Usinage CNC, connue pour sa grande exactitude et précision, est une technique de fabrication soustractive répandue dans le monde. Il doit son succès au mouvement relatif contrôlé par CNC entre la pièce à usiner et le outil de coupe. Ce mouvement peut être classé en mouvements de coupe et d'avance, la vitesse de coupe et l'avance étant utilisées comme mesures.
Alors, que sont exactement la vitesse de coupe et l’avance, quelle est la différence entre la vitesse de coupe et l’avance ? Et quel est l’impact de ces paramètres sur la réussite des projets de fabrication ? Suivez-nous pour en savoir plus.
Qu’est-ce que la vitesse de coupe ?
La vitesse de coupe est communément appelée la vitesse à laquelle l'outil de coupe et la surface de la pièce se déplacent l'un par rapport à l'autre. Il peut également être défini comme la distance linéaire, mesurée en mètres par minute ou en pieds par minute, que le matériau de l'outil de coupe parcourt sur la surface de la pièce pendant un processus de coupe.
La vitesse de coupe détermine de manière significative divers paramètres clés dans Usinage CNC, y compris la consommation électrique, la température de coupe et la durée de vie de l'outil. Cette influence représente une différence significative entre l'avance et la vitesse de coupe. Les valeurs spécifiques de la vitesse de coupe varient en fonction du matériau usiné, tel que aluminium, acier à haute teneur en carbone, acier à faible teneur en carbone, ou plastiques.
Facteurs à prendre en compte pour une vitesse de coupe optimale
Garantir une vitesse de coupe optimale est essentiel pour obtenir le résultat souhaité en usinage CNC. La vitesse de coupe idéale pour un processus d'usinage CNC spécifique implique l'optimisation des aspects suivants :
1. Matériau de l'outil de coupe
La machine CNC utilise divers outils de coupe, qui peuvent être composés de matériaux souples ou durs. La vitesse de coupe optimale dépend en grande partie de la résistance de l’outil de coupe. Par exemple, les outils de coupe fabriqués à partir de matériaux à haute résistance comme le diamant et le nitrure de carbone-bore conviennent à la coupe à grande vitesse, tandis que les outils de coupe fabriqués à partir de matériaux plus tendres sont mieux adaptés à la coupe à basse vitesse.
Vous trouverez ci-dessous un tableau qui présente certains matériaux d'outils de coupe courants et leur plage recommandée de vitesses de coupe autorisées.
| Matériau de l'outil de coupe | Vitesse de coupe (m/min) |
| Acier à haute vitesse | 30-50 |
| Carbure cémenté | 60-100 |
| Céramique | 300-600 |
| Nitrure de carbone et de bore | 300-600 |
| diamant | > 800 |
2. Dureté de la pièce
La dureté d'un matériau fait référence à sa capacité à résister à la déformation due aux rayures, à l'abrasion et à l'indentation. Pour les matériaux plus durs à couper, des précautions particulières doivent être prises pour éviter la dégradation des performances de l'outil pendant le processus d'usinage. Concrètement, les pièces à usiner sont plus dures et les vitesses de coupe doivent être plus lentes. À titre d’exemple, le titane nécessite une vitesse de coupe bien inférieure à celle de l’aluminium.
Voici un tableau avec les plages de vitesses de coupe autorisées pour divers matériaux dans différents processus d'usinage CNC.
| Matériel | Tournant | Forage | Alésage | Fraisage en bout (ébauche) | |
|---|---|---|---|---|---|
| Aluminium | 400-1000 | 250-600 | 100-300 | 600 | |
| Laiton | 225-300 | 150-300 | 130-200 | ||
| Bronze | 150-225 | 100-250 | 75-180 | Moyen : 250Dur : 125 | |
| Fonte | Doux | 100-150 | 75-150 | 60-100 | 60 |
| Moyen | 75-120 | 70-110 | 35-65 | ||
| Difficile | 50-90 | 60-100 | 20-55 | 50 | |
| Cuivre | 100-200 | 60-100 | 40-60 | ||
| Magnésium | 600-1200 | 300-650 | 150-350 | ||
| Acier inoxydable | Usinage gratuit | 100-150 | 65-100 | 35-85 | 304 : 5517-4PH : 35 |
| Autres qualités | 40-85 | 15-50 | 15-30 | ||
| Acier au carbone et allié | Usinage gratuit | 125-200 | 100-145 | 60-100 | C bas : 754140 : 504340 : 50 |
| inférieur à 0,3% C | 75-175 | 70-120 | 50-90 | ||
| 0,3% à 0,6% C | 65-120 | 55-90 | 45-70 | ||
| plus de 0,6% C | 60-80 | 40-60 | 40-50 | ||
| Titane | 25-55 | 30-60 | 10-20 | Ti-6AI-4V : 25 | |
Note:
- Ce tableau est spécifiquement destiné outillage en acier rapide. Si vous utilisez une fraise en carbure, pensez à régler la vitesse de coupe en fonction de la dureté de l'outil de coupe. Par exemple, vous devrez peut-être multiplier les vitesses indiquées par un facteur de 2 à 4. De plus, lorsque vous travaillez avec des outils en acier au carbone, la vitesse de coupe doit être inférieure.
- Toutes les vitesses sont en pieds de surface par minute (GDF).
3. Durée de vie de l'outil
Des vitesses de coupe plus élevées peuvent entraîner une usure rapide des matériaux plus tendres des outils de coupe, ce qui réduit la durée de vie de l'outil. Par conséquent, la durée de vie de l’outil est un autre facteur crucial lors de la détermination de la vitesse de coupe. La durée de vie de l'outil fait référence à la période pendant laquelle l'outil de coupe reste efficace et a un impact significatif sur la précision de la pièce et la vitesse de coupe choisie.
Quel est le taux d'alimentation ?
L'avance est appelée la distance parcourue par l'outil de coupe pendant un tour de broche. Elle peut également être appelée vitesse d'engagement de l'outil de coupe et est généralement mesurée en unités telles que les pouces par minute ou les millimètres par minute dans les opérations de fraisage.
Pour les opérations d'alésage et de tournage, la vitesse d'avance peut être mesurée en unités telles que les pouces par tour ou les millimètres par tour. Les valeurs spécifiques des avances varient en fonction de facteurs tels que le type de matériau usiné (aluminium, acier inoxydable, acier, bois, etc.), le type de matériau de l'outil de coupe (outil de coupe HSS, céramique, cermet, etc. .), et d'autres facteurs de coupe comme finition de surface et les performances de la machine CNC.
La qualité esthétique des produits usinés est largement affectée par la vitesse d'avance. C'est pourquoi la vitesse d'avance constitue un aspect critique dans les processus d'usinage CNC.
Facteurs à prendre en compte pour un débit d'alimentation optimal
La vitesse d'avance dans l'usinage CNC est étroitement liée à divers aspects du processus, notamment la sécurité, la qualité du produit, la durée de vie de l'outil et la productivité. Pour déterminer la valeur idéale de l’avance, plusieurs facteurs doivent être pris en compte :
1. Largeur de coupe
Amincissement des copeaux est considéré comme un défaut de fabrication pouvant prolonger le délai de livraison. Lorsque la largeur de coupe est inférieure à la moitié du diamètre, un amincissement des copeaux se produit, entraînant une diminution de la charge de copeaux ou de la quantité de matériau coupé par l'outil en un tour. Pour atténuer l'impact de l'amincissement des copeaux, il est conseillé d'augmenter la vitesse d'avance, car cela peut améliorer la productivité et prolonger la durée de vie de l'outil.
2. Géométrie de l'outil de coupe
Outre l'avance, la géométrie de l'outil peut également avoir un impact sur l'état de surface des produits. Si la géométrie de l'outil le permet, opter pour une valeur plus élevée peut être avantageux.
3. Capacité des machines-outils
Une vitesse d'avance plus élevée peut entraîner une augmentation de la force de coupe et des vibrations. Sélectionnez donc l'avance appropriée en fonction du machine-outilsLa capacité d'absorber et de transmettre ces forces et vibrations supérieures.
4. Finition de surface
Des vitesses d'avance plus faibles peuvent entraîner une meilleure finition de surface. Pour les coupes grossières, une vitesse d’avance plus élevée peut être utilisée. A titre d'exemple, une avance de 0,01 à 0,05 mm/tour peut être envisagée pour les opérations de finition, tandis qu'une vitesse d'avance de 0,1 à 0,3 mm/tour peut convenir aux opérations de tournage d'ébauche.
5. Productivité
Pour atteindre des taux de productivité plus élevés, il est possible d'augmenter l'avance au détriment de la qualité de la surface. Alternativement, en maintenant la vitesse d'avance stable, il est possible d'augmenter la vitesse de coupe.
6. Limite de débit d'alimentation
Les machines-outils disposent généralement d'une tige d'alimentation par alimentation qui fonctionne dans des limites minimales et maximales spécifiques. Cependant, pour les machines-outils de tour conventionnelles, il n'existe qu'un nombre limité d'options d'avance disponibles dans la plage spécifiée.
Vitesse de coupe par rapport à l'avance : leur différence dans l'usinage CNC
Même si l’avance et la vitesse de coupe ont un impact important sur les performances globales d’une machine, elles représentent des concepts distincts. Pour obtenir des résultats optimaux avec une machine CNC, il est nécessaire de comprendre la différence entre ces deux éléments.
| Paramètre | Vitesse de coupe | Taux d'alimentation |
| Génératrice et Directrice | La vitesse de coupe génère la directrice. | L'avance génère la génératrice. |
| Unités de mouvement | Mesuré en mètres par minute (m/min) ou en pieds par minute (ft/min) et noté Vc. | Mesuré en mètres par tour (mpr) ou en pouces par tour (ipr) et noté s ou f. |
| Direction des copeaux | Aucun effet sur la déviation du direction orthogonale de la puce. | Grand effet sur la direction réelle du flux des copeaux. |
| Mouvement | Le mouvement de coupe génère la vitesse de coupe. | Le mouvement d'avance génère la vitesse d'avance. |
| Force de coupe et consommation d'énergie | La vitesse de coupe affecte ces paramètres à plus grande échelle. | La vitesse d'avance influence ces paramètres à un niveau moindre. |
| Rugosité de surface et marques de pétoncles | Non directement lié aux festonnages ou aux marques produites sur la surface usinée. | Significativement lié aux marques festonnées sur la surface finie. |
| Température de coupe, durée de vie de l'outil et usure de l'outil | Fortement impacté. | Moins impacté. |
1. Mouvement de l'outil
La vitesse d'avance fait référence à la vitesse à laquelle l'outil se déplace à travers la pièce, tandis que la vitesse de coupe fait référence à la vitesse à laquelle le tranchant de l'outil se déplace. Pour faire simple, la vitesse d'avance mesure la vitesse de l'outil lorsqu'il se déplace dans le matériau, tandis que la vitesse de coupe mesure la vitesse réelle à laquelle l'outil coupe.
2. Directrice et génératrice
La vitesse de coupe, notée Vc, fournit la génératrice et est généralement mesurée en m/min ou ft/min. La vitesse d'avance, notée s ou f, fournit la directrice et est généralement mesurée en mm/tr ou mm/min.
3. Direction des puces
La vitesse de coupe ne rend pas la direction des copeaux orthogonale. Cependant, la vitesse d'alimentation a généralement un impact sur le flux et la direction des copeaux réels.
4. Température de coupe, usure et durée de vie de l'outil
La vitesse d'avance a un impact minimal sur des facteurs tels que la température de coupe, l'usure et la durée de vie de l'outil. Cependant, la vitesse de coupe affecte considérablement ces facteurs.
5. Force de coupe et consommation d'énergie
La vitesse de coupe a un impact significatif sur la force de coupe et la consommation d'énergie pendant le processus d'usinage. A l’inverse, la vitesse d’alimentation a un impact relativement moindre sur ces paramètres.
6. Rugosité de surface et marques de pétoncles
La présence de coquilles Saint-Jacques ou de marques d'alimentation sur la surface usinée est directement liée à la vitesse d'avance et sert de représentation de la rugosité de surface, alors que la vitesse de coupe n'a pas d'importance pour ces marques usinées.
Comment calculer la vitesse de coupe et l’avance ?
L'image ci-dessous présente les paramètres essentiels pour calculer la vitesse de coupe et l'avance. Pour déterminer ces valeurs, la vitesse de rotation de la broche constitue la condition fondamentale. Le débit d'alimentation est déterminé à l'aide de deux formules. Tout d'abord, l'avance par dent est calculée, et cette valeur est ensuite utilisée pour déterminer l'avance de l'outil de coupe.
Quelle est l'importance de la vitesse de coupe et de l'avance dans l'usinage CNC ?
- Les vitesses et les avances contribuent au processus d'usinage car elles déterminent à la fois le taux et la quantité d'enlèvement de matière.
- La durée de vie d'un outil peut être considérablement influencée par les vitesses et les avances utilisées lors de l'usinage.
- La vitesse de coupe a une influence directe sur la température de coupe. Des températures de coupe plus élevées peuvent avoir un impact négatif sur des facteurs tels que la durée de vie de l'outil et rugosité de surface.
- Par rapport au traitement de matériaux plus tendres comme l'aluminium ou la résine, les effets néfastes de vitesses et d'avances incorrectes deviennent plus visibles lors du travail avec des matériaux plus durs tels que le titane ou l'Inconel, où la marge d'erreur est plus étroite.
- Même un petit écart entre la vitesse et l'avance peut rapidement conduire à la rupture de l'outil de coupe.
- Une vitesse d'avance optimale est nécessaire pour obtenir une rugosité de surface supérieure. L'utilisation de cadences d'outils et de vitesses de broche élevées peut entraîner l'apparition de marques de broutage sur la surface du matériau.
Autres facteurs clés à prendre en compte
Chemin non linéaire
Généralement, la vitesse d'avance implique un mouvement linéaire, c'est-à-dire la distance parcourue en ligne. Cependant, il existe des cas où les vitesses d'avance sont prises en compte le long d'un chemin d'interpolation en arc ou en cercle, comme pour l'usinage du diamètre extérieur ou du diamètre intérieur.
À mesure que la profondeur de coupe augmente, l’angle d’engagement sur l’outil augmente, conduisant à une trajectoire non linéaire. Le degré d'engagement de l'outil est plus élevé lorsque l'on travaille sur les coins internes que sur les coins externes.
Limite de vitesse de broche
Pour déterminer la vitesse de coupe en tr/min, il est nécessaire de connaître la surface en pieds par minute (SFM) en fonction du matériau et du diamètre de la fraise. Dans certains cas, notamment lorsque l’on travaille avec de petits outils ou des matériaux spécifiques, la vitesse calculée peut s’avérer peu pratique.
Dans de telles situations, le machiniste peut choisir de faire fonctionner l'outil à la vitesse la plus élevée possible par la machine tout en maintenant la charge de copeaux requise pour le diamètre. Cette approche permet d'atteindre des paramètres optimaux à la vitesse maximale de la machine.
Interaction entre la vitesse de coupe et l'avance
Lors du processus d'usinage, l'outil de coupe applique une compression à la surface de la pièce et élimine une fine couche de matériau sous forme de copeau. Une vitesse relative souhaitée entre la pièce à usiner et la fraise est nécessaire pour transmettre la force de compression requise. La vitesse de coupe est principalement responsable de la génération de cette vitesse relative, aidant ainsi à prédire l'enlèvement de matière.
Pour visualiser la quantité de matière retirée de toute la surface de la pièce, il existe un mouvement synchronisé supplémentaire appelé mouvement d'avance. La direction spécifique et le type de ce mouvement d'avance peuvent varier en fonction de l'opération de fraisage effectuée. Ces actions simultanées de l'avance, de la vitesse de coupe et du mouvement d'avance répondent collectivement aux exigences fondamentales de l'usinage.
FAQ
Conclusion
Pour optimiser divers aspects des paramètres d'usinage CNC tels que la durée de vie de l'outil, la consommation d'énergie, le temps et la rugosité de la surface, il est essentiel de déterminer les vitesses de coupe et les avances optimales. Comprendre comment la vitesse de coupe et l’avance interagissent est essentiel pour obtenir des pièces usinées avec précision.
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