Comment calculer les vitesses d'une fraiseuse CNC ?

Pour calculer les vitesses de la fraiseuse CNC il faut suivre un ensemble de paramètres, généralement définis par les fabricants de la machine-outil, en tenant compte de la vitesse d'avance, de la vitesse de coupe, du nombre de tours par minute, des caractéristiques de la pièce à usiner, etc.

Paramètres d'usinage des machines-outils

Avant de calculer les vitesses de la fraiseuse pour l'usinage de pièces en métal, en bois et en d'autres matériaux, il est important de connaître les différents paramètres à prendre en compte pour pouvoir effectuer correctement les calculs. La vitesse adaptée de la fraiseuse dépend des paramètres décrits ci-dessous.

Vitesse d'avance

La vitesse d'avance (VF), est un terme utilisé pour les machines-outils qui désigne la vitesse instantanée relative à laquelle l'outil de coupe (ici la fraise) s'approche de la surface de la matière pour l'enlever ; il s'agit de la vitesse du mouvement d'avance (à ne pas confondre avec la vitesse de coupe). Ce paramètre se calcule à partir de la trajectoire suivie par l'outil de coupe dans la direction d'avance en une minute. 

La vitesse d'avance s'exprime en mètres par minute.

Vitesse de coupe

La vitesse de coupe (VC) est la vitesse à laquelle l'arête de la fraise tourne sur la pièce à usiner. Ce paramètre, qui s'exprime en mètres par seconde, détermine le parcours du point de la dent de l'outil de coupe. La vitesse de coupe est généralement fournie par le fabricant de l'outil ; c'est lui qui détermine la vitesse recommandée et la limite de la machine à ne pas dépasser. 

Cette vitesse varie selon le matériau de la pièce et l'usinage à réaliser. Pour calculer la vitesse de coupe, on tient compte du fait que plus le diamètre de la fraise est grand, plus la vitesse de coupe est élevée. Il en va de même pour le nombre de tours par minute : plus il est élevé, plus la vitesse de coupe l'est aussi. 

Tours par minute

Valeur qui sert à exprimer la vitesse de la broche, c'est-à-dire la rapidité avec laquelle la broche tourne et le nombre de tours complets qu'elle effectue en une minute. La fraiseuse CNC tourne généralement entre 6 000 et 24 000 tours par minute (tr/min).

Charge de copeau

Également appelée avance par dent, c'est l'épaisseur de matière que chaque dent de l'outil de coupe enlève de la surface de la pièce en un tour complet. Une charge de copeau adaptée permet de réguler la température de la fraise et évite qu'elle ne surchauffe. L'avance par dent dépend de la vitesse de rotation et de la vitesse d'avance. 

Profondeur axiale

La profondeur axiale ou de passe influe sur les vitesses de la fraiseuse. Plus la profondeur est faible, plus le fraisage est sûr, mais cela oblige à réaliser de multiples passes, ce qui augmente le temps d'usinage. Lorsqu'on veut augmenter la profondeur, ce qui accroît la taille des copeaux, il faut réduire la vitesse d'avance de la machine.

Profondeur radiale

La profondeur radiale ou largeur de coupe varie en fonction de la robustesse de la machine-outil CNC. Pour un bon fraisage latéral, il est important de réduire la vitesse d'avance jusqu'à 25 %.

Importance des vitesses de la fraiseuse

Les vitesses de la fraiseuse sont indispensables pour obtenir de bons résultats d'usinage. S'il existe un déséquilibre entre la vitesse d'avance et la vitesse de rotation de la broche, on obtient de mauvaises finitions et, parfois, la machine-outil peut se déstabiliser et provoquer la rupture de la fraise. C'est pourquoi il est important que tous les paramètres de coupe décrits ci-dessus soient réglés en fonction de la rigidité de la fraiseuse, mais aussi de sa puissance et de ses caractéristiques.

Il faut également tenir compte du fait que les fraises utilisées sur les machines à commande numérique CNC peuvent être en acier rapide HSS, en carbure de tungstène, en diamant PCD, etc. Cela implique que plus l'outil de coupe est dur, plus la vitesse de coupe augmente ; mais, en conséquence, la vitesse d'avance peut être réduite. 

Les vitesses de la fraiseuse ne dépendront pas seulement de la machine et des différents paramètres : le travail réalisé sur la matière et les caractéristiques de la pièce (matériau, conception, forme, etc.) influent également. Ainsi, les vitesses de la fraiseuse varient selon que l'usinage est du fraisage, du rainurage, etc. Comment les vitesses de la fraiseuse influent-elles sur les travaux ? Par exemple, plus la vitesse d'avance est élevée, plus le contrôle de la production de copeaux est grand, plus le temps de coupe est court et moins l'outil s'use. Cependant, cela augmente aussi le risque de rupture de la fraise et les risques de rugosité de surface. Par ailleurs, si la vitesse d'avance est réduite, les copeaux sont plus longs et la qualité d'usinage s'améliore ; les inconvénients sont une usure plus importante de la fraise, ainsi qu'un temps et un coût d'usinage plus élevés.