Projets:Perso:2020:CharlyIsel

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Retrofit de CNC CharlyRobot génération Isel


La CNC CharlyRobot modèle PM1 30 / 2266 (39x23) le jour de son arrivée, poussière comprise, accueillie par la Proxxon CNC MF70

Pour qui, pourquoi ?

Pour tous ceux qui n'ont pas la patience de plancher sur un hypothétique cahier des charges, lequel de toute manière ne saurait être défini puisque reposant sur le principe de la permanence des choses...

Pour ceux, également, qui ont mis la main sur une de ces nombreuses machines achetées par l'Education Nationale et qui se retrouvent sur le marché des "secondes mains".

Pour ceux, enfin, qui ne possèdent pas le moindre iota de connaissance mécanique et qui sauront supporter les approximations et trahisons de l'auteur.

La logique de contrôle

Ce projet est en fait le résultat d'une confluence : l'arrivée inopinée d'une fraiseuse CNC Proxxon d'occasion vendue à faible prix (et spottée par F4GRX, qu'il soit béni) et la découverte, toujours pour un prix plus qu'attractif, d'un châssis de Charlyrobot motorisation et structure Isel. Les deux projets, chacun à un stade différent, seront menés de front compte tenu de la similitude des opérations à conduire. Une description de modernisation d'un châssis strictement identique se trouve sur le forum Usinages

Une première électronique de pilotage destinée à la fraiseuse Proxxon est en cours de construction, et sert de projet préparatoire avant l'attaque du "gros" chantier Charly.

Electronique de contrôle de la CNC Proxxon réalisée en un peu moins d'une semaine de travail

Sur les conseils de Sebastien, il a été décidé d'éviter dans un premier temps les logiciels de pilotage complexes tel que LinuxCNC, mais plutôt de partir sur une solution simplifiée reposant sur grbl et l'interface/transmetteur de Gcode "bCNC".

C'est, de loin, l'approche la plus économique et surtout la plus rapide, car elle existe déjà quasiment prête à l'emploi grâce à une entreprise Australienne, Protoneer.

Celle-ci commercialise une carte open hardware, open source à base de microcontroleur Atmel (lequel est chargé de supporter grbl) et qui se monte en "piggy back" sur un SoC Raspberry-Pi.

Un Raspi qui fait tourner l'un des logiciels de contrôle sous Linux Raspbian tel que bCNC, ou joue le rôle de serveur d'administration/contrôle à distance via un service Web et une interface html.


Toute la documentation de ce Raspberry Pi CNC Hat estaccessible sur le Wiki de Protoneer.


La carte Protoneer connectée sur un Raspberry-Pi 3B+ (environ 30 euros, via eBay)

Sur cette carte viennent se brancher des drivers genre Pololu. Si l'on envisage de commander des moteurs pas à pas plus puissants, une série de "jumpers" imprimés routent les signaux de commande vers des modules externes, tels que ces DQ542MA pouvant débiter 4 ampères par phase de manière ponctuelle (3A RMS)

La fraiseuse Proxxon, pour plus de simplicité dans le projet, utilise les mêmes pilotes de moteur pas à pas que le chassis CharlyRobot



L'électronique Protoneer supervise :

  • 3 ou 4 pilotes de moteurs pas à pas sur 3 axes (le quatrième moteur se limitant à recopier l'un des 3 axes principaux)
  • L'activation et la direction de la broche si celle-ci n'est pas indépendante
  • 3 circuits pour les interrupteurs fin de course pour chaque axe
  • Le déclenchement d'un circuit de refroidissement -ou d'une microlube-
  • Les commandes manuelles d'urgence Abort, Hold, Resume et Reset/Restart (Hold et Resume étant nécessaire lors de chaque changement d'outil)

La logique de contrôle peut donc se résumer à :

  • Un micro-ordinateur Arduino chargé d'exécuter le logiciel de commande d'usinage et assure l'interface Homme/Machine (UHM)
  • Une carte Protoneer avec son simili-Arduino Nano qui récupère les commandes Gcode et les traduit en commandes d'actuateurs (moteurs pas à pas, électrovannes, relais marche/arrêt, capteurs de fin de course etc)
  • 3 ou 4 drivers de puissance pour moteurs pas à pas
  • Une alimentation 5V 4A destinée à alimenter le Raspberry et sa carte Protoneer
  • Une alimentation de puissance 24 V 10 ou 12 ampères qui fournira l'énergie nécessaire aux moteurs X, Y et Z
  • Un écran HDMI, un clavier, une souris (IHM)

Plus spécifiquement pour le projet CharlyRobot :

  • Une alimentation de puissance consacrée à la broche
  • Une petite pompe à air destinée à la micro-lubrification de l'outil en cours d'utilisation

Opérations de maintenance

(opérations effectuées à ce jour)

  • Nettoyage du châssis


Après élimination des résidus de ruban adhésif vieux de 30 ans, marquage au crayon papier (impossible à gommer sur une surface d'aluminium anodisé), caillots de graisse durcie, de poussière de bois et de copeaux métalliques formant un mortier compact. Les renforts de soufflets ont été recollés avec de la néoprène. Le nettoyage des tissus cartonnés a été réalisé avec un mélange vinaigre blanc/bicarbonate de soude, après un dépoussiérage à l'air comprimé


  • Démontage, restauration et remontage des soufflets
  • Rectification des "impacts" de broche sur la table, vérification de la planéité au comparateur
  • Dégraissage des résidus (acétone, essence F, brosse à dents) qui dataient de plus de 30 ans et formaient une gangue solide sur toute les mécaniques de translation
  • Graissage des Vis à Billes et rails cylindriques
  • Contrôle des jeux et des déplacements. L'axe des X "gratte" dans le sens lévogyre


L'axe des X qui supporte le chariot Z : la masse de l'ensemble combiné à l'accumulation de limaille est probablement à l'origine de l'usure de la noix et des billes, lesquelles avaient perdu 2 dixièmes de mm pour certaines. Les paliers d'extrémité, affectés par un décentrement visible à l'oeil nu, ont été changés par des pièces plus ajustées



  • Démontage de l'ensemble X / Z, dépose de la VaB des X, démontage de la noix, nettoyage, rebillages successifs avec des billes roulées neuves. Cette noix contient trois circuits de billes, et l'un des circulateur, trop usé, est responsable du grippage. Les deux autres circuits ne sont plus très vaillants non plus


Close up de la noix des X et des caillots de graisse, poussières et limailles qui ont peu à peu détruit le roulement. L'étroitesse de l'étrier de fixation interdit de remplacer cette noix par un équivalent à épaulement norme Europe



  • Rebillage final de l'axe des X avec seulement 2 circuits de billes, en attendant la commande d'une noix Hi Win de remplacement


Noix des X après 4 rebillages successifs et tests. Ce montage provisoire permettra d'effectuer les premiers étalonnages logiciels de la plateforme grbl en attendant un nouvel épisode de "Au bond de la noix" avec Steve Mc HiWin dans le rôle principal



  • Changement des paliers de l'axe des X d'origine Isel, totalement excentrés d'origine, vérification des axez Z et Y

(opérations prévues)

  • Remontage -provisoire- de l'axe des X, du bloc Z, des pièces de capotage, et rebillage éventuel des roulements de rails
  • Remontage du capotage
  • Remontage des moteurs d'origine, qui seront à terme remplacés par des Nema 23 de plus forte puissance
  • Usinage du porte broche 1kW
  • Construction/assemblage de l'électronique de commande (grbl/arduino/raspberry) intégrant les drivers 3 axes, la microlube, les alimentations au même standard de branchement que l'électronique de la Proxxon