Fraisage, définir les paramètres de coupe

J'essayerais de donner, sur cette page, uniquement les informations de base qui sont souvent suffisantes pour appréhender la théorie du fraisage et déterminer les paramètres de coupe.

Abréviations :

Vc = vitesse de coupe en m/min
fz : avance par tour en mm/dent
Vf : vitesse d'avance en mm/min
n : fréquence de rotation de l'outil en tr/min
D : diamètre de l'outil
Z : nombre de dents de la fraise
ap : profondeur de passe

Les formules :

Fréquence de rotation de la broche (tr/min) :

Vitesse d'avance (mm/min) :

Vitesse de coupe (m/min):

Avance par dent (mm/dent) :

Les constantes :

Lorsqu'on regarde les différentes formules permettant de calculer les paramètres de coupe, on s’aperçoit assez vite qu'il y beaucoup d'inconnues, difficile donc de déterminer facilement quoi que ce soit.

Pour déterminer les valeurs de base pour usiner un matériau, l'opérateur aura recours à un “abaque” (fourni par les fabricants) qui donnera pour une matière donnée deux paramètres importants : Vc (vitesse de coupe) et Fz (avance par dent).

Vc (vitesse de coupe) et Fz (avance par dent) :

En l'absence de l'abaque, les valeurs de Vc et Fz utilisées pour un matériau donné seront des valeurs génériques.
Les facteurs influant sur la vitesse de coupe sont généralement :
- la matière à usiner
- l'outil : sa matière (HSS, carbure), s'il est revêtu, sa géométrie
- le type d'usinage (ébauche / finition) ainsi que l'utilisation ou non d'un lubrifiant
- la machine : sa puissance, sa rigidité, sa capacité (avance maxi par exemple)

Vc permet de calculer la fréquence de rotation (n en tr/min).
Fz (en mm/dent) permet de calculer l'avance (Vf en mm/min).

Les outils étant généralement destinés à l'industrie métallurgique, la vitesse de coupe et l'avance par dent sont généralement donnés pour l'acier, l'acier inoxydable, la fonte, les alliages d'aluminium et les matériaux synthétiques.

Exemple d'un abaque fournisseur pour une gamme de fraise carbure non revêtue, pour des diamètres d'outils <6mm (extrait) :

ap : profondeur de passe :

La profondeur de passe est la quantité de matière que va prendre l'outil lors d'un fraisage. Celle-ci varie selon la vitesse de coupe (Vc) ainsi que la vitesse d'avance de l'outil (Vf).
Les limites sont déterminées par :
- La puissance de la machine
- La rigidité de la pièce et de l'outil
- Nature du matériau à usiner
- Le type d'usinage (surfaçage, rainurage, détourage, perçage, ébauche / finition)

La formule pour déterminer la profondeur de passe idéale est généralement contenue dans les abaques fournisseurs. Si ces informations ne sont pas données, il est possible d'appliquer des règles de calcul théoriques pour déterminer la profondeur de passe.

Exemple, en rainurage, on pourra utiliser les formules suivantes :
- Ebauche (fraise ravageuse ) : ap max = 0.6 * diamètre de coupe de la fraise.
- Finition : ap max = 0.3 * diamètre de coupe de la fraise.

Un exemple :

Nous avons vu, dans les articles précédents, qu’il fallait Vc et Fz pour déterminer des paramètres de coupe que nous allons appliquer sur la machine.
Pour cet exemple, nous allons sélectionner une vitesse de coupe et une avance par dent pour le fraisage de l’aluminium nuance 2017A dans des conditions prudentes à savoir : Vc = 200 m/min et fz = 0.02 mm/dent
Quel est l’outil ?
L’outil est une fraise 1 dent non revêtue, d’un diamètre de coupe de 3mm (FC1DA3008)

Etape 1 : détermination de « n »

Rappel : “n” est la fréquence de rotation de l’outil, exprimée en tr/min.

avec Vc de l'abaque :

Etape 2 : détermination de « Vf »

Rappel : “Vf” est la vitesse d’avance en matière exprimée en mm/min.

avec "n" calculé précédemment et fz de l'abaque :

Etape 3, détermination de la profondeur de coupe « ap »

N’ayant pas d’information fournie par le fournisseur de cette fraise pour cette nuance d'aluminium (2017A), j’applique donc un coefficient classique pour calculer la profondeur de passe. J’utiliserais donc le coefficient K = 0.4

Je pars du principe que l’usinage sera réalisé avec une lubrification adaptée sur une machine rigide.

Sinon le coefficient devra être fortement revu à la baisse.

avec le choix du coefficient :

Etape 4 : réglage de la machine

Il faut maintenant appliquer ces 3 paramètres. Si votre fraiseuse est une machine à commande numérique, tous les paramètres ou une grande partie des paramètres seront à saisir dans le logiciel de CFAO que vous utilisez.

La vitesse de rotation de la broche (n) sera de 21200 tr/min ou une valeur se rapprochant au mieux.
La profondeur de passe (ap) sera de 1.2 mm et l’avance (Vf) de 424 mm/min.

Et pour finir :

Retrouver toutes ces infos, le guide pour sélectionner une fraise ainsi qu'un fichier Excel "Paramètres de coupe CncFraises" accéssibles si dessous :