Les paramètres de coupe

  I ) Introduction

Les paramètres de coupes, c’est à dire : – Les vitesses d’avance – Les vitesse de rotation de broche – Les profondeurs de passe – L’épaisseur du copeau – Le débit de matière enlevé Dépendent : – du type de matériaux – du type d’outil – de la puissance de la broche qui entraîne l’outil en rotation – de la puissance des moteurs de la CNC qui entraîne l’outil en translation – de la rigidité de la machine – du refroidissement et lubrification de la coupe – du bridage et de la fragilité de la pièce à usiner

Illustration de la vitesse de coupe (Vc) de la vitesse de broche (N) et de la vitesse d’avance (Vf) réalisée par l’excellent site CNC-SentierBattu de Fablabo http://fablabo.net/wiki/CNC-SentierBattu

La vitesse qui compte pour les conditions de coupe c’est la vitesse de l’arête coupante de l’outil par rapport à la matière
Donc la vitesse de coupe.
La vitesse angulaire de la broche en tr/min et la vitesse d’avance de l’outil en mm/min sera à adapter afin que la vitesse de coupe soit la plus optimale et de préférence constante.

Le but final est de minimiser le temps d’usinage, tout en assurant pour les phases de finition un état de surface correct et une bonne précision.
Donc pour cela il faut obtenir le débit de matière enlevé maximal

Les vitesses de broche, vitesses d’avance et profondeurs de passe peuvent être calculés et optimisées en fonction de la vitesse de coupe mais ce n’est pas suffisant.

D’ailleurs on ne calcule pas une vitesse précise ni une profondeur de passe précise mais une plage et on sera pour certains paramètre dans la plage inférieure ou supérieure en fonction de ce qui est privilégié, état de surface ou temps d’usinage ou précision.

Une fois que les calculs sont terminés, ce qui compte c’est usiner, usiner et encore usiner car impossible de calculer à moins d’être un grand ingénieur l’influence de la structure de la machine, l’influence de la lubrification, l’influence de la forme de la pièce à usiner et son bridage.

Les calculs donnent un ordre de grandeur, l’expérience donne les bons paramètres.

Sommaire

I ) Introduction
III ) La vitesse de rotation de la broche
IV ) La vitesse d’avance de l’usinage
V ) Exemple de calcul

II ) Les vitesses de coupe et avance par dent

Ces paramètres sont normalement donnés par les fournisseurs des outils de coupe, en fonction des matières que peut couper l’outil.
Si vous ne possédez pas ces information voici un tableau générique auquel vous pouvez vous référer.

III ) La vitesse de rotation de la broche

Calculer la vitesse de rotation d’une broche à partir d’une vitesse de coupe équivaux à connaître une vitesse angulaire à partir d’une vitesse linéaire.

Petit rappel de sciences physiques :

Puisque la vitesse linéaire dans le cas d’un usinage correspond à la vitesse de coupe et qu’elle est donnée par le constructeur de l’outil, ce que l’on cherche c’est d’avoir la bonne vitesse de broche.
On obtient donc la formule N = Vc / II * D      N en tr/mn   Vc en m*mn   et D en mètre

Remarque : pour les calculs de périmètre un mécanicien n’utilise pas le rayon mais le diamètre donc C = II * D plutôt que C = 2 II R  car celui ci utilise un pied à coulisse pour faire des mesures.

De la même façon l’unité par défaut d’un mécanicien quand il mesure c’est le millimètre et pas le mètre.
Donc on peut transformer la formule par une autre directement utilisable avec les unités usuelles mesurables du mécanicien.

N = 1000Vc / II * D      N en tr/mn   Vc en m*mn   et D en millimètre

Bien entendu si on vous donne une vitesse de coupe en mm/mn ou m/s ou mm/s à vous de faire les conversions ou adapter la formule de calcul.

Sommaire

I ) Introduction
II ) Vitesse de coupe et avance par dents
III ) La vitesse de rotation de la broche
V ) Exemple de calcul

IV ) La vitesse d’avance de l’usinage

Cette vitesse d’avance dépend de la vitesse angulaire de la broche par l’avance par dent et par le nombre de dents

La formule est  Vf = N * Fz * Z       Vf : vitesse d’avance en mm/min     N : vitesse de rotation en tr /min   Fz : vitesse d’avance par dent en mm/min et Z le nombre de dents

Il est évident que ont peut avancer plus vite avec par exemple une fraise 3 dents de 20mm plutôt qu’une fraise 3 dents de 6mm, car pour celle de 20mm il y a plus d’espace pour évacuer les copeaux.  Mais pas besoin de l’intégrer dans votre calcul, observez les valeurs constructeurs, l’avance par dent augmente déjà en fonction du diamètre de fraise.

V ) Exemple de calcul théorique de vitesse de rotation broche et vitesse d’avance

Prenons l’exemple d’un usinage dans de l’aluminium type 2017 avec une fraise carbure de 3mm une dent

Ce calcul est bien entendu théorique, si vous avez une fraiseuse rigide, et que en plus vous avez mis en place une micro-lubrification, vous pouvez allez jusqu’à 300mm/min sans problèmes.
Dans les fraises de petits diamètre surtout pour celle de 1 dent, ont est limité de toute façon par la résistance de la fraise qui peuvent casser en cas d’avance trop grande.

L’idéal est d’avoir une fraiseuse CNC avec une électronique qui permet de moduler la vitesse d’avance en cours d’usinage, de cette façon vous pouvez moduler la vitesse d’avance en fonction :
– de la présence ou non de vibrations
– du bruit de l’outil
– de la forme des copeaux

Sommaire

I ) Introduction
II ) Vitesse de coupe et avance par dents
III ) La vitesse de rotation de la broche
IV ) Vitesse d’avance de l’usinage
V ) Exemple de calcul