En usinage CNC , la maîtrise de l'avance et de la vitesse de coupe est essentielle pour une efficacité optimale . Ces deux paramètres d'usinage importants sont fondamentaux pour la fabrication de pièces précises et l'amélioration de la productivité. Dans ce guide, j'expliquerai leur définition, leur importance et leur interaction. En les maîtrisant, j'espère perfectionner mes compétences en CNC et obtenir des résultats constants et de haute qualité.
Qu'est-ce que le taux d'alimentation ?
La vitesse d'avance indique la vitesse à laquelle un outil de coupe se déplace dans le matériau pendant l'usinage. Les machinistes la mesurent en millimètres par minute (mm/min) ou en pouces par minute (IPM). Cette vitesse affecte également la qualité de la surface finie et le taux d'enlèvement de matière.
Qu'est-ce que la vitesse de coupe ?
La vitesse de coupe nous indique la vitesse à laquelle la pièce et l'outil se déplacent l'un par rapport à l'autre pendant l'usinage. Elle est mesurée en pieds par minute (ft/min) ou en mètres par minute (m/min). Elle affecte la température du processus, la durée de vie des outils et le degré de lissage de la surface finale.
Principaux facteurs pour les machinistes dans la détermination de la meilleure vitesse d'avance :
Plusieurs facteurs importants doivent être pris en compte lorsque vous devez sélectionner le débit d'alimentation approprié.
1. Finition de la surface
La vitesse d'avance choisie aura une incidence directe sur la douceur de votre surface finale. Des vitesses d'avance plus lentes, comprises entre 0.01 et 0.05 mm/tour, créent des surfaces plus lisses, idéales pour les travaux de finition. Des vitesses plus rapides laissent des marques plus visibles sur la surface.
2. Productivité
Des vitesses d'avance plus élevées augmentent le rendement et enlèvent la matière plus rapidement. Pour une coupe grossière normale, des vitesses d'avance de 0.05 à 0.5 mm/tr sont les plus efficaces pour augmenter le rendement et les outils resteront également en bon état. Mais n'oubliez pas que des vitesses plus élevées ne sont pas toujours meilleures, car vous devez équilibrer la vitesse avec l'usure de l'outil et la qualité de la surface.
3. Limite de vitesse d'avance
Chaque machine a ses limites en termes de vitesse de fonctionnement. C'est pourquoi les tours de base offrent moins d'options de vitesse. En revanche, les machines CNC ont des vitesses réglables entre 20 et 200 m/min, ce qui dépend de ce que vous fabriquez.
4. Largeur de coupe
Si la vitesse d'avance change, la largeur de votre coupe change également. Vous pouvez augmenter les vitesses d'avance lorsque vous devez couper la pièce sur moins de la moitié du diamètre de l'outil. Les coupes avec une largeur plus grande nécessitent des vitesses d'avance plus faibles pour économiser vos outils et pour enlever complètement la matière.
5. Capacité des machines-outils
Des vitesses d'avance plus élevées entraîneront davantage de vibrations lors de la coupe. Chaque machine a certaines limites quant à la quantité de vibrations qu'elle peut supporter. Vous devez adapter votre vitesse d'avance à ce que votre machine peut supporter en toute sécurité pour éviter les problèmes.
6. Géométrie de l'outil de coupe
La conception et la forme de l'outil de coupe affectent la vitesse d'avance. Les outils fabriqués à partir de matériaux plus durs tels que le carbure peuvent supporter des vitesses d'avance plus élevées. Le nombre d'arêtes de coupe est également important car il détermine la quantité de matière que vous pouvez facilement enlever.
Comment déterminer la vitesse de coupe optimale ?
Le choix de la bonne vitesse de coupe est important dans les opérations d'usinage. De nombreux aspects fonctionnent ensemble pour trouver la meilleure vitesse de coupe pour votre pièce particulière
Résistance de l'outil de coupe
La résistance du matériau de votre outil de coupe détermine la vitesse maximale d'utilisation en toute sécurité. Les outils modernes, comme le nitrure de bore cubique (CBN) et le diamant polycristallin (PCD), peuvent travailler jusqu'à cinq fois plus vite que l'acier rapide (HSS). Les outils en carbure sont également trois fois plus rapides. Pour une durée de vie optimale, vos outils doivent présenter une résistance à la chaleur et une dureté exceptionnelles, car une vitesse élevée génère davantage de chaleur et de vibrations.
Dureté de la pièce
La dureté du matériau de votre pièce à usiner affecte également le choix de la vitesse. Vous devrez couper des matériaux durs tels que le titane à des vitesses plus lentes, généralement inférieures à 60 m/min. Les matériaux tendres tels que l'aluminium peuvent supporter des vitesses allant jusqu'à 500 m/min. Cela indique que les matériaux durs ont besoin de vitesses de coupe lentes pour éviter que vos outils ne s'usent trop rapidement.
Outil de la vie
Le choix de la vitesse de coupe a une incidence directe sur la longévité de l'outil. La chaleur s'accumule plus rapidement à grande vitesse, ce qui entraîne une usure plus rapide de l'outil. Une coupe trop lente peut également endommager les outils ou rendre le processus de coupe moins productif. La meilleure approche consiste à trouver une vitesse qui vous offre une bonne productivité et qui permet à vos outils de durer plus longtemps.
Outil de coupe Matériau
Différents matériaux d'outils peuvent supporter différentes vitesses maximales. Les outils HSS fonctionnent mieux entre 20 et 40 m/min tandis que les outils en carbure peuvent travailler beaucoup plus rapidement, c'est-à-dire jusqu'à 200 m/min. Pour la production à grande échelle, des matériaux modernes tels que les outils diamantés et le bore cubique sont utiles car ils peuvent supporter des vitesses d'environ 500 m/min.
Différences entre l'avance et la vitesse de coupe
La vitesse d'avance et la vitesse de coupe sont utilisées à des fins différentes et affectent les opérations d'usinage de différentes manières.
- Unités de mesure: Les unités pour les taux d'avance sont les millimètres par minute (mm/min) ou les pouces par minute (IPM) et pour la vitesse de coupe, elles sont les mètres par minute (m/min) ou les pieds de surface par minute (SFM).
- type de mouvement : Le mouvement de rotation de l'outil définit la vitesse de coupe. De l'autre côté, la vitesse d'avance correspond au mouvement de la pièce en ligne droite.
- Impact sur le matériel : La vitesse d'avance affecte la qualité de la surface finie et la façon dont les copeaux se forment. La vitesse de coupe use les outils en raison de la génération de chaleur.
- Type d'opération: Lors du tournage, la vitesse d'avance change en fonction du stade d'usinage dans lequel vous vous trouvez, mais la vitesse de coupe reste la même
- Qualité de surface: La vitesse d'avance crée des motifs particuliers sur la surface finie. Au contraire, la chaleur générée par la vitesse de coupe affecte le lissage de la surface.
- Contrôle de processus: Vitesse d'avance définit la quantité de matière que l'outil enlève à chaque passage. Et la vitesse à laquelle la matière est retirée dépend de vitesse de coupe.
- Ajustement des paramètres : La vitesse d'avance est contrôlée en modifiant le mouvement de l'axe. En revanche, dans le cas de la vitesse de coupe, c'est la vitesse de la broche qui l'ajuste.
- Outil de la vie: Des vitesses d'avance élevées peuvent briser les outils en raison de contraintes mécaniques. Des vitesses de coupe rapides entraînent des dommages causés par la chaleur dans les outils.
- Bilan de productivité : La vitesse d'avance contrôle la quantité de matériau enlevé et la vitesse de coupe détermine la vitesse à laquelle la machine fonctionne.
- Limites de la machine : La capacité de la machine à se déplacer le long de son axe limite la vitesse d'avance. Et la puissance de la broche limite la vitesse de coupe.
| Paramètre | Débit d'alimentation | Vitesse de coupe |
|---|---|---|
| Unités de mesure | IPM ou mm/min | SFM ou m/min |
| Type de mouvement | Mouvement linéaire de la pièce | Mouvement de rotation de l'outil |
| Type d'opération | Varie selon le stade | Reste constant |
| Impact du matériau | Affecte la finition de surface | Génère l'usure des outils |
| Qualité de surface | Crée des motifs de surface | Affecte la douceur de la surface |
| Contrôle de processus | Matériau par passe | Taux d'enlèvement de matière |
| Réglage des paramètres | Contrôle du mouvement des axes | Réglage de la vitesse de broche |
| Outil de la vie | Dommages dus aux contraintes mécaniques | Usure liée à la chaleur |
| Bilan de productivité | Contrôle du volume de matière | Productivité d'usinage |
| Limites des machines | Capacité de mouvement des axes | Limite de puissance de la broche |
Comment calculer la vitesse d'avance dans les opérations d'usinage ?
Le calcul de la vitesse d'avance utilise une formule simple : Vitesse d'avance = (Vitesse de broche × Nombre de cannelures) / 1000. Pour les opérations de tournage, nous mesurons la vitesse d'avance en millimètres par tour ou en pouces par tour. Votre calcul final doit prendre en compte trois aspects principaux, à savoir le type d'outil, le matériau de la pièce et la finition de surface demandée.
Quelle est la formule pour calculer la vitesse de coupe ?
Les calculs de vitesse de coupe varient en fonction de votre système de mesure. Pour les unités métriques, utilisez :
Vc = (π × D × N) / 1000
Où : Vc = Vitesse de coupe (m/min),
π = Pi (environ 3.14159),
D = Diamètre de la pièce (mm),
N = Vitesse de broche (tr/min)
Pour les mesures impériales, cette formule devient :
Vc = (π × D × N) / 12
Où : Vc = Vitesse de coupe (SFM),
D = Diamètre de la pièce (pouces)
Remarque : utilisez le diamètre de l'outil au lieu du diamètre de la pièce dans ces calculs lors du fraisage.
Déterminer la vitesse de coupe par rapport à la vitesse d'avance
Le bon équilibre entre la vitesse de coupe et la vitesse d'avance commence par la sélection de la profondeur de coupe adéquate. Ce choix dépend des qualités de votre outil et du matériau. Réglez votre vitesse d'avance en fonction de la stabilité de votre machine et de la finition de surface souhaitée. La vitesse de coupe doit ensuite être modifiée afin que le matériau puisse être retiré de la meilleure façon et que la durée de vie de l'outil soit maximisée. N'oubliez pas que les matériaux durs nécessitent des réglages bas pour ces paramètres et que les matériaux tendres peuvent gérer des valeurs plus élevées. Ces changements aident à contrôler la chaleur et la formation correcte des copeaux.
Interaction entre la vitesse d'avance et la vitesse de coupe
Le processus de coupe comprend deux mouvements principaux. La vitesse de coupe déclenche le mouvement principal qui enlève la matière par la force de compression. La vitesse d'avance contrôle le mouvement de l'outil sur la surface de la pièce. Ces mouvements s'unissent pour former des copeaux continus. Chaque type d'opération d'usinage nécessite différentes intensités de mouvement d'avance pour obtenir les meilleurs résultats.
Chemin non linéaire
Les vitesses d'avance se déplacent généralement en ligne droite pendant l'usinage, mais dans le cas de coupes circulaires ou en arc, l'outil suit plutôt des trajectoires courbes. Ce changement de trajectoire augmente à mesure que la profondeur de coupe augmente. L'angle de contact de l'outil avec le matériau devient plus grand, en particulier pour la coupe des angles intérieurs. L'outil entre alors davantage en contact avec le matériau que dans les angles extérieurs. Ces variations affectent directement la qualité de la finition de surface et la précision de coupe.
Conclusion
Un bon équilibre entre la vitesse de coupe et la vitesse d'avance permet un usinage réussi. Vous devez connaître de nombreux aspects tels que le matériau de la pièce, la conception de l'outil de coupe et la capacité de votre machine à traiter le matériau. Vous pouvez réaliser le meilleur usinage lorsque vous savez vraiment comment ces deux éléments fonctionnent ensemble.
Les Questions
Comment la vitesse de coupe et l'avance affectent-elles la qualité et la productivité de l'usinage CNC ?
La combinaison de la vitesse de coupe et de l'avance détermine la rapidité avec laquelle vous pouvez enlever de la matière et le type de finition de surface que vous obtiendrez. Une vitesse rapide peut augmenter les taux de production, mais elle peut user les outils plus rapidement. Pour obtenir les meilleurs résultats, choisissez des vitesses d'avance qui équilibrent la qualité de surface et la vitesse dans les limites des capacités de votre machine.
Comment l’épaisseur des copeaux est-elle affectée par les changements de vitesse d’avance ?
La vitesse d'avance affecte directement l'épaisseur des copeaux, car les vitesses d'avance rapides créent des copeaux plus rigides et plus épais qui se briseront plus facilement. Les copeaux deviennent élastiques et plus fins lorsque vous ralentissez la vitesse d'avance. Cela les rend plus difficiles à casser proprement. Ces changements affecteront la qualité de votre surface finale et le taux d'enlèvement.
Quel matériau prend en charge la vitesse de coupe la plus rapide pour un meilleur rendement d'usinage ?
Parmi les matériaux courants, l'aluminium permet les vitesses de coupe les plus rapides. Vous pouvez l'usiner à 100 à 500 SFM car il est facile à couper et est souple.
Quelles sont les conséquences de l’utilisation d’une vitesse de coupe très élevée ?
Faire fonctionner votre machine trop vite peut provoquer un excès de chaleur. Cela peut entraîner de nombreux problèmes, comme l'endommagement de votre pièce à usiner par la chaleur, l'usure rapide de vos outils et la dégradation de la finition de surface. Cela augmentera vos dépenses.
