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Comment éliminer le Backlash?

Le backlash en voilà un gros mot ! un anglicisme barbare dont on entend parler lorsqu’on s’intéresse à la construction de sa fraiseuse, mais qui demande un peu d’explications pour être assimilé et traité !

Alors c’est parti pour un petit traitement anti-backlash de votre machine CNC !

Le Backlash ? Qu’est-ce que c’est ?

La traduction littérale de backlash en français est contrecoup. L’idée générale est une réaction négative à une action. Dans le cadre de nos machines CNC amateurs le backlash définie essentiellement le défaut de positionnement des axes en raison du jeu mécanique dans la transmission, en particulier lors des changements de direction de chaque axe.

Rentrons un peu dans le détail :

Sur la vue ci-dessous, je vous ai figuré une coupe d’une vis quelconque, plutôt inspiré d’une vis trapézoïdale.

On voit bien que malgré tout le soin apporté à la réalisation, il subsistera un jeu nécessaire au bon mouvement entre la vis et l’écrou.

Il y a un adage qui dit « le jeu, c’est l’art de la mécanique ! ». Et c’est bien la nôtre problème ! Pas assez le mécanisme coince, trop le jeu devient problématique.

Dans le cas du backlash, le jeu est un problème lors des changements de sens des axes.

Admettons que votre machine CNC (ou manuelle, le problème est le même) bouge dans le sens X+. Les filets de la vis sont en contact du filet de l’écrou côté droit. Le jeu est derrière le contact qui fait le mouvement, et ne pose pas problème.

Mais lorsque la machine va repartir vers le X-, la vis va devoir tourner à vide jusqu’à venir en contact des filets de l’autre côté. C’est cette distance de jeu qui va être problématique pour la précision de votre mouvement.

De plus, même hors mouvement, les efforts de coupe ou les inerties peuvent induire des vibrations qui vont faire varier la position du chariot dans cet intervalle de jeu.

Pourquoi le backlash est un problème ?

Et bien tout simplement parce que ce jeu va faire perdre en précision à votre machine.

Prenons un exemple, je veux fraiser un beau rond pour faire un logement pour un roulement. Que va-t-il se passer ?

Evidemment j’ai un peu grossis les défauts pour l’explication. Mais on arrive très facilement à des défauts visibles et problématique pour la qualité de vos réalisations.

Il n’y a « que » 4 jeux (4 changements de direction) qui influent sur la forme. Donc vous finirez par retourner dans une boucle fermée, mais vous aurez une forme finale :

  • Qui sera une patate plutôt qu’on cercle
  • Qui ne respectera pas la côte
  • Qui ne respectera pas la position.

Embêtant non ?

Il est donc important d’essayer de régler ce souci si vous souhaitez obtenir un travail de qualité.

Les solutions pour réduire le backlash

Maintenant qu’on a tout compris et qu’on est bien décidé à supprimer cet effet, deux grands types de solutions existent :

  • Compenser le jeu : le jeu existe mais on l’accepte et on compense son effet par une action extérieure.
  • Réduire le jeu : avec un jeu très faible, l’influence de l’effet devient négligeable.

Pour illustrer ça, je vais vous montrer quelques exemples.

Compensation par le logiciel

Certains logiciels, comme Mach3, proposent de rentrer une valeur de backlash. L’ordinateur va modifier légèrement les informations qu’il envoie à la machine pour intégrer ces décalages dans l’interprétation du code original.

Pour l’intégrer, c’est simple, il suffit de faire une série de mesures précises (pied à coulisse sur des références fixes ou mieux, avec un comparateur). Faites varier de droite à gauche en revenant au 0, et mesurez le décalage. Sur une série de mesure, faites une moyenne et entrez cette valeur dans le logiciel.

C’est une solution gratuite, mais elle pose pas mal de problème. La compensation est rarement parfaite et surtout elle ralenti énormément la machine, puisqu’à chaque changement de direction la machine stop son mouvement, compense le jeu, puis repart.

Utiliser des éléments mécaniques de compensation

C’est un genre de solution mixte. Le plus souvent il s’agit d’écrou anti-backlash. Cela consiste à utiliser 2 écrous différents reliés par une glissière simple et mis en tension par un élément souple, comme un ressort, une vis de pression ou un élastomère.

Il s’agit de verrouiller l’ensemble de manière à que qu’un des écrous ai les filets plaqués dans un sens, et le second ai les filets plaqués dans l’autre sens. L’élément de réglage ou souple permet de garantir ça. Selon le sens de déplacement c’est finalement l’un ou l’autre des écrous qui encaissera les efforts.

On en trouve dans le commerce tout fait, mais certains amateurs éclairés se lancent dans leur propre construction.

 

Je l’ai expérimenté sur une de mes machines, avec une solution de vis de pressions. La solution est assez bonne, mais le réglage peut être assez pointu et nécessite d’y revenir régulièrement ce qui peut être pénible.

Autre problème, l’utilisation d’un élément souple (ressort comme sur la photo) permet tout de même la transmission de mouvement parasites s’ils sont plus forts que la force générée par cet élément souple. C’est une solution à limiter au machines très légères.

Pensez aussi à utiliser la gravité, sur une imprimante 3D par exemple le Z se compense tout seul grâce à la masse qui lui est appliqué.

Sur des transmission à courroie on intègre ainsi un tendeur mécanique ou à ressort.

Utiliser des éléments de précision

Le cas le plus élégant mécaniquement est l’utilisation d’éléments de précisions type vis à billes. C’est le choix le plus sérieux, mais bien évidement le plus dispendieux !

Il y a toutes les qualités. J’ai utilisé des vis à billes (VAB) chinoises sur ma fraiseuse . C’est plutôt bon, mais il reste un peu de jeu. J’en ai des plus qualitatives sur mon autre fraiseuse et mon tour, et j’ai eu des éléments de grandes marques entre les mains…. Rien à voir. Mais pour un élément de grande qualité vous pouvez équiper toute votre machine avec des éléments chinois. A vous de voir selon vos désirs et votre porte-monnaie.

Voilà ! J’espère que cet article vous a plu et qu’il vous aidera à améliorer votre compréhension de l’univers CNC amateur !

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