Comment déterminer les conditions de coupe optimales pour les fraises ? Cet aspect crucial de l'usinage peut avoir une incidence considérable sur l'efficacité et la durée de vie de l'outil. Cet article se penche sur le calcul de la vitesse de la broche, de la vitesse d'avance et de la profondeur de coupe, en fournissant des formules et des conseils pratiques. Les lecteurs apprendront à ajuster ces paramètres en fonction des matériaux et des diamètres de fraise, afin de garantir la précision et l'efficacité des opérations de fraisage.
1. La question
Quelles sont les méthodes disponibles pour calculer les conditions de coupe pour le fraisage en bout ?
Pour préparer le fraisage en bout, je me suis référé au tableau des conditions de coupe, mais je n'ai pas trouvé les conditions correspondant à l'usinage souhaité.
Quelle est la méthode de calcul des conditions de broyage ?
2. Réponse
La vitesse de la broche est calculée sur la base de la vitesse de fraisage ; la vitesse d'avance est calculée sur la base de l'avance par dent ; la profondeur de coupe est dérivée du diamètre de la fraise.
La vitesse de la broche est calculée à partir de la vitesse de coupe et du diamètre de la fraise, la vitesse de coupe étant référencée dans le tableau des conditions de coupe ou l'indice d'usinabilité.
La vitesse d'avance est calculée en fonction de l'avance par dent, de la vitesse de la broche et du nombre de dents de la fraise. La profondeur de coupe est calculée à partir du diamètre de la fraise. Effectuez des essais d'usinage sur la base des résultats calculés afin d'ajuster les conditions de fraisage.
Méthode de calcul de la vitesse de rotation de la broche
Formule de calcul de la vitesse de rotation :
N=(1000*Vc)/π*Dc
Formule de calcul de la vitesse de fraisage :
Vc=(π*Dc*N)/1000
I. Lorsque le diamètre de l'outil utilisé n'est pas enregistré dans le tableau des conditions de coupe
Vous devez calculer la vitesse de fraisage sur la base des conditions de fraisage du diamètre le plus proche, en utilisant la formule donnée. Calculez ensuite la vitesse de rotation. Une approche plus simple consiste à utiliser le diamètre souhaité comme référence et à calculer la vitesse de rotation en la multipliant par le rapport des diamètres.
Figure 2 Tableau des conditions de coupe
| Matériau à usiner Conditions de broyage Diamètre de la fraise (D) | Acier de construction mécanique au carbone (S45C-S55C) | Acier à outils allié (SKD, SCM, SUS) | Acier trempé et revenu (35-40HRC) (HPM, NAK) | Alliage de cuivre Alliage d'aluminium | ||||||||
| Vitesse d'avance (mm/min) | Vitesse de rotation (min-1) | Vitesse d'avance (mm/min) | Vitesse de rotation (min-1) | Vitesse d'avance (mm/min) | Vitesse de rotation (min-1) | Vitesse d'avance (mm/min) | Vitesse de rotation (min-1） | |||||
| Fente | Latéraux | Fente | Latéraux | Fente | Latéraux | Fente | Latéraux | |||||
| 2 | 140 | 270 | 10,190 | 90 | 190 | 7,350 | 70 | 150 | 6,620 | 330 | 650 | 25,200 |
| 2.5 | 170 | 340 | 8,610 | 90 | 190 | 6,410 | 70 | 150 | 5,570 | 370 | 740 | 21,000 |
| 3 | 180 | 360 | 7,250 | 110 | 210 | 5,570 | 80 | 160 | 4,620 | 420 | 840 | 16,800 |
| 3.5 | 200 | 400 | 6,300 | 130 | 250 | 4,830 | 80 | 170 | 3,990 | 440 | 880 | 14,700 |
Par exemple, lors du calcul de la vitesse de rotation d'une fraise avec un diamètre de lame de 2,8 pour l'usinage d'un acier de construction au carbone,
La vitesse de rotation d'une fraise avec un diamètre de lame de 3 est de 7250 (min).-1),
Par conséquent, la vitesse de rotation d'une fraise avec un diamètre de lame de 2,8 est de 7 250(min).-1)×3/2,8= environ 7 768(min-1).
*A vitesse de broyage constante, plus le diamètre de la lame est petit, plus la vitesse de rotation est élevée.
2. Lorsque le matériau à usiner ne figure pas dans le tableau des conditions de coupe,
Elle est calculée en multipliant la vitesse de rotation des autres matériaux usinés répertoriés par le rapport de l'indice d'usinabilité entre les matériaux à couper.
Par exemple, lors du calcul de la vitesse de rotation d'une fraise avec un diamètre de lame de 3 pour l'usinage de fonte grise,
La vitesse de rotation lorsque le diamètre de la lame est de 3 et l'usinage de l'acier au carbone structurel est de 7 250(min).-1).
Lorsque l'indice d'usinabilité de l'acier de construction au carbone est de 70 et celui de la fonte grise de 85,
La vitesse de rotation pour le fraisage de la fonte grise est de 7 250(min).-1)×85/70= environ 8 804(min-1).
※ L'indice d'usinabilité est une valeur exprimant la facilité d'usinage des matériaux, la facilité d'usinage de l'acier de décolletage étant fixée à 100. Plus la valeur est faible, plus le matériau est difficile à usiner, et elle peut servir de référence pour le réglage de la vitesse de coupe.
Points clés pour le réglage de la vitesse de rotation
【Lors de l'utilisation d'un broyeur à billes】
Lors de l'utilisation d'une fraise à billes, le calcul basé sur le diamètre de coupe réel sera plus proche des conditions d'usinage réelles.
Figure 3 Méthode de calcul du diamètre de coupe réel et de la vitesse de rotation correcte
1. Lorsque la vitesse de la broche est limitée
Si la vitesse de la broche est limitée par la machine-outil, ce qui entraîne une vitesse de traitement plus lente que celle spécifiée dans le tableau des conditions de coupe, la vitesse d'avance doit être réduite proportionnellement.
Par exemple, si les conditions de coupe recommandées sont une vitesse de broche de 30 000 (min-1) et une vitesse d'avance de 600 (mm/min), et la vitesse limite de la machine-outil est de 20 000 (min-1), la vitesse d'avance tombe à 600 x 20 000 / 30 000 = 400 (mm/min). De plus, la vitesse de coupe peut être maintenue malgré la réduction de la vitesse de la broche en augmentant le diamètre de la fraise.
2. Lorsque des mesures contre les vibrations sont adoptées
Même lorsque la vitesse de la broche est réduite pour éviter les vibrations et prolonger la durée de vie de l'outil, le changement de la résistance de coupe dans la plage de vitesse de coupe courante (par exemple, 50~150 (m/min) pour l'acier au carbone utilisé dans les structures de machines) est minime et n'améliore pas l'efficacité.
Le réglage de la profondeur de coupe et de la vitesse d'avance est plus efficace. Toutefois, si des vibrations se produisent à la vitesse inhérente en raison du vieillissement de la machine-outil ou si la pièce est usinée sans connaître la vitesse de coupe correcte, la vitesse de la broche doit être ajustée.
Calcul de l'avance
La formule pour calculer la vitesse d'avance est la suivante :
F=fz*N*Zn
La formule de calcul pour chaque profondeur de coupe est la suivante :
Fz=F/(Zn*N)
1. Lorsque le tableau des conditions de coupe ne répertorie pas les conditions correspondantes au diamètre de l'arête de coupe de l'outil :
Lors du calcul avec la charge de copeaux par dent comme constante, la charge de copeaux par dent doit être calculée sur la base de la vitesse et de l'avance du diamètre de l'arête de coupe la plus proche, puis la vitesse d'avance doit être calculée en utilisant cette valeur ainsi que la vitesse d'usinage.
Dans les applications réelles, les changements de diamètre et de longueur de l'arête de coupe affectent la rigidité de l'outil. Il faut en tenir compte lors du calcul de la charge de copeaux par dent. Pour une utilisation de base, les calculs peuvent également être effectués sur la base des valeurs médianes des paramètres énumérés dans le tableau des conditions de coupe.
Figure 5 : Tableau des conditions de coupe
| Matériau à usiner Conditions de broyage Diamètre de la fraise (D) | Acier de construction mécanique au carbone (S45C) | Acier à outils allié (SKD, SCM, SUS) | 40HRC) (HPM, NAK) | Alliage de cuivre-Alliage d'aluminium | ||||||||
| Vitesse d'avance (mm/min) | Vitesse de rotation (min-1) | Vitesse d'avance (mm/min) | Vitesse de rotation (min-1) | Vitesse d'avance (mm/min) | Vitesse de rotation (min-1) | Vitesse d'avance (mm/min) | Vitesse de rotation (min-1) | |||||
| Fente | Latéraux | Fente | Latéraux | Fente | Latéraux | Fente | Latéraux | |||||
| 2 | 140 | 270 | 10,190 | 90 | 190 | 7,350 | 70 | 150 | 6,620 | 330 | 650 | 25,200 |
| 2.5 | 170 | 340 | 8,610 | 90 | 190 | 6,410 | 70 | 150 | 5,570 | 370 | 740 | 21,000 |
| 3 | 180 | 360 | 7,250 | 110 | 210 | 5,570 | 80 | 160 | 4,620 | 420 | 840 | 16,800 |
| 3.5 | 200 | 400 | 6,300 | 130 | 250 | 4,830 | 80 | 170 | 3,990 | 440 | 880 | 14,700 |
Par exemple, si l'on utilise une fraise verticale d'un diamètre de lame de 2,8 pour usiner de l'acier de construction au carbone, on calculera la vitesse d'avance de la fraise verticale de la manière suivante :
Sachant que la vitesse d'avance est de 360 mm/min lorsque le diamètre de la lame est de 3 et de 340 mm/min lorsque le diamètre de la lame est de 2,5, la vitesse d'avance lorsque le diamètre de la lame est de 2,8 serait : (360-340) / (3-2,5) * (2,8-2,5) + 340, ce qui équivaut à environ 352 mm/min. La vitesse de la broche est calculée à l'aide de la "Méthode de calcul de la vitesse de la broche".
2. Lorsque le matériau de la pièce n'est pas répertorié dans le tableau des conditions de coupe :
La vitesse d'avance du matériau de la pièce non répertorié est calculée en multipliant la vitesse d'avance d'un autre matériau de la pièce répertorié par le rapport de l'indice d'usinabilité entre les deux matériaux.
Par exemple, lors du calcul de la vitesse d'avance d'une fraise verticale avec un diamètre de lame de 3 pour l'usinage de la fonte grise, la vitesse d'avance pour l'usinage de l'acier de construction au carbone est de 360 mm/min. L'indice d'usinabilité de l'acier carbone de construction est de 70 et celui de la fonte grise de 85.
Par conséquent, la vitesse d'avance lors du fraisage de la fonte grise devient : 360(mm/min) * 85/70 = 437(mm/min). La vitesse de la broche est calculée à l'aide de la "Méthode de calcul de la vitesse de la broche".
1. Lors de l'adoption de mesures de prévention des vibrations :
Pour les fraises verticales dont les lames sont longues et sujettes aux vibrations, ou celles qui ont un long col et de grandes protubérances, ou encore les fraises à lame de faible diamètre, la réduction de la profondeur de coupe ou de l'avance par dent peut diminuer proportionnellement la résistance à la coupe. Cette mesure est donc plus efficace que la réduction de la vitesse de rotation de la broche.
La figure 6 montre un schéma de coupe avec une fraise verticale à long col.
En outre, lors de l'usinage des zones d'angle dans le traitement latéral, la longueur de contact de l'arête de coupe augmente, de sorte qu'il est nécessaire de prendre des mesures pour réduire la vitesse d'avance.
Une trop faible avance par dent peut accélérer l'usure. Sauf pour les fraises à diamètre fin (moins de 2), l'avance par dent ne doit pas être inférieure à 0,01 mm.
Figure 7 : Schéma de l'usinage des zones d'angle
Calcul de l'avance
1. Utilisation d'une fraise en bout
Figure 8 : Conditions de coupe d'une fraise en bout
| Diamètre de la fraise D | Annonce | Annonce | Rd | |
| Groove | Face latérale | |||
| D<1 | ≤0.02D | ≤1.5D | ≤0.05D | |
| 1≤D<3 | ≤0.05D | ≤0.07D | ||
| 3≤D<6 | ≤0.15D | ≤0.10 | ||
| 6≤D | ≤0.2D | ≤0.15D | ||
Figure 9 : Profondeur de coupe dans l'usinage latéral
Figure 10 : Profondeur de coupe dans l'usinage des gorges
Les quantités d'alimentation Ad et Rd sont calculées en multipliant le diamètre de la fraise par le coefficient du tableau des conditions de coupe. Par exemple, lorsque le diamètre de la fraise est de 5 et qu'un fraisage latéral est effectué, selon le tableau des conditions de coupe, Ad est de 1,5D et Rd de 0,1D. Par conséquent, Ad est égal à 1,5×5, ce qui est inférieur ou égal à 7,5(mm), et Rd est égal à 0,1×5, ce qui est inférieur ou égal à 0,5(mm).
2. Lors de l'utilisation d'une fraise à bouts ronds
Tableau 11 (a) Conditions de coupe pour la fraise à bec sphérique
| Traitement du contenu | Annonce | Pf |
| Usinage brut | ≤0.1D | ≤0.3D |
| Usinage de précision | ≤0.05D | ≤0.05D |
Tableau 12 (b) - Conditions de coupe pour les fraises à bout hémisphérique
| Top End R | Matériau usiné | Trempé et revenu Acier (35~40HRC) (HPM, NAK) | |||
| Conditions de broyage | |||||
| Longueur effective | Ad（mm） | Pf（mm） | Vitesse de coupe (mm/min）) | Vitesse de rotation（min-1） | |
| 0.1 | 0.5 | 0.01 | 0.01 | 340 | 50,400 |
| 1 | 0.01 | 0.01 | 300 | 50,400 | |
| 1.2 | 0.01 | 0.01 | 230 | 49,350 | |
| 0.15 | 1 | 0.01 | 0.01 | 500 | 50,400 |
| 2 | 0.01 | 0.01 | 390 | 45,150 | |
| 0.2 | 1 | 0.02 | 0.04 | 690 | 50,400 |
| 2 | 0.02 | 0.03 | 620 | 50,400 | |
| 3 | 0.01 | 0.01 | 440 | 43,050 | |
| 4 | 0.01 | 0.01 | 420 | 39,900 | |
La figure 13 montre la profondeur de coupe Ad lors de l'utilisation d'une fraise à bout sphérique.
(a) Lors de l'utilisation d'une fraise à bec sphérique, la profondeur de coupe Ad est calculée en multipliant le diamètre de l'outil par un certain coefficient. Par exemple, lorsque le diamètre de l'outil est de 2 et que Ad est de 0,1D, le calcul est de 0,1 x 2 = 0,2(mm).
(b) Lors de l'utilisation du tableau des conditions de coupe pour les fraises à bout sphérique, la profondeur de coupe Ad est directement lue dans le tableau. Si les conditions de coupe de l'outil que vous souhaitez utiliser ne figurent pas dans le tableau, veuillez utiliser la valeur médiane du diamètre de l'outil et de la longueur effective les plus proches.
3. Lorsque le matériau à usiner ne figure pas dans le tableau des conditions de coupe
Utilisez comme référence l'acier au carbone de construction mécanique ou l'acier trempé figurant dans le tableau des conditions de coupe.
Pour les matériaux plus tendres que la ligne de base, réglez temporairement la profondeur de coupe à la même valeur et augmentez-la jusqu'à ce qu'il n'y ait pas de problème en procédant à des essais d'usinage.
Pour les matériaux plus durs, réglez la valeur de la profondeur de coupe multipliée par le rapport de l'indice d'usinabilité des deux matériaux et effectuez un essai d'usinage.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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