SentierBattu
Routeur grand format libre
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contexte
Dans le cadre d'un Fablab, les étudiants d'I2P(Innovation Produit Process) de l'IUT de Nantes-carquefou et les membres de Ping conçoivent, du 10 avril au 19 avril 2013, un ROUTEUR CNC LIBRE.
Le court délai entre la décision de réaliser le workshop et son début a limité l'optimisation de la machine. On pourrait faire moins cher et plus simple... V2 ?
cahier des charges
Réalisation d'un routeur CNC
Des plaques de contre-plaqués 1250*2500 pourront être usinées. L’outil est conçu démontable. La conception suit les principes du libre, il est réalisable dans la majeur partie avec des outils standards d'un fablab.
liste du matériel
Fichier:Bill.materials.zip (liste from scratch)
Conception 3D
Les élèves ont modélisé la machine sous catia.
le fichier step est téléchargeable ici
pièces spéciales
même si la machine est conçue pour être le plus facilement reproductible, certaines pièces sont tout de même spécifiques
ou nécessitent un travail spécial
- Les engrenages reçus vont être électroérodé pour les adapter aux clavettes des axes des moteurs.
l'axe du moteur a clavette et le pignon brut.
La machine pour l'électroérosion par fil.
Programmation de la machine.
Prête à électroéroder.
- La vis sans fin doit être adaptée pour l’accoupler au moteur. Vu la dureté de cette vis, un test d'usinage au tour traditionnel a été réalisé en amont. La vitesse et l’outil ont été établi pour le tournage qui va suivre.
Tournage de la pièce.
L'échantillon ayant subi un test d'usinage au tour traditionnel.
circuit électrique/electronique
Plus ou moins standard, le circuit sera piloté par GRBL via un arduino.
Les composants ne sont pas tous libres, du fait de la difficulté de trouver des contrôleurs moteurs puissants en open hardware par exemple.
Schéma
Le schéma est réalisé avec Qelectrotech , logiciel libre d'électrotechnique
alimentation 220v
circuit 24V
commande Arduino
Au niveau de la sécurité de la machine, si la broche est correctement carénée, on a pas besoin de redondance dans le circuit.
Cablâge
Moteurs
c'est des goldenMotor PK296AE-SG7.2
0,25° /pas
5Nm
4,2A/phase en parallele
C'est des moteurs 8 fils
ils sont accouplés en parallèle
Controleurs moteur
ce sont des Gecko drive G201X
il faut régler les switches pour une configuration correcte :
courant de 4,2A :
- 1:on - 2:off - 3:off - 4:off - 5:on
auto standby : le moteur consomme 70% de son courant nominal à l'arrêt : oui :
- 9:on
taile nema 34 :
- 10:off
Configuration de GRBL
nombre de pas par millimètres
les moteurs font 0,25°/pas
Le driver est réglé à 10 microstep
360/0,25 = 1440 pas/tour
Y : pignon de 15 dents : 94,245 mm/tour
$1=15.279 (y, step/mm)
X : pignon de 16 dents : 100,528 mm/tour
$0=14.324 (x, step/mm)
Z : vis à bille : 5mm/tour
$2=288 (z, step/mm)
inversion du commutateur de marche
$15=0 (invert step enable, bool)
fins de course activés
$16=1
finalement non : ça marche pas
Chronologie
- Jour1 Présentation du projet aux étudiants Conception numérique avec leur outil numérique catia: [1] A la revue du soir les grandes lignes sont tracées. Cédric conçoit le schéma électrique et électronique à base d'arduino de la machine.
-Jour2 La recherche sous catia continue.
A l'atelier les découpes des UPN commencent ( 8 UPN de 1750-100*50 et les deux UPN guides 2000*?) reste deux chutes de 100*100.
UPN: U à profil normal
It's long...isn't it?
Sciage de l'UPN avec scie à ruban automatisée.
Les divers profilés utilisés.
L'electroérosion des engrenages pour mettre des clavettes aura lieu lundi.
Réalisation du rail de guidage à la "belotti" : on fait une maquette du rail qui arrivera trop tard de manière à préfigurer le montage.
Rails de guidage.
Usinage des rails.
Pour la vis sans fin la solution proposée est de l'usiner au tour sur 80(mm) afin d'accoupler la vis à l'axe du moteur. La vis étant traitée pour renforcer la dureté du pas de vis des test ont été nécessaire. Après avoir trancher un échantillon (cf. pièces spéciales), des test d'usinage ont été réalisé pour déterminer le choix de l’outil et les vitesse ( nombre de tour minutes et avance de l'outil vers la pièce) Les poulies de guidages ont été usinées au tour traditionnel.
9 Giga de données dans la base de données de l'iut ont été produits entre hier 9h40 et aujourd'hui 17h15!!! ( bon y a quelques doublons )
-Jour3 L'éléctroérosion a eu lieu. Les rails de guidage ont été fini à la belotti. Découpage au plasma des équerres du châssis. Découpage au plasma des plaques de l'axe Y. Découpe des profilés Bosh. Montage des profilés Bosh.
-Jour4 Montage du châssis Implantation des éléments électriques d'alimentation et de commande dans le boîtier électrique.
-Jour5 Montage des pieds et soudage des équerres. Retournement du châssis. Installation des crémaillères. Évaluation de la place de l'axe Y mobile par rapport aux crémaillères.
-Jour6 Installation des moteurs Installation des axes sur la machines. Test de déplacement du chariot. Découpage au plasma des plaques nominatives(I2P, Sentier battu, PING) Alésage et rectification de divers partie CAR on découvre au montage des problémes que le dessin n'a pas permis d'anticiper.
-Jour7 Test du tableau electrique Ok. Test1 moteur Ok un arduino 0 Cédric 1 arduino game over. Réglage des axes presqu'OK Questionnement sur le démontage de la machine et son installation dans le Hangar plateformeC. A l'IUT c'est facile les 4-500kg de chassis ne poseront pas de probléme au pont pour le mettre sur le camion. Par contre le camion ne rentre pas dans le lieu d'installation donc IL VA FALLOIR DU MONDE POUR MANUTENTIONNER. Test2 moteur l'arduino gère bien le nombre de pas, de tour...comme prévu. Test sur les autres axes du moteur couplé à l'arduino. Installation des moteurs. Test sur la machine.
-A noter
De nombreuses tâches n'ont pas été détaillé car une équipe de plus de 20 personne dispersée sur les divers poste ne permet pas qu'on sache en temps réel ce qu'il se passe pour des béotiens.
MAIS nous allons avoir un beau document réalisé par les étudiants qui nous permettra de compléter cette chronologie.
corrections à faire
electronique/electricité
les drivers Y sont doublés alors que ce sont les X qui ont deux moteurs
Lobotomisation avec la smoothieboard
cablage des fins de course
pilotage de la broche
découpe laser de la chenille : ChaineDeCable
Session de mise au point Hiver 20134-2014
Après avoir installé l'atelier, repeint les pièces et remonté la machine et réalisé un premier réglage mécanique, il nous reste un certain nombre de choses à faire (dans l'ordre chronologique):
acquastillage armoire
Refaire proprement et solidement le cablage.
Quasiment fini par cédric
reste à fixer l'armoire : sans doute au sol, indépendante de la machine (mais liaison de la masse de la machine)
créer une fixation pour le smoothieboard
j'ai modélisé un système de fixation pour la smoothieboard dans l'armoire :
Fichier:SmootieBox.stl Fichier:SmootieBox.scad
Fabriquer une chenille à câbles et fignoler l'acquastillage
Les câbles sont posés pour évaluer leur longueur
installer les AU à chaque bout du chariot
Passer de l'arduino à la SmoothieBoard comme carte de pilotage
mise à jour du schéma electrique en faisant figurer la smoothie
Travail réalisé par cédric.
Le logiciel utilisé n'étant pas très pratique, j'ai renoncé à dessiner la smoothieboard, mais les câblages sont tracés
J'utilise les sorties mosfet de la smoothie pour fournir la commande 24V du variateur (6mA)
alim 220v
circuit 24v
Smoothieboard
Variateur Broche
Fichier:SchemaGlobal02.qet à ouvrir avec [2]
- fabriquer ou trouver une boite pour la carte à mettre dans l'armoire
- réaliser le cablage de la commande : utiliser des nappes et tortiller les fils
- vérifier et/ou implémenter les fins de course MAX
- tester
- affiner les réglages
configuration de la smoothieboard
à part les sorties des moteurs, il faut configurer la broche (spindle en anglais)
http://smoothieware.org/spindle-control
elle se controle avec trois sorties :
- P2.7 : direction
- P2.5 : marche
- P2.4 : vitesse (0-10V)
Implémenter le pilotage de la broche
- mettre à jour le schéma électrique (voir P14 de la doc deu controleur broche)
le contrôleur est du modèle DSR22 (monophasé 2,2Kw) : http://www.tdemacno.com/en/108-DS-serie-R.html
- configurer le variateur
- tester
Configuration du variateur
La documentation de ce vario : Fichier:ControllerBrocheTYPE R.pdf
à chaque réglage : C-00 pour stocker les réglages
Implémenter l'aspirateur à copeaux
- acheter un aspirateur adapté
- réaliser les pièces d'adaptation à la découpe laser
accastillage
Pour la broche
c'est une fimec HM73D-06D : 220V, triphasée 1,5Kw, 18 à 24000t/m
attache d'outil de type ER25
Grace à metalobil, j'ai trouvé un fournisseur d'outils pas trop loin : http://tap-tools.com , à Chatellerault
Travaux en cours
Avril 2014
Relance des finitions :
- Boîtier électrique
-
Le perçage des ouvertures de ventilation nécessite la dépose du tableau. Nous en profiterons pour remplacer la carte Smoothieboard. -
Le choix du ventilateur n'est pas encore fait, donc attente pour connaitre la dimension du trou. - La nouvelle carte Smoothieboard est en place.
-
- Fixation du moteur X
-
La pièce de fixation du moteur n'est pas correcte, elle nécessite un fraisage pour réduire l'épaisseur et le fraisage de deux des orifices pour permettre d'utiliser des vis à tête fraisée. -
Il sera nécessaire de démonter le chariot pour installer le support du moteur. A cette occasion il faudra désaxer le chariot de 1cm vers l'arrière. - Update 22/04 :
- Le fraisage n'a pas suffit, nous avons réhaussé le chariot en intercalant des pièces en alu (2mm) entre le chariot et les galets de guidage.
- Par la même occasion nous avons légèrement décalé le chariot vers l'arrière (5mm).
-
- Fins de course
- Modification du câblage pour utiliser le contact normalement fermé (à valider au niveau soft -> OK).
- Mise en place d'un arrêt sur les câbles (mousse + colier de serrage) pour eviter l'arrachement.
- Recherche du meilleurs positionnement et du mode de fixation -> MaxZ, MinZ, MaxX, MinX OK.
- Passages de câble
- Mise en place d'une équerre pour maintenir les câbles non mobiles dans le profil alu du support de chariot -> OK.
- Prévoir des pattes pour maintenir les extrémités des différents câbles -> OK.
- Poser les chemins de câble articulés -> ok
pour celui du pont, reste les fixations à imaginer pour l'autre.
- Broche
- Câbler le connecteur -> OK.
Mai 2014
- Structure alu
- Remplacer les boulons trop cours 12x15 par 12x40. -> OK.
- Câblage
- Fin de courses :
- Poser les deux derniers MinY et MaxY -> OK.
- Concevoir une protection. -> OK
- Installer et connecter la bande Led sous le chariot. -> OK
- Installer les arrêt d'urgence -> OK.
- Fin de courses :
- Chariot
- Prévoir les réglage des galets.
- Armoire de commande
- Quelle position ?
- Discussion à tenir sur les contraintes :
Centrage, Hauteur, Distance du chassis (place pour une éventuelle cloison), Longueur du câble le plus court.
Finalement après avoir inversé les câble "Broche" et "Moteur X", on a récupéré de la souplesse pour le positionnement de l'armoire.
- Discussion à tenir sur les contraintes :
- Fabrication du support :
Pour l'instant nous avons avons conçu un support (provisoire?) en aglo de récupérartion.- Une fois décidée la position...
- Câblage
- Quelle position ?
Juin 2014
- Câblage restant :
-
Poussoir facade -
Arrêt urgence -> confirmer point de raccordement.
-
- Aspirateur
- Imaginer le système d'aspiration autour de la broche :
- Containtes de cheminement du tuyau.
- Nécessité de ne pas géner le déplacement du chariot.
- Raccordement flexible chariot <-> aspirateur
- Nous envisageons d'installer un tube PVC solidaire du chatiot Z pour raccorder le flexible d'un côté et le collecteur de l'autre.
- Imaginer le système d'aspiration autour de la broche :
- Méthode de test à la mise en route
- Débuter sans connexions des moteurs et broche -> OK
- Connexion des moteurs -> OK
- Paramétrage Smoothieboard
- Vitesse max des moteurs.
- Sens de rotation.
- .../...
La machine commence à ressembler à quelquechose :
