chemins d'outils

Les stratégies d’Usinage 2D et 3D dans Fusion 360 Manufacture. 1ère partie.

Vous avez une machine CNC, et vous utilisez Fusion 360 pour concevoir vos pièces. Le truc, c’est que les 2, séparément, marchent très bien (enfin, j’espère pour vous 😉 ). Là où les choses se compliquent un peu, c’est au moment de choisir les stratégies d’usinage 2D et 3D dans l’atelier Manufacture de Fusion 360, pour sélectionner les chemins d’outils usinant votre pièce, puis générer le GCode à envoyer à votre machine.

Ne sachant pas quelle machine vous avez, cet article ne va pas adresser des questions particulières, comme les vitesses d’avance et vitesse de coupe. Il y a d’autres articles sur le Blog qui peuvent vous aider dans ces réglages. Nous n’allons pas non plus parler de post-processeur spécifique, mais utiliser celui pour GRBL comme exemple. GRBL est un peu le plus petit dénominateur commun, en termes de capacités à interpréter le GCode, puisqu’il tourne sur un Arduino 8 bits. Si vous ne trouvez pas de post-processeur correspondant mieux à votre machine, essayez GRBL, il y a de fortes chances que ça fonctionne.

Stratégies d’usinage 2D et 3D, qui, que, quoi?

Une des question qui revient le plus souvent lorsqu’on débute en fraisage CNC porte sur la différence, dans Manufacture, entre les opérations 2D et 3D. Et la réponse est loin d’être intuitive. En effet, la différence n’a rien à voir avec les mouvements de a fraise en 2 ou 3D. Il faut se placer “du pont de vue de Fusion 360”. Et, de ce point de vue, une opération 2D est une opération dont le chemin va suivre une ligne, une arête, un angle, alors qu’une opération 3D se calcule à partir d’une surface, à priori non plane (mais qui pourrait l’être).  On peut bien sûr, selon la pièce, combiner des opérations 2D et 3D pour un même usinage.

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Nous reviendrons en détail sur ces différentes opérations, mais on va commencer par le commencement, c’est à dire la préparation du travail à effectuer sur notre pièce de matériau brut. Fusion 360 appelle ça “Setup”. Il peut y en avoir plusieurs pour une même pièce, notamment si on doit la retourner, mais les principes décrits vont s’appliquer pour tous vos setups.

Setup et Stock

-1- Stock

La première chose à faire (de mon point de vue), même si les onglets ne sont pas dans cet ordre, est de déterminer les dimensions de la pièce de matériau brut que vous allez usiner. Le terme utilisé par Fusion est “stock”, et c’est donc cet onglet que nous allons examiner en détails.

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Tout d’abord, la liste déroulante “mode” permet de choisir COMMENT on va déterminer les dimensions du matériau brut. Sur l’image ci-dessus, le mode est “ relative size box”, c’est à dire que Fusion 360 détermine les dimensions de cette “boite” en fonction du modèle à usiner, et des décalages (offset) indiqués. Les dimensions X, Y et Z sont indiquées dans la partie inférieure du dialogue.

Si l’on clique sur cette liste déroulante, on obtient la totalité des différents modes possibles, ainsi qu’une aide visuelle expliquant mieux ce à quoi chacun de ces modes correspondent:

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Si vous sélectionnez “Fixed Size Box”, au lieu de relative, vous indiquez  vous-même les dimensions du matériau brut (ce qui sera sans doute le cas le plus courant). On retrouve les mêmes choix entre relatif et fixé pour les cylindres et les tubes. finalement, on peut choisir “from solid”, c’est à dire depuis un volume Fusion 360. Cette option correspond à la découpe de pièces dans un panneau, par exemple.

Ici, nous avons un setup différent, pour la même pièce, avec une “boite” de taille fixe, et la pièce à travailler positionnée à l’intérieur du matériau brut “en bas à gauche”.

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Les décalages indiqués vont permettre d’usiner le périmètre extérieur de la pièces sans gaspiller trop de matière. Si l’on partait d’un bloc déjà surfacé, on pourrait très bien mettre offset à zéro. Il n’y a pas d’offset indiqué en Z, puisqu’on demande à Fusion de mettre la pièce à égale distance (center), du dessus et du dessous de la pièce brute. Cela va permettre d’usiner toutes les faces, mais il va falloir retourner la pièce pour surfacer le dessous.

-2- Setup

Voyons maintenant le premier onglet, setup.

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Tout d’abord, il est possible de sélectionner une machine, et de l’éditer, en indiquant ses dimensions et diverses autres caractéristiques. Je ne l’ai as encore fait, ce n’est pas du tout une étape obligatoire, même si l’indication de surface maximum de travail, par exemple, aidera Fusion à nous alerter si l’on cherche à usiner une pièce trop grande.

Ensuite, on doit déterminer le type d’opération à effectuer. On a le choix entre Milling (Fraisage), Turning (tournage ou tournage/fraisage), et Cutting (découpe).  Cette suite d’articles concerne le fraisage, dans un premier temps..

On arrive ensuite à la partie la plus importante, Work Coordinate System ( Système de Coordonnées de Travail), dont il nous faut déterminer l’orientation et l’origine. Une machine CNC peut (si vous avez des fins de course et une fonction “homing”) travailler selon 2 systèmes de coordonnées: un système de coordonnées “absolues” (physiques, si vous voulez), et un système de coordonnées relatives (de “travail”). Le système absolu permet au code de savoir où se trouve votre fraise par rapport aux limites et dimensions de la machine. Le système relatif travaille par rapport à un point origine X0, Y0, Z0, dépendant de la pièce à travailler, que l’on va déterminer avec Fusion. La machine, bien sûr n’a aucune idée de la position de ce point (mais on va le lui indiquer…). Il est donc possible, si on ne fait pas attention, de dépasser les limites physiques de la machine, si on indique en coordonnées relatives un point situé à l’extérieur de la zone de travail. Mais un peu de bon sens permet généralement d’éviter ce genre de problème.

Si vous avez conçu votre pièce dans Fusion avec le Z en haut, comme c’est maintenant le défaut, vous ne devriez pas avoir de difficultés ici, il doit suffire d’indiquer “Model Orientation”. Autrement, il peut être nécessaire d’indiquer où est l’axe X. Par convention, sur une machine CNC, l’axe X est la plus grande longueur (gauche droite), l’axe Y est la largeur (avant, arrière), et l’axe Z la hauteur.

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Selon les cas, et selon votre modèle, vous pouvez choisir de sélectionner X et Y (des arêtes sur votre pièce), Fusion déduira la position de Z. Si Z pointe vers le bas (ou un autre des axes), vous pouvez cocher la case Flip … axis pour faire en sorte que toutes les flèches pointes dans les bonnes directions.
Une fois les coordonnées orientées convenablement, vous pouvez sélectionner le point origine, point sur lequel vous devrez amener la pointe de la fraise avant de commencer (et de remettre, sur la machine, les axes X, Y et Z à zéro).

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Le plus souvent, le point choisi sera un point sélectionné sur la “boîte” représentant le matériau brut. Après tout, c’est logique, puisque c’est ce que vous positionnez et fixez sur votre machine. Sélectionner un point sur le modèle n’a pas vraiment de sens dans ce cas.. Ce pourrait être le cas, si vous faites un nouveau setup, pour graver du texte sur une pièce déjà usinée, par exemple. Méfiez-vous du “Model Origin”, qui va utiliser le point origine dans MODEL, comme point origine pour vos coordonnées d’usinage. Il y a très peu de cas où il sera possible d’amener la pointe de la fraise sur un point du matériau brut correspondant.

Au moment de la sélection (ici stock box point), les différents points possibles sont montrés sur la boîte. Les points à mi-hauteur ne sont pas très utilisables. Le plus souvent, on utilise le point dessus et au milieu, facilement identifiable sur le matériau en traçant les diagonales, ou bien l’un des coins, toujours dessus. Pour une raison particulière, on peut vouloir utiliser un des points au bas de la ”boîte”, mais nous aurons l’occasion de parler de ce cas particulier dans le futur.

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Finalement, Model nous permet de sélectionner quel objet de notre conception nous voulons usiner. Ce peut être un (ou plusieurs) bodies ou components. Évidemment, si, comme dans l’exemple utilisé ici, il n’y a qu’un seul body, le choix est restreint…. Smile Enfin, nous pouvons sélectionner ce qui, dans notre modèle est destiné à faire tenir notre pièce: Fixture (à condition évidemment de l’avoir modélisé) sur notre fraiseuse, de manière à ce que, lors du calcul des différentes passes, Fusion puisse nous alerter d’un éventuel conflit. Le sujet est suffisamment important pour justifier un future article.

Cette vidéo est aussi une bonne introduction, complémentaire à cet article: https://youtu.be/XHsMSbgQSJsPS

Cette “mise en bouche” sur les stratégies d’usinage 2D et 3D avec Fusion 360 se termine ici, merci d’avoir lu jusqu’au bout. N’hésitez pas pour les question  et commentaires, le Forum Le Bear CNC étant le lieu approprié pour cela. merci, et à bientôt, pour de nouvelles aventures….  Ha, au fait, tous les articles du blog sont “convertissables” en PDF et imprimables.  2019-03-26 15_44_47-Vitesse et Avance_ Trouver le Point d’Equilibre pour Usiner Bois et Plastiques.




Position du Homing pour $23=1

GRBL, Homing et fins de course.

Homing est la fonction qui permet de donner une position de référence sur les 3 axes de la machine, de manière à ce qu’un certain nombre d’opérations soient possibles grâce à un « repère » physique constant, tel que la position de brides et d’attaches, d’une sonde, etc….

La position de ce repère sur la machine dépend des paramètres indiqués dans GRBL. Comme la chose n’est pas absolument intuitive (???), on va tâcher d’illustrer tout ça.
Tout d’abord, il vous faut déterminer où vous voulez que le homing se fasse:

Paramètre $23 – Direction du Homing

Vous avez 4 choix possibles:

Position du Homing pour $23=0

Position du Homing pour $23=1
Position du Homing pour $23=1

Position du Homing pour $23=2
Position du Homing pour $23=2

Position du Homing pour $23=3

 

Comme vous pouvez le voir sur les illustrations, les coordonnées absolues sont données en négatif par rapport au point 0,0,0. C’est a priori le défaut pour toutes les machines CNC professionnelles, et pour LinuxCNC, dont GRBL s’inspire. Ne me demandez pas pourquoi, aucune idée! 🙂

Bien sûr, du choix de la direction du Homing va dépendre la position des switches de fin de course. Notez qu’il n’est pas nécessaire de mettre de fin de course en Z+. De mon point de vue (mais ce n’est que mon point de vue), il n’est pas non plus nécessaire de mettre des switches de chaque coté des Axes X et Y. Personnellement, ayant choisi la position $23=3, je n’ai des fins de course qu’en X- et Y-.

Etapes du Cycle de Homing

 

Par défaut, le cycle de homing passe par les étapes suivantes:

  • Axe Z
    • L’axe Z monte en vitesse rapide ($25)
    • Lorsque le fin de course Z est déclenché, Z s’arrête pour une courte période ($26), et recule d’une certaine distance ($27)
    • L’Axe Z va monter à nouveau lentement ($24) jusqu’à ce qu’il touche le fin de course à nouveau.
    • L’Axe Z recule d’une certaine distance ($27)
  • Axes X et Y
    • X et Y se déplacent tous les deux dans la direction du Homing, à vitesse rapide ($25)
    • Le premier Axe qui déclenche le fin de course s’arrête, et attends que l’autre Axe déclenche aussi.
    • Lorsque le second Axe touche le switch, les 2 axes reculent d’une distance pré-établie($27)
    • Les 2 axes X et Y vont se déplacer vers les fins de course à nouveau, lentement ($24), jusqu’à ce que les 2 switches soient à nouveau déclenchés
    • Les deux axes X et Y vont reculer d’une petite distance ($27)

Vitesse du Homing

Comme décrit ci-dessus, le Homing est fait en deux phases distinctes par axe: rapide et recherche. La vitesse rapide est contrôlée par le paramètre $25. Dans cette phase, GRBL essaye juste de trouver la fin de course en un temps raisonnable.

Après la phase rapide, la phase de recherche fait exactement la même chose, mais à une vitesse lente, contrôlée par le paramètre $24. Cette phase est dédiée à trouver précisément le point de déclenchement du switch fin de course.

Attention, surtout pour la phase rapide, à ne pas être trop rapide, au risque d’endommager les interrupteurs. Pour ma machine, à titre d’exemple, $24=100, $25=800 (ce sont des millimètres/minute). Bien sûr tout dépend de votre machine, mais si vous venez de l’impression 3D, oubliez vite les vitesses utilisées sur votre imprimante! Les masses en mouvement n’ont aucun rapport!

Distances de Homing

GRBL va abandonner la recherche pour une fin de course après avoir effectué la distance de déplacement maximum X 1.5. Cette distance de déplacement maximum est contrôlée par les paramètres $130 pour X, $131 pour Y et $132 pour Z. Ces valeurs sont aussi utilisées pour les limites logiciel, et devraient être réglées un peu en dessous de la longueur pour chaque axe.

Après la phase  rapide, l’axe recule un petit peu, pour que le switch revienne en position de repos. Cette distance est contrôlée par le paramètre $27. Indiquez une valeur suffisamment haute pour que l’interrupteur soit complétement dégagé,même si la phase rapide dépasse le point limite (va taper sur la machine).

Paramètre $22

Maintenant que vous avez effectué les différents réglages expliqués ci-dessus, vous pouvez mettre le paramètre $22=1. Lorsque que vous re-lancez GRBL, le homing est actif, la machine va se mettre en erreur tant qu’un cycle de homing valide n’a pas été effectué, et il ne peut s’effectuer QUE si vos end stop et les autres paramètres sont corrects…..

Dans bCNC, vous allez voir quelque chose comme ceci:

bCNC en attente de Homing

Cliquez sur l’icône « Home » (Maison) pour démarrer le cycle de homing. Si tout se passe bien, vous verrez la barre rouge passer en jaune, avec le mot Idle, signifiant que la machine (GRBL, en fait) est en attente de commandes.

Vous verrez aussi s’afficher, sur la ligne MPos, les coordonnées absolues (physiques, si vous préférez) correspondant à la position de Homing que vous avez définie.

 

Et après le Homing, on fait quoi?

Commande G28.1 dans bCNC

Le homing n’est utile que si l’on s’en sert. Comme dit au début, il nous donne une position de référence sur la machine, indépendante de pièce à travailler. Une des utilisations possibles est d’indiquer à GRBL où l’on veut que se positionne la broche (et fraise), après que le travail sur une pièce spécifique est fini. La plupart des post-processeurs de Fusion 360 envoient la commande G28 à cet effet.

Imaginons que vous vouliez qu’après le travail, votre broche remonte à la position de homing, mais avec X et Y correspondants à un repère sur votre martyr où vous positionnez vos pièces à travailler (Angle d’une équerre, par exemple). Vous amenez, par jogging, l’outil à la position souhaitée. Ensuite, dans bCNC, vous tapez la commande G28.1, et validez par Entrée. Cette commande indique à GRBL de mémoriser la position courante de l’outil pour G28.

Vous pouvez tester si cette position est correctement mémorisée en joggant à nouveau quelque par ailleurs, puis en tapant simplement G28 (et Entrée). Vous devriez alors voir la machine positionner votre outil à la position mémorisée.

Personnellement, j’ai choisi pour G28 une position qui me facilite le changement d’outils (fraise).

 

Coordonnées absolues et relatives

Point origine sur Fusion 360

Il est clair que la position trouvée lors du cycle de homing est une position « absolue », correspondant toujours aux même coordonnées sur votre machine. De la même manière, la position G28, définie après un homing, est une position absolue, sans relation avec une pièce à travailler.

Seulement, le mode de travail d’une pièce, et la détermination du point origine des axe X, Y et Z, doit correspondre à des coordonnées relatives (à la pièce à travailler). Si j’utilise Fusion 360, j’ai défini un point origine quelque part sur mon stock. Comment faire pour que ma machine (et GRBL) sachent où est ce point?

Dans l’exemple ci-contre, il me faut tracer les diagonales du carré pour identifier sur la pièce brute l’endroit où positionner ma fraise.

Ensuite, en « joggant » avec les flèches de déplacement, vous amenez votre fraise sur le point en question. OK, très bien! MAIS vous ne voulez pas vraiment refaire cette même manipulation à chaque fois que vous voulez travailler une pièce, n’est-ce pas? Ce serait quand même plus pratique si on pouvait mémoriser cette position.

Justement, c’est ce à quoi les « espaces de travail » G54, G55 …. G59 sont destinés. Une fois votre outil positionné là où vous le souhaitez, en étant dans l’espace de travail G54 (Espace par défaut pour GRBL), vous mémorisez cette position en cliquant sur le bouton XYZ=0. AUCUN DES AXES NE BOUGE SUR LA MACHINE, et c’est NORMAL! Simplement, la position (absolue) est enregistrée, et comme il s’agit du point origine de l’espace de travail G54, les axes sont tous à zéro (avec parfois quelques petits décalages, dus au nombre de pas et à la résolution définie pour les moteurs).

Après jogging en position

Après remise à zéro des axes pour G54

La copie d’écran de gauche correspond au résultat du jogging. Les valeurs pour Wpos ( Work Position, position de Travail) ,n’ont pas grande signification.

Après appui sur le bouton XYZ = 0, (image de droite) pour l’espace de travail G54 (dont le bouton est enfoncé, c’est donc l’espace actif), les axes sont tous à zéro (à quelques millièmes près,la résolution sur ma machine ne permet pas d’aller en dessous du 1/100ème)

Cette opération est celle qui nous permet de « faire le lien » entre le GCode généré par Fusion 360, et la machine.

Si vous avez défini une position pour G28, comme indiqué précédemment, vous pouvez tester vos positions mémorisées, en envoyant la commande G28, puis, lorsque la machine a fini de se repositionner,en cliquant sur le bouton avec un cercle, au centre des flèches de jogging, ce qui demande à la machine de reprendre la position définie pour G54. Vous avez sans doute remarqué qu’il y a 5 autres espaces de travail possibles. Personnellement,j’ai trouvé pratique d’utiliser G55 pour mémoriser le coin d’une équerre sur le martyr, et G54 pour une position sensiblement au centre du martyr.

Une fois les opération décrites faites, vous pouvez charger votre fichier GCode et demander à bCNC de l’exécuter (en fait bCNC l’envoie à GRBL, qui lui l’exécute)

Pour en savoir plus sur les commandes GCode évoquées ici, veuillez vous référer à cette page: Tout le GCode de LinuxCNC

En guise de conclusion

Cet article fait suite à beaucoup de lectures sur des groupes Internet et de Forums (Français ET Anglais), et essaye de « réparer » un peu les erreurs de compréhensions, et les « conseils » lus, comme de supprimer la génération de G28, parce que « ça ramène toujours tout à zéro ». GRBL n’est jamais qu’un outil dont VOUS vous servez. Si vous le laissez faire ce qu’il veut, sans chercher à apprendre et à comprendre, ça peut sembler plus « facile », mais vous passez à coté de fonctions utiles qui ne sont pas là par hasard.

Ne me faites pas dire ce que je ne dis pas: rien n’est « obligatoire », et personne ne vous oblige à utiliser GRBL d’une certaine manière plutôt qu’une autre. On peut en fait très bien se passer complètement du Homing, tout faire en coordonnées relatives, et ne pas chercher plus loin, ça « marche ».

Mais si vous avez passé du temps et dépensé de l’argent pour avoir une machine CNC correspondant à vos souhaits, pourquoi se priver de la moitié des fonctions gratuitement à votre disposition?




Salut du Bear.

Finalement!

Voilà, Le Bear CNC est maintenant “officiellement” en ligne. Oui, ça a mis longtemps, et non, c’est loin d’être complet et terminé. Terminé, le site ne le sera sans doute jamais. Il sera en évolution constante, en fonction de vos souhaits, de vos désirs, et.. de vos achats….

Notre but est de faire de ce site une plate-forme “incontournable”, comme on dit, en ce qui concerne la CNC amateur. Il existe plein de sites et de blogs où sont décrits soit des machines et des réalisations, soit des boutiques offrant divers produits “en vrac”, avec bien peu d’explications sur le pourquoi du comment, pourquoi des choix, comment utiliser. L’Idée derrière le Bear CNC est de ne proposer que des produits pour lesquels nous avons une expérience d’utilisation, que nous décrirons au travers d’articles techniques détaillés, et, selon les cas, appuyés par des vidéos explicatives. Certains de ces produits seront des réalisations “Made in Le Bear”, parce que nous aurons détecté un besoin spécifique.

Dans l’ensemble, la partie électronique et logicielle s’appuiera sur GRBL, le firmware écrit spécifiquement pour l’Arduino Uno. Il existe de nombreux logiciels pour envoyer le GCode et contrôler le déroulement des opérations avec GRBL. Nous aurons de nombreux articles à ce sujet, et vous proposerons un logiciel pour PC EN FRANCAIS (nous sommes sans doute les seuls à le faire) dans ce but. Cela ne veut pas dire que nous laisserons complétement tomber les utilisateurs de Mach3 où de PlanetCNC. Nous n’avons cependant aucune intention de “pousser” à l’utilisation de ces systèmes, à la fois pour des raisons de coût, et de flexibilité. En effet, même la plus moderne version de Mach3, Mach4, ne propose pas de version USB par défaut (il faut un module complémentaire), et encore moins de liaison sans fil.

Nous verrons au fur et à mesure les solutions possibles, ainsi que la chaîne logicielle complète, de l’idée de départ à la réalisation de la pièce par fraisage CNC.

Nous somme bien évidemment à l’écoute de vos remarques et commentaires. N’hésitez surtout pas à partager vos attentes et à faire part de vos critiques, constructives, bien sûr!