Écrou de fixation en T

Le plateau de la fraiseuse CNC FF500 du fablab dispose d'un plateau équipé des rainures en T permettant la fixation des pièces à usiner. Disposant d'un morceau de laiton de récupération, et n'ayant encore pas usiné de métal avec la machine j'ai décidé de fabriquer un écrou en T comme sujet d'apprentissage et de test.

Cette documentation me servira aussi de base de travail pour documenter l'utilisation de la machine et mais aussi des logiciels utilisés:

• Freecad pour de modéliser ma pièce en 3D (CAO.)
• Heekscnc pour de générer le programme GCODE d'usinage (FAO.)
• OpenScam Pour prévisualiser l'usinage.

Fig. 1: Modélisation de l'écrou sous FreeCad Après avoir mesuré les dimensions des rainure en T de la machine ainsi que les dimensions du morceau de laiton qui me servirait à fabriquer ma pièce j'ai commencé par dessiner mon écrou sous Freecad.

Utilisant l'atelier Part Design j'ai dessiné le profil en 'T' (draft) de ma pièce, que j'ai ensuite extrudé (figure 1). Puis j'ai ajouté un alésage de ø5mm qui sera, à la fin, taraudé pour en faire un écrou de ø6mm.

Pour connaître le diamètre du perçage à effectuer j'ai simplement regardé dans la boite à tarauds du fablab le diamètre du foret associé au taraud de 6mm.

Pour finir, j'ai exporté ma pièce au format .step pour pouvoir l'importer et retrouver les formes facilement dans heekscad.

Remarque : J'ai ici oublié de faire attention au positionnement de ma pièces par rapport à l'origine, cela aurait pu m'éviter d'avoir à déplacer ma pièce dans heekscad par la suite.

Pour calculer les vitesses de coupe j'ai réalisé une petite calculatrice de vitesses de travail à l'aide des formules et explications fournie dans le livre “Manuel pratique du Fraiseur Mécanicien” de E.Sodano (ISBN : 2-04-004072-2)

J'ai ensuite calculé la vitesse de coupe dans du laiton, avec une fraise de 3mm à 2 dents, une épaisseur de copeau de 0,08mm et une hauteur de passes de 0,5mm, ce qui ma donné :

• Vitesse de rotation de la broche : 2500 tr/min
• Vitesse d'avance : 400.00 mm/min (ou 66.67 x0.1 mm/s avec l'unité utilisé par nccad)

Fig. 2: Opération de type Poche pour l'Alésage central

Pour la génération du GCODE j'ai utilisé heekcad et son module de FAO ¹⁾ : J'ai commencé par importer le modèle 3D de pièce au format step, que j'ai déplacé avec l'outil de translation d'heekscad pour position l'origine sur la surface de ma pièce en bas à droite, décalé d'1,5mm, le rayon de la fraise sur X et Y.

L'origine en X sera ensuite légèrement décalée vers la gauche pour de permettre d’usiner légèrement le bord droit de la pièce afin de rectifier le plan et assurer une dimension de pièce correcte en Y.

J'ai sélectionné le profil personnalisé correspondant à la *proxxon FF500* en double cliquant sur Programme CN 1. (plus de details sur la doc de la machine). J'ai ensuite découpé l'usinage en trois opérations :

Pour cela j'ai créé une opération de type Poche associée au cercle correspondant à l’alésage (préalablement extrait du model 3D comme indiqué ici).

Pour cet usinage les opération de poche et de con-tournage ne me permettant pas de générer le GCODE que je souhaitait j'ai choisi d'utiliser la possibilité offerte par heekscnc d'effectuer une opération de type script qui permet de générer du gcode a partir d'un script python. La fraise utilisée étant de ø3mm il suffit d'une seul passe pour réaliser les épaulement de 3mm (en débordant sur l’extérieur de la pièce de 0.5mm ce qui n'est pas très gênant dans notre cas puisque ces zone seront à l’extérieur de la pièce).

J'ai écrit une petite fonction python me permettant de facilement générer le gcode d'usinage une rainure de profondeur paramétrable, c'est à dire d'allers-retours de la fraises sur l'axe y en descendant un peu à chaque passe, et remontant à distance de sécurité (5mm) entre chaque passe. (figure 3)

Fig. 3: Opération de type Script pour les épaulements

def cut(l, H, pos, length = 30):
  '''
  l : Largeur de coupe / profondeur de passes 
  H: Prodondeur finale de coupe
  pos : Position en X de la decoupe
  length : longeur de la decoupe (en Y)
  '''
  rapid(x=pos,y=0,z=top)
  dz = l
  while(dz >=H):
    rapid(z=0.5)
    feed(z=dz)
    feed(y=length)
    rapid(z=top)
    rapid(pos,0)
    dz += l

J'ai ensuite utilisé cette méthode pour réaliser deux “rainures” de 2.5mm de profondeur correspondant à mes épaulements.

Fig. 4: Tracé du GCODE d'usinage complet Ayant prévu de légèrement décalé l'origine du travail en X vers la gauche afin que la fraise rentre légèrement dans la matière lors d'un passage en Y=0, l'extremité droite de la pièces a besoin d'être surfacée. Cela permettra d'avoir une surface propre et d'assurer les dimensions de la pièce. La partie gauche quand à elle aura besoin d'être découpée.

Pour me simplifier le travail j'ai décidé de modifier l'opération Script utilisé pour les épaulement afin de fraisée deux “rainures” correspondant à ces opérations. (figure 4)

Remarque : Ces rainures descendront 0.5mm plus bas que la pièce de laiton, afin d'assurer un usinage sur toute la hauteur,il faudra bien fixer la pièce sur un martyr pour ne pas fraiser le plateau. De plus je n'ai pas ajouté de zones d'attache donc il faudra donc bien faire attention à la fin de l'usinage car la pièce se détachera du reste du morceau de laiton.

J'ai indiqué sur tout les opérations les vitesses de déplacement calculées, puis j'ai généré le fichier GCODE au format .knc pour nccad, le logiciel de la fraiseuse.

Fig. 5: Prévisualisation de l`usinage avec Camotics Avant de me lancer sur ma machine et ayant scripté une partie du tracé “à la main” j'ai préféré effectuer une prévisualisation du GCODE généré dans Camotics.

Pour cela j'ai exporté un second GCODE, mais cette fois ci au format ngc en indiquant à heekscad l'utilisation d'une machine de type “linux CNC”. (En effet le fichier de gcode un peu “exotique” généré pour nccad n'a pas l'air de fonctionner correctement dans OpenScam, je n'ai pas pris le temps de regarder ce qui clochait.)

Après avoir indiqué les dimensions de mon morceau de laiton à usiner et importé mon fichier GCODE Camotics m'à calculé une prévisualisation 3D de la pièce usinée (figure 5) qui correspondait à mes attente.

Fig. 6: Fixation de la pièce

Pour fixer ma pièces j'ai utilisé les petits mords fournis avec la machine, et j'ai placé entre ma pièces et le plateau une petite chute de medium de 3 afin d'éviter d'usiner le plateau.

Les petites pièces en escalier permettent de surélever l'arrière des mord légèrement au dessus de la pièces à maintenir afin que le contact entre la pièce et le mord se fasse sur l’arrête de celui si, générant un pression de maintien importante.

En cours de rédaction

Fig. 7: Taraudage

Plus que deux petite étapes après l'usage :

• Ébavurage et ponçage de la pièce afin de rendre les arrête moins tranchante et d'avoir un etat de surface un peu plus propre. Pour cela j'ai utilisé du papier de verre avec une cale en bois.
• Taraudage du trou pour transformer la pièce en écrou (figure 7). Pour cela j'ai placé la pièce dans l'étau (en utilisant des mord afin de ne pas marque ma pièce) pour j'ai utilisé un taraud de ø6mm avec son tourne-à-gauche pour réalisé le pas de vis, en veillant à maintenir mon taraud bien perpendiculaire à ma pièce. Pour tarauder le principe est de 'visser' le taraud un tour complet, de le 'dévisser' d'1/4 de tour pour couper le copeau, et de recommencer jusqu’à ce le l’alésage soit taraud jusqu'au bout.

• Calculs des vitesses de coupe : n'ayant jamais usiné de metal avant je ne savais pas trop quelles vitesse de déplacement utiliser. Pour m'aider j'ai réalisé une petite calculatrice de vitesses de travail à l'aide des formules et explication fournie dans le livre “Manuel pratique du Fraiseur Mécanicien” de E.Sodano (ISBN : 2-04-004072-2)
• État de surface :
  • Certains cotés sont usinés à l'envers, il faut toujours avoir une avance en opposition par rapport à la rotation et ne pas travailler “en avalant” ⇒ modifier le script pour pouvoir usine le coté gauche de la pièces dans l'autre sens.
    • Le manque d'aspiration des copeaux qui se sont accumulé dans les rainures durant l'usinage n'a peut être pas aidé non plus a avoir des surfaces propres.