Profondeur de passe :

La profondeur de passe est la quantité de matière que va prendre l’outil lors d’un usinage.
Celle-ci varie selon la vitesse de coupe (Vc) ainsi que la vitesse d’avance de l’outil (Vf).

Les limites sont déterminées par :
– La puissance de la machine
– La rigidité de la machine
– La rigidité de la pièce et de l’outil
– Nature du matériau à usiner
– Le type d’usinage (surfaçage, rainurage, détourage, perçage, ébauche / finition)

La formule pour déterminer la profondeur de passe idéale est généralement contenue dans les abaques des fournisseurs d’outils. Si ces informations ne sont pas données, il est possible d’appliquer des règles de calcul théoriques pour déterminer la profondeur de passe.

Exemple : en rainurage, on pourra utiliser les formules suivantes :
– Ebauche (fraise ravageuse ) : profondeur de passe maxi = 0.6 * diamètre de coupe de la fraise.
– Finition : profondeur de passe maxi = 0.3 * diamètre de coupe de la fraise.

La stratégie de type ébauche 3d de poche constitue la stratégie d’ébauche conventionnelle permettant l’enlèvement de grandes quantités de matière.
La pièce est ébauchée niveau par niveau avec des contours parallèles lissés permettant de toujours travailler en avalant.
Afin d’éviter la plongée, l’outil travaille en rampe le long d’une trajectoire hélicoïdale entre les niveaux. Afin de conserver une vitesse d’avance élevée, permettant d’écourter le temps d’usinage, les changements de direction soudains sont évités grâce au lissage du mouvement de l’outil.

Les passes de type Parallèle constituent l’une des stratégies les plus courantes. Les passes sont parallèles au plan XY et suivent la surface dans la direction Z.
Les passes de type Parallèle sont idéales pour les zones peu profondes et le fraisage en avalant.
Pour détecter automatiquement les zones peu profondes, l’usinage peut être limité à un angle maximal entre l’extrémité de l’outil et la surface. La sélection de l’option de fraisage en avalant permet de réduire la déviation de l’outil lors de l’usinage de surfaces complexes.

Les passes de type Contour constituent la stratégie idéale pour la finition de parois pentues. Elles conviennent également aux opérations d’usinage-semi-finition et d’usinage-finition sur les zones verticales d’une pièce.

Si un angle de plongée (de 30 à 90 degrés, par exemple) est indiqué, les zones les plus raides sont usinées tandis que les zones plus creuses, inclinées jusqu’à 30 degrés, sont laissées intactes pour être traitées à l’aide de stratégies plus appropriées.

La stratégie Finition de rampe est conçue pour les zones pentues, à l’instar de la stratégie Contour.
Toutefois, la stratégie Rampe, comme son nom l’indique, rampe jusqu’au bas des parois plutôt que d’usiner avec un Z constant, comme c’est le cas de la stratégie Contour. Cette approche permet de s’assurer que l’outil est constamment engagé, ce qui peut être important pour certaines matières telles que la céramique.

La stratégie Ebauche horizontale détecte automatiquement toutes les zones planes de la pièce et l’outil suit une trajectoire pour usiner les bords.
Lorsque la zone plane est étagée au-dessus des zones environnantes, l’outil se déplace au-dessus d’elle pour usiner les arêtes. Si l’option facultative Passe maximum en Z est activée, il est possible d’usiner les faces horizontales en plusieurs étapes, rendant cette stratégie applicable aux opérations de deux semi-finition et de finition.

La stratégie Bi-tangent définit des trajectoires d’outil le long des angles internes et des congés de petit rayon, enlevant la matière qu’aucun autre outil ne parvient à atteindre.
Que vous procédiez à une ou plusieurs passes, la stratégie Bi-tangent convient parfaitement au nettoyage des zones après l’application des autres stratégies de finition.

La stratégie Crête définit des passes situées à une distance constante les unes des autres via un décalage vers l’intérieur le long de la surface. Les passes suivent la pente et les parois verticales pour conserver le pas.
Même si la stratégie Crête peut servir à la finition d’une pièce entière, elle est principalement employée pour la reprise de matière restante, suivant une combinaison de passes de type Contour et Parallèle. Comme pour les autres stratégies de finition, il est possible de limiter l’usinage à l’aide d’une plage d’angles de contact.

La stratégie d’usinage de type Spirale définit une trajectoire d’outil en spirale à partir d’un point de centre donné, produisant un contact constant du fait de l’usinage réalisé dans une limite spécifique.
Associée à des passes de type Contour pour les faces plus verticales, elle convient particulièrement aux pièces creuses et arrondies suivant des angles de contact avec l’outil de 40 degrés maximum. Le point de centre du détail à usiner est identifié automatiquement ou peut être défini par l’utilisateur. Cette stratégie prend également en charge les angles en contact avec l’outil.

A l’instar de l’usinage en spirale, la stratégie Radial débute également au niveau d’un point de centre, donnant la possibilité d’usiner des pièces radiales. Il est également possible d’arrêter les passes à proximité du point de centre, là où elles deviennent très serrées. Le point de centre du détail à usiner est identifié automatiquement ou peut être défini par l’utilisateur. Cette procédure peut également être utilisée avec des angles en contact avec l’outil.

La stratégie Spirale variable est très semblable à la stratégie Spirale.

Toutefois, une opération de type Spirale variable génère la spirale à partir de la limite sélectionnée, alors qu’une opération Spirale ajuste les passes générées à la limite d’usinage. Autrement dit, il est possible d’utiliser la stratégie Spirale variable afin d’usiner des surfaces supplémentaires pour lesquelles la stratégie Spirale ne convient pas. Elle s’avère également très utile pour l’usinage de surfaces organiques ou de forme libre. Bien que la stratégie Crête soit souvent appliquée à ces types de surfaces, les angles vifs et les transitions de liaison entre les passes générées peuvent produire des marques visibles. La stratégie Spirale variable offre généralement une trajectoire d’outil nettement plus lisse qui permet d’éviter de rencontrer ce genre de problème.

Les outils carbure

Les outils carbures peuvent être : – Monobloc Pour les matériaux qui ont tendance à coller à la fraise comme certaines matières plastiques ou l’aluminium, il faut que les copeaux soient évacués très vite. Pour cela une fraise carbure à 1 dents comme celle ci-contre conviens très bien. Il faut avancer rapidement dans la matière en tournant suffisamment vite pour limiter les efforts de coupe et évacuer le copeaux pour ne pas qu’il reste sur place et face chauffer le matériaux.   Avec plaquettes brasées Lorsque vous avez un foret béton ou une lame de scie circulaire les petits plaquettes de la partie coupante sont en carbure de tungstène et elles sont brasés. On a le même principe sur certaines fraises.     Avec plaquettes démontables   Il y a différent qualité de carbure Il faut savoir que les outils avec plaquettes brasées peuvent s’affûter à condition d’avoir le matériel. Ce n’est pas le cas des plaquettes démontables qui se jettent une fois usées ou cassés. Par contre le carbure des plaquettes démontable est de qualité supérieur, un carbure micro-grain qui ne peut de toute façon pas se braser. Une fois qu’une extrémité de la plaquette est usée ou cassé il est possible de retourner 1 fois 2 fois ou 3 fois selon la forme de la plaquette pour utiliser les autres angles de coupe. Donc au final même si c’est du jetable la durée de vie est importante. Les outils carbures monobloc peuvent avoir différentes qualités selon la dureté des matériaux à usiner.

Les fraises diamant

Le diamant industriel est une matière encore plus dure que le carbure et permet de graver, découper des matériaux très durs et abrasifs comme le verre, l’inox, le granit, la pierre. Pour les gravures fines, il est préférable d’utiliser une pointe diamant, la broche de la machine ne tourne pas et l’outil est pressé et frotte contre la matière avec un ressort.

Pour les gravures plus profondes comme par exemple dans la pierre, des outils diamant en V permettent de faire du V Carving

Les plaquettes de coupe pour matériaux très durs ( usage industriel)

Plaquettes de coupe céramiques Les outils céramiques sont réalisés dans des plaquettes amovibles (comme pour le carbure micrograin), ils sont adaptés pour l’usinage de la fonte, alliages spéciaux et aciers traités. Plaquettes de coupe PCD et CBN Le polycristallin diamant et le nitrure de bore cubique sont après le diamant les matériaux de coupe les plus dur pour les usinages dans les matériaux très durs à haute température.

Les fraises HSS ou carbures cylindriques avec dentures particulières

Fraise avec denture droite   Ce sont les fraises de défonceuse Elle conviennent bien pour la découpe du bois MDF           Fraise avec denture diamant  Attention à ne pas confondre avec les fraises diamant. Pour celle ci c’est juste la forme des dents qui font ressembler aux facettes d’un diamant. Ces fraises sont le plus souvent en carbure de tungstène et permettent de découper les matières denses et stratifié en la pulvérisant. L’autre avantage c’est qu’elles laissent des champs plus net avec moins de bavures surtout pour les matériaux stratifiés comme le contreplaqué. Convient pour découper le HPL, contreplaqué, plaque d’epoxy et composite comme carbone. Pour les composite d’epoxy ou carbone attention de choisir une bonne qualité de fraise, au carbure micrograin car c’est abrasif et un outil de mauvaise qualité risque de s’user très vite.

Fraise avec hélice coupe à gauche ( downcut )   Le copeau et la plaque au lieu d’être aspiré vers le haut est repoussé vers le bas. Ceci est intéressant pour limiter les attaches et ne pas risquer d’avoir des plaques qui se soulèves. Empêcher les bavures au dessus de la plaque usinée. Attention, comme les copeaux vont vers le bas il faut prévoir de l’espace entre la plaque à usiner et le plateau martyr, prévoir par exemple des cales.

Le matériaux est du UHMWPE ( Ultra High Molecular Weight. Polyethylene. – Pour l’outil classique, on voit clairement que malgré les attaches, les pièces découpées ont tendance à se soulever et il y a beaucoup de bavures. – Pour l’outil avec coupe à gauche ce n’est plus le cas. Fraise de compression (hélice coupe à droite en haut et coupe à gauche en bas ) Cette fraise est particulièrement bien adapté pour la découpe de matériaux mélaminé comme le contreplaqué.                         Ci dessous un test de découpe de contreplaqué avec une fraise à compression et une importante vitesse de coupe.

On se rend compte que même a très haute vitesse de coupe, la plaque ne bouge pas et les champs coupés sont net. Résumé sur les fraises cylindriques et les efforts axiaux

Le nombre de dents

Le nombre de dent est très importants

• Un petit nombre de dent permet d’enlever beaucoup de matières, en effet peu de dents implique des espaces plus grand pour dégager les copeaux, donc un meilleur débit. C’est pourquoi les fraises 1 dent sont particulièrement adaptée pour les découpes dans les matériaux peu dense ( bois, plastiques, aluminium, cuivre, laiton) Le fait d’enlever le copeau rapidement permet d’augmenter la vitesse d’avance et également d’éviter que l’outil reste trop longtemps au même endroit, donc de moins échauffer le matériaux lors de la coupe, ceci est important pour la découpe de certains plastiques et l’aluminium.Quand la matière chauffe trop elle peu coller à l’outil et celui ci ne coupe plus.
• Un grand nombre de dent est nécessaire pour les matériaux denses ou les finitions, cela implique des copeaux plus petit, mais moins de débit possible, ainsi les vitesses avances sont plus faibles qu’avec peu de dents.

On notera aussi que les fraises avec plus de dents sont plus résistantes à la flexion et aux vibrations

  Plus l’angle de coupe est grand plus il renforce l’effort axiale, et réduit l’effort tangentielles. Pour le bois, un angles de coupe faible permet au copeau de se former plus facilement en compression et d’avoir un meilleur état de surface. Pour les matériaux plastique, un angle de coupe faible est également adapté Pour un matériaux dur comme l’acier un angle de coupe élevé permet au copeau de se soulever et on obtient ainsi un meilleur résultat. A chaque type de matériaux correspond un angle de coupe idéal.

 II ) Coupes droites et poches

 

 

 

Fraise cylindrique droite ( flat nose )

Cette fraise est la plus commune, elle permet de découper des pièces avec des champs droits ou faire des poches dans le matériaux

 

En diamètre 2 ou 3mm c’est l’outil approprié pour faire des lettrages

 

Les fraises permettant les coupes droites et les poches font partie des fraises dites « 2 tailles » car elles permettent de générer 2 surfaces en même temps.

– une surface perpendiculaire à l’axe de la fraise      – une surface parallèle à l’axe de la fraise

 

 

III ) Usinage 3D ( sculpture )

Pour l’usinage 3D un outil avec embout hémisphérique ( ball nose ) est indispensable.

L’usinage 3D est plus long que le fraisage 2D ou la découpe et le rayon de l’extrémité de l’outil devra être inférieur au plus petit rayon de la pièce à usiner quel que soit le plan XY – XZ ou YZ.

 

 

 

Pour en savoir plus sur l’usinage 3D

 

 

IV ) Formes en V ( V Carving )

Les fraises de V Carving ont généralement une queue de 6mm et permettent d’usiner à des angles de 45°, 60°, 90° ou 120°

Attention plus l’angle est élevé, plus la différence de vitesse de coupe entre le bas et le haut de la fraise est important, cela peut donner un état de surface légèrement différent entre le bas et le haut de la gravure, particulièrement pour certaines matières plastiques.

 

Utilisation 1 : Gravure de certaines polices d’écriture, calligraphie

Pour certaines polices d’écriture, les lettres ont à leurs extrémité des trait très fins.
Le diamètre d’un outil cylindrique classique ne peut pas avoir un diamètre trop petit, inférieur à 1 ou 2mm sinon il se casse avec l’effort de coupe.

 

 

Le principe c’est celui du calligraphe qui appuie plus ou moins fort sur son pinceau afin de faire son trait plus ou moins large. On demande à la CNC de descendre l’outil plus ou moins profondément afin d’avoir une largeur de coupe importante ou très fine.

 

Utilisation 2 : Réalisation de bas reliefs
Réaliser un bas relief en V-Carving est plus rapide que de le faire en usinage 3D avec un outil hémisphérique

Utilisation 3 : réaliser des chanfreins

Voici un exemple ou réaliser des chanfreins est nécessaire

Une technique pour faire des pliages très précis avec du Dibon ( une matière composite aluminium, plastique aluminium ) c’est de réaliser des chanfreins par exemple à 45° si on veux un pliage à 90°.

 

 

 

 

 

Utilisation 4 : Graver des photos en utilisant un effet visuel ( technique du halftone )

Le principe c’est d’enregistrer une photo en noir et blanc et ensuite, plus les nuances de gris sont sombres plus les points ou les lignes sont profondes.
Comme l’outil est en V ces points et ces lignes seront également plus ou moins larges selon les nuances de gris.

V ) Gravure de précision

 

On utilise dans ce cas des pointes javelot
On a également une forme en V mais avec un angle plus petit allant de 10 à 60°

Ces pointes javelot peuvent graver le bois, les matières plastique et l’aluminium selon les modèles ( acier ou carbure )

 

Utilisation 1 : Gravure de plaques plastiques ou aluminium

 

Utilisation 2 : Réalisation de circuit électronique

 

Le circuit de droite est réalisé de manière classique avec un procédé chimique.

Sur celui de gauche le circuit est gravé avec une fraiseuse CNC, les pistes sont organisée selon des zones Voronoï.

Celui du milieux est gravé avec une CNC avec la technique de gravure à l’Anglaise.

VI ) Formes particulières

Des outils sont spécialisés dans une forme spécifique, rainure, fraisure de vis, lamage, queue d’aronde …

 II ) Coupes droites et poches

 

 

 

Fraise cylindrique droite ( flat nose )

Cette fraise est la plus commune, elle permet de découper des pièces avec des champs droits ou faire des poches dans le matériaux

 

En diamètre 2 ou 3mm c’est l’outil approprié pour faire des lettrages

 

Les fraises permettant les coupes droites et les poches font partie des fraises dites « 2 tailles » car elles permettent de générer 2 surfaces en même temps.

– une surface perpendiculaire à l’axe de la fraise      – une surface parallèle à l’axe de la fraise

 

 

III ) Usinage 3D ( sculpture )

Pour l’usinage 3D un outil avec embout hémisphérique ( ball nose ) est indispensable.

L’usinage 3D est plus long que le fraisage 2D ou la découpe et le rayon de l’extrémité de l’outil devra être inférieur au plus petit rayon de la pièce à usiner quel que soit le plan XY – XZ ou YZ.

 

 

 

Pour en savoir plus sur l’usinage 3D

 

 

IV ) Formes en V ( V Carving )

Les fraises de V Carving ont généralement une queue de 6mm et permettent d’usiner à des angles de 45°, 60°, 90° ou 120°

Attention plus l’angle est élevé, plus la différence de vitesse de coupe entre le bas et le haut de la fraise est important, cela peut donner un état de surface légèrement différent entre le bas et le haut de la gravure, particulièrement pour certaines matières plastiques.

 

Utilisation 1 : Gravure de certaines polices d’écriture, calligraphie

Pour certaines polices d’écriture, les lettres ont à leurs extrémité des trait très fins.
Le diamètre d’un outil cylindrique classique ne peut pas avoir un diamètre trop petit, inférieur à 1 ou 2mm sinon il se casse avec l’effort de coupe.

 

 

Le principe c’est celui du calligraphe qui appuie plus ou moins fort sur son pinceau afin de faire son trait plus ou moins large. On demande à la CNC de descendre l’outil plus ou moins profondément afin d’avoir une largeur de coupe importante ou très fine.

 

Utilisation 2 : Réalisation de bas reliefs
Réaliser un bas relief en V-Carving est plus rapide que de le faire en usinage 3D avec un outil hémisphérique

Utilisation 3 : réaliser des chanfreins

Voici un exemple ou réaliser des chanfreins est nécessaire

Une technique pour faire des pliages très précis avec du Dibon ( une matière composite aluminium, plastique aluminium ) c’est de réaliser des chanfreins par exemple à 45° si on veux un pliage à 90°.

 

 

 

 

 

Utilisation 4 : Graver des photos en utilisant un effet visuel ( technique du halftone )

Le principe c’est d’enregistrer une photo en noir et blanc et ensuite, plus les nuances de gris sont sombres plus les points ou les lignes sont profondes.
Comme l’outil est en V ces points et ces lignes seront également plus ou moins larges selon les nuances de gris.

V ) Gravure de précision

 

On utilise dans ce cas des pointes javelot
On a également une forme en V mais avec un angle plus petit allant de 10 à 60°

Ces pointes javelot peuvent graver le bois, les matières plastique et l’aluminium selon les modèles ( acier ou carbure )

 

Utilisation 1 : Gravure de plaques plastiques ou aluminium

 

Utilisation 2 : Réalisation de circuit électronique

 

Le circuit de droite est réalisé de manière classique avec un procédé chimique.

Sur celui de gauche le circuit est gravé avec une fraiseuse CNC, les pistes sont organisée selon des zones Voronoï.

Celui du milieux est gravé avec une CNC avec la technique de gravure à l’Anglaise.

VI ) Formes particulières

Des outils sont spécialisés dans une forme spécifique, rainure, fraisure de vis, lamage, queue d’aronde …

 II ) Coupes droites et poches

 

 

 

Fraise cylindrique droite ( flat nose )

Cette fraise est la plus commune, elle permet de découper des pièces avec des champs droits ou faire des poches dans le matériaux

 

En diamètre 2 ou 3mm c’est l’outil approprié pour faire des lettrages

 

Les fraises permettant les coupes droites et les poches font partie des fraises dites « 2 tailles » car elles permettent de générer 2 surfaces en même temps.

– une surface perpendiculaire à l’axe de la fraise      – une surface parallèle à l’axe de la fraise

 

 

III ) Usinage 3D ( sculpture )

Pour l’usinage 3D un outil avec embout hémisphérique ( ball nose ) est indispensable.

L’usinage 3D est plus long que le fraisage 2D ou la découpe et le rayon de l’extrémité de l’outil devra être inférieur au plus petit rayon de la pièce à usiner quel que soit le plan XY – XZ ou YZ.

 

 

 

 

Pour en savoir plus sur l’usinage 3D

 

 

IV ) Formes en V ( V Carving )

Les fraises de V Carving ont généralement une queue de 6mm et permettent d’usiner à des angles de 45°, 60°, 90° ou 120°

Attention plus l’angle est élevé, plus la différence de vitesse de coupe entre le bas et le haut de la fraise est important, cela peut donner un état de surface légèrement différent entre le bas et le haut de la gravure, particulièrement pour certaines matières plastiques.

 

Utilisation 1 : Gravure de certaines polices d’écriture, calligraphie

Pour certaines polices d’écriture, les lettres ont à leurs extrémité des trait très fins.
Le diamètre d’un outil cylindrique classique ne peut pas avoir un diamètre trop petit, inférieur à 1 ou 2mm sinon il se casse avec l’effort de coupe.

 

 

Le principe c’est celui du calligraphe qui appuie plus ou moins fort sur son pinceau afin de faire son trait plus ou moins large. On demande à la CNC de descendre l’outil plus ou moins profondément afin d’avoir une largeur de coupe importante ou très fine.

 

Utilisation 2 : Réalisation de bas reliefs
Réaliser un bas relief en V-Carving est plus rapide que de le faire en usinage 3D avec un outil hémisphérique

 

Utilisation 3 : réaliser des chanfreins

Voici un exemple ou réaliser des chanfreins est nécessaire

Une technique pour faire des pliages très précis avec du Dibon ( une matière composite aluminium, plastique aluminium ) c’est de réaliser des chanfreins par exemple à 45° si on veux un pliage à 90°.

 

 

 

 

 

Utilisation 4 : Graver des photos en utilisant un effet visuel ( technique du halftone )

Le principe c’est d’enregistrer une photo en noir et blanc et ensuite, plus les nuances de gris sont sombres plus les points ou les lignes sont profondes.
Comme l’outil est en V ces points et ces lignes seront également plus ou moins larges selon les nuances de gris.

V ) Gravure de précision

 

On utilise dans ce cas des pointes javelot
On a également une forme en V mais avec un angle plus petit allant de 10 à 60°

Ces pointes javelot peuvent graver le bois, les matières plastique et l’aluminium selon les modèles ( acier ou carbure )

 

Utilisation 1 : Gravure de plaques plastiques ou aluminium

 

Utilisation 2 : Réalisation de circuit électronique

 

Le circuit de droite est réalisé de manière classique avec un procédé chimique.

Sur celui de gauche le circuit est gravé avec une fraiseuse CNC, les pistes sont organisée selon des zones Voronoï.

Celui du milieux est gravé avec une CNC avec la technique de gravure à l’Anglaise.

Choix de l’outil en fonction de la profondeur d’usinage

Il faut tenir compte de la longueur totale moins la longueur de la queue qui sera rentrée dans la pince de serrage ainsi que la hauteur de coupe.

Cela peut paraître évident pour de la découpe, on prend plus que l’épaisseur du matériaux.

Fait pour des usinages 3D on peut se faire piéger, s’apercevoir seulement à la fin que le mandrin touche la matière parce que l’outil n’est pas assez long.

 

Longueur d’outil et vibration

Plus l’outil est long plus il a tendance à vibrer avec les efforts de coupe.
Bien entendu plus l’outil sera de diamètre élevé et plus il a de dents plus il rigide et moins il vibre.

Conclusion

On choisira l’outil le moins long possible, juste ce qui est nécessaire en fonction de la profondeur maximale d’usinage

VI ) Formes particulières

Des outils sont spécialisés dans une forme spécifique, rainure, fraisure de vis, lamage, queue d’aronde …

Résumé :

Voici un exemple gravure de lettre

Les gravures sont différentes et nécessitent des outils différents.

I ) Changement avec une broche Kress