SentierBattu

Routeur grand format libre

Contributeur·ice·s

Cedric Blux Philippe Bonnet Eric Chotard

Statut du projet

Prototype

Statut de la publication

License

CC-by-3.0

Inspiration

http://www.mechmate.com/

Fichiers source

Machines

Matériaux

Metal electronique

Lien

Sommaire

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

Fichier:SB01.zip

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 électro érodé pour les adapter aux clavettes des axes des moteurs.

l'axe du moteur a clavette et le pignon brut.
La machine pour l'électro érosion par fil.
Programmation de la machine.
Prête à électro éroder.

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/électronique

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.

Câblage

Moteurs

c'est des goldenMotor PK296AE-SG7.2

0,25° /pas

5Nm

4,2A/phase en parallèle

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'électro-érosion 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 problèmes que le dessin n'a pas permis d'anticiper.

-Jour7 Test du tableau électrique 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 châssis ne poseront pas de problème 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):

accastillage armoire

Refaire proprement et solidement le câblage.

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’accastillage

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 électrique 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:SchemaGlobal03.qet à ouvrir avec [2]

fabriquer ou trouver une boite pour la carte à mettre dans l'armoire
réaliser le câblage 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 contrôle avec trois sorties :

P2.7 : direction
P2.5 : marche
P2.6 : 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

3 sorties MOSFET de la smoothieboard sont utilisées pour commander le variateur de la broche.

commande du variateur de vitesse

Un circuit supplémentaire (smothie-to-variateur sur le schéma de cablage) est nécessaire pour :

convertir les sorties on/off 3,3v en 24v pour les commandes RUN et REVERSE
convertir une sortie pwm 3,3V en signal analogique 0-10V pour le contrôle de la vitesse

Une nappe avec 2x3 connecteurs sert à relier ce circuit à la smoothie board (connecteur P2). Une autre nappe sert à relier le circuit au variateur (connecter P1)

Run - Reverse

Speed

Circuit

Le circuit a été modélisé avec Kicad afin de graver un PCB avec la modella MDX20.

(Le pcb au format svg : [[3]]) (Le circuit au format kicad : Fichier:Smoothie2variateur.zip)

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

Media:CNC_jupe.stl.tar.gz

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

Création du gcode avec fab_modules/kokompe

adaptation du Gcode

fab_modules est déjà utilisé à Plateforme C pour commander la fraiseuse MDX200 et la découpe vinyle à partir de fichiers raster (.png) et vectoriel (.svg) et a fait ses preuves avec ses deux machines. Il est donc envisagé de l'utiliser pour produire le gcode pour sentier battu.

Cependant, comme pour la découpeuse laser et le plugin inkscape laserengraver, le gcode brut sorti de fab_modules ne peut pas être compris directement par le firmware de la smoothie. Les modifications à apporter sont les suivantes :

passage au système métrique (facultatif),
ajout de G01 devant toutes les commandes de déplacements,
contrôle de la vitesse de la broche : M03 SXXX avec XXX entre 0 et 255 au lieu de SX avec X en rotations par minutes,
contrôle de la vitesse d'avance avec G01 FXXX dans l'entête du gcode, puis G01 FXXX à chaque fois que la vitesse d'avance est modifiée par la plongée de la broche (par G01 Z0.0 F150.0) sans quoi la vitesse d'avance resterait celle de la broche.

fonctionnement de fab_modules/kokompe

fab_modules est composé d'exécutable codés en C, commandés à travers une interface graphique en python.

fab_modules utilise un format pivot (stocké dans des fichiers avec une extension .path) qui peut être créé a partir de différentes sources à l'aide d'une série d'exécutables (svg_path, png_path ...) puis transformé en commande machine dans différents formats par une autre série d'exécutables (path_camm, path_rml...). Il suffit donc d'adapter l'exécutable qui transforme le format path en gcode qui s'appelle path_g, son fichier source path_g.c se trouve dans src/core.

modifications apportées au fichier path.c

Les numéros de ligne correspondent au fichier originale (version du 31 juillet 2014)

passage au système métrique

ligne 23 : units =1
ligne 45 : remplacer G20 par G21

commande de la broche

ajouter une conversion du nombre de tour par minutes en pwm (pwm = -1,13384e-7 rpm^2 + 0.0133754 rpm - 0,133952)
passer le réglage de la vitesse de rotation (ligne 54) directement au moment du choix du sens de rotation (ligne 58)
adapter le temps de mise en route de la broche (ligne 59) de P1 (1ms! erreur dans les commentaires) à S5 (5 secondes)

vitesses d'avances

ajouter G01 au début des lignes définissant et redéfinissant la vitesse d'avance (lignes 53, 86, 91)

déplacements

ajouter G01 au début de chaque ligne commandant un mouvement (lignes 108, 117, 138, 141)

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.

Armoire de commande
- Quelle position ?
  - Discussion à tenir sur les contraintes :
    Centrage, Hauteur, Distance du châssis (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.
- Fabrication du support :
  Pour l'instant nous avons avons conçu un support (provisoire?) en aglo de récupération.
  - Une fois décidée la position...
- Câblage

Juin 2014

Câblage restant :
- ~~Poussoir façade~~
- ~~Arrêt urgence -> confirmer point de raccordement.~~

Aspirateur
- Imaginer le système d'aspiration autour de la broche :
  - Contraintes de cheminement du tuyau.
  - Nécessité de ne pas gêner le déplacement du chariot.
- Raccordement flexible chariot <-> aspirateur
  - Nous envisageons d'installer un tube PVC solidaire du chariot Z pour raccorder le flexible d'un côté et le collecteur de l'autre.

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.
- .../...

Chariot
- Prévoir le réglage des galets.

La machine commence à ressembler à quelque chose :

Juillet 2014

Aspirateur
- Mise en place de la centrale d'aspiration

METABO SPA 1200 aspirateur à sciure

Caractéristiques techniques :

Dimensions L x L x H 830 x 450 x 1.600 mm
Vide maximum 1,600 Pa
Débit maximum 900 m³ / h
Surface du filtre 1 m²
Raccord de tuyau Ø 100 mm
Capacité du sac à puce 65 L
Tension secteur 220-240 V
Puissance absorbée nominale 0,55 kW
Poids 22 kg

-

- Fixation du cheminement du tuyau d'extraction en utilisant tube d'évacuation PVC de diamètre 100 mm.
- Le tuyau est fixé le long du mur en utilisant des cales en bois pour garder le passage des gaines électrique déjà présente
- Maintient du tuyau au centre de la table par un câble acier dont l’extrémité est serrée par un ensemble boulon/écrou comportant un perçage du diamètre du câble
- Mise en place du tuyau souple pour ne pas gêner le déplacement du chariot. Le diamètre du tuyau près de la tête ne peut être supérieur à 50mm
- Essai avec une réduction de diamètre de 100mm à 50mm pour le tuyau souple et le tuyau allant sur la tête

- Nous envisageons d'installer un tube PVC solidaire du chariot Z pour raccorder le flexible d'un côté et le collecteur de l'autre.

Septembre 2014

Raccordement flexible autour de la broche <-> aspirateur
- Dessin avec OpenSCAD d'une adaptation pour canaliser les copeaux vers l'aspiration
- Les fraises sont de différentes hauteur en fonction du diamètre, nous avons relevés 3 hauteurs différente parmi les fraises que nous disposons à ce jour
- Nous avons fait le choix de définir la tête en 3 parties :
- - le support autour de la tête de la fraiseuse qui sera fixe
- - la jupe qui viendra se fixer sur le support la hauteur sera adapté à l'outil utilisé, à ce jour il sera nécessaire de réaliser 3 hauteurs différentes
- - les balais qui seront fixés sur la jupe par collier de serrage pour garder la souplesse en fonction de la hauteur de passe

UPN: OpenSCAD Vue de dessus
UPN: OpenSCAD Vue de dessous
UPN: Support vue de dessus
UPN: Support vue de dessous
UPN: Jupe vue de dessus
UPN: Jupe vue de côté

- Essai avec une réduction de diamètre de 100mm à 50mm pour le tuyau souple engendre un perte d'aspiration, solution abandonnée
- Utilisation d'un tube rectangulaire pliant du type Tpl 200 pour garder le volume d'aspiration