Fraisage et tournage horizontaux et verticaux :quelles sont les différences ?

En ce qui concerne les machines de fraisage et de tournage CNC, de nombreux détails font une différence significative dans votre flux de travail. Aucune machine ne peut gérer toutes les opérations de fabrication possibles, il est donc sage de noter les caractéristiques qui conviendraient le mieux à ses opérations.

Il existe de nombreux calculs de ce type à garder à l'esprit, mais l'une des distinctions les plus importantes à faire lorsqu'il s'agit de choisir une configuration d'usinage est de savoir si la configuration doit être verticale ou horizontale.

Les centres d'usinage horizontaux (HMC) et les fraiseuses verticales (VMC) diffèrent de plusieurs manières au-delà de leur seule orientation. Les deux types de fraises ont des composants différents et conviennent à différentes opérations de coupe :en règle générale, une fraiseuse horizontale peut couper des rainures profondes avec un minimum de broutage ou de déformation de l'outil, tandis qu'une fraiseuse verticale peut être meilleure pour les détails fins.

Cet article examine les principales différences entre les fraiseuses horizontales et les fraiseuses verticales. Il examine les avantages et les limites de chaque processus, répertorie certaines machines courantes sur le marché et propose des conseils pour choisir entre le fraisage horizontal et vertical.

Qu'est-ce qu'une fraiseuse verticale ?

Une fraiseuse verticale est une fraiseuse dans laquelle la broche (qui tient la pince, qui à son tour tient l'outil de coupe) est orientée verticalement. Il s'agit de la configuration la plus courante pour une fraiseuse CNC et peut être utilisée pour le fraisage, le rainurage, le perçage ou l'alésage.

Fraiseuses verticales comprennent en fait la majorité des machines de fraisage dans des industries comme le travail des métaux, ce qui peut être attribué à leurs coûts inférieurs par rapport aux systèmes horizontaux. Comme leur nom l'indique, les fraiseuses verticales ont une orientation verticale sur leur tête de coupe ou leur broche. Les spécificités des commandes de fraisage peuvent varier d'une machine à l'autre.

Les fraiseuses verticales populaires incluent les gammes de produits Integrex, VCN et VTC de Mazak; les séries VF, VR et Universal de Haas (3ERP utilise des modèles de la gamme VF et Universal); le ROBODRILL FANUC ; et les gammes CMX V, DMV et NVX de DMG MORI.

Les deux principaux types de broyeurs verticaux sont les broyeurs à tourelle et les broyeurs à lit.

Fraiseuse à tourelle

Avec les fraiseuses à tourelle, la broche reste fixe en place, tandis que la partie banc de la machine retient le matériau. Ce lit se déplace horizontalement ou verticalement, permettant à la machine de manipuler la position du matériau dans les deux sens. La fraiseuse à tourelle est un appareil extrêmement polyvalent mais elle peut être limitée par la taille des pièces qu'elle produit.

Fraiseuse à banc

Les fraiseuses à banc fixe déplacent les matériaux le long de l'axe horizontal avec une broche limitée à l'axe vertical. La broche peut se déplacer de haut en bas selon les besoins et transformer le matériau en forme. Les fraiseuses à banc ont une assez bonne amplitude de mouvement, car la partie broche se combine avec le mouvement horizontal du banc permettant le fraisage d'une grande variété de formes et de profondeurs.

Qu'est-ce qu'une fraiseuse horizontale ?

Une fraiseuse horizontale peut effectuer de nombreuses opérations similaires à une fraiseuse verticale, mais elle est configurée différemment, avec la broche orientée horizontalement. Plus robustes et robustes que les fraiseuses verticales, ces machines peuvent gérer des opérations de coupe puissantes et des pièces lourdes.

Les fraises de la fraise horizontale ressemblent quelque peu à la lame d'une scie circulaire, la différence cruciale étant qu'elles sont généralement plus épaisses, plus petites et que leur forme offre un fraisage plus rapide que les broches de leurs homologues verticaux.

L'utilisation de l'arbre et sa longueur peuvent également signifier qu'une fraise horizontale peut utiliser plusieurs fraises à la fois.

Pour les opérations de fraisage plus complexes, certaines fraiseuses horizontales ont une table rotative, de sorte que l'outil de coupe peut approcher la pièce sous différents angles. Cette configuration de fraisage horizontal s'appelle une table universelle.

Les fraiseuses horizontales populaires incluent les gammes de produits FF, HCN et MEGA de Mazak; les séries EC et Universal de Haas (3ERP utilise l'Universal); et les gammes NH, NHX et i-Series de DMG MORI.

Qu'est-ce que le tournage CNC

En ce qui concerne les centres de tournage CNC , tout comme les fraiseuses, elles peuvent également être divisées en configurations horizontales et verticales.

Tournage horizontal

Centres de tournage horizontaux sont le type le plus important dans la plupart des industries. Ils ont une broche orientée horizontalement, avec des outils montés sur le côté du porte-outil. Cela les aide à couper à travers l'objet en cours de traitement. Tout comme son homologue de fraisage, ce type de centre de tournage bénéficie également de la gravité car il éloigne les copeaux de la pièce.

Tournage vertical

Centres de tournage verticaux sont également appelés tours à tourelle verticale ou VTL. Les centres de tournage verticaux et horizontaux sont très similaires, mais leur configuration et leur forme sont inversées, ce qui permet à la poupée de reposer sur le sol et à la plaque frontale de devenir une table rotative horizontale. Les centres de tournage verticaux inversés ressemblent aux centres réguliers, mais ils ont des positions inversées pour la broche et le mandrin à mors.

Usinage vertical – Avantages et inconvénients

Le fraisage vertical est plus applicable aux projets où l'objet principal de l'objet en question est sur un côté particulier. Cela peut être quelque chose comme une grande plaque de métal ou un dé coulant.

Avantages

1. Simplicité : Les fraiseuses verticales ont également l'avantage d'être généralement moins complexes que les fraiseuses horizontales, étant à la fois moins chères et plus faciles à utiliser et à entretenir pour cette raison.
2. Polyvalence :Avec les centres d'usinage verticaux, il existe des variations en fonction de leur type. Les fraiseuses à tourelle sont généralement limitées à des projets de plus petite taille en raison de la difficulté du mouvement à deux axes avec de plus gros morceaux de matériau. En revanche, les broyeurs à lit sont mieux adaptés aux projets nécessitant des pièces plus lourdes et plus grandes (mais toujours beaucoup moins compétents pour traiter ces articles par rapport aux broyeurs horizontaux).
3. Empreinte : Les fraiseuses verticales ont un encombrement bien inférieur à leurs homologues verticaux. Ceci, ainsi que le prix, les rend souhaitables pour les petits magasins. Ils ont également plus d'utilisateurs et disposent donc d'un plus grand bassin de machinistes qualifiés.
4. Coût  :Les centres de fraisage verticaux sont plus courants que les centres horizontaux et sont moins chers, tant en termes de coût de la machine que de coûts de maintenance.
5. Détail  :Les fraiseuses verticales sont efficaces pour fraiser des éléments fins sur des pièces avec des tolérances serrées.

Inconvénients

Là où les VMC manquent, c'est la capacité de produire dans des volumes et des complexités plus élevés. Les matériaux plus lourds peuvent également être un problème pour les opérations de la fraiseuse verticale car ils peuvent être plus difficiles à soulever et à abaisser.

1. Accès  :Une fraiseuse verticale excelle dans le fraisage sur une seule face (par exemple, les matrices d'enfonçage) mais est moins équipée pour le fraisage de tous les côtés d'une pièce, ce qui nécessite une nouvelle configuration de serrage.
2. Puissance  :Pour les pièces très grandes et lourdes, les fraiseuses verticales peuvent rencontrer des difficultés, en particulier les fraiseuses à tourelle qui doivent constamment déplacer la pièce.
3. Vitesse :Les fraiseuses verticales sont précises mais peuvent être plus lentes qu'une fraiseuse horizontale lorsqu'une production à grand volume est requise.

Fraisage horizontal - Avantages et inconvénients

Malgré le prix plus élevé, les fraiseuses horizontales sont le choix préférable pour les projets plus complexes.

Avantages

Les machines sont plus polyvalentes et peuvent travailler sur plus de côtés que les verticales. Ils sont également meilleurs pour les articles plus lourds et ceux qui ont coupé une ou plusieurs rainures avec un matériau est souhaitable. Les fraiseuses horizontales ont également une meilleure propension à créer des fentes.

Les autres avantages sont :

1. Puissance :La stabilité de l'arbre permet des coupes lourdes, permettant un enlèvement de matière rapide dans de grandes sections, même à partir de matériaux durs.
2. Vitesse  :L'enlèvement de matière rapide rend les fraiseuses horizontales idéales pour la production à grand volume (de pièces relativement simples).
3. Fraisage groupé :Les machines peuvent également permettre des fraises supplémentaires pour diverses applications, en particulier pour insérer des rainures plus efficacement. Sur certains broyeurs horizontaux, les lits peuvent être tournés pour permettre le broyage à plusieurs angles plutôt que strictement sur un plan horizontal. Ce mouvement du lit ajoute également un peu plus de polyvalence à l'arsenal de la machine.
4. Libération des copeaux : Les fraiseuses horizontales ont également une bien meilleure évacuation des copeaux. Cela se résume à la configuration utilisant la gravité pour laisser tomber les puces. De plus, cela est plus propice à une meilleure finition de surface et à une durée de vie plus longue de l'outil.

Inconvénients

En termes d'inconvénients, le plus critique est les coûts plus élevés associés avec des fraiseuses horizontales.

1. Coûts :Ces coûts peuvent atteindre 3 à 4 fois ceux des broyeurs verticaux. Les HMC peuvent également être plus difficiles à surveiller, certaines parties étant obstruées et la vue du projet limitée par la conception.
2. Complexité  :Une fraiseuse horizontale peut être plus difficile à utiliser qu'une fraiseuse verticale.
3. Empreinte  :Une fraiseuse horizontale occupe plus d'espace au sol que les fraiseuses verticales, ce qui les rend difficiles à installer dans les petits ateliers d'usinage.

Tournage horizontal - Avantages et inconvénients

Les centres de tournage horizontaux sont souvent assez flexibles et ont des lits plus longs, ce qui les rend plus adaptés aux pièces plus longues comme les arbres. Cela leur donne une utilité et une polyvalence supplémentaires. Ils peuvent également utiliser des pièces telles que des ravitailleurs de barres et ont généralement des poupées mobiles, ce qui est rare pour les tours verticaux.

Les centres de tournage horizontaux existent depuis plus longtemps et donc la majorité des machines et des experts ont tendance à fonctionner avec cette configuration. Cela signifie également qu'il existe une plus grande quantité d'informations disponibles sur ces machines et leurs opérations spécifiques. Les embauches et les formations tendent donc à s'y orienter, ce qui peut être un avantage de la machine elle-même.

Les machines horizontales peuvent être limitées. Lors de l'usinage de pièces courtes de grand diamètre, surtout s'il s'agit de pièces lourdes, les centres de tournage verticaux fonctionnent mieux. Le flux de copeaux et le nettoyage sont également un problème avec les configurations horizontales.

Tournage vertical - Avantages et inconvénients

Cette configuration est particulièrement intéressante pour l'usinage d'objets volumineux, lourds et courts. L'attraction de la gravité vers le bas contribue au placement de la pièce dans le porte-pièce. Un autre avantage est que la présence de la gravité éloigne les copeaux de la pièce à travailler et dans le bac ou le convoyeur.

De nombreuses pièces automobiles sont fabriquées verticalement et généralement avec une double broche. L'un des avantages de cela est que la gravité travaille pour vous; lorsque vous placez la pièce dans le mandrin, elle s'installe d'elle-même.

Avoir la broche verticale, par opposition à l'horizontale, permet à la broche d'être supportée à 360°, éliminant l'affaissement de la broche et augmentant le poids maximum autorisé sur la broche. Le support supplémentaire dissipe également les forces de coupe créées par une coupe lourde et/ou interrompue. L'élimination de l'affaissement de la broche permet également d'obtenir de meilleures précisions de planéité et de perpendicularité des pièces.

Les centres de tournage verticaux ont également une empreinte beaucoup plus faible que leurs frères horizontaux, ce qui permet aux ateliers d'optimiser l'espace au sol. Souvent, un tour vertical peut occuper la moitié de l'encombrement d'un tour horizontal, ce qui peut lui donner un avantage dans les petits ateliers.

Les machines verticales inversées sont également une option car elles peuvent permettre une automatisation intégrée qui ne serait pas disponible avec l'horizontale. Ici, la broche arrive et prend la pièce, alors qu'à l'horizontale, il faut un robot ou un portique pour la charger.

Les copeaux peuvent poser un problème pour les tours verticaux et les centres de tournage si la pièce en cours de traitement est concave. Il en résulte souvent que les puces sont piégées à l'intérieur. Un autre problème qui peut survenir est celui des copeaux qui tombent dans la broche elle-même. Les mesures de protection et de gardiennage doivent être efficaces.

Comment choisir entre fraisage vertical et fraisage horizontal ?

Le choix d'une fraiseuse verticale par rapport à une fraiseuse horizontale se résume à des facteurs tels que :

1. taille de la pièce
2. complexité des pièces
3. budget
4. quantité
5. disponibilité de l'atelier d'usinage
6. matériel

En règle générale, le fraisage vertical est souvent préférable pour :

• parties détaillées
• pièces qui n'ont besoin d'être travaillées que d'un côté,
• matériaux plus souples
• Pièces courantes pour lesquelles le budget est limité

Le fraisage horizontal est meilleur pour :

• enlèvement de matière rapide
• pièces volumineuses et lourdes
• matériaux plus durs
• pièces nécessitant un travail sur plusieurs faces
• opérations nécessitant des outils de coupe personnalisés ou spécialisés

Dans de nombreux cas, un atelier d'usinage examinera votre projet et déterminera le meilleur équipement à utiliser pour le fraisage.

Pour plus d'informations sur les différents types de fraiseuses et leurs applications, consultez notre guide sur le fraisage CNC et son fonctionnement.

Note de fin

Il est également important de garder à l'esprit qu'il existe également différents types de pièces supplémentaires et de têtes de coupe qui peuvent être utilisées pour modifier une fraiseuse horizontale pour effectuer un fraisage vertical, ou vice versa. Cela peut constituer une solution moins coûteuse lorsqu'un type de machine se heurte à un éventuel barrage routier.

Cependant, bien que ces outils soient excellents, ils restent une solution limitée par rapport à la présence de l'appareil réel. De même, les centres de tournage verticaux inversés peuvent également être quelque chose à examiner, car ils peuvent ajouter une automatisation supplémentaire au processus.

J'espère que les informations que nous fournissons vous aideront. 3ERP propose des services de fraisage CNC et des services de tournage CNC pour le prototypage rapide et la production. Contactez nos ingénieurs si vous avez besoin d'autres suggestions de fabrication.