Carrefour numérique² - fablab

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====== Fraiseuse  Fond de montre  ======

<!-- Complétez la fiche projet ci dessous -->
{{{project
picture:{{:projets:fraiseuse_fond_de_montre:resultat.jpg?200|}}
machines: Fraiseuse Proxxon FF500 CNC
materiaux: Aluminium 2017 T4
logiciels: NCCAD (Logiciel fraiseuse) et InkScape pour le design et la préparation.
fichiers: 3 fichiers .knc
liens:
tags:
usager:franck_einstein 
licence:cc-by-sa
}}}


<!-- Indiquez ici une petite introduction au projet, qui apparaîtra dans la liste des projets. -->

Pour un projet de montre, j'ai besoin de trois pièces.
Une de ces pièces est le fond du boitier qui se clipse sur la carrure pour fermer l'arrière.
Le fond de montre réalise une partie de l'étanchéité ainsi que la maintient du mouvement et du cadran dans le boitier.
Il participe également à l'esthétique et porte les indications écrites.

===== Conception =====

<!-- Présentez ici la phase de réflexion et de conception de votre projet, vos choix, etc. ... -->
Parti des côtes du calibre, de la position de la tige et de la taille du boitier j'ai choisi des solutions pour l'étanchéité et le maintient du calibre et du cadran et je suis arrivé à un dessin technique avec côtes fonctionnelles.

Pour les indications écrites j'ai choisi de simplement laisser un logement ou viendra se placer un petit disque gravé.

J'avais prévu de travailler sur un tour avec un brut cylindrique mais comme le tour du FabLab n'est plus disponible j'ai adapté mon projet à la fraiseuse.

Pour une autre pièce j'ai constaté les difficultés à maintenir quelque chose de rond dans un étau et j'y ai renoncé.

Pour ce projet je pars d'un morceau d'alu de 60 x 50 x 10 pour réaliser un disque de 42mm de diamètre par 3mm d'épaisseur.

===== Réalisation =====

<!-- Expliquez ici, pas à pas, la fabrication et la réalisation concrète de votre projet. -->

La réalisation a commencé par les programmes.

La commande G54 ne fonctionne pas en mode programme, si vous prévoyez un changement de repère vous pourrez soit adapter vos coordonnées soit découper en plusieurs programmes et réaliser un G54 entre chaque et nous n'avons pas de 4e axe pour retourner une pièce.

J'ai donc réalisé trois programmes :
{{projets:fraiseuse_fond_de_montre:surfacage.knc}}
{{projets:fraiseuse_fond_de_montre:facea.knc}}
{{projets:fraiseuse_fond_de_montre:faceb.knc}}

Comme c'est une pièce assez simple basée sur des cercles j'ai simplement écrit le G-Code dans un éditeur de texte et sauvegardé en texte simple (.txt). Ensuite j'ai renommé en .knc.
Le G-Code utilisable est décrit dans le manuel accessible depuis la page dédiée à la fraiseuse {{machines:fraiseuses:proxxon_ff500_cnc}}

Outil et vitesse de rotation :

Fraise 12mm 4 levres

1300Tr/min

Vitesse de coupe : 45m/min => 45000 / (12Pi) = 1193 Tr/min => 1300Tr/min (le plus proche réalisable sur la machine)
 


==== 1/ Programme Surface ====

J'ai décidé que le WNP (Origine programme) serait au centre de la surface.
Mon programme soulève l'outil de 1mm, va à l'extérieur de la pièce, descend de 1.2mm et usine des cercles concentriques pour qu'on parte d'une surface propre.

Voici la pièce dans son étau placée soigneusement sur cales et avec utilisation du maillet pendant le serrage.
A cette étape j'ai tapé "G91" dans le panneau de commande pour être en mode relatif dans mes déplacements.

{{:projets:fraiseuse_fond_de_montre:1_miseenplace.jpg?200|}}

Maintenant je place le capot de protection et lance la rotation de la broche sur la machine et dans le panneau de contrôle.

{{:projets:fraiseuse_fond_de_montre:brocheonphy.jpg?200|}}{{:projets:fraiseuse_fond_de_montre:brocheonlog.jpg?200|}}

Ensuite je me rapproche en X 0.1mm par 0.1mm ("G01 X-0.1") jusqu'à ce que la fraise entre en contact avec la surface, pour être sur d'être au bord à 0.1mm près.

{{:projets:fraiseuse_fond_de_montre:2_tangent.jpg?200|}}

Une fois que j'entends que la fraise est entrée en contact avec le brut je tape "G54 X(Le X que je vois à l'écran)" et je le vois passer à 0.

Ensuite je mesure soigneusement la largeur de mon brut au pied à coulisse.

Petite division par deux, on fait bouger la fraise et on oublie pas le rayon de l'outil (Fraise de 12 : 6mm).

Maintenant on peut refaire un "G54 X(Le X que je vois à l'écran)"

On procède de la même façon en Y

{{:projets:fraiseuse_fond_de_montre:3_mesure.jpg?200|}}


En Z on va au centre de la pièce ("G91",   "G00 X0 Y0",  "G91") et on descend 0.1mm par 0.1mm (G01 Z-0.1 F4") jusqu'à ce qu'on ait un contact.
Une fois qu'on a le contact on remonte de 0.05mm ("G00 Z0.05").

Là on tape un "G54" qui remettra toutes les coordonnées à 0.

Maintenant il me suffit de quitter le mode commande, charger le programme de surfaçage, le lancer et laisser la machine travailler. Pendant que la machine bosse je reste à côté et de temps en temps j'envoie un jet de lubrifiant sur l'outil.

{{:projets:fraiseuse_fond_de_montre:4_surgacage.jpg?200|}}

Le programme se termine et comme je l'avais programmé, l'outil revient en X=0, Y=0 mais garde le Z de la surface.

{{:projets:fraiseuse_fond_de_montre:5_fin1eprog.jpg?200|}}

Important avant de lancer la suite : "G54"

Maintenant la machine connaît assurément la surface, puisqe c'est la position qu'elle vient d'usiner.
On garantit donc une très bonne précision sur l'axe Z.


==== 2/ Programme FaceA ====

Là, pas grand chose à faire, on s'inscrit dans la continuité.

C'est pas mauvais d'avoir ceintures et bretelles à propos du WNP.

On charge le programme

{{:projets:fraiseuse_fond_de_montre:6_2eprog.jpg?200|}}

Vous remarquez sur l'image que la plongée dans la matière se fit en zig-zag; les fraises n'aiment pas du tout travaille comme un foret et j'ai préféré programmer ce type de plongée.

On vérifie qu'on a bien initialisé le WNP (Origine programme) et si non on tape "G54".

{{:projets:fraiseuse_fond_de_montre:7_g54.jpg?200|}}

Reste plus qu'à lancer, surveiller et de temps en temps envoyer du lubrifiant.
Au bout d'une demi-heure, le programme a terminé l'usinage.

{{:projets:fraiseuse_fond_de_montre:8_2efini.jpg?400|}}

De là je tape un "G91" pour repasser en mode relatif, je coupe l'interrupteur de rotation broche et je tape un "G00 Z120" qui fera remonter l'outil.

{{:projets:fraiseuse_fond_de_montre:9_degagement.jpg?200|}}


==== 3/ Retournement ====

Le programme suivant a besoin d'un WNP qui soit exactement à 10mm de profondeur. Comment garantir ce Z ?

Par pré-usinage.

On retourne la pièce et on usine une tranchée de près d'1mm de profondeur.
Pourquoi près d'un mm ? Pour avoir un appui suffisant quand on mesurera également la côte en X.

Ensuite on démonte la pièce, on mesure la profondeur aussi précisément qu'on peut et on décale simplement l'outil.

Pour plus de précision on travaille sur cales plutôt que sur le fond de l'étau. Pour ce projet j'ai préparé des cales en acier étiré de 8mm d'épaisseur.

{{:projets:fraiseuse_fond_de_montre:10_cales.jpg?200|}}

On utilise le maillet pendant le serrage et on vérifie que chaque cale soit bien en contact.

{{:projets:fraiseuse_fond_de_montre:11_piece_retournee.jpg?200|}}

Ensuite on oublie surtout pas de taper "G91" pour travailler en relatif, on amène l'outil pès du matériau et à peu près 1mm sous la surface.

On tape "G54".

Puis un petit "G01 Y60 F17" qui va usiner la rainure dont j'ai besoin.

{{:projets:fraiseuse_fond_de_montre:12_rainurage.jpg?200|}}

Avant d'aller au contact de la pièce vous coupez physiquement la broche

{{:projets:fraiseuse_fond_de_montre:0_coupermoteur.jpg?200|}}

Maintenant sans aucun mouvement en X ou en Z on démonte la pièce et on mesure en Z et en X

{{:projets:fraiseuse_fond_de_montre:13_mesured.jpg?200|}} {{:projets:fraiseuse_fond_de_montre:14_mesureg.jpg?200|}}

En X en mesurant à droite et à gauche on saura de combien bouger par moyenne.
Par exemple si j'ai 19.5 et 18.6 je devrai bouger de : 19.5-18.6 /2 => 0.45mm

Sur la machine vous tapez donc "G0 X0.45"

<note warning>Attention au sens du déplacement : n'hésitez pas à remettre la pièce dans l'étau contre le mors fixe pour vérifier. </note>

Un petit "G54" pour garder cette position. Vous êtes calé en X.

Maintenant en Z vous mesurez du fond de la rainure.
{{:projets:fraiseuse_fond_de_montre:15_mesureepaisseur.jpg?200|}}

Sur la photo vous voyez que j'avais 8.9mm.

10-8.9 = 1.1mm

Sur la machine je tape donc : "G54 Z1.1" et je vois Z passer à -1.100 sur le panneau de contrôle.

Reste à déterminer avec précision de WNP en Y.

Pour cela vous remontez la pièce et vous procédez comme pour le programme FaceA : par contact à la surface.

Une fois que vous avez le contact vous faites ce qu'il faut en Z pour être au dessus de la pièce et vous déplacez en Y de la moitié de votre pièce.
N'oubliez pas d'ajouter le rayon de l'outil (ici 6mm).

Vous tapez ensuite un "G00 X0" puis "G00 Z0" et vous finissez par "G54".

Voilà ! Votre WNP est bon pour le service.

Vous pouvez passer à la suite en chargeant le programme suivant : FaceB


==== 4/ Face B ====

Là c'est comme à la laverie : on voit la machine tourner.
Attention à l’excès de confiance, mieux vaut rester à côté en cas de gros bruit.

Il m'est déjà arrivé de constater un décalage absolument incompréhensible de la machine qui l'a amenée à buter dans la pièce sans que ça ait été programmé.
Quand on est à côté on peut arrêter l'usinage et si on en est souvent quitte pour une fraise on aura pas bousillé la machine.

De temps en temps on envoie un jet de lubrifiant.

{{:projets:fraiseuse_fond_de_montre:16_usinage.jpg?200|}}

On finit par arriver au résultat

{{:projets:fraiseuse_fond_de_montre:17_piece_finie.jpg?200|}}

Vu que vous avez fait une mise en place précise à 0.1mm près, vous obtenez bien le résultat attendu :

{{:projets:fraiseuse_fond_de_montre:resultat.jpg?400|}}

===== Difficultés rencontrées =====

<!-- Présentez ici les problèmes et difficultés rencontré durant votre réalisation, et comment vous avez pu y remédier. -->
La principale difficulté est le retournement qui exige de découper le programme en se projetant sur une pièce déjà travaillée et retournée.
La mise en place exige une grande précision qui nécessite un temps de l'ordre de la demi-heure.

Eviter le colapsus ! Quand on usine du creux il faut à tout prix éviter des zones trop fines qui céderaient sous la pression de l'étau ou qui pourraient engendrer des contraintes qui nuisent à la précision.

La précision : Quand on prévoit de marier plusieurs pièces par serrage il faut garantir une côte à 0.05mm près sous peine de voir le serrage se transformer en jeu ou en encastrement impossible.

Pour garantir une bonne précision il faut un bon maintient et le moins de contraintes possible sur la pièce finie.

===== Suites du projet =====

<!-- Présenter ici les évolutions possibles du projet, les améliorations que vous aimeriez y apporter, etc. ... -->

Au tout début il fallait décider de la dimension des bruts à utiliser. Pour ce fond je suis passé de 15mm d'épaisseur à 10 et de 55x80 à 50x60.
Il fallait également déterminer des paramètres de coupe viables et si je souhaitais aller le plus vite possible j'ai constaté qu'on ne peut pas trop rogner sur le temps.
Au départ il y'avait un design à terminer pour que la pièce puisse réaliser toutes ses fonctions, y compris le passage du tube d'étanchéité et éviter de court-circuiter le calibre quartz.
Une fois qu'on a un programme qui tourne on optimise autant qu'on peut pour gagner un maximum de temps.
Après avoir optimisé on modifie pour laisser la place à une phase de finition parce qu'il est plus facile de modifier quelque chose qu'on a vu tourner par petites touches.
Ensuite il a fallu mettre au point un process de retournement fiable à 0.1mm près répétable (les premiers essais n'étaient vraiment pas des réussites !).
Enfin j'ai amélioré la précision en Z par l'ajout des cales sous la pièce.

Ca parait bien ? Oui mais ça n'est pas fini !

Il y'a la théorie et l'impact de la réalité et pour l'instant mes quelques prototypes souffrent de défauts rédhibitoires : c'est trop serré et ça détruit le joint.
Pourtant les côtes théoriques sont bonnes mais une fraise de 12 n'a jamais un diamètre de 12.000 et il faut en tenir compte.

Jusqu'ici j'y allais à coup de poignée de sel au dessus de l'épaule mais la méthode manque de rigueur et produit trop de déchets.
En cas de changement de fraise ou de la simple usure il faudra réécrire le programme ? Pas admissible.
Le programme portera des côtes fausses pour compenser ? Pas admissible.

Comme il me restait des détails technique à régler, les déchets étaient de toute façon inévitable mais maintenant que le programme est au point et que tout l'aspect fonctionnel est défini ça n'est plus admissible.
Il est maintenant temps de s'occuper de l'intégration d'une pièce dans l'ensemble et de fabriquer une montre !
Fini la R&D, place à la QA.

Pour que le fond se monte sans détruire le joint mais avec un serrage il faut une précision de 0.05mm.
Comment compenser le défaut de l'outil ?

On ne peut pas le faire avant usinage et mesure.

Il est nécessaire de séparer une phase de finition dans un programme à part pour pouvoir répondre aux réalités de la réalisation.

Il faut donc que mon programme s'arrête sur une ébauche pour que je puisse mesurer et quantifier le défaut par rapport à la côte programmée.

Si je programme un contour externe de diamètre de 40 et que je mesure 39.87 il faudra que je compense de (40-39.87)/2.
Après mesure je pourrai adapter le programme de la phase de finition pour évacuer au moins le facteur de la variation du diamètre de l'outil.

Ce programme de finition sera très simple, la côte finale n'interviendra que dans un G01 et un G02 ou G03 et uniquement pour une seule côte fonctionnelle, voir 2 dont la précision est critique.

La prochaine étape sera donc une légère modification de "FaceA.knc" pour laisser 0.3mm de gras sur le support du joint et ajouter un programme "FaceAFinition.knc" facile à modifier.
Cette étape supplémentaire sera écrite avec les côtes théoriques et je le modifierai après mesures et différences par rapport au programme "FaceA.knc"

Après ces détails sur le soft il me reste à améliorer un point matériel : les faces brutes du morceau d'aluminium.
Chez moi je scie à la main des morceaux dans un barreau étiré d'alu. Le sciage n'est pas aussi régulier ou rectiligne qu'on beau pavé théorique et il faudrait que j'y remédie.

Je vais certainement ajouter une phase de préparation des bruts qui consistera à passer au fraisage les parties sciées.
Ça améliorera surtout le maintient dans l'étau et par conséquent les conditions d'usinage pour la machine vu que les faces d'appui seront plus planes et parallèles entre elles.

Le fond détaillé ici n'est qu'une des trois pièces qui composent les parties fraisées et les deux autres pièces répondront aux mêmes contraintes de précision.

Est ce qu'avec cette compensation plus rigoureuse j'aurai la précision nécessaire ?
Je n'en sais strictement rien et il n'y a aucune garantie à ce sujet.

===== Photos =====
<!-- Quelques photos du rendu final du projet, mais aussi si c'est possible des differentes etapes si elle n'ont pas déja été documentées visuellement -->

<!-- La Structure "Conception / Réalisation / Difficultés rencontrés / Suite du projet " est bien sur indicative, vous pouvez l'adapter à votre guise. N'hesitez pas a vous inspirer des documentations deja existance pour realiser la votre. -->
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