Explorez toutes les opérations de fraisage :un guide complet des types de fraisage

Comment fonctionne le fraisage CNC ?

Le fraisage est un processus d'usinage qui produit des formes géométriques complexes à partir de blocs solides de matériau à l'aide d'une fraiseuse CNC et de fraises. Le processus de fraisage comprend une pièce fixe et un outil de coupe rotatif. De plus, une fraiseuse CNC dispose de mouvements d'axes linéaires et rotatifs pour générer des parcours d'outils complexes entre la pièce à usiner et la fraise.

La technologie de fraisage CNC est automatique et donc très précise. Le mouvement de l'outil sur la pièce (la trajectoire de l'outil) est programmé via un logiciel CAO/FAO. Dans un environnement logiciel de FAO typique, les ingénieurs ont le choix entre une multitude de types d'opérations de fraisage, chacune ayant son utilité fonctionnelle.

Commençons par certains des types d'opérations de fraisage de base et les plus courants répandus dans un atelier d'usinage.

Généralement, ces opérations de fraisage sont également caractérisables par la géométrie de la pièce, car chaque processus permet d'obtenir des caractéristiques géométriques spécifiques sur la pièce.

Fraisage simple

Le fraisage simple, ou fraisage de dalles, est un processus de fraisage de noyaux dans lequel une fraise horizontale usine des surfaces planes sur la pièce à usiner. Le sens de rotation de la fraise s’aligne sur le sens d’avance en fraisage simple. En d'autres termes, l'axe de l'outil est parallèle à la surface coupée.

Généralement, le fraisage simple est très utile pour les cycles d'ébauche au début d'un plan de fabrication. Il est efficace pour convertir les stocks de matériaux bruts en fines géométries prismatiques et carrées avec des dimensions précises et des finitions lisses, prêtes pour d'autres opérations de fraisage.

De plus, le fraisage des brames offre un bon taux d'enlèvement de matière et une grande stabilité du processus grâce à l'orientation horizontale de l'outil de coupe.

Fraisage du visage

Le surfaçage, comme le fraisage simple, produit des surfaces planes et lisses sur la pièce. La différence réside dans l'orientation de l'outil. L'outil de coupe en surfaçage est perpendiculaire à la surface de coupe, ce qui signifie que l'essentiel de l'action de coupe se produit sur la face de l'outil de coupe plutôt que sur ses bords latéraux.

Cela fait du surfaçage une opération idéale pour obtenir des qualités de surface fines et une précision dimensionnelle élevée. L'axe de l'outil étant perpendiculaire au plan de coupe, il est moins sensible aux écarts géométriques et aux vibrations de l'outil, conduisant à un parallélisme élevé de la pièce.

Fraisage latéral

Le fraisage latéral fait partie des types courants de processus de fraisage utilisés pour couper les côtés d'une pièce. Il utilise principalement la périphérie, ou les bords latéraux, du couteau pour enlever de la matière. Généralement, le fraisage latéral est utile pour couper des profils, des fentes et des parois verticales dans la pièce.

En raison des forces de coupe agissant perpendiculairement à l’axe de l’outil, les machinistes doivent faire preuve de prudence dans la gestion de la charge de coupe sur l’outil. Des forces de coupe excessives ou des coupes très profondes peuvent provoquer des déviations de l'outil et même une casse.

Fraisage d'épaulements

Le fraisage d'épaulements est un processus de fraisage qui produit des murs verticaux et des sols/fonds plats avec des épaulements précis et perpendiculaires entre eux. Il utilise à la fois la face et les bords périphériques de la fraise, généralement une fraise en bout. Ce type de découpe permet de découper simultanément le sol et le mur, permettant ainsi de découper des angles vifs dans la géométrie de l'épaulement.

L'utilité du fraisage d'épaulements pour produire des pièces de haute précision avec des caractéristiques prismatiques telles que des moules et des matrices, où les angles vifs sont essentiels pour maintenir des assemblages rigides.

Fraisage angulaire

Les fraiseuses angulaires réalisent des coupes et des caractéristiques angulaires dans la pièce. Le plus souvent, ces caractéristiques angulaires incluent des chanfreins ou des rainures le long du bord de la pièce.

Les machinistes peuvent utiliser plusieurs techniques de fraisage pour effectuer des opérations de fraisage angulaire. Par exemple, ils peuvent utiliser un dispositif d'angle pour maintenir la pièce à l'angle souhaité, ou ils peuvent utiliser des fraises spécialement conçues avec des arêtes de coupe inclinées, ou même des machines multi-axes.

Généralement, le fraisage angulaire est une opération de finition visant à supprimer des arêtes vives ou à produire des éléments esthétiques. Pour les pièces de haute précision telles que les moules et les matrices, cela est très utile pour produire avec précision les angles de dépouille corrects dans les pièces.

Fraisage de forme

Le fraisage de forme est un processus de fraisage qui implique des fraises de forme spécifique pour produire des éléments avec des géométries spéciales. Les outils de fraisage de forme peuvent produire des contours complexes tels que des courbes, des arcs et d'autres formes non conventionnelles. La figure ci-dessous, par exemple, montre une fraise de forme au contour rond, capable de produire une cavité en arc de cercle à l'intérieur de la pièce.

Une application courante du fraisage de forme concerne la fabrication de moules et l'outillage, où les ingénieurs conçoivent leurs propres fraises de forme pour découper des profils géométriques personnalisés dans les stocks de moules et de matrices.

Fraisage de profils

Le fraisage de profils est un processus de fraisage avancé qui produit des contours complexes sur la pièce. Ces contours comprennent généralement une combinaison de courbes, d'arcs et de lignes. Le fraisage de profils est généralement une opération de fraisage CNC, car il est impossible de réaliser manuellement des profils complexes.

Il existe plusieurs applications du fraisage de profilés dans la fabrication industrielle de pièces géométriquement complexes. Par exemple, les profils d'aubes de turbines aérospatiales et les extérieurs d'automobiles nécessitent des opérations de fraisage de profils approfondies.

Fraisage en groupe

Le fraisage groupé est un processus de fraisage qui maximise la productivité en utilisant plusieurs outils de coupe en même temps. Ces outils sont montés sur un seul arbre de manière spécifique. Cet arbre unique fait ensuite tourner toutes les fraises, dont chacune usine une partie différente de la surface de la pièce. La figure ci-dessous illustre cela.

Le fraisage groupé est très courant pour les pièces comportant plusieurs coupes dans la même orientation. Il réduit le temps total d'usinage tout en améliorant le débit.

Fraisage d'engrenages

Le fraisage d'engrenages, comme son nom l'indique, est un procédé de fraisage exclusif pour produire des engrenages. Les engrenages ont des profils géométriques très complexes difficiles à réaliser avec des fraises standards.

Ainsi, les fabricants d'engrenages utilisent des fraises à engrenages spéciales avec le profil exact dont ils ont besoin. Cette approche permet d'optimiser la précision et la productivité.

Fraisage de filetage

Le fraisage de filets, comme le fraisage d'engrenages, fait partie des types exclusifs d'opérations de fraisage. Il est utilisé pour couper des fils à l’intérieur d’un trou dans la pièce. Les opérations de fraisage de filetage utilisent des fraises spéciales ayant la forme spécifique du profil du filetage.

De plus, le fraisage de filets est un processus de fraisage de haute précision car il nécessite un parcours d'outil hélicoïdal afin de couper le filetage au pas correct. En règle générale, les machinistes effectuent le fraisage de filets sur une fraiseuse CNC à l'aide de cycles de génération de parcours d'outils spécialisés.

La production de filetages à l'aide de techniques de fraisage au lieu de méthodes traditionnelles comme les tarauds offre une plus grande flexibilité car le processus s'adapte facilement à n'importe quelle taille de trou, pas et profil.

Fraisage de rainures

Le fraisage de rainures est un processus de fraisage courant utile pour produire des rainures dans les pièces. Il peut fonctionner avec une variété de types de fraises, y compris les fraises à rainure en T, les fraises en bout ou les fraises à disque, en fonction de la géométrie de la fente.

Certaines applications courantes du fraisage de rainures incluent l'usinage de rainures, de poches et de rainures dans les composants structurels.

Types spéciaux d'opérations de fraisage

Les opérations de fraisage ne se limitent pas aux processus standards évoqués ci-dessus. Avec les dernières avancées en matière de technologie et d’outillage CNC, le fraisage a considérablement évolué. Une fraiseuse CNC moderne peut gérer des géométries de pièces très complexes avec des fonctionnalités complexes.

Cette section abordera certains des types avancés de techniques de fraisage.

Fraisage CNC multi-axes

Le fraisage CNC multi-axes est une technique de fraisage avancée qui utilise une fraiseuse CNC multi-axes. Les centres de fraisage CNC à 5 axes sont le choix le plus populaire pour les ateliers d'usinage de fabrication avancée, qui comprennent généralement trois axes linéaires (X, Y, Z) et deux axes rotatifs (deux parmi A, B, C), que le machiniste peut manipuler simultanément. La figure ci-dessous illustre cette configuration.

Le fraisage multiaxes CNC est capable d'usiner des pièces de haute précision présentant des caractéristiques géométriques telles que des courbes cannelées, des profils, des surfaces et des contre-dépouilles. Il s'agit d'un rôle crucial dans des secteurs exigeants comme l'aérospatiale, l'automobile et les dispositifs médicaux, où les pièces non prismatiques et les tolérances serrées sont courantes.

Tournage et fraisage

Le tournage-fraisage est une technique d'usinage hybride qui combine les fonctionnalités du tournage et du fraisage dans la même machine, connue sous le nom de tour-fraiseur. Les centres de tournage et de fraisage disposent généralement d'un mandrin et d'une contre-pointe pour monter et faire tourner la pièce, comme dans un tour. En plus de cela, ils disposent également de dispositifs porte-outils spécialisés avec des outils de coupe rotatifs, comme dans un processus de fraisage.

La fraise dans les centres de tournage-fraisage est maniable dans plusieurs directions, y compris parallèlement et perpendiculairement à l'axe de la pièce (voir figure ci-dessous).

Ce type de double fonctionnalité permet aux centres de tournage-fraisage de produire des pièces présentant à la fois des caractéristiques cylindriques et prismatiques dans la même configuration. Cela augmente la productivité, la précision et réduit les coûts.

Fraisage de parois fines

Le fraisage de parois minces est une branche particulière des techniques de fraisage avancées. Certaines pièces, comme les aubes de turbine et les boîtiers de produits, ont des parois minces. Les parois minces se caractérisent par leur faible rapport hauteur/largeur.

La géométrie délicate de ces éléments à paroi mince les rend sensibles à des problèmes tels que les vibrations, les déformations permanentes et les vibrations d'usinage. Pour éviter ces problèmes, les machinistes utilisent des techniques de fraisage spéciales telles que le fraisage dynamique, les vitesses d'avance adaptatives et les parcours d'outils à engagement variable pour une précision et une qualité de surface maximales.

Deux opérations de fraisage typiques :fraisage conventionnel ou fraisage en montée

Le fraisage conventionnel et le fraisage en montée sont deux types d'opérations de fraisage qui définissent la manière dont la fraise s'engage avec la pièce à usiner. La principale différence entre eux réside dans la direction d'avance de la pièce par rapport à la rotation de l'outil de coupe.

En fraisage conventionnel, ou fraisage ascendant, le sens d’avance s’oppose à la rotation de la fraise. Cela amène le tranchant à initier la coupe sous forme de frottement, puis à passer lentement au cisaillement pur. En raison du sens de coupe, la largeur des copeaux commence à partir de zéro et atteint son maximum lorsque la fraise quitte la pièce à usiner. Généralement, le fraisage conventionnel est plus stable en termes de vibrations et de gestion du jeu de la machine.

En fraisage ascendant ou descendant, au contraire, le sens d’avance s’aligne avec la rotation de la fraise. La largeur des copeaux commence à son maximum et va progressivement jusqu'à zéro, conduisant à une tendance douce de la charge de coupe. Le fraisage en avalant est la technique de fraisage préférée car elle offre une meilleure durée de vie de l'outil, une meilleure finition de surface et de faibles charges de coupe.

Facteurs clés dans la sélection du bon type de fraisage

Avec autant de types d’opérations de fraisage parmi lesquels choisir, faire le choix optimal peut s’avérer une tâche difficile. Généralement, les ingénieurs doivent prendre en compte plusieurs facteurs lors de la sélection des opérations de fraisage pour leurs plans de fabrication.

Géométrie de la pièce

Les caractéristiques géométriques de la pièce sont la première chose à prendre en compte lors de la sélection des processus de fraisage d'une pièce. Des fonctionnalités spécifiques telles que les surfaces inclinées, la courbure et les filetages peuvent aider à réduire le processus de fraisage à un nombre gérable.

Par exemple, un panneau automobile, en raison de sa courbure complexe, nécessiterait très certainement des techniques de fraisage avancées comme le fraisage de profilés avec une fraiseuse CNC.

Capacité des machines-outils

Différentes fraiseuses ont des capacités d'usinage différentes. Une fraiseuse manuelle à 3 axes est parfaite pour les travaux simples comme l'équarrissage des supports, la découpe de surfaces inclinées ou la production de surfaces planes. Cependant, une opération plus complexe, comme le fraisage de profilés, peut ne pas être possible sans une fraiseuse CNC multi-axes.

De même, un centre de tournage-fraisage est une machine-outil spécialisée qui peut produire efficacement des pièces principalement cylindriques avec des caractéristiques prismatiques.

Exigences de qualité

Les exigences de qualité telles que l'état de surface et les tolérances dictent également le choix du processus de fraisage. Le fraisage en montée, par exemple, serait plus approprié si une production de haute qualité est souhaitée. Une fraiseuse CNC est le choix préféré si des tolérances serrées sont requises.

Paramètres de coupe dans différentes opérations de fraisage

Le processus de fraisage est défini par les paramètres de fraisage, que les ingénieurs utilisent pour contrôler des facteurs tels que les forces de coupe, la qualité de la surface et les tolérances de fabrication. Les trois principaux paramètres de coupe en fraisage sont les suivants :

Flux

La vitesse d'avance détermine la vitesse à laquelle l'outil de coupe et la pièce à usiner se déplacent l'un par rapport à l'autre. Les ingénieurs utilisent différentes manières de le représenter. Les unités courantes sont en termes de distance/temps (mm/min), de distance/révolution (mm/révolution) et de distance/dents (mm/dents). Des vitesses d'avance plus élevées dans les opérations de fraisage permettent d'obtenir une productivité élevée mais diminuent la durée de vie de l'outil et la qualité de la surface.

Vitesse

La vitesse de coupe définit la vitesse à laquelle l'outil tourne sur la surface de la pièce. Ses unités de mesure typiques sont mm/min ou RPM. Une vitesse de coupe plus élevée dans les techniques de fraisage favorise la productivité et la qualité de surface, mais peut entraîner une usure excessive des outils et des problèmes thermiques.

Profondeur de coupe

La profondeur de coupe détermine la profondeur à laquelle l'outil de coupe pénètre dans la surface de la pièce. Dans un processus de fraisage, étant donné que la fraise coupe souvent à la fois dans la direction radiale et dans la direction axiale, il existe deux paramètres de profondeur de passe, à savoir la profondeur de passe radiale (RDOC) et la profondeur de passe axiale (ADOC). Une profondeur de coupe élevée augmente les forces de coupe, les vibrations et la génération de chaleur, mais conduit également à une plus grande productivité.

WayKen propose des services de fraisage CNC de précision avec des centres d'usinage avancés à 3, 4 et 5 axes. Notre équipe est spécialisée dans la production de pièces haute tolérance à partir de métaux et de plastiques, manipulant efficacement des géométries complexes. Qu'il s'agisse de prototypes ou de production en faible volume, nous offrons des délais de livraison rapides, des finitions de surface soignées et une qualité constante dans des secteurs tels que l'automobile, l'aérospatiale et le médical.

Le fraisage CNC est indéniablement un processus de fabrication très polyvalent doté de vastes capacités. Avec une variété d'opérations de fraisage parmi lesquelles choisir, il offre une grande flexibilité aux ingénieurs en termes de conception et de fabricabilité.