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Modélisme/CNC/Projets/Proxxon MF-70

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Introduction

Proxxon MF-70
convertie en CNC

Conversion d'un Proxxon MF-70 en CNC.

Je vais être clair, cette fraiseuse est loin d'être mon outil préféré, et j'ai décidé de la transformer en CNC pour le fun, pour l'expérience et, peut-être, occasionnellement pour tailler des PCBs. Mais la mécanique est mauvaise, ça grippe sur tous les axes, ça couine, la broche fait un bruit affreux, et rajouter des moteurs ne la fera pas mieux fonctionner. Si vous croyez que Proxxon est le haut de gamme du hobbyiste (ce que j'entends encore parfois), alors croyez moi que le bas de gamme chinois fait en tout cas aussi bien, et même certainement mieux.

Si vous désirez vous lancer dans cette aventure, voici quelques points que sur lesquels vous devriez être attentifs:

  • les axes doivent être parfaitement propres et alignés - la moindre erreur finit par bloquer la mécanique (les plaques de serrage en laiton et les caches de l'axe Y se font raboter par les rails)
  • les axes sont entraînés par des tiges filetées de M6, dans des écrous en delrin (plastique) - la moindre poussière ou excès de graisse bloque la vis dans l'écrou, ce qui peut créer un jeu dans ce dernier - attention aussi lorsque vous réinsérez la vis - il est très facile de rentrer de travers et forcer le filetage !
  • mon choix s'est porté sur des moteurs NEMA17, pour une question de poids - bien que ce soit suffisant, des moteurs NEMA23 avec plus de couple seraient souhaitables, mais c'est aussi beaucoup plus lourd
  • le moteur de broche de 100W est très insuffisant pour usiner efficacement - juste bien pour du PCB
  • le M6 a une avance de 1mm / tour - c'est lent ... très lent

Pour conclure, la transformation de cette fraiseuse m'a pris plus d'une semaine de travail au final. C'est beaucoup de temps et d'énergie pour ce résultat.

Mécanique

Les axes d'entrainement (tige filetée de M6) seraient difficiles à remplacer par autre chose. Je les ai conservés, en faisant usiner les manivelles comme cylindres de 8mm. Des accouplements 8mm / 5mm les relient aux moteurs.

Les pièces sont construites avec du plastique mélaminé de 6mm, qu'on trouve en grande surface (trouvés sous le nom de HPL, Resopal, panneau outdoor, ou autres).

La mécanique de la Proxxon est boiteuse. Pas de roulement, des axes serrés avec des écrous, bref les axes sont durs à bouger. Mon objectif étant de tailler du PCB, la résistance des matériaux est faible et gagner un maximum de souplesse.

  • j'ai opté pour des accouplement de type ressort, ce qui permet de maintenir l'axe de la tige filetée, ainsi que sa distance
  • la tige filetée côté moteur est complètement libre, uniquement tenue par l'accouplement
  • les écrous en bout d'axe ne sont plus nécessaires (encore une fois, pour tailler des PCBs)
  • les contraintes sont à peine serrées, pas plus que nécessaire pour que les chariots n'aient plus de jeu
  • les caches de l'axe Y sont aussi des causes de serrage - remplacés par des soufflets, puisque les caches ne conviennent pas aux débattements étendus

En appliquant cela, j'ai pu libérer suffisamment les axes pour supporter 5 tours / seconde à vide (300 mm/min).

Le dessin de mes pièces est disponible ici (format DXF): Proxxon MF-70 DXF.zip (sur la base des fichiers trouvés sur http://www.jarkman.co.uk/catalog/cnc/russmf70.htm)

Axe X

Proxxon MF-70 axe X 1.jpg Proxxon MF-70 axe X 2.jpg une pièce en bout d'axe sert de support au moteur

la course est un peu réduite à cause des vis du moteur (130mm au lieu de 134)

  • laisser la rondelle, afin d'empêcher l'axe de détendre le ressort
  • les vis d'origine peuvent être remplacées par du M3, à condition de ne pas serrer trop fort
  • tubes alu de 8mm, 35mm de long
Proxxon axe X DXF.png
  • les poches permettent de caler les tubes alu et la rondelle de la tige filetée

Axe Y

La course d'origine est seulement de 134 x 46mm. Il est possible de faire sortir un peu le chariot. Le montage suivant permet un débattement en Y de 80mm (quand même presque le double).

Proxxon MF-70 axe Y 1.jpg Proxxon MF-70 axe Y 2.jpg la face avant est déportée de 18mm, afin d'augmenter la course du chariot
  • laisser la rondelle, afin d'empêcher l'axe de détendre le ressort
  • les vis d'origine peuvent être remplacées par du M3, à condition de ne pas serrer trop fort
  • tubes alu de 8mm, 35mm de long
Proxxon MF-70 axe Y 3.jpg Proxxon MF-70 axe Y 4.jpg à l'arrière, un patin, taillé dans une planche à découper la viande, vient tenir le bout de l'axe
  • il n'y a plus de butée, permettant ainsi de libérer le chariot vers l'arrière
  • les vis d'origine peuvent être remplacées par du M3, à condition de ne pas serrer trop fort
Proxxon axe Y DXF.png
  • les poches permettent de caler les tubes alu et la rondelle de la tige filetée

Axe Z

Proxxon MF-70 axe Z 1.jpg Proxxon MF-70 axe Z 2.jpg
  • laisser la rondelle, afin d'empêcher l'axe de détendre le ressort
  • les vis d'origine sont déjà du M3
  • tubes alu de 8mm, 35mm de long
Proxxon axe Z-upper DXF.png Proxxon axe Z-lower DXF.png
  • les poches permettent de caler les tubes alu et la rondelle de la tige filetée

Autres

Le reste des fichiers DXF inclus

Proxxon MF-70 pad DFX.png Proxxon MF-70 pad.jpg découpé dans une planche à découper la viande (PEHD)
Proxxon MF-70 fan DXF.png Proxxon MF-70 fan.jpg découpé dans du PVC expansé (plaques de 3mm disponibles en grandes surfaces)
Proxxon MF-70 enclosure DXF.png Boitier Proxxon MF-70 avant.jpg découpé dans du MDF de 3mm
Proxxon MF-70 tray DXF.png découpé dans du contreplaqué, avec encastrements pour des pieds en caoutchouc carrés

Motorisation

Moteurs

moteur NEMA 17

Moteurs NEMA 17

Model 42BYJ34-0604A
Step Angle 1.8° (200 pas / tour)
Step Angle Accuracy ±5% (full step, no load)
Resistance Accuracy ±10%
Inductance Accuracy ±20%
Temperature Rise 80°Max. (Rated current, 2 phase on)
Ambient Temperature -20℃ to +50℃
Insulation Resistance 100MΩ Min., 500VDC
Dielectric Strength 500VAC/ for one minute
Shaft Radial Play 0.02Max. (450g-load)
Shaft Axial Play 0.08Max. (450g-load)
Max. Radial Force 28N
Max. Axial Force 10N

Spécifications

Model No Rated
voltage
Current/
Phase
Resistance/
Phase
Inductance/
Pase
Holding
Torque
Number
of leads
Rotor
Intertia
Weight Detent Length
42BYJ34-0604A 12 [V] 0.35 [A] 34 [Ω] 21 [mH] 1.6 [kg/cm] 4 35 [g/cm2] 0.22 [kg] 120 [g/cm] 34 [mm]
  • Une tension de 12V est très nettement insuffisante. Le moteur a beaucoup de peine à démarrer (les axes sont assez durs à tourner).
  • Les meilleurs résultats de mes tests ont été obtenus à 24V / 350mA.
  • Les premiers tests ont permis de faire tourner les moteurs à 5 tours/s, mais avec quelques ratés. 4 tours/s donne un bien meilleur couple. En libérant les axes, j'ai pu remonter à 5 tours/s (voir le chapitre concernant la mécanique).
  • Les axes étant en M6 (1mm/tour), l'avance maximum est de 240mm/min (à 4 tours/s). C'est assez lent, mais fonctionnel.

Contrôleurs

EasyDriver v4

Mon choix s'est porté sur des EasyDriver v4.4, pour une question de taille et de prix (~ 2.50€ / pce).

Avec un peu de recul, je pense que ce n'est pas le meilleur choix:

  • ce contrôleur n'a pas de mode idle, c'est à dire qu'il ne réduit pas le courant au repos. Le moteur et le contrôleur chauffent énormément au repos. 1
  • le contrôleur est prévu pour 750mA, mais il finit par brûler à 350mA après quelques minutes. Radiateur et ventilateur obligatoires.
  • sur 10 contrôleurs commandés, 7 auraient brûlé à cause d'un réglage du potentiomètre dans sa zone morte. J'ai dû en cramer un pour comprendre le problème, et utiliser une alimentation de labo avec limitation du courant à 500mA pour régler le courant maximum et éviter ce problème sur le suivant.

1 Le mode idle n'est pas pareil à la désactivation des moteurs. Le mode idle conserve un courant de maintien de 20 à 50% sur les moteurs, ce qui les empêche de chauffer lorsqu'ils sont statiques. Une désactivation du moteur lui ferait perdre sont pas, surtout avec le microstepping (1:8 par défaut).

Chaque driver a été configuré à 350 mA (24V). Les moteurs deviennent déjà suffisamment chauds pour ne pas monter plus haut (~ 60°C).

Boîtier de commande

J'ai opté pour une boîtier Teko AUS-33.9. Il est assez haut pour y placer un ventilateur de 80mm à la verticale. Les plaques en alu sont remplacées par du MDF, du moins tant que je ne suis pas certain d'y avoir mis tout l'équipement.

L'alimentation est une 24V / 5A (style laptop), suffisamment petite pour entrer dans le boîtier. J'ai dû cependant l'ouvrir et y souder les câbles, car je manquais de place pour y mettre un connecteur coudé.

Points en suspens:

  • USB - le câble traverse le trou prévu précédemment pour une prise qui n'a pas tenu

Réalisation

GRBL

Les paramètres importants de GRBL (0.9) sont les suivants

id valeur définition commentaire
$100 1600 x, step/mm 200 pas/tour (=1mm) * microstepping de 8 = 1600 steps/mm
$101 1600 y, step/mm idem
$102 1600 z, step/mm idem
$110 300 x max rate, mm/min 5 tours/s (1 tour = 1mm) * 60 = 300 mm/s
$111 300 y max rate, mm/min idem
$112 200 z max rate, mm/min un peu plus lent, à moins que vous appréciez écraser les outils

Références