Choisir la bonne broche : guide complet pour machinistes CNC

Lorsqu'ils essaient de développer des processus efficaces, de nombreux machinistes et programmeurs se tournent d'abord vers la sélection d'outils. Il est vrai que l'outillage peut souvent faire une grande différence dans le temps d'usinage, et les vitesses et avances, mais saviez-vous que la broche de votre machine peut avoir un effet tout aussi impactant ? Les jambes de toute machine CNC, les broches sont composées d'un moteur, d'un cône pour tenir les outils, et d'un arbre qui maintient tous les composants ensemble. Souvent alimentées par l'électricité, les broches tournent sur un axe qui reçoit son entrée du contrôleur CNC de la machine.

Pourquoi choisir la bonne broche est important ?

Choisir la bonne broche pour usiner votre pièce est d'une importance très élevée pour une série de production réussie. Alors que les options d'outillage continuent de croître, il est important de savoir quel outillage votre broche peut utiliser. Les outils de grand diamètre tels que les grandes fraises à queue ou les fraises à face nécessitent généralement des vitesses de broche plus lentes et prennent des coupes plus profondes pour enlever de grandes quantités de matière. Ces applications nécessitent une rigidité machine suprême et requièrent une broche avec un couple élevé.

À l'inverse, les outils de plus petit diamètre auront besoin d'une broche à vitesse plus élevée. Des vitesses et avances plus rapides offrent de meilleures finitions de surface et sont utilisées dans une variété d'applications. Une bonne règle de base est qu'une fraise à queue d'un demi-pouce ou moins fonctionnera bien avec un couple plus faible.

Types de broches CNC

Après avoir découvert ce que vous devriez rechercher dans une broche, il est temps d'apprendre vos différentes options. Les broches varient généralement par le type, le style du cône, ou sa taille. Le cône est la partie conique du porte-outil qui s'insère dans l'ouverture de la broche. Chaque broche est conçue pour s'accoupler avec un certain style et taille de cône.

Porte-outils CAT et BT

C'est le porte-outil le plus largement utilisé pour le fraisage aux États-Unis. Appelés « porte-outils à bride en V », ces deux styles nécessitent un bouton de retenue ou un goujon de traction pour être sécurisés dans la broche de la machine. Le BT (style métrique) est populaire à l'étranger.

Porte-outils HSK

Ce type de porte-outil est une norme allemande connue sous le nom de « cône à queue creuse ». La partie conique du porte-outil est beaucoup plus courte que ses homologues. Il engage également la broche d'une manière différente et ne nécessite pas de goujon de traction ou de bouton de retenue. Le porte-outil HSK est utilisé pour créer de la répétabilité et une durée de vie d'outil plus longue – particulièrement dans les applications de fraisage à haute efficacité (HEM).

Tous ces porte-outils ont des avantages et des limitations incluant le prix, la précision et la disponibilité. La sélection appropriée dépendra largement de vos exigences d'application.

Couple vs Puissance (Horsepower)

Le couple est défini comme une force perpendiculaire à l'axe de rotation sur une distance. Il est important d'avoir des capacités de couple élevé lors de l'utilisation d'une fraise à queue plus grande que ½ pouce, ou lors de l'usinage d'un matériau difficile tel que l'Inconel. Le couple aidera à mettre de la puissance derrière l'action de coupe de l'outil.

La puissance (horsepower) fait référence à la quantité de travail effectuée. La puissance est importante pour les fraises à queue de plus petit diamètre et les matériaux faciles à usiner comme l'aluminium.

Vous pouvez penser au couple comme un tracteur : il ne peut pas aller très vite, mais il y a beaucoup de puissance derrière. Pensez à la puissance comme une voiture de course : elle peut aller très vite mais ne peut pas tirer ou pousser.

Graphique Couple-Puissance

Chaque machine et broche devrait être livrée avec un graphique couple-puissance. Ces graphiques vous aideront à comprendre comment maximiser votre broche pour le couple ou la puissance, selon ce dont vous avez besoin :

Taille de broche appropriée

La taille de la broche et du cône de queue correspond au poids et à la longueur des outils utilisés, ainsi qu'au matériau que vous prévoyez d'usiner. CAT40 est la broche la plus couramment utilisée aux États-Unis. Ces broches sont excellentes pour utiliser des outils qui ont une fraise à queue de ½ pouce de diamètre ou moins dans n'importe quel matériau. Si vous envisagez d'utiliser une fraise à queue de 1 pouce dans un matériau comme l'Inconel ou le Titane, un CAT50 serait un choix plus approprié. Plus l'angle de cône est élevé, plus la broche est capable de couple.

Bien que choisir le bon outil pour votre application soit important, choisir un outil que votre broche peut utiliser est primordial pour le succès de l'usinage. Connaître la quantité de couple requise aidera les machinistes à éviter bien des maux de tête.