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La mécanique amateur appliquée à la robotique
Pour commencer quelques principes de base…
Prendre son temps, on ne fait rien de bien en étant pressé. Ne jamais oublier que le but est de se faire plaisir, si l’on sent que l’on s’énerve sur ce Put.. de Bord.. de circuit qui ne veut pas fonctionner, on prend sa moto et on va faire un tour à la plage.
Eviter le marteau. Cet outil, parfois
fort utile au demeurant, est souvent un traître. La mécanique de
robot est souvent précise et fragile, quand on commence à taper
ou à forcer, c’est généralement le signe que l’on est en
train de faire une connerie.
Alors, on pose le marteau et on fait marcher ses neurones.
Avoir un espace de travail propre
et stable. La bidouille de coin de table au sein d’un gros fouillis ne génère
jamais rien de bon. Prendre le temps de ranger son espace de travail de temps
en temps est un gage de succès.
De même, comme spécifié sur l'exellent site 'Make', retenez que pour un projet :
Règles de conception
Contrairement aux professionnels,
l’amateur ne dispose que d’un outillage limité. Il faut donc prendre
en compte dés la conception les limites imposées par son outillage.
Si celui-ci permet au mieux une précision d’un demi millimètre,
inutile de faire des plans ajustés au dixième car l’on sait que
la réalisation ne sera pas à la hauteur.
Vaut mieux concevoir des systèmes ajustables et faciles à réaliser
Usiner le métal
Pour l'amateur, travailler le métal
avec précision n'est pas chose aisée. S'il est facile et peu onéreux
de se procurer une perceuse à colonne et une boite de forêts, cela
se complique dés que l'on veut faire autre chose que des trous...
Après quelques recherches, il faut se rendre à l'évidence,
s'équiper va être cher, prendre de la place, etc..
Internet est d'une grande aide pour trouver des fournisseurs. Une visite au
salon de la maquette de Paris est aussi enrichissante, de nombreux fournisseurs
y ont un stand.
A part quelques revues de modélisme naval, ou la mécanique des
machines à vapeur est traitée en annexe, je n'ai pas trouvé
de revues spécialisées françaises traitant de l'usinage
du métal amateur. Il existe par contre de nombreuses revues anglo-saxonnes.
Pour ma part je me suis abonné à la revue anglaise "Model
Engineers Workshop" qui est intéressante. L'inconvénient
est que c'est en Anglais avec beaucoup de termes propre à la mécanique,
l'avantage est que l'on améliore ses connaissances en anglais.
On trouve dans cette revue de nombreuses annonces et publicité, en particulier
pour des ouvrages permettant de se former.
Comme beaucoup d'amateur, je n'ai
eu aucune formation particulière sur l'usinage et j'ai dû tout
apprendre par moi-même. Après lecture de différents ouvrages
et consultation de nombreux sites Internet, après aussi de nombreux exercices
pratiques plus ou moins heureux, je commence à m'en sortir. Il me reste
cependant beaucoup de progrès à faire.
Les machines outils
L'équipement de base est
une perceuse à colonne avec un étau pour maintenir les pièces
pour des perçages précis. On en trouve maintenant facilement à
des prix très raisonnables (environs 300 francs). Je conseillerai d'en
acheter une muni d'une broche cône morse, cela pour pouvoir y adapter
différents outils. (Pour info, on appelle "Broche" l'axe du
moteur) Les cônes morses sont des cônes métalliques très
allongés permettant d'adapter différents outils sur une broche
avec un alignement parfait. Il existe des cônes morse de taille 1,2,3,4,5,
(plus ???). C'est un standard très respecté dans les machines
outils (tours, fraiseuses, etc...) Il existe des adaptateurs pour monter des
cônes morse n dans des broches n+1 ou n+2 etc... De nombreux outils sont
conçus directement avec une queue cône morse, des fraises, des
forêts, etc. Ceci permet un montage précis et solide. Certain d'entre
eux ont un trou fileté en haut du cône pour pouvoir être
"tiré" à l'aide d'une tige filetée passant dans
un trou percé dans l'axe de la broche. Ceci permet, je pense d'améliorer
la tenue par rapport au simple coincement du cône. Parlons en d'ailleurs
de ce coincement. Quand un cône est inséré dans la broche,
il tient par coincement (un peu comme un coin). Il n'est pas toujours facile
de le retirer. Certaines broches possèdent une ouverture fraisée
sur le coté permettant de passer un coin métallique appelé
"Chasse cône" qui, faisant levier sur le bout du cône,
permet de l'extraire. D'autres sont creuses (en particulier celles prévue
pour avoir un tirant) et l'extraction du cône se fait en tapant gentiment
avec un maillet en bois tendre ou en caoutchouc sur la tige. Les mandrins fixés
sur des cônes morse possèdent très souvent un trou conique
court, et une pièce avec un cône court d'un coté et un cône
morse de l'autre fait la jonction. Il semble que ces cône court s'appelle
Jacob et qu'ils sont noté Bxx. Quand cette pièce est emmanchée
dans le mandrin, il peut être très difficile de l'extraire sans
rien abimer. Ou alors il y a un truc que je ne connais pas, (toutes aides est
bienvenue). Cela m'est arrivé une fois et j'ai eu un mal fou à
extraire le mandrin. J'ai vu dans une revue que certain percaient carrément
de fond du mandrin, pour permettre de l'extraire avec un chasse goupille.
Il faut toujours veiller à ce que les cônes et l'intérieur
des broches soient propres et dégraissés. On peut les nettoyer
avec un chiffon imprégné de Kerdane.
Voici une photo de la broche de ma fraiseuse équipée d'un porte-pince ER25
Voici un vue d'une pince, d'une fraise et de l'écrou de serrage.
De nombreux internautes me demandent où trouver des exemples pratiques. Ayant une pièce à fabriquer, j'ai pris des photos tout au court de la fabrication en espérant que cela pourra aider des débutants.
La pièce dont j'ai besoin
est un distributeur d'air comprimé, une entrée, 3 sorties avec
des robinets d'arrêt.
Aprés un rapide croquis, la pièce étant très simple,
je commence.
Pour commencer, la matière
première. J'avais acheté au kilo il y a quelques temps des chutes
d'alu chez un ferrailleur. J'en sélectionne donc une, la plus petite que
j'ai :
C'est de l'alu de 15mm d'épaisseur. Il faut que j'en coupe un bout.
Aprés un essais infructueux avec ma scie sauteuse, je le coupe à
la main, c'est fatiguant mais efficace. Ca y est ! la piece brute est taillée ! Le moins qu'on puisse dire c'est
qu'il n'y a rien de droit ! La première étape va être de dresser les faces aux côtes.
Pour cela je monte dans la broche une de mes plus grosses fraises (16mm) avec
la pince adéquate. Ensuite, je fixe la pièce dans un étau de fraisage et je rend
la face bien lisse. Cette face va servir de référence. L'étau de fraisage
étant trés précis, je retourne la pièce et dresse
la face opposée qui se trouve ainsi bien paralléle à la
première. Je procède de même avec les 2 autres cotés. Il me reste
à fraiser les angles. Il sont de 45 degrés. Le bon vieux Pythagore
me rappelle qu'il faut fraiser racine de 2 fois la le coté divisé
par 2. Je monte donc la pièce avec un rapporteur d'angle et c'est parti... Pour les perçages, j'enlève le porte pince de la fraiseuse et
je le remplace par un mandrin de type perceuse. Je repère la position
des trous avec une pinule de centrage (Voir plus loin) et je pointe les trous
latéraux, je les perce à 12mm (en plusieurs étapes, 4,6,8,10,12)
(En théorie, pour du filetage BSP 1/4, il faudrait 11.8 mais je n'ai
pas de forêt à ce diamétre) Voici une photo de la pinule de centrage en action Tralala youpi, la pièce est terminée, un petit bain de kerdane
pour la dégraisser, suivi d'un soufflage énergique pour la sécher
et voila le travail : J'ai trouvé chez un de ces nombreux magasins de surplus (NOOZ pour ne
pas le nommer) des mandrins 13mm neuf à 2,50 euro pièce. A ce
prix la , j'en ai pris 2 sans même savoir exactement ce que je voulais
faire avec. J'utilise des outils à plaquettes et une vitesse d'usinage relativement
faible (C'est de l'acier, pas de l'alu) Je dresse les bouts de ma tige pour qu'ils soient bien clean: Puis je fait le filetage à l'aide du porte filière, j'utilise
de l'huile de coupe en bombe pour lubrifier.
C'est une fraise 2 tailles, coupe au centre, c'est à dire qu'elle peut
fraiser en bout et sur les cotés. Coupe au centre indique qu'elle peut
travailler en "Plongeant" dans la matière, comme un forêt.
Elle possède 4 dents, ce qui donne un meilleur fini et génère
moins de vibrations. Par contre l'effort demandé à la machine
est plus fort car ils y à 2 dents en prises avec la matière en
même temps. L'alu étant ductible, je prend un vitesse de rotation
importante d'environ 2000 tour minutes.Pas besoins de lubrifier.
J'utilise la méthode "Aspirateur" qui consiste à aspirer
avec un aspirateur normal les copeaux en plaçant l'embout au plus prés
de la fraise. Il y a plusieurs avantages :
- C'est plus propre
- On voit ce que l'on fait, car les copeaux ne s'accumulent pas
- Cela refroidi un peu la fraise
Je procéde avec des passes d'ébauche d'environs 1.5mm et une dernière
passe de 2 ou 3 dixièmes avec une avance plus faible pour obtenir un
bel état de surface.
Avec les régles de mesure que j'ai monté (Voir Ici)
j'arrive à être précis au centième (Note, pour cette
pièce je n'ai pas besoins d'une super précision, mais il faut
toujours s'entrainer)
Une fois les angles fraisés, la forme de ma pièce est conforme
au plan. J'ébarbe doucement pour "Casser" les arrêtes
avec un ébarbeur trés pratique.
Ensuite, je taraude. Mon outil pour tarauder droit, étant trop petit
pour ce diamétre, je fixe le taraud sur le mandrin et je le tourne à
la main. Je suis sûr ainsi d'être bien dans l'axe. ATTENTION : Ici
il est important de bloquer les chariots de la fraiseuse aprés le pointage
du trou et d'effectuer toutes les opérations, de perçage et taraudage
sans bouger la pièce afin d'assuer un parfait alignement. Pour le taraudage,
j'utilise de l'huile de coupe en bombe aérosol.
Il ne me reste plus qu'à percer et lamer les trous de fixation. J'en
profite ici pour expliquer l'usage de la pinule de centrage. Pour repérer
une position avec précision sur la pièce, je doit connaitre avec
précision les bords X et Y. Voici comment faire en utilisant une pinule
de centrage, outil trés pratique constitué d'un corps fixe, et
d'une partie mobile tenue par un ressort et pouvant s'excentrer. Les 2 pièces
sont rectifiées et d'un diamètre connu avec précision.
- Je monte une pinule de 10mm dans le mandrin
- Je met en marche la fraiseuse à environs 600 rpm
- J'approche doucement le bord de la pinule en rotation du bord de la pièce
à l'aide de la manivelle du chariot
- Au contact, la pinule ce centre de plus en plus
- A un moment, elle "chasse" latéralement, ceci indique que
le bord est pil-poil aligné avec le bord de la pièce.
- Je met la régle à zéro (ou le vernier avant d'avoir une
régle)
- Je relève le mandrin.
- Je déplace maintenant le chariot vers la pièce de la moitié
du diamètre de la pinule, soit 5mm et je refait une remise à zéro.
- Le centre de la broche est maintenant parfaitement aligné avec le bord
de la pièce
- Si on procéde de même avec l'autre axe, il est maintenant trés
facile de positionner la broche avec une grande précision
Je perce donc les trous et je j'en fraise une partie pour noyer les têtes
de vis BTR. Cette opération s'apelle le lamage.
Ne me reste plus qu'à monter les accessoires :
Il m'aura fallu environ 5 heures de travail, sans me presser pour concevoir
et réaliser cette pièce essentielle à la gestion du circuit
d'air comprimé de mon labo.
Hier, j'ai eu une idée d'utilisation : Fixer le mandrin sur mon porte
pince afin de pouvoir rapidement percer des trous sans être obliger de
changer le mandrins à pince qui est long à mettre en place.
Les mandrins sont prévus pour être fixés sur un embout fileté
de 1/2 pouce (12,7 mm, comme les fameuses mitrailleuses) et il est prévu
de mettre une vis filetée au fond du mandrin pour le bloquer.
Je cherche donc une tige d'au moins 12,7 mm de diametre dans mes réserves
de matos et je trouve la tige qui va bien, probablement récupérée
d'une vielle printeuse.
Voici la tige avant usinage, le mandrin, sa clé et la filière
Astuce pour que la plaquette soit bien parallele au bord
L'outil diamant me permet de faire un bon état de surface.
Il faut revenir en arrière de temps en temps pour casser les copaux.
Et voila le filetage terminé
:
Je remet le biniou dans le tour
et je marque le centre avec un forêt à centrer:
Puis je perce à 5mm pour
un filetage prévu M6. Pour info, je perce avec un forêt court.
La régle est de toujours utiliser des forêts le plus court possible
afin de minimiser les erreurs.
Ensuite, taraudage M6 à l'aide
de mon super outil de taraudage :
Et voici la pièce terminée:
Il ne reste plus qu'à fixer
le mandrin :
Et voila, je peut mettre un mandrin
rapidement dans mon porte pince, mission accomplie !
Il est trés fréquent d'avoir à travailler la tôle lorsque l'on fait des montages électroniques.
Pour l'amateur, c'est plus ou moins facile, selon l'équipement que l'on a à sa disposition.
Quel type de tôle choisir ? pour les travaux d'amateur, on utilisera principalement la tôle d'alu, la tôle galvanisé, parfois le laiton ou le cuivre. On trouve des tôles dans certains magasins de bricolage, sur ebay, mais en ce qui me concerne, ma plus grande source d'approvisionement est le "recyclage". Par exemple, si on démonte une vielle imprimante ou un vieux magnétoscope, on peut réccupérer pas mal de tôle. Je les découpe avec une cisaille afin de ne garder que des tôles plates facile à stocker.
Pour travailler la tôle, l'étape n° 1 est souvent de faire un plan, en pensant aux éventuels pliages. il faut penser aux 'jeux' et au pertes selon l'épaisseur de la tôle. Il existe de savantes formules mais avec un peu d'expérience et d'essais sur des 'chutes' on trouve vite les valeurs au 'jugé'.
Ensuite, il faut reporter le traçage sur la tôle à découper. pour marquer la tôle, on peut utiliser différentes méthodes. Pour ma part j'utilise beaucoup les porte mines 0.5 et surtout les feutres fin pour transparents genre 'Lumicolor'. Certains feutres pour écrire sur les CD marchent bien aussi. Les marques s'éffacent bien avec de l'alcool à 90. Il existe aussi des encre spéciale dites 'encres de tracage' souvent de couleur bleue dont on couvre la pièce et qui pemettent un fois sèches de tracer avec une pointe trés fine. Une équerre à chapeau, un traceur d'angle, un trusquin seront des aides précieuses pour le traçage.
Voici un exemple de tôle découpée avec les marques de pliage à effectuer.
La découpe de la tôle peut se faire avec différents outils. Le plus simple et les moins cher sont :
La "Grignoteuse"
Vendue
dans tous les magasins de bricolage, entre autre au rayon 'Placo' pour
couper les rails de fixation, c'est un outils simple et universel qui
permet les coupes droites et arrondies. Avec un peu de soin on arrive à
couper droit. Par contre pour de grandes distances, on attrape vite des
crampes de la main.
Il
faut aussi penser qu'il y a une perte de coupe due à l'épaisseur de la
lame de coupe. Les bords de la tôle coupées sont aussi un peu 'marqués".
La "Cisaille à main"
Parfois
appelée "Cisaille Aviation", elle permet de faire des coupes droites
dans de la tôle pas trop épaisse. C'est pratique pour les faibles
distances.
Ici pas d'épaisseur de coupe mais la tôle se courbe un peu.
Ensuite, il y a des outils plus cher comme :
La "Cisaille d'établi"
Plus cher à l'achat mais tellement pratique. On peut découper des tôles assez épaisses et faire de belles découpes droite.
Il en existe de différente tailles selon la capacité de coupe, mais c'est un investissement qui rendra vraiment service.
De
plus, c'est un outil vraiment increvable à condition de ne ne JAMAIS
couper autre chose que de la tôle avec, même si les vendeurs disent que
l'on peut couper du "Rond" avec, si on veut continuer à faire des
coupes bien 'Clean" il faut éviter de risquer d'ébrécher la lame. De
même, il y a une épaisseur limite, si on force....souvent on casse.
Attention, quand on coupe une tôle avec cette engin, le coté de la lame
mobile aura tendance à se courber. Il faudra, soit le redresser, soit
s'arranger pour que ça soit la "Chute".
(A suivre...)
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