Avant de construire une fraise numérique, comprenons bien le principe de fonctionnement.
Une fraise numérique se compose d'un rotor (spindle en anglais) (Dremel, Proxxon, Kress,...) monté sur différents axes lui offrant des degrés de liberté quant à son déplacement.

On connait les trois degrés de liberté traditionnels à savoir : l'axe X, l'axe Y et l'axe Z. X étant le déplacement desur la longueur (avant arrière), Y le déplacement sur la largeur (gauche droite) et Z le déplacement sur la profondeur (bas haut). Avec trois axes, l'outil placé sur le rotor est capable de se déplacer au-dessus du plan de travail et de descendre dans celui-ci. La fraise numérique à 3 axes permet d'usiner de la matière depuis une vue du dessus, on peut ainsi percer, fraiser,... Il est néanmoins impossible de réaliser directement une forme de type sphérique avec uniquement trois axes car certains plans sont cachés en vue du dessus et inaccessible.

On peut ajouter de nouveau degré de liberté à une machine, lui permettant des déplacements angulaires autour de la matière. Mais plus le degré de liberté est élevé, plus la machine est compliquée.

L'objectif du travail est ici de concevoir une machine à trois axes. Cette machine aura pour but de percer et détourer des circuits imprimés ainsi que de fraiser dans différentes matières tendres.

Beaucoup d'amateur d'électronique sont très intéressés par la possibilité de graver les circuits imprimés directement au travers d'une machine numérique (dans ce processus, on dessine les pistes du circuit en retirant le cuivre autour de celle-ci via une fraise). Ayant déjà travaillé avec un pareil outil, je ne suis pas convaincu de la rentabilité et du bénéfice apporté par cette solution vis à vis de la gravure traditionnelle chimique. En effet, les fraises à utiliser ont un prix élevé (25€) et s'usent très vite (pour des travails de précision on parle d'une nouvelle fraise après gravure d'un circuit double face de 160*100mm). Le temps de travail est très long: une journée pour graver un circuit double couche de dimension A4 sur une machine LPKF professionnelle! Pour finalement offrir un circuit où l'isolation n'est pas toujours parfaite. Ceci dit, si la machine est bien conçue, rien ne vous empêchera de graver vos circuits.

Exemple de machine

Nous ne sommes bien évidemment pas les premiers à réaliser un pareil ouvrage. Sur internet on peut trouver bon nombre de machine déjà réalisée montée ou en kit. Le magazine d'électronique Elektor a d'ailleurs commercialisé une machine destinée à la réalisation de circuits imprimés:

Cette machine d'une valeur de 1.600€ possède un montant qui se déplace dans la longueur (Axe X), sur ce montant on retrouve l'axe Y qui permet le déplacement latéral de la fraise. Le chariot qui se déplace sur l'axe Y possède l'axe Z qui permet à l'outil de monter et descendre.

Dans un autre style, Proxxon propose une fraise sur colone équpée du table XY de précision. Cette machine est disponible en manuel (environ 1.800€) ou déjà numérisée (environ 4.500€). On remarquera aisément que le fait que la machine soit numérisée ajoute une plus value considérable à la valeur de celle-ci.

Sur ce modèle de référence FF500, en tant que bricoleur, on peut se demander si la différence de 2.700€ est vraiment justifiée pour 3 moteurs, un contrôleur et un software? Ou du moins pour une utilisation en tant qu'amateur?

Course des machines

Un point non négligeable d'une fraise numérique est sa course. La course est le déplacement maximum que celle-ci peut avoir pour chacun de ses axes. Pour prendre un exemple, regardons à nouveau chez proxxon qui commercialise une autre machine: la MF70 a Un prix très raisonnable de 300€ (machine manuelle). Seulement, celle-ci possède une course de 46mm sur l'axe Y. Ceci pose bien évidemment problème et limite le champ d'utilisation.

On voudrait avoir la machine avec la course la plus grande possible. Mais il faut veiller que lorsque l'on agrandit les dimensions des problèmes apparaissent:

• Les vis d'entrainements et les guides linéaires peuvent courber sous leurs propres poids si ceux-ci ne sont pas bien choisis
• La force nécessaire pour entrainer le système (puissance des moteurs) va augmenter considérablement.
• Les faibles différences de niveau vont se faire beaucoup plus ressentir.

Le prix d'une machine va très vite augmenter avec ses dimensions!

Résumé du principe de fonctionnement

Sur une machine 3 axes nous retrouvons premièrement les axes:

Ceux-ci permettent le déplacement des chariots, ils sont composants de guides linéaires qui guide le chariot afin que sa trajectoire soit droite. Le déplacement est engendré par une vis sans fin qui elle-même tourne grâce à l'action d'un moteur. Ce dernier est un moteur de précision, le plus souvent nous trouvons des moteurs pas-à-pas qui permettent une rotation angulaire précise (facilement des pas jusqu'à 1/1600eme de tour).

Les différents axes sont solidaires grâce à un châssis qui peut être comme dans le cas de la machine proxxon un bloc solide ou composé de profilé.

Pour arriver à nos fins, nous pouvons soit trouver une machine manuelle à numérisé, soit tout construire soit même. C'est cette deuxième option que nous choisirons. Au cours des prochains articles, nous décrirons comment y arriver, où trouver les pièces soit en les récupérant soit en les achetant.

Avant de continuer les festivités, je tiens à remercier mon grand père qui a travaillé des journées entières en s'arrachant les cheveux pour mener à bien ce projet. Bien plus qu'un bricolage, cette machine représente de nombreuses journées de travail réparties sur plusieurs années. Sans lui et ses ingénieuses qualités, le travail n'aurait pas encore abouti.

Je tiens aussi à remercier Pierre (il se reconnaitra), pour toute son aide, ses idées et l'initiation à la CNC qu'il m'a donné.