par serrer les vis des chariots. Attention aux billes!
8. Monter la plaque intermédiaire sur les rails. Aligner la plaque et serrer les chariots de l’axe X.
Pour cela, serrer les deux vis atteignables des chariots puis enlever la plaque intermédiaire pour serrer les deux vis restantes.
9. Monter les rails axe Z sur la plaque support de broche et les aligner par rapport à la face de référence.
Chariots axe X
Chariots axe Z Plaque
intermédiaire
Vis atteignables
Plaque support de broche
Rails axe Z
Face de référence
10. Aligner la plaque support broche, puis serrer les chariots de l’axe Z de la même façon que ceux de l’axe Y. Attention la plaque support broche est libre et peut donc tomber !
11. Monter et aligner les vis sans fin, les paliers, les accouplements ainsi que les moteurs. Le montage permet d’aligner ces objets par rapport aux autres.
12. Montage des capteurs avec leur support ainsi que les activateurs Vis atteignables
Moteur
Accouplement
Vis sans fin Palier
Capteur
Support capteur Activateur
Livraison
La livraison de certaines pièces a joué un rôle dans la réalisation de la tête de fraiseuse. Pour des raisons de coûts, un grand nombre de pièces a été acheté en Chine. Cependant, certaines pièces ont eu un délai plus important que prévu, dû à la situation du coronavirus, ce qui a modifié certaines parties de la conception et a joué un rôle lors des tests et lors de la validation de la machine.
7.1 Fixations des moteurs.
Voici la conception originale :
Figure 34 Fixation moteurs avec pièces de liaisons
Les pièces de liaisons auraient garanti un alignement entre le moteur et la vis sans fin. L’alignement aurait pu être ajusté par le jeu lors du serrage de l’écrou sur le plateau mobile. L’alignement des axes motorisés aurait donc été facile à réaliser. Les pièces de liaison ne sont toutefois pas arrivées dans le temps souhaité, c’est pourquoi la fixation des moteurs a été modifiée. Voici donc la conception finale :
Figure 35 Fixation moteur sur la tranche de la plaque
Moteurs
Pièces de liaisons
Moteurs
Fixation sur la tranche de la plaque
7.2 La broche
La broche a été bloquée à la douane et n’est pas arrivée durant toute la durée du travail. La validation de la tête de fraiseuse a été fortement perturbée.
L’usinage
Pour la réalisation de chaque pièce, une mise en plan a été faite. Les mises en plan se trouvent en annexe.
Lors de ce travail de bachelor, l’étudiant a usiné lui-même la plupart des pièces. La conception a été réalisée de façon à simplifier l’usinage. La grande majorité des pièces a été faite par des opérations de perçage ainsi que du fraisage conventionnel. L’usinage n’ayant pas été fait par des professionnels, plusieurs erreurs ainsi que leurs adaptations ont été faites.
Pour l’usinage, deux machines ont été utilisées.
• Une perceuse avec table conventionnelle et affichage numérique
• Une fraiseuse Deckel FP1
8.1 Déplacement de la table de perçage
La dimension des plus grandes plaques est plus importante que le déplacement de la table de perçage.
Il n’a pas été possible de percer tous les trous des plaques avec la même prise de référence. En effet pour les plus grandes plaques, 4 prises de référence ont été faites. Des erreurs se sont introduites lors de ces prises de référence. Cela n’aurait eu aucun impact, si les plaques avaient eu les mêmes dimensions théoriques et réelles. Cependant, ces plaques ont été découpées et par conséquent n’ont pas exactement les dimensions demandées. La position de certains taraudages ainsi, que de certains perçages est hors-tolérance. Ces positions ont eu un décalage allant jusqu’à 8 dixièmes de millimètres.
Voici un schéma pour mieux comprendre :
Figure 36 Changement de référentiel
Révérentiel pour les perçages dans le carré bleu
Révérentiel pour les perçages dans le carré orange
Révérentiel pour les perçages dans le carré vert
Cette erreur a eu plusieurs conséquences :
• Un écartement plus important entre les chariots dans la longueur
• Un écartement plus important entre les chariots dans la largeur
• Un désalignement des trous
Ces 3 conséquences ont été traitées de manières différentes.
Lorsque cette erreur implique un écartement plus important entre les chariots dans la longueur, rien n’a été modifié. En effet cela diminue la course possible de 7 dixièmes. Comme le déplacement était de quelques mm supérieur au déplacement demandé, la déduction de 7 dixièmes est négligeable. Voici une vue avant pour mieux comprendre :
Figure 37 Erreur sur l’écartement
Lorsque cette erreur implique un écartement plus important entre les chariots en largeur, une adaptation de la pièce suivante a été faite. En effet, cette erreur a été vue avant que toutes les pièces soient usinées, il a donc été possible d’adapter la mise-en-plan des pièces non-usinées.
Ecartement supérieur de 7 dixièmes
L’écartement entre les perçages pour les rails linéaires a été augmenté de 7,5 dixièmes :
Figure 38 Adaptation de la mise-en-plan
Lorsque ce décalage a des conséquences sur le montage ou le fonctionnement et que les pièces ont déjà été usinées, une rectification a été faite. Voici par exemple un oblong qui a été usiné pour que le montage puisse être exécuté.
Figure 39 trou oblong
Initialement 100
Test et performance
Pour valider la tête de fraiseuse, quelques tests ont été faits. Le premier est la validation de la course, si la course réelle correspond à la consigne.
Pour commencer, un palpeur est mis sur la table de la fraiseuse et le point 0 est pris. La table est déplacée de 60mm, puis la tête de fraiseuse compense le déplacement jusqu’à ce que le palpeur indique le même point que le 0. La mesure est prise sur l’affichage numérique de la tête de fraiseuse.
Voici les résultats obtenus :
Axe X Axe Y Axe Z
Mesure 1 60.14 60.02 59.98
Mesure 2 60.13 60.04 59.98
Mesure 3 60.13 60.01 59.96
Erreur maximale 0.14 0.04 0.02
L’axe X est celui où l’erreur est la plus grande. Cependant ces erreurs peuvent être corrigées si l’on aligne la machine. En effet durant la durée du TB, la machine n’a pas pu être alignée car la queue d’aigle (pièce nécessaire à l’alignement) n’a été livrée que 4 jours avant la fin du TB. Comme le palpeur vient toucher son point de mesure sur une face sciée, selon la hauteur à laquelle il palpe, la position peut varier de quelques centièmes de millimètres. La mesure de l’axe Y ainsi que celle de l’axe Z ont été prises sur des faces nettes, elles sont donc moins sensibles à un mauvais alignement que l’axe X. Ces mesures donnent cependant un ordre de grandeur de la précision de la machine qui est de 1 dixième de millimètre.
Il est toutefois intéressant de connaitre le jeu dans les différents axes de la tête de fraiseuse. Pour connaitre le jeu, un palpeur mesurant de faibles déplacements mesure la réaction des axes lorsqu’ils sont soumis à une consigne. Celle-ci est composée d’une rampe allant de 0 à 0.1 mm, d’une rampe allant de 0.1 à -0.1 et d’une rampe allant de -0.1 à 0. Chaque rampe a une incrémentation de 0.01 millimètre.
Voici un graphique pour bien comprendre la consigne et la déviation des axes, ainsi que leur jeu.
Voici les plus grandes différences relevées lors de ce test :
• Axe X = 0.02 mm
• Axe Y = 0.014 mm
• Axe Z = 0.006 mm
Le jeu dans la vis à billes est donc de maximum 2 centièmes pour l’axe X. Cependant, ce jeu n’est pas testé sous contrainte, ce qui pourrait augmenter la valeur.
Pour valider toute la machine, il est primordial d’installer une broche, puis tester les performances d’usinage.
-0.11 -0.06 -0.01 0.04 0.09
Déviation des axes par rapport à une consigne
Consigne Axe X Axe Y Axe Z
Conclusion
La construction de cet accessoire machine ne répond pas à toutes les exigences demandées. En effet, deux points présents dans le cahier des charges n’ont pas été réalisés :
• Monter une broche capable d'entrainer une fraise 2 tailles de 6mm de diamètre dans de l’aluminium
• Tester les performances d’usinage
En effet, la broche n’est pas arrivée avant la fin du travail de bachelor. Il est donc impossible de répondre à ces deux critères. Cependant, la broche est conçue pour répondre à ces critères. La même problématique s’applique au deuxième point.
La tête de fraiseuse répond néanmoins à tous les autres points.
Les usinages nécessaires pour la réalisation des pièces ont été exécutés par l’étudiant. Cela n’était pas prévu. Toutefois la charge supplémentaire a été absorbée dans le temps imparti.
Les performances mesurées répondent aux attentes. En effet, la précision de la machine est, pour des petites courses, de l’ordre du centième de millimètre. Cela rend cet accessoire avantageux pour son agilité et pour sa précision. Les mesures faites lors des grands déplacements méritent toutefois une amélioration par un alignement de la machine.
Le montage de cette tête de fraiseuse est aisé et son alignement est réalisable directement sur la fraiseuse. Ceci a comme avantage de rattraper d’éventuels désalignements de la fraiseuse elle-même.
En effet la fraiseuse Deckel FP1 sur laquelle est monté cet accessoire a été fabriquée au milieu du 20ème siècle. De ce fait, des jeux commencent à apparaitre sur ses différents axes. Il est donc avantageux de pouvoir adapter l’accessoire à la machine elle-même.
L’effort lors de la conception de cette tête de fraiseuse a été mis dans la rigidité de la tête tout en répondant aux contraintes de coût ainsi qu’à la facilité d’usinage. En effet chaque axe est composé de deux rails ainsi que de quatre chariots à billes. De plus l’effort traversant la tête est le plus court possible assurant ainsi cette grande rigidité.
L’usinage nécessaire à l’élaboration de cette machine est simple, ce qui permet à une personne ayant à disposition une fraiseuse ainsi qu’une perceuse à colonne, de réaliser cet accessoire.
Références
s.d. Aliexpress. Accès le 07 17, 2020.https://fr.aliexpress.com/item/33009236189.html?
mp=1&af=886947&utm_campaign=886947&aff_platform=link-c-
tool&utm_medium=cpa&afref=https%3A%2F%2Fshoppingcart.aliexpress.com%2Fshopcart%
2FshopcartDetail.htm%3Fspm%3Da2g0o.home.1000002.2.2eeb3319lpyi8q&dp=ae682.
s.d. Banggood. Accès le 05 28, 2020. https://www.banggood.com/fr/2415-Heavy-Duty-CNC-Router- Wood-Engraving-Cutting-Machine-Spindle-Motor-Engraver-240x150x70mm-p-
1293283.html?gpla=1&gmcCountry=CH¤cy=CHF&createTmp=1&utm_source=googles hopping&utm_medium=cpc_bgs&utm_content=xibei&utm_campa.
Lathes, Tony. s.d. lathes. Accès le 07 22, 2020. http://www.lathes.co.uk/deckel/index.html.
