Les avances et les vitesses sont des paramètres importants dans Usinage CNC qui affectent directement la qualité, la précision et la finition de surface, ainsi que l'efficacité d'usinage et la durée de vie de l'outil. Mais quels facteurs affectent ces paramètres et comment déterminez-vous la vitesse et l'avance optimales pour votre processus d'usinage ? Cet article est là pour offrir un guide détaillé sur les vitesses et les avances pour les opérations d'usinage CNC et explique comment calculer les valeurs optimales.
Termes essentiels expliqués
Lorsque vous commencez avec le corps principal de cet article, vous devez connaître plusieurs critères importants :
- RPM: Les révolutions par minute (RPM) sont une mesure de la vitesse à laquelle un objet en rotation tourne. Cela représente la vitesse de rotation de votre outil, mais pas la vitesse de déplacement des cannelures.
- Taux d'alimentation: L'avance est la vitesse à laquelle l'outil de coupe se déplace par rapport à la pièce, souvent mesurée en pouces par minute (IPM).
- Avance par dent: L'avance par dent est la vitesse à laquelle l'outil de coupe se déplace dans le matériau par dent sur l'outil de coupe, généralement mesurée en pouces par dent (IPT).
- Vitesse superficielle: La vitesse de surface est la vitesse à laquelle l'outil de coupe se déplace par rapport à la surface du matériau à couper, généralement mesurée en pieds par minute (FPM). Ce paramètre est crucial car un outil plus grand coupera à un régime inférieur à la même vitesse qu'un outil plus petit avec un régime plus élevé.
- Largeur de coupe: La largeur de coupe, abrégée en WOC ou RDOC, est la distance parcourue par l'outil de coupe sur la face du matériau. Il contrôle l'implication du diamètre de l'outil dans la coupe et la largeur du copeau.
- Profondeur de coupe: La profondeur de coupe, raccourcie pour DOC ou ADOC, est la distance parcourue par l'outil de coupe dans le matériau. Il contrôle la longueur de la flûte et donc la hauteur de la puce.
Vitesses et avances dans l'usinage CNC
Les vitesses et les avances concernent différentes vitesses d'un processus de coupe. La vitesse de coupe est la vitesse à laquelle l'outil de coupe avance le long de la pièce et est mesurée en pieds de surface par minute (SFM). La vitesse de la broche, quant à elle, est la vitesse de rotation de l'outil de coupe ou de la pièce à usiner et est mesurée en tours par minute (RPM).
La prise en main d'une CNC nécessite la connaissance de divers paramètres, tels que les vitesses, les avances, la charge de copeaux, la profondeur de coupe, etc., qui dictent les performances de la machine. Pour obtenir les meilleurs résultats, il faut trouver la combinaison optimale de ces paramètres. En règle générale, il est recommandé d'utiliser une vitesse élevée avec une vitesse d'avance lente pour produire des coupes lisses. Cependant, l'utilisation d'une vitesse extrêmement élevée peut entraîner une surchauffe et des dommages à l'outil, tandis qu'une vitesse d'avance très lente augmentera le temps de cycle et diminuera la productivité. Ainsi, le réglage de la valeur optimale est d'une grande importance pour produire des coupes nettes avec une productivité élevée.
Les paramètres de vitesse d'une machine CNC peuvent être divisés en deux types : vitesse de broche et vitesse de coupe.
Vitesse de broche
La différence entre la vitesse de broche et la vitesse de coupe est déterminée par le fait que deux cercles de diamètres différents, tournant au même régime, couvriront des distances différentes en raison du plus grand cercle ayant une plus grande circonférence.
La vitesse de broche pour un matériau particulier est déterminée par la machine CNC, l'outil de coupe et le type de matériau usiné. Il est généralement recommandé d'utiliser un régime élevé pour les matériaux tendres et un régime bas pour les matériaux durs afin de maximiser les performances et la durée de vie de l'outil. Cependant, faire tourner le matériau à une vitesse de broche trop élevée ou trop faible peut endommager la pièce et réduire la durée de vie de l'outil. Ainsi, il est préférable de sélectionner la vitesse optimale pour l'application particulière.
Vitesse de coupe
La vitesse de coupe est la vitesse relative entre la pièce et l'outil de coupe, qui est calculée en mètres par minute (MPM) ou en pieds de surface par minute (SFM). Il s'agit de la vitesse à laquelle un point particulier de la pièce passe à travers le tranchant et est utilisé pour mesurer la surface enlevée par les dents de coupe par minute.
La vitesse de coupe est un facteur clé, avec l'avance et la profondeur de coupe, pour déterminer le taux d'enlèvement de matière (MRR) pendant l'usinage. Il existe une vitesse de coupe optimale pour chaque matériau en fonction du matériau, du matériau de l'outil de coupe et de la durée de vie prévue de l'outil, ce qui contribue à garantir la précision fournie par l'usinage CNC.
Le tableau ci-dessous montre la vitesse de coupe optimale de la fraise en carbure pour différents matériaux.
| Catégorie | Matériaux | Vitesse de coupe (SFM) inférieure à 32 HRC | Vitesse de coupe (SFM) supérieure à 32 HRC |
|---|---|---|---|
| Fonte | Fonte ductile | 100-400 | 100-200 |
| Fonte grise | 100-400 | 80-140 | |
| Alliages haute température | Alliages de cobalt | 60-100 | 40-80 |
| Alliages de nickel | - | 50-90 | |
| Alliages de fer | 80-130 | 60-120 | |
| Super alliages | Alliages de titane | 50-250 | 90-160 |
| Matériaux non ferreux | Aluminium, alliages d'aluminium | 800-2000 | 500-1000 |
| Cuivre | 800-1500 | 800-1000 | |
| Alliages de cuivre | 800-1000 | 700-1000 | |
| Magnésium | 1000 | 700-1000 | |
| Plastiques, Acryliques, Phénoliques | 200-800 | 200-500 | |
| Carbone, Graphites | 200-400 | - | |
| Aciers | Haute résistance de l'acier | 50-250 | 80-180 |
| Aciers hautement alliés | 100-300 | 80-180 | |
| Aciers moyennement alliés | 150-350 | 80-180 | |
| Aciers faiblement alliés | 100-400 | 100-200 | |
| Acier inoxydable | Précipitation | 80-250 | 90-150 |
| Austénique | 100-350 | 100-150 | |
| martensitique | 100-250 | 100-175 |
Pour plus d'informations, vous pouvez cliquer sur ce PDF - Sélection des bons tableaux de bits/alimentations et vitesses pour référence.
Taux d'alimentation
La vitesse d'avance est la vitesse à laquelle un outil de coupe est déplacé sur un matériau en un seul tour de broche. Il est représenté en unités de distance par révolution (DPR). Il est déterminé par le régime de la fraise, la charge de copeaux et le nombre de goujures de l'outil de coupe. En général, une vitesse d'alimentation lente avec un régime élevé produit des coupes plus nettes et plus lisses, tandis qu'une vitesse d'alimentation élevée peut entraîner une coupe plus grossière avec une finition de surface inférieure.
Facteurs affectant les vitesses et les avances dans l'usinage CNC
| Paramètres | Relation avec la vitesse ou l'avance |
| Vitesse de broche | Directement proportionnel à la vitesse d'avance |
| Nombre de flûtes | Directement proportionnel à la vitesse d'avance |
| Charge de copeaux/Avance par dent | Directement proportionnel à la vitesse d'avance |
| Vitesse de coupe | Directement proportionnel à la vitesse de la broche |
| Diamètre de l'outil | Inversement proportionnel à la vitesse de broche |
1. Matériau de l'outil de coupe
La matériel d'outil de coupe affecte sa capacité à résister à de fortes forces de coupe. Les outils de coupe en carbure peuvent résister à des forces plus importantes que les outils HSS et peuvent être usinés avec des vitesses et des configurations d'alimentation plus rapides.
2. Déviation de l'outil
La déviation de l'outil affecte la qualité de l'usinage. Un outil avec une tige plus longue est susceptible de fléchir sous une forte force de coupe et ne peut pas être utilisé pour des vitesses et des configurations d'alimentation élevées. Un outil avec un dépassement minimal a un faible risque de déviation et peut être utilisé pour fournir des forces comparativement plus fortes.
3. Diamètre de l'outil
Le diamètre de l'outil est un facteur important à prendre en compte lors du réglage du régime optimal pour un processus d'usinage. Un diamètre d'outil plus grand peut aider à terminer l'opération plus rapidement qu'un plus petit au même réglage de régime.
4. Couper les dents
Le nombre de cannelures (dents de coupe) d'un outil est également un facteur important dans le réglage de la vitesse d'avance optimale. Une fraise à dents multiples répartit la force de coupe entre toutes les dents, réduisant le risque d'endommager l'outil de coupe et augmentant la vitesse d'avance optimale.
5. Charge de puce
La charge de copeaux, également appelée avance par dent, est l'épaisseur des copeaux enlevés lors d'un processus d'usinage et est importante pour définir la vitesse d'avance optimale.
6. Matériau de la pièce
Le type de matériau de la pièce affecte également les vitesses et les avances optimales. Généralement, les matériaux durs nécessitent une vitesse d'alimentation plus lente que les matériaux tendres. L'usinage des métaux durs nécessite une plus grande force de cisaillement et un régime lent et une configuration à couple élevé. Les matériaux souples, tels que bois, nécessitent un régime élevé pour faire glisser l'outil de coupe à travers la pièce.
7. Rigidité de la machine
La rigidité de la machine détermine la force de coupe maximale qui peut être transmise à la pièce. Les machines CNC avec châssis rigide peuvent fournir des forces de coupe plus importantes.
Considérations sur la vitesse de coupe dans l'usinage CNC
Une vitesse de coupe optimale est essentielle pour augmenter l'efficacité de l'usinage CNC. Cela est dû au fait que l'usinage CNC est un processus contrôlé par logiciel et que la vitesse de coupe dépend de divers facteurs. Certains des plus importants sont la durée de vie de l'outil, le type de outil de tour, et le matériel utilisé.
- Outil de la vie
La durée de vie de l'outil est un facteur fondamental dans les considérations de vitesse de coupe. La durée de vie de l'outil fait essentiellement référence à la période pendant laquelle un outil de coupe fonctionne efficacement. Ainsi, la durée de vie de l'outil est essentielle pour déterminer la vitesse de coupe et précision de la pièce. - Matériau de l'outil de coupe
Différents types d'outils de tour peuvent être utilisés avec la machine CNC, et la force de l'outil de coupe joue un rôle dans la vitesse de coupe optimale. Par exemple, l'outil de coupe en matériau à haute résistance peut être utilisé pour la coupe à grande vitesse, tandis que les outils de coupe en matériau souple peuvent être utilisés pour la coupe à basse vitesse. - Matériau de la pièce
Le matériel utilisé peut être métaux, bois, verre, etc., et l'épaisseur et la dureté du matériau ont un impact sur l'outil de coupe et la vitesse de coupe. Si le matériau est trop mou, le matériau de l'outil de coupe coupera le matériau rapidement avec une précision et une vitesse de coupe élevées, mais pour les matériaux durables et plus durs, la vitesse de coupe sera lente.
Considérations relatives à la vitesse d'avance dans l'usinage CNC
L'avance est un facteur essentiel pour obtenir la finition souhaitée d'une pièce. Les machinistes doivent tenir compte de quelques facteurs lors de la détermination de la vitesse d'alimentation optimale, tels que le rugosité de surface, la largeur de coupe, la pas de filetage sur les vis, et le type d'outil utilisé pour couper le matériau.
- Rugosité de surface de la pièce
La vitesse d'avance augmente avec la croissance de la rugosité de surface. Pour obtenir une finition de surface lisse, l'avance doit être ralentie. - Largeur de coupe
Si la largeur de coupe est inférieure à la moitié du diamètre, le copeau peut être aminci, provoquant des défauts de fabrication. L'augmentation de la vitesse d'alimentation peut aider à réduire ce problème. - Pas de filetage
La vitesse d'avance est proportionnelle au pas de filetage des vis utilisées. - Types d'outils
Le type de matériau alimenté détermine en grande partie le type d'outil utilisé pour couper le matériau. Ainsi, les types d'outils utilisés doivent correspondre au matériau alimenté.
Calculs pour des vitesses et des avances optimales dans le processus d'usinage CNC
Lors de la détermination des meilleures vitesses et avances pour un processus d'usinage, il est important de consulter le catalogue de référence fourni par le fabricant d'outils pour la vitesse de coupe optimale (SFM).
De même, pour un matériau de pièce particulier, la charge de copeaux optimale pour un outil de coupe peut également être obtenue à partir du catalogue d'outils du fabricant.
Pour déterminer la vitesse de broche et l'avance optimales pour différentes opérations d'usinage, les chiffres peuvent ensuite être utilisés pour effectuer les calculs nécessaires.
Calculs pour les opérations de fraisage
Pour calculer l'optimum vitesse de broche pour une opération de fraisage CNC, vous pouvez utiliser cette équation :
S = (Vs x 12)/(π x D)
où S est la vitesse de la broche en tours par minute (RPM), Vs est la vitesse de coupe en pieds de surface par minute (SFM) et D est le diamètre de l'outil de coupe en pouces.
Pour unités métriques, vous pouvez calculer la vitesse de broche à l'aide de l'équation ci-dessous :
S = (Vs x 1000)/(π x D)
Où Vs est la vitesse de coupe en mètres par seconde (m/sec) et D est le diamètre de l'outil en millimètres (mm).
Pour calculer l'optimum taux d'alimentation (en pouces par minute), vous pouvez utiliser l'équation suivante :
Vitesse d'avance = vitesse de broche x nombre de goujures x charge de copeaux
Le produit de la multiplication de la charge de copeaux par le nombre de cannelures donne l'avance de coupe en pouces par tour (IPR). Par conséquent, la vitesse d'avance (IPM) peut également être calculée en multipliant la vitesse de broche (RPM) et l'avance de coupe (IPR).
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Calculs pour les opérations de tournage
Les opérations d'usinage sur un tour CNC sont distinctes des autres opérations car au lieu d'un outil rotatif, les machines de tour comportent une pièce rotative. En tant que tel, l'outil de coupe de tour est très différent des mèches de routeur ou des fraises en bout. Malgré cela, les calculs de vitesse et d'avance pour les opérations de tournage sont assez similaires à ceux du fraisage et du perçage, la seule différence étant le diamètre pris en compte pour les calculs.
Les tours sont dotés d'une pièce en rotation, de sorte que la vitesse de broche optimale est calculée en utilisant le diamètre usiné de la pièce au lieu du diamètre de l'outil. L'optimum vitesse de broche pour une opération de tournage peut être calculé à l'aide de l'équation suivante :
S = (Vs x 12)/(π x D)
Où S désigne la vitesse de la broche en tr/min, Vs désigne la vitesse de coupe en SFM et D désigne le diamètre de coupe en pouces. Il convient de noter que la circonférence de la pièce ou de l'outil de coupe est égale au produit de π et de son diamètre. Par conséquent, la vitesse de broche peut également être exprimée comme le rapport de la vitesse de coupe à l'interface outil-pièce et sa circonférence.
De plus, les outils de tour utilisés pour les opérations de tournage étant pour la plupart des outils de coupe monopoint, la charge de copeaux équivaut à l'avance de coupe par tour (en pouces par tour).
Vitesse d'avance (IPM) = Vitesse de broche (RPM) x avance par tour (IPR)
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Calculs pour les opérations de forage
Pour les opérations de forage, les vitesses peuvent être calculées à l'aide de la formule suivante :
S = (Vs x 1000)/(π x D)
où Vs est la vitesse de coupe en mètres par seconde (m/sec) et D est le diamètre de l'outil en millimètres (mm).
L'avance est calculée en multipliant la vitesse de broche et l'avance par tour :
Vitesse d'avance (IPM) = Vitesse de broche (RPM) x avance par tour (IPR)
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Foire aux questions (FAQ)
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