Présentation de ma machine

Au printemps 2017 j'ai assemblé et customisé la fraiseuse numérique dont je rêvais : l'OMM PRO de X. Hinault.

C'était un défi pour moi car je n'ai aucune compétence, ni en électronique ni en programmation, et je ne connaissais alors les Arduinos que de nom.

Le fait que cette CNC en kit, conçue par un fablaber, très intéressante par sa taille et ses capacités, soit produite en Bretagne, avec une documentation abondante, des tutoriels variés, sans compter la présence en ligne constante et rassurante de X. Hinault pour guider le néophyte et débloquer la situation en cas de doute, etc., m'a encouragé à enfin me 'jeter dans le vide'... et je ne regrette pas !

Elle a déjà travaillé énormément ces derniers mois.

Mes choix pour générer les fichiers Gcode et piloter la CNC

• Malgré quelques réticences, pour la découpe 2D je me suis tourné vers bCNC : une appli puissante (orientée vers le fraisage 2D et un peu 2.5D) pour générer les fichiers Gcode à partir de fichiers vectoriels de type polyline (au format dxf), puis les envoyer directement dans GRBL... mais parfois sa logique est déroutante quand on commence à le prendre en main : il existe très peu de documentations vraiment concrètes et bien illustrées en français.
• J'ai aussi testé souvent en 2017 la version gratuite (0.8) et limitée de CamBam : le logiciel me plaisait bien et il m'arrivait parfois d'y revenir pour certains cas précis. Depuis que, très récemment, j'ai découvert qu'un plugin ("GRBL Machine") insérait dans le menu une petite icône Grbl permettant d'ouvrir une fenêtre afin de piloter directement l'Arduino de ma cnc, j'ai franchi le pas et acheté la licence. Et je ne regrette pas ! Documentation très complète et en français (grâce à un passionné). Je peux enfin, avec ce logiciel, dépasser facilement et rapidement les limites de bCNC : détection intelligente des îlots à préserver dans une poche, génération automatique et très réussie des dégagements d'angles pour les assemblages (plus besoin de les dessiner un à un en dessin vectoriel), très nombreux 'plug-in' qui enrichissent énormément les possibilités d'usinage et, enfin, passage de la 2.5 à la 3D ce qui était au début mon souhait. Bref, un logiciel expert qui me suffit plus qu'amplement et me convient parfaitement. Seul regret : la fenêtre de GRBL Machine est beaucoup trop petite sur le mini écran de ma cnc pour y voir quelque chose et la piloter comme il faut tant les icônes sont alors minuscules. Finalement, je passe donc par une autre appli gratuite, simple et efficace, pour lancer mes fichiers Gcode 3D : Candle.
  

 Une CNC qui a évolué (2016-2018)

J'aime bien cette machine et j'aime aussi en modifier des détails, au gré de mes envies et autres petites idées d'améliorations ponctuelles.

• Après l'assemblage, j'ai décidé de lui fabriquer un solide support sur roulettes (indispensables pour ranger quasiment "au chausse-pied" une machine imposante dans mon atelier bois déjà très encombré), mais aussi agréable et fonctionnel (chutes de mélèze et plaques de MDF) avec, à l'avant, un grand tiroir contenant l'informatique de pilotage (Nano PC Shuttle et mini écran), la doc, la boîte de rangement de mes fraises, etc.) et un bloc en fine tôle d'alu regroupant toutes les commandes électriques nécessaires : alimentation générale ; éclairage latéral par deux bandes de leds (ma petite touche personnelle... que je ne regrette pas, surtout quand il faut régler finement la position Z de la fraise dans mon atelier mal éclairé) ; alimentation des moteurs Nema 23 et de la broche Kress ; bouton poussoir d'arrêt d'urgence. Un collègue de notre ex-fablab, André, m'a bien aidé en réalisant pour moi le schéma électrique précis de cette installation.

• En décembre et janvier, je l'ai l'équipée d'un nouveau support de broche, que j'ai dessiné et imprimé en 3D, intégrant un système fixe d'aspiration (Ø 35 - cf. le diaporama ci-dessus) : j'ai donc modifié l'ancien dispositif de fixation et conçu mon nouveau support – tout rouge – placé dans le prolongement de la bride haute que j'avais déjà créée à l'époque de l'assemblage de la machine. En plus de l'intégration d'une buse d'aspiration, ce berceau très rigide permet également de descendre à présent la base du support au même niveau que la plaque de fixation des tiges rondes du Z : cela fait toujours quelques risques en moins de collision de cette plaque contre un obstacle ! Après avoir beaucoup tâtonné pour la semelle souple (je voulais éviter le recours aux poils de brosse, souvent utilisés, mais qui masquent la vue de la fraise), j'ai trouvé enfin le plastique souple et transparent à la bonne épaisseur (au prix d'un amincissement par rabotage !) pour ne pas trop perturber les mouvements de la broche : les découpes assez larges des lanières alternées sur deux hauteurs empêchent l'aspiration puissante (car elle est entièrement concentrée sur l'axe de la broche grâce à un déflecteur) de trop les plaquer vers la fraise.
  
• J'ai aussi changé le moteur Néma 23 d'origine du chariot Z par un "Néma double" (proposé sur le site de l'OMM PRO), plus apte à maîtriser la tendance du chariot à descendre trop facilement au-delà de ce qu'on lui commande, en raison du poids de l'ensemble mobile : il faut dire que j'avais opté, à l'achat, pour la version longue des barres du Z (pour la possibilité par exemple de fraiser un objet déjà assemblé et assez haut, de faciliter plus tard la pratique de la vraie 3D, etc.).
  
• Cette même option impose donc des plaques en Compact plus hautes pour le chariot Y, donc plus sensibles à une légère élasticité latérale quand le chariot X est en mouvement : même si cela n'a rien de bien grave, de petites ondulations sont nettement plus visibles sur la tranche des découpes droites issues du chariot X que sur celles du chariot Y. Je voudrais donc construire une sorte de 'plateau rehausseur' avec un martyr finement réglable – un peu sur le principe des plateaux d'imprimante 3D dont on peut ajuster le niveau, mais avec plus de rigidité – qui me permettrait de fixer les plaques à découper environ 15 cm plus haut : la broche sera alors en position haute et plus près des guides à billes ce qui, je l'espère, réduira nettement l'élasticité latérale lors de la découpe. Et, enfin, si cette solution n'améliorait pas assez les choses à mes yeux, il se peut aussi que je teste un doublage des plaques du chariot Y pour les durcir davantage !
  

Mise à jour le 14-02-2020

Une CNC... qui a fini d'évoluer ! (février 2020)

• Tout ce que j'avais envisagé ci-dessus vient de trouver son achèvement. Il y a 2 ans, après avoir déjà remplacé le moteur Z par un Nema 23 double, j'ai décidé d'étendre cette amélioration à tous les autres moteurs. Puis j'ai commencé à 'durcir' les plaques du chariot Y  !

- Pour les moteurs doubles Y, j'ai dû recourir à un nouveau type de fixation : au départ je les avais placés comme les anciens, en trichant un peu pour qu'ils restent entre les deux connecteurs en hpl, sur leur platine en PLA. Mauvais choix ! Cela repoussait tellement l'espace de travail vers l'avant que, en bout de course,  la fraise se retrouvait à travailler sur 10 cm environ dans le vide. Une perte importante. J'ai donc décidé plus tard de les fixer directement à l'arrière des plaques en hpl que j'ai redessinées pour créer les trous de fixation et le passage de l'axe : cette fois tout allait bien ! J'en ai profité pour redécouper le modèle 'avant' normal dans mes chutes de hpl pour avoir la même couleur à l'avant et à l'arrière : quand on est maniaque...

- Dans le sens du mouvement Y, les plaques du chariot – étant donné leur grande largeur – ne posent aucun problème. Mais dans le sens du mouvement X, même si leur matériau (hpl) est très rigide, il y a de l'élasticité qui s'ajoute à celle de la broche en position très basse : je constatais souvent que lors de la découpe de matériaux durs, même avec des passes réduites, la fraise de 3 mm broutait parfois et faisait vibrer la broche lors de mouvements en X ou par ex. en diagonale, ce qui n'était pas le cas dans les lignes droites en Y : j'ai donc décidé de renforcer les plaques Y en ajoutant comme entretoise une plaque en médium de 6 mm (que j'ai ajourée au maximum) et une autre plaque en hpl. Ayant remarqué aussi que, même avec la broche en position la plus haute, il me restait un espace assez important entre la plaque basse du chariot Z et les profilés du chariot X, j'ai ajouté dans cette partie haute deux banals tubes alu rectangulaires (donc légers) verrouillant encore davantage toute possible élasticité dans le sens X. J'en ai profité pour retirer mes rubans de leds fixés à l'origine sur les profilés du chariot Y, pour les coller sous ces tubes alu : l'éclairage vient ainsi de plus haut et suit le mouvement du chariot !

• Dernier chantier : si mon chariot Y est à présent très rigide, par contre les tiges du modèle long du chariot Z travaillent quasiment toujours en position la plus basse, donc loin de leur point de maintien (les douilles à billes) : je n'ai quasiment pas eu jusqu'ici à usiner d'objets vraiment hauts justifiant mon choix à l'achat de l'option haute. Je pensais alors que "qui peut le plus"... Il restait donc encore à régler cette source d'élasticité, cette fois sensible dans le sens Y ! Un dernier projet (déjà énoncé en 2018) devenait donc légitime : hausser la table de travail. Je voulais créer un système amovible et permettant un réglage fin de la table, avec de puissants ressorts, un peu comme sur les imprimantes 3D.

- J'ai acheté un gros ressort (diamètre du fil : 5 mm, diamètre du ressort : 30 mm et tangage : 11 mm) : je l'ai modélisé dans FreeCAD et ai dessinés des platines à imprimer en 3d de 60 mm de diamètre avec, entre autres, un sillon spécial pour maintenir ces morceaux découpés bien à plat et d'aplomb : pour ce sillon, il me fallait passer par une opération de soustraction, mais avec un dessin du ressort modifié, afin de creuser la platine sur une hauteur plus grande que le seul rayon du fil (cf. la deuxième image ci-dessous). J'ai prévu un trou central de 11,5 mm de diamètre pour le passage facile d'une tige filetée M10 pour la compression des ressorts. Je me suis arrangé pour que les 4 ressorts aient environ une possibilité de 2 cm de compression : entre 1 cm et 1,5 cm pour la compression de maintien et le reste pour le réglage fin de la table en valchromat noir de 19 mm.

- Le dessous d'une plaque en médium a été fraisé à la défonceuse pour encastrer des morceaux de fer plat taraudé (M6) pour la fixation des pièces à usiner sur le martyr. J'ai vissé une plaque de valchromat de 8 mm sous celle-ci pour maintenir les fers plats. Il ne restait plus, après les perçages nécessaires, qu'à fixer cette table réglable munie de ses 4 platines et des 4 ressorts sur une autre plaque (celle qui reposera et sera vissée sur le martyr d'origine) avec elle aussi 4 platines et, vissés dessous, 4 morceaux de fer plat taraudés (M10) pour la compression des ressorts. Je pensais devoir réaliser 2 ceintures s'emboîtant l'une dans l'autre avec une manette de verrouillage pour empêcher les éventuels petits mouvements latéraux de la table de travail, à cause des ressorts : c'était inutile, la rigidité est très grande. Je suis donc content d'avoir choisi un diamètre assez important pour les platines et un ressort très costaud !

- Une fois l'ensemble (assez lourd !) fixé sur la cnc, il fallait vérifier le réglage du nouveau plateau. J'ai commencé avec une règle pour réduire les plus grands écarts, puis j'ai utilisé bCNC pour déplacer le chariot au 4 angles, à 10 cm environ des bords : auparavant j'avais fixé sur la broche une fraise au rebut et au bout arrondi à la meule, puis réglé le Z à la hauteur du premier angle avec un petit cylindre en cuivre (récupéré d'un vieil ordi) posé sur la table : ainsi, une fois ce cylindre retiré, il n'y avait pas à modifier la hauteur de Z pour déplacer le chariot vers un autre angle : je voyais alors s'il y avait du jeu ou le contraire à compenser sur les autres angles. J'ai procédé ainsi par tâtonnements, jusqu'à être satisfait. Une dernière vérification restait à faire : le milieu de la table. Mauvaise surprise... à laquelle je m'attendais un peu : le fait d'usiner ce plateau dont la bonne planéité avait été vérifiée, de lui avoir adjoint une plaque de valchromat de 8 mm (pourtant vissée et non collée pour tenter d'éviter les ennuis) avait provoqué un très léger bombage. C'était donc l'obligation et l'occasion pour moi de pratiquer un surfaçage de la zone maximale de travail de la cnc sur cette table, avec le plugin "Flatten" de bCNC que je testais pour la première fois : j'en ai profité pour que la profondeur de cet usinage soit un peu plus importante que celle à atteindre, afin que cette zone devienne une "poche" où serait calé un martyr dépassant un peu le haut de la table. Pour le moment, c'est une chute de mélaminé de 8 mm (c'est un peu trop épais) qui remplit cet office : je commanderai bientôt du pvc rigide de 3 ou 4 mm, matériau que ma cnc usine très bien, sans lubrification nécessaire (mon système d'aspiration réduit la surchauffe) avec une fraise 1 dent. Ce martyr me donne en même temps un repère précis pour les dimensions d'usinage à ne pas dépasser : c'est plus pratique que mes anciens bouts d'adhésif rouge collés sur les profilés et les chariots pour me repérer à l'œil lors des survols de vérification avant usinage.

Assez parlé, voyons tout ça !