Les raboteuses à métal (shaper) expliquées : définition, composants et fonctionnement

Qu'est-ce qu'une raboteuse à métal (shaper) ?

Une raboteuse à métal (shaper) est un type de machine-outil qui utilise le mouvement linéaire relatif entre la pièce et un outil de coupe à pointe unique pour usiner un trajet d'outil linéaire. Sa coupe est analogue à celle d'un tour, sauf qu'elle est (archétypalement) linéaire au lieu d'hélicoïdale.

Une raboteuse à bois (wood shaper) est un outil de menuiserie fonctionnellement différent, généralement avec une tête de coupe rotative motorisée et une pièce alimentée manuellement, connue simplement comme « shaper » en Amérique du Nord et « toupie » (spindle moulder) au Royaume-Uni.

Une raboteuse à métal pour le travail des métaux est quelque peu analogue à une raboteuse (planer), avec l'outil monté sur un bélier (ram) qui se déplace par rapport à une pièce fixe, plutôt que la pièce se déplaçant sous l'outil.

Le bélier est généralement actionné par un excentrique mécanique à l'intérieur de la colonne, bien que les raboteuses à actionnement hydraulique soient de plus en plus utilisées. L'ajout d'axes de mouvement peut produire des trajectoires hélicoïdales, ce qui a aussi été fait en raboutage hélicoïdal.

La raboteuse à métal est une machine à mouvement alternatif utilisée principalement pour produire des surfaces horizontales, verticales ou planes. Elle maintient l'outil à pointe unique sur le bélier et la pièce est fixée sur la table.

Pendant la course avant (forward stroke), le bélier porte l'outil en alternance sur la pièce pour tailler la forme requise. Pendant la course retour (return stroke), aucun métal n'est coupé. Sur une raboteuse, le mouvement rotatif de l'entraînement est converti en mouvement alternatif du bélier portant l'outil.

Pour réduire le temps total, le bélier doit avancer plus lentement pendant la course de coupe et revenir plus vite. Cela est réalisé par un mécanisme appelé « mécanisme de retour rapide » (quick return mechanism).

Procédé de la raboteuse à métal

Le procédé peut être défini comme l'enlèvement de métal sur des plans horizontaux, verticaux et angulaires par un outil à pointe unique maintenu sur un bélier qui fait alterner l'outil linéairement sur la pièce maintenue sur la table.

La table peut être supportée à l'extrémité externe. Le bélier alterne et l'outil, tenu dans le porte-outil, se déplace d'avant en arrière sur la pièce. Sur une raboteuse standard, la coupe a lieu pendant la course avant du bélier ; la course retour est improductive.

Le retour est gouverné par le mécanisme de retour rapide. La profondeur de coupe s'incrémente par déplacement de la pièce, et l'avance de la pièce suit un mécanisme rochet-cliquet (pawl and ratchet).

Qui a inventé la raboteuse à métal ?

Un ingénieur anglais nommé Samuel Bentham, ingénieur et célèbre architecte naval, inventeur de nombreux dispositifs mécaniques. Il a inventé la raboteuse à métal en 1791 et 1793. Cette machine était courante au milieu du 19e siècle et au début du 20e.

Fonctionnement de la raboteuse à métal

La pièce est montée sur la table, rigide et en forme de boîte, placée devant ou près de la machine.

La hauteur de la table est facilement ajustable pour correspondre à la pièce. Le mouvement de la table est contrôlé manuellement. Avez-vous pensé à un autre moyen pour le mouvement de la table ?

La table est équipée d'un mécanisme d'avance automatique fonctionnant avec une vis d'avance. C'est pour la coupe et le bélier est réglable pour la course.

On utilise un outil de coupe à pointe unique (un seul tranchant). L'outil de tournage est le meilleur exemple. Il est placé dans le porte-outil et monté sur le bélier.

La pièce est serrée directement sur la table pour l'usinage et peut être supportée à l'autre extrémité. Le bélier effectue un mouvement alternatif. Le porte-outil se déplace d'avant en arrière sur la surface de la pièce.

Beaucoup pensent que le bélier tourne et coupe par courses. Cela dépend des formes. La coupe a lieu en course avant sur une raboteuse standard ; la course arrière est considérée comme improductive.

L'outil reçoit son mouvement du mécanisme de retour rapide et la profondeur de coupe est obtenue par déplacement de l'outil. Le mouvement d'avance suit le mécanisme rochet-cliquet.

Composants de la raboteuse à métal

Les principales parties de la raboteuse à métal sont :

• Base
• Colonne
• Chariot transversal (Cross-rail)
• Table
• Bélier (Ram)

1. Base

• Partie la plus importante. Supporte les autres outils d'usinage. Creuse et en fonte. La forme creuse minimise les vibrations.
• Construction conçue pour supporter la charge de la machine.

2. Colonne

• Montée sur la base, en fonte.
• Deux guides sur la colonne pour le va-et-vient du bélier.
• Supporte le bélier alternatif et la table de travail.

3. Table

• Peut pivoter à n'importe quel angle.
• Serrage pour rigidité face aux applications lourdes.
• Partie très importante.
• Boulons en T pour serrage sur faces supérieure et inférieure.

4. Bélier (Ram)

• Guides sur la colonne ; le bélier alterne et porte la tête d'outil avec l'outil à pointe unique.
• L'action de coupe a lieu sur la course avant du bélier grâce à la tête d'outil dans la boîte à clapet (clapper box).
• La profondeur de coupe est donnée par la vis d'avance verticale (down feed screw).

5. Chariot transversal (Cross-rail)

• Monté sur la surface de la table où se trouve le chariot (saddle).
• Avec la vis d'élévation et le chariot transversal, la table obtient le mouvement vertical.
• Mouvement horizontal de la table par déplacement du chariot avec la vis d'avance transversale (cross-feed screw).

Applications de la raboteuse à métal

L'usage le plus courant est l'usinage de surfaces droites et planes, mais avec ingéniosité et accessoires, une large gamme de travaux est possible. Exemples :

• Rainures de clavette dans le moyeu d'une poulie ou d'un engrenage sans installation de brochage dédiée.
• Glissières à queue d'aronde (Dovetail slides)
• Cannelures internes et dentures d'engrenages.
• Clavettes, cannelures, dentures d'engrenages dans des trous borgnes (aveugles)
• Tambours à cames avec trajectoires d'outils qui, en termes de fraisage CNC, nécessiteraient un contour 4 ou 5 axes ou interpolation cylindrique tour-fraisage
• Il est même possible d'éviter le travail par électroérosion (wire EDM) dans certains cas. En partant d'un trou percé ou évidé, une raboteuse avec outil type barre d'alésage peut couper des caractéristiques internes ne se prêtant pas au fraisage ou alésage (trous de forme irrégulière avec coins serrés).
• Lissage d'une surface rugueuse