Pour répondre au cahier des charges il me fallait concevoir une machine à base de composants très courants, pas chers et facilement usinables (perçage et découpe). Là encore, la fraiseuse de Mr Guillaume COQUERY a été l'inspiratrice.

Les matériaux utilisés sont :

• règle de maçon en alu (2000*100*18)

• tige filetée M8 et M5

• profilé acier de 20*20 en barres de 1m (possibilité de les choisir en alu)

• bouchons de profilé 17*17

• contreplaqué standard de 10mm d'épaisseur (remplacé par du MDF de 10mm, plus stable dimensionnellement, les plaques ne se vrillent pas)

• roulements de roller (standard industriel 608ZZ), pas chers et disponibles vraiment partout

• profilé alu en "L" de 30*30*2000 (pas encore intégré, servira à la fixation des rails X sur le tablier)

• profilé alu 40*40*2000 (règle à carreler, servira à supporter les rails X)

Ils offrent l'avantage d'être très peu onéreux et disponibles dans tous les magasins de France et de Navarre. La précision des profilés aluminium des règles de maçon est largement suffisante pour assurer les chemins de roulement sans point dur. Certains vont hurler en voyant des chemins de roulement en aluminium avec des galets en acier à roulement. Il est vrai que c'est une hérésie mécanique mais comme la machine n'est pas destinée à tourner 24h/24h et 7j/7j la durée de vie devrait être largement suffisante avant matage des pistes. De plus les nombreux réglages de la machine permettent de rattraper les éventuels jeux dus au matage. Pour les puristes on peut insérer des plaques en tôle offset pour éviter de mater les chemins de roulement en alu mais le collage risque d'être une opération à haut risque (déformation de la planéité).

Pour construire ma machine j'ai utilisé:

• 5 règles de maçon 2000*100*18

• 5 profilés acier 20*20*1000

• 4 profilés alu en "L" 30*30*2000

• 2 profilés alu de 40*40*2000

• 5 tiges filetées M8 de 1000mm

• environ 200 écrous M8 standard

• environ 400 rondelles

Ça fait beaucoup mais la machine est une vraie usine à gaz de visserie car j'ai voulu que tout soit réglable. En effet, à moins d'être un constructeur hors pair ou d'avoir des machines très précises pour l'usinage des profilés acier on ne peut pas tenir des précisions suffisantes pour assurer un montage suffisamment droit. La précision de positionnement des roulements est de quelques centièmes de millimètre pour qu'ils soient tous en contact non forcé sur les rails... je vous laisse deviner la précision à tenir sur les usinages pour faire bon du premier coup sans réglage...

On peut aussi remarquer que beaucoup de roulements peuvent sembler inutiles du strict point de vue cinématique, cela conduit à une hyperstaticité assez conséquente (le désespoir de l'ingénieur !). Cette hyperstaticité amène des efforts inconnus non négligeables sur la structure de la machine (c'est pour ça qu'on n'aime pas) mais procure aussi par cette "précontrainte" une rigidité hors pair. C'est effectivement le but recherché. Dans mon cas, comme la machine va aussi servir de tour et va usiner du métal, la rigidité est un facteur très important. Pour ceux qui veulent uniquement détourer du bois on peut évidemment éliminer les roulements surnuméraires (c'est autant de gagné sur le budget et le poids !).

LA CINÉMATIQUE :

Ma machine est une machine à portique et traverse mobiles. La cinématique générale de la machine est donc basée sur le déplacement d'un chariot Y supportant la broche le long d'une traverse qui se déplace sur des rails verticaux Z portés par des chariots qui eux-mêmes se déplacent le long de l'axe X. On a donc:

• axe des X : 2 chariots supportant la traverse

• axe des Z : mouvement vertical de la traverse

• axe des Y : déplacement du chariot "broche" le long de la traverse

Cette cinématique n'est pas, et de loin, la plus simple mais elle procure les avantages suivants:

• grande rigidité sur l'axe des Z (aucun porte à faux)

• grande course sur l'axe des Z

• la motorisation intégralement embarquée sur l'ensemble mobile divise la longueur des câbles d'alimentation par deux...

En revanche elle est coûteuse car elle impose de multiplier les moteurs (2 pour l'axe des X et 2 pour l'axe des Z). On pourrait éventuellement ne laisser qu'un moteur pour ces axes mais cela impose la conception de deux transmission de mouvement dont la précision me semble assez aléatoire car le mouvement est à transmettre sur de grandes longueurs. De plus les chariots de l'axe des X étant assez lourds (la traverse pèse 5Kg nue, entre 10 et 12 kilos équipée), j'ai préféré sur-motoriser un peu pour ne pas avoir de problème.

J'avais aussi un autre impératif qui imposait cette cinématique : je souhaite installer un tour passif le long de l'axe des X. Il me fallait donc une cinématique me permettant un grand dégagement sur l'axe des Z ainsi qu'une grande rigidité.

La machine ainsi conçue est complexe et les systèmes redondants. Ça promet de grands moments de réglage mais l'objectif est pleinement atteint : j'ai une machine rigide, puissante et qui permet d'usiner des pièces de grande taille dans à peu près tous les matériaux (attention toutefois à l'acier qui risque de poser des problèmes d'effort d'avance trop importants...). Le tout pour un coût somme toute modique en regard des possibilités.

LA PRÉCISION :

J'ai retenu une résolution théorique de 0,01 mm par pas. C'est une résolution qui est bien au-delà de ce que requiert les tâches qui seront effectuées couramment sur la machine mais qui est motivée par le fait que je compte usiner des pièces en métal. En tenant compte de tous les jeux et des flexions inévitables sur la machine j'espère arriver à une capabilité machine d'environ 0,05 mm à coup sûr en soignant les gammes d'usinage.

La résolution choisie est aussi due au fait qu'il fallait obtenir des efforts importants sur tous les axes et notamment sur l'axe des Z car la traverse est lourde. Compte tenu du couple des moteurs que j'utilise et de la réduction employée, chaque axe peut développer 700 Newtons (environ 70 kg), ce qui me met à l'abri d'une perte de pas intempestive.

C'est aussi un facteur limitant du point de vue de la vitesse. Considérant qu'un moteur pas à pas est malheureux quand il tourne à plus de 2000 pas à la seconde ma vitesse est limitée à 1200 mm par minute car j'utilise des moteurs de 200 pas par tour et des vis de 2 mm de pas montées en direct sur les axes moteurs. Les essais me diront si on peut pousser plus loin en vitesse sans risque. Je pense quand même qu'il va être difficile d'obtenir une machine rapide.

LA PUISSANCE INSTALLÉE :

Par puissance installée je parle de la puissance globale, incluant la puissance sur les axes et la puissance sur la broche. Comme les matériaux destinés à être usinés sur cette machine sont plus gourmands en puissance que des planches de balsa j'ai dû revoir à la hausse les efforts développables par la machine. Les efforts possibles résultants de mes choix sont très élevés en regard de la puissance théorique que je devrais utiliser pour les déplacements de la machine (voir notice de calcul de la machine).

C'est un facteur qui influe énormément sur le prix final de la machine car dans mon cas il impose le doublement du nombre de moteurs et de transmissions, la mise en place d'une alimentation électrique en conséquence, l'achat d'une défonceuse au lieu d'une mini perceuse et d'autres menus détails...