Vitesses et avances d'usinage CNC : Comment calculer et optimiser

Introduction

Les vitesses et les avances sont les deux paramètres les plus ajustés dans toute opération d'usinage CNC. Réglés correctement, ils maximisent les taux d'enlèvement de matière tout en protégeant la durée de vie de l'outil. Si elles sont mal réglées, elles provoquent du broutage, un mauvais état de surface ou des bris d'outils.

Que sont les vitesses et les avances ?

Deux variables définissent l'action de coupe :

• Lavitesse de coupe (Vc) : La vitesse à laquelle l'arête de coupe s'engage dans le matériau. Elle est mesurée en mètres par minute (m/min) ou en pieds de surface par minute (SFM). La vitesse de coupe détermine la production de chaleur et le taux d'usure de l'outil.

• Vitesse d'avance (F): La distance parcourue par l'outil dans la pièce par unité de temps. Généralement en mm/min ou en pouces par minute (IPM). La vitesse d'avance contrôle la charge de copeaux et l'état de surface.

Ces deux paramètres fonctionnent ensemble. Une vitesse de coupe élevée avec une faible avance génère de la chaleur sans que la coupe soit efficace. Une vitesse faible avec une avance élevée risque d'entraîner une déviation ou une rupture de l'outil.

Comment calculer les vitesses et les avances

Les formules de base dont tout opérateur CNC a besoin :

Vitesse de la broche (tr/min) : RPM = (Vitesse de coupe × 1000) / (π × Diamètre de l'outil)

Vitesse de coupe en m/min, diamètre de l'outil en mm

Avance (mm/min) : Avance = RPM × Avance par dent × Nombre de goujures

Avance par dent en mm (également appelée charge de copeaux)

Exemple: Fraisage de l'aluminium avec une fraise à 4 goujures de 12 mm, en visant une vitesse de coupe de 250 m/min et une avance de 0,1 mm par dent :

• TR/MIN = (250 × 1000) / (3,14 × 12) = 6630 TR/MIN

• Avance = 6630 × 0,1 × 4 = 2652 mm/min

Cela vous donne un point de départ. Les réglages réels dépendent de la rigidité de l'installation, de l'arrosage et de la profondeur de coupe.

Vitesses et avances recommandées pour les matériaux courants

Le tableau ci-dessous présente des plages de départ typiques pour les outils en carbure. Il s 'agit de lignes directrices et non d'absolus - lesrecommandations du fabricant de l'outildoivent toujours être prioritaires lorsqu'elles sont disponibles.

Ajustements en fonction du matériau de l'outil:

• Acier rapide (HSS): Réduire les vitesses de 50 à 70 % par rapport aux valeurs du carbure.

• Carbure revêtu (TiAlN, AlTiN) : Peut fonctionner à l'extrémité supérieure des plages, en particulier dans les matériaux plus durs.

Facteurs affectant les paramètres optimaux

Dureté et état du matériau

Une même nuance de matériau peut s'usiner de manière totalement différente en fonction de son traitement thermique et de sa microstructure. L'aluminium 6061-T6 se coupe différemment de l'aluminium 6061-O. L'acier inoxydable 304 à haute teneur en soufre (usinage libre) s'usine plus rapidement que le 304 standard.

Géométrie et revêtement de l'outil

Un plus grand nombre de goujures permet des vitesses d'avance plus élevées mais réduit l'espacement des copeaux. Les revêtements affectent la résistance à la température et le pouvoir lubrifiant. Les données des fabricants d'outils sont plus fiables que les tableaux génériques car elles tiennent compte de ces variables.

Machine et configuration

• Les machines rigides dotées de bons roulements de broche peuvent fonctionner avec des paramètres plus élevés.

• Un long dépassement de l'outil nécessite des vitesses et des avances réduites pour éviter le broutage.

• Les pièces à parois minces nécessitent des avances conservatrices pour éviter les déformations.

Liquide de refroidissement et évacuation des copeaux

L'arrosage par déversement permet des vitesses de coupe plus élevées dans les matériaux sensibles à la chaleur. L'arrosage à travers l'outil est utile dans les cavités profondes. Un mauvais dégagement des copeaux oblige à réduire l'avance.

Pourquoi l'homogénéité du matériau est importante pour la stabilité de l'usinage

Voici un scénario que toute personne ayant effectué des travaux de production a connu :

Vous composez un nouveau travail. Vous passez des heures à trouver le point idéal : un bon état de surface, une durée de vie acceptable de l'outil, un temps de cycle qui correspond à vos besoins. Le mois suivant, vous commandez davantage de matériaux auprès d'un autre fournisseur. Même qualité, même fiche technique. Mais les outils s'usent désormais plus rapidement. Les copeaux ne se brisent pas de la même manière. La finition de la surface se dégrade.

Le coupable : l'incohérence du matériau.

Les recommandations en matière de vitesse de coupe supposent que le matériau se comporte de manière prévisible. Si la dureté varie au-delà des spécifications, la vitesse de rotation calculée est erronée pour ce lot. Si la structure du grain n'est pas uniforme, vous obtenez des micro-points durs qui font tomber l'arête de votre outil. En cas de contraintes internes, les pièces se déplacent après l'usinage.

C'est là que l'approvisionnement en matériaux est directement lié aux vitesses et aux avances. Lorsque vous savez que le matériau brut est cohérent - dureté maintenue, microstructure uniforme, détensionnement - vous pouvez verrouiller vos paramètres et les utiliser travail après travail.

Conseils pratiques pour le réglage des vitesses et des avances

Commencez par une vitesse prudente, puis augmentez-la.

Programmez un essai à 70-80 % des valeurs calculées. Vérifiez :

• La couleur et la forme des copeaux (des copeaux bleus signifient qu'ils sont trop chauds).

• Finition de la surface

• Les compteurs de charge de la machine

• Bruit de cliquetis ou vibrations

Augmentez d'abord l'alimentation (pour améliorer l'efficacité), puis la vitesse (pour améliorer la finition). Réduisez la vitesse de 10 à 15 % par rapport à la limite pour les cycles de production.

Tout documenter

Notez non seulement les paramètres, mais aussi le lot de matériaux avec lequel ils ont fonctionné. Si vous trouvez des paramètres qui donnent de bons résultats, notez la source du matériau et les données d'essai. Cela permet de créer une référence qui accompagnera les commandes futures.

Écouter la machine

Les opérateurs expérimentés peuvent entendre quand une coupe est bonne. Un grincement aigu signifie généralement un broutage - réduisez la vitesse ou augmentez l'avance. Un bruit sourd peut indiquer un frottement - augmentez la vitesse ou vérifiez l'état de l'outil.

Résumé

Le calcul des vitesses et des avances est une opération mathématique simple. Pour les optimiser en vue de la production, il faut prêter attention à l'outillage, à la configuration et, surtout, à la consistance des matériaux.

Commencez par utiliser les tableaux et les formules ci-dessus, ajustez-les en fonction de vos conditions spécifiques et documentez ce qui fonctionne. Si l'incohérence du matériau vous oblige à réoptimiser constamment, examinez ce qui entre dans la machine. Contactez-nous pour discuter des besoins en matériaux ou demander un devis avec vos spécifications.

Questions fréquemment posées

Quelle est la différence entre la vitesse et l'avance dans l'usinage CNC ?

La vitesse fait référence à la vitesse de déplacement de l'outil de coupe par rapport à la pièce, tandis que l'avance est la vitesse à laquelle l'outil avance dans le matériau.

Comment les propriétés des matériaux influencent-elles les vitesses et les avances ?

Les matériaux plus durs nécessitent généralement des vitesses et des avances plus faibles pour éviter l'usure de l'outil et garantir un usinage de qualité.

Des vitesses et des avances incorrectes peuvent-elles endommager l'outil ?

Oui, l'utilisation de vitesses et d'avances inappropriées peut entraîner une usure excessive de l'outil, sa rupture ou un mauvais état de surface.

Comment la technologie CNC aide-t-elle à calculer les vitesses et les avances ?

Les machines à commande numérique utilisent des systèmes de contrôle précis qui permettent de calculer et d'ajuster avec exactitude les vitesses et les avances en fonction des paramètres programmés.

Quels sont les outils indispensables pour calculer les vitesses et les avances d'usinage ?

Les calculateurs de vitesse d'usinage, les directives des fabricants d'outils et les logiciels des machines à commande numérique sont essentiels pour effectuer des calculs précis.