Un peu de mécanique...

Voici les pièces en acier que j'ai usinées :

- les pièces cylindriques permettent d'accoupler chaque moteur à sa tige filetée (assurant la translation du chariot X, Y ou Z associé),

- les pièces rectangulaires sont les écrous "maison" engagés dans la tige filetée, et fixés à chaque chariot.






Ci-dessous, une photo de l'accouplement de l'axe Z après assemblage. La partie supérieure est alésée à 6,35mm (diamètre de l'arbre du moteur), la partie inférieure est taraudée à 6mm (diamètre de la tige filetée).



Pour l'instant, il y a des passages où le moteur se bloque en raison de différents frottements :
- les glissières des tiroirs ont des points durs
- le parallélisme des glissières, même si je l'ai contrôlé au pied à coulisse, n'est sans doute pas parfait (je n'ai d'ailleurs aucune garantie sur la rectitude des glissières)
- la coaxialité imparfaite de la liaison moteur/tige filetée engendre des torsions.

Il me reste à peaufiner tout cela pour arriver à un ensemble qui se déplace sans problème d'un bout à l'autre de la course. Il faudra en plus qu'il reste un peu de puissance au moteur pour déplacer la fraise en plein travail (ce qui occasionnera des efforts supplémentaires à compenser par le moteur).

Programmation sur PC

Afin de tester la communication entre le PC et la carte Microchip, j'ai développé :

1) un programme embarqué sur la carte, qui intègre une pile de communication USB, un protocole HID personnalisé pour recevoir les consignes de déplacement depuis le PC, et un algorithme Bresenham 3D pour gérer les déplacement en ligne droite.

2) un programme en C# sur le PC, qui intègre la librairie USB/HID de Florian Leitner (merci à lui !), et une interface graphique élémentaire pour piloter la machine manuellement. J'ai dû modifier la librairie de Florian car la réception des paquets USB depuis la carte faisait planter le programme (appel à WriteFile bloquant). J'ai remplacé le fonctionnement multithread par un appel synchrone à la lecture des données USB. Voici une copie d'écran de l'appli :

Microcontrôleur Microchip

J'ai reçu la carte d'expérimentation Microchip USB que j'ai commandée il y a 2 jours, la voici en photo :




Cette carte va servir à recevoir les consignes de déplacement des trois moteurs en provenance de l'ordinateur, et à les convertir en déplacements élémentaires pour chacun des moteurs, par un algorithme de Bresenham 3D.

Les signaux en sortie de cette carte seront ensuite envoyés à la carte que j'ai construite à base de L297 (cf. vidéo), pour être convertis en signaux 4 phases pour chacun des moteurs, puis amplifiés pour alimenter les bobines des moteurs.

L'appareil "PICkit" présent sur la photo permet, une fois branché à la carte d'expérimentation, de programmer le micro-contrôleur directement depuis le PC, sans avoir à le retirer de son support. Ce micro-contrôleur est un PIC18F14K50.

Fin de la partie menuiserie (2)

On voit ici un gros plan sur l'arrière de la machine et sur l'axe Z.



Ci-dessous, le moteur dans sa position définitive, mais pas encore fixé.
L'axe du moteur est cylindrique et sans aucun méplat, par conséquent, pour l'accoupler avec une tige filetée, je vais devoir fabriquer une pièce spéciale en acier, avec un filetage d'un côté, et un alésage de l'autre, pourvu d'une vis de serrage.
Comme en plus, le diamètre de l'axe est de 6,35mm (1/4 de pouce), j'ai dû me procurer un foret spécial ayant ce diamètre d'outre-manche.



Pour finir, une photo de mon atelier de menuiserie. Un jour, je rangerai...



Prochaine partie : la mécanique. Au programme :
- usinage des 3 accouplements moteur/tige filetée ;
- usinage des 3 écrous spéciaux assurant la liaison tige filetée - chariot ;
- fixation des moteurs sur leur support (et ajustement pour une coaxialité maximale avec les écrous fixes des chariots) ;
- fixation du support de la fraiseuse (il s'agira pour l'instant d'une perceuse de modélisme genre Proxon) sur le chariot Z.

Montage : fin de la partie menuiserie

Après quelques heures de sciage, ponçage, défonçage, fraisage, perçage, vissage, ajustage, voici la machine montée :


Les 3 chariots X, Y et Z sont montés sur des glissières de tiroir trouvés en "GSB" (grande surface de bricolage). J'ai dû les adapter à la fraiseuse en taraudant plusieurs trous afin de pouvoir les visser sur le chassis et les chariots, sans que les vis ne gênent leur fonctionnement.

Comme il y a deux glissières par chariot, le point délicat est que celles-ci soient rigoureusement parallèles, sans quoi le coulissement n'est pas possible.

Il a par ailleurs fallu fraiser à la défonceuse des logements pour les têtes de vis.




Détail des deux chassis superposés X et Y :



Les planchettes disposées en bout de course de chaque axe sont les supports de chaque moteur, qui assureront la translation des chariots par le biais d'une tige filetée et d'un écrou fixé sous chaque chariot.

Machine à commande numérique : c'est parti !

J'ai acheté le bois et la quincaillerie pour démarrer la construction, advienne que pourra. Le panneau de bois, du latté-collé en chêne, était bradé à 5 euros. Une affaire à saisir !

Ci-dessous, deux chutes après la découpe de la vingtaine de pièces de bois qui constitueront la machine.

Une machine à commande numérique : un projet à bas coût ?

Voici, en projet, une machine à commande numérique 3 axes, qui pourrait être motorisée par le moteur pas-à-pas de l'article précédent... et qui pourrait être construite à frais réduits.

Cette machine pourrait être pilotée par le montage électronique de l'article précédent, répliqué en 3 exemplaires pour les 3 axes de la machine. Ces montages pourraient eux-mêmes être contrôlés par un microcontrôleur de type PIC18, qui serait lui-même commandé via USB par un PC. Microchip, le constructeur de ces microcontrôleurs, fournit bon nombre d'exemples pour mettre en oeuvre une interface USB, ainsi qu'un environnement de développement gratuit. Il faudra ensuite réaliser un logiciel de commande numérique qui tournera sur PC, pour calculer la trajectoire de l'outil de coupe afin de pouvoir usiner la forme souhaitée.

Encore pas mal de travail en perspective, même si la conception de la mécanique est maintenant terminée, et les plans prêts à être imprimés :

Contrôleur de moteur pas-à-pas / Stepper engine driver

Ce circuit permet de contrôler un moteur pas-à-pas, grâce au circuit intégré L297. Les signaux des 4 phases sont amplifiés par des transistors BC239. En parallèle de chaque bobine du moteur, une diode roue-libre permet d'éviter la détérioration des transistors par les extra-courants de rupture. La carte est connectée à un générateur d'impulsions (au dessus de l'oscilloscope), qui permet de faire varier la vitesse de rotation du moteur. L'oscilloscope montre les signaux produits par le L297, et amplifiés par les transistors (et déformés par l'effect inductif des bobines).

Une alimentation double variable et stabilisée

Faite à partir de deux kits basés sur le LM317, et d'un boîtier des années 60 au style délicieusement désuet, cette alimentation permet de débiter jusqu'à 2x20V sous 1A. Deux potentiomètres permettent de régler la tension de chaque voie. Un commutateur central permet de choisir entre 3 modes de fonctionnement :
- masse commune aux deux voies ;
- 2 voies indépendantes ;
- 2 voies mises en série - permettant notamment d'avoir une alimentation symétrique pour amplificateurs opérationnels.




On aperçoit ici les deux kits d'alimentation, équipés des LM317 pourvus de leur radiateur.

Un kit électronique : jeu de tennis

Pour changer de la vapeur, voici un peu d'électronique.

C'est un montage électronique que j'ai réalisé ce week-end avec mes enfants.
Il s'agit du fameux jeu de tennis qui faisait fureur dans les années 80.
2 prises CINCH permettent de raccorder le jeu à un téléviseur pour avoir l'image ET le son

Monocylindre simple effet - 1-cylinder single acting steam engine

Voici ma première réalisation mécanique : un mono-cylindre simple effet, réalisé selon les plans de Vapeur Languedoc (http://membres.lycos.fr/vapeurlanguedoc/).

Soupape de sécurité - poppet valve

Toutes les pièces de la soupape -- il ne manque plus que le ressort.

Vue d'ensemble de la locomotive - locomotive overview

Au premier plan, le tube-foyer de la chaudière qui prend place au coeur de la chaudière, et les 4 tubes-échangeurs.

Soupape de sécurité (suite) - Poppet valve (cont.)

Grugeage de la virole de la soupape de sécurité

Filetage du chapeau à M18 x 100. J'ai dû meuler l'outil de tournage pour qu'il puisse rentrer dans l'alésage sans labourer les filets.

Reprise en pince pour le tournage de l'extérieur du chapeau

L'embiellage en action (vidéo) - rodding in motion (video)

Embiellage (simulation) - Rodding (simulation)

Une virole de la chaudière, et la soupape de sécurité - A boiler shell and the poppet valve

A gauche, le couvercle de la virole (diam. extérieur 30mm), à droite le raccord à braser sur la chaudière, avec le support pour deux tubes : la prise de vapeur et le manomètre.

La virole assemblée

La soupape de sécurité et une bague filetée M9x100.

Bicylindre, suite - 2-cylinder steam engine (cont.)

Bicylindre, suite - 2-cylinder steam engine (cont.)

Admission de la vapeur à gauche, échappement à droite.


Détail de la coulisse de Stephenson, usinée dans de la tole d'inox d'épaisseur 1,5 mm (désolé pour la photo floue...)