Suzie Model One : Fraiseuse CNC de Précision pour PCB

Composants et Fournitures

Composant	Quantité
Arduino UNO	1
Pilote Pololu A4988	1

Outils et Machines Nécessaires

• Imprimante 3D bq Prusa i3

Applications et Services en Ligne

• GRBL (firmware CNC)

À Propos de ce Projet

Introduction

La SUZIE MODEL ONE a été conçue pour fraiser des circuits imprimés. L'objectif : une machine rigide, précise et la plus automatisée possible. Aujourd'hui, seules le changement de fraise et le positionnement de la sonde Z restent manuels.

Cette machine résulte d'un processus d'essais-erreurs avec multiples redesigns pour obtenir le meilleur résultat. Le défi principal était la rigidité : une machine insuffisamment rigide fléchit lors de l'usinage, ruinant le résultat. Les vibrations en virage constituent l'autre problème majeur. Réduire la vitesse les atténue, mais le temps c'est de l'argent, et certaines coupes requièrent une vitesse optimale.

Pour plus de détails, consultez #suziecnc sur Instagram. Les chapitres suivants expliquent les choix de conception et les problèmes résolus.

Dimensions

Dimensions extérieures :

• Largeur : 46 cm
• Longueur : 62 cm (43 cm utiles)
• Hauteur : 58 cm (avec gaine de câbles)

Zone de travail approximative :

• X (largeur) : 20 cm
• Y (longueur) : 20 cm
• Z (hauteur) : 6 cm

Vues de Suzie

Ax X et Y, Montage Moteurs et Jeu (Backlash)

SUZIE a zéro jeu sur les axes X et Y, sans compensation firmware.

C'est possible grâce aux courroies au lieu de vis à billes. Les vis à billes nécessitent un jeu pour fonctionner sans friction, jeu qui doit être compensé. Avec l'usure, ce jeu devient irrégulier et impossible à compenser précisément.

Les courroies, correctement tendues, supportent des forces suffisantes pour usiner le métal sans élasticité notable.

Les deux axes utilisent la même technique : la courroie est fixe aux deux extrémités et le moteur pas-à-pas se déplace dessus comme une crémaillère, évitant la boucle de courroie encombrante des imprimantes 3D.

Axe X : le moteur est solidaire du chariot, la courroie est fixée sur la machine.

Plateau Y

L'axe Y utilise le même principe mais avec moteur fixe et courroie mobile. Cela permet une longueur virtuellement illimitée du plateau Y, modifiable sans changer la conception. Le rail est sur le plateau mobile, les paliers fixés sur la structure.

Les supports de palier sont alignés avec le mouvement du chariot X et centrés sous la broche. Toutes les forces verticales et latérales sont transmises en compression à la base, assurant une rigidité maximale. La longueur du plateau n'affecte pas la mécanique - on pourrait ajouter un plateau de 1 mètre pour un travail spécial.

Axe Z et Vis de Faire

Une courroie sur l'axe Z poserait un problème de sécurité : en cas de coupure de courant, la broche plongerait dans la pièce. La vis de faire est donc indispensable.

La vis et l'écrou sont sur mesure. La vis a été réalisée sur un tour manuel impérial en configuration métrique (technique spéciale pour le pas de synchronisation). L'écrou est imprimé en 3D sans jeu (fonctionne grâce à beaucoup d'huile).

L'ensemble chariot XZ reste cependant flexible : on peut déplacer la broche de 2-3 mm à la main. La rigidité mécanique ou la réduction de la vitesse de plongée sont les solutions. Pour les matériaux tendres, la vitesse maxi convient ; pour le laiton, il faut ralentir.

Pièces Imprimées en 3D

Cette machine n'aurait pas été possible sans l'impression 3D. Mes outils ne permettaient pas de réaliser manuellement des pièces complexes comme les supports moteurs. Toutes les pièces ont été conçues et réimprimées plusieurs fois pour optimiser fonction et structure. Elles réduisent la rigidité globale mais permettent la compacité.

Arduino, GRBL, Shield, Broche et Sonde

Le cerveau de SUZIE est un Arduino Uno sous GRBL. Le premier shield utilisait L298N/L297 (chaud, bruyant). La version actuelle avec pilotes Pololu A4988 sur plaque d'essai offre microstepping, moins de chaleur et de bruit. Firmware GRBL 1.1f.

Ajout récent : broche brushless DMW57314, pilotée par l'Arduino, bien plus silencieuse que la perceuse type Dremel initiale.

La sonde Z (toujours ON) détecte le contact fraise/pièce pour un positionnement précis, crucial pour le fraisage PCB. Répétabilité excellente.

Conclusion

SUZIE MODEL ONE fut un excellent apprentissage. Problèmes résolus, caractéristiques améliorées : elle est finie ! Toute amélioration supplémentaire n'aurait plus de sens sur cette structure.

SUZIE MODEL TWO reprendra les points forts et corrigera radicalement les défauts. Une certitude : elle sera en métal !

Code

GRBL

https://github.com/gnea/grbl/wiki

Schémas

Connexions GRBL

https://github.com/gnea/grbl/wiki/Connecting-Grbl