Projets:Perso:2020:CharlyIsel
Retrofit de CNC CharlyRobot génération Isel
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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.
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.
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)
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
- 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
- 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
- Rebillage final de l'axe des X avec seulement 2 circuits de billes, en attendant la commande d'une noix Hi Win de remplacement
- 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
Changement de La Vis à Billes des X
Bien entendu, impossible de trouver une vis à bille Hi-Win adaptable sur le chassis Isel. Après moultes errements allant de la tentative de rebillage à la modification d'une VaB Chinoise, il a bien fallu se résoudre à commander une vis "sur mesure".
Le sous-traitant choisi est Tuli, en raison de sa proximité et de la réactivité de son service client. Les tarifs sont... confortables.
- Premier écueil, il n'existe pas de noix avec un diamètre identique à celle d'origine pour une vis de cette longueur. Après mesures, la nouvelle noix Tuli rentre "tout juste" dans le chenal de l'axe des X, mais il a fallu usiner un nouveau porte-noix
- Second écueil : Le probable responsable de l'usure de la noix semble être l'alignement peu orthodoxe de la vis avec ses roulements d'extrémité, lesquels roulement d'origine ne sont pas franchement coaxiaux
- Troisième écueil : les supports en fonte d'aluminium, doivent être rôdés pour que le roulement puisse se positionner dans l'axe de la vis. Sans un léger passage à la toile Emery, il est impossible d'aligner les extrémités d'arbre et les moyeux. L'arbre lui-même a dû être très légèrement rôdé (abrasif 1000). Le rodage doit être très léger, pour ne pas créer de jeu entre la vis à bille et le moyeu du roulement, et entre le roulement lui-même et son support
Le remontage s'effectue dans l'ordre inverse de dépose :
- Nettoyage et graissage des 8 roulements linéaires, rebillage de deux d'entre eux avec des billes neuves
- Insertion de la vis à bille dans son chenal
- Glissement de chaque extrémité de la VaB dans les moyeux des roulements d'extrémité
- Vissage sans serrage des vis de fixation des roulements
- Vissage du porte-noix sur le chariot du porte broche, avec contrôle au comparateur du parallélisme du corps de la noix et des rails de guidage linéaire
- Serrage des vis des roulements en prenant garde à ne pas contraindre la vis à bille
- Pose du circlip de blocage coté moteur
- Pose de l'écrou de blocage sur l'autre extrémité
- Serrage des blocages de moyeu (vis 6 pans creux sans tête) sur chaque roulement
Ces opérations effectuées, il ne devrait y avoir aucun jeu latéral de l'axe des X, la noix doit se déplacer sans effort d'une extrémité à l'autre.
Modification du porte broche
Le diamètre de la broche provisoire 500W est de 52mm, le support de broche d'origine est de 42mm. L'écartement des fixations du nouveau porte broche est incompatible avec l'espacement des gorges du profilé situés sur le chariot de l'axe Z.
"Broche provisoire" car la tenue mécanique de ce moteur est... au mieux "très relative" (pour 20 euros alimentation comprise, il ne faut pas s'attendre à un modèle du genre, le centrage du moteur étant assuré par un joint torique en caoutchouc), mais amplement suffisante pour effectuer les premiers essais.
Pour contourner ce problème sans modifier la structure du chariot, il a été décidé d'ajouter une plaque intermédiaire de profilé 20x20 (quadruple rails). Le choix du rail 20x20 est dicté par l'écart vertical entre les vis M6 de fixation du support de broche (2 cm)
Cet ensemble est alésé et taraudé au format du porte-broche, et 4 autres alésages M6 situés proches des 4 coins de la plaque servent à faire passer les vis de fixation de ladite plaque à l'aplomb des rails en T du chariot (espacement de 50)
Electronique de commande
Réalisé dans un rack "de récupération", cette centrale de commande est la copie conforme du contrôleur réalisé pour la fraiseuse Proxxon :
- Chapeau Protoneer pour Raspberry Pi (3B+),
- drivers de puissance,
- alimentation 24V 15A,
- alimentation 5V pour le Raspberry Pi,
- alimentation du moteur de broche (provisoire)
- interface de contrôle de moteur de broche (M/A, direction et conversion PWM vers 0-10V "mach3" style)
- sortie vidéo pour écran de contrôle Pi-CNC
- IHM de base (Restart/Resume/Hold/Abort et réglage du Z)
- si résultats concluants, une microlube à base de compresseur d'aquarium