Fraiseuses verticales vs horizontales : comparaison complète pour propriétaires d'ateliers

Pour les opérateurs d'ateliers d'usinage envisageant l'achat d'une fraiseuse, l'une des questions les plus fondamentales concerne la configuration : fraiseuse verticale ou horizontale ? La réponse dépend de la nature de leur activité — particulièrement le type et le volume de travail effectué dans l'atelier, ainsi que le coût, les capacités de leur main-d'œuvre et leurs installations. Cet article approfondira la différence entre fraiseuses horizontales et verticales pour que vous puissiez prendre une décision éclairée pour votre entreprise.

Fraiseuses verticales

Dans les fraiseuses verticales, l'axe de la broche est orienté verticalement. Les fraises sont maintenues dans la broche et tournent sur son axe. Typiquement, la broche peut être étendue ou la table relevée/abaissée pour produire le même effet, permettant des coupes en plongée et du perçage. Les deux types de fraiseuses verticales sont les fraiseuses à console (bed mills) et les fraiseuses à tourelle (turret mills).

Les fraiseuses à tourelle verticales ont une broche stationnaire, et la table se déplace à la fois perpendiculairement et parallèlement à l'axe de la broche pour exécuter la coupe. Elles ont souvent une poupée (quill) qui permet à la fraise d'être relevée et abaissée un peu comme une perceuse à colonne. Les fraiseuses à tourelle offrent deux méthodes de coupe dans la direction verticale (Z) : en relevant ou abaissant la poupée et en déplaçant le genou.

La table ne se déplace que perpendiculairement à l'axe de la broche dans les fraiseuses à console verticales, tandis que la broche elle-même se déplace parallèlement à son propre axe.

Fraiseuses horizontales

Dans les fraiseuses horizontales, les fraises sont montées sur une broche horizontale à travers la table. De nombreuses fraiseuses horizontales comportent également une table rotative intégrée permettant le fraisage à divers angles ; ceci est appelé table universelle. Bien que les fraises en bout et les autres types d'outils utilisés dans les fraiseuses verticales puissent être utilisés sur les horizontales, elles ont aussi des fraises montées sur arbre, appelées fraises à disque et fraises à face, qui ont une section transversale comme une scie circulaire mais sont généralement plus larges et de plus petit diamètre. Comme les fraises ont un bon support de l'arbre et une section transversale plus grande qu'une fraise en bout, des coupes lourdes peuvent être prises, permettant des taux d'enlèvement de matière rapides.

« Si vous regardez l'usage général dans l'industrie, la plupart des machines installées ont été des fraiseuses verticales 3 axes », dit Angelo Juras, Spécialiste adoption fabrication chez Autodesk. « Elles sont faciles à configurer, et il est facile pour les techniciens d'accéder à la table de travail. Aussi, quand vous avez une pièce ou un étau, il est facile de charger et décharger car vous posez simplement la pièce sur la table, et la gravité la maintient en place. »

« Avec une fraiseuse horizontale, la broche pointe horizontalement, ce qui signifie que la surface sur laquelle la pièce est montée est verticale, donc cela demande plus d'effort à l'opérateur pour charger ou décharger », note Juras. « Mais il y a des avantages et inconvénients à chaque configuration au-delà de la facilité ou la difficulté d'utilisation. »

Fraiseuses verticales vs horizontales : Avantages et inconvénients

En raison de leur configuration, les fraiseuses horizontales ont une bien meilleure évacuation des copeaux, car la gravité leur permet de tomber. Cela résulte en une finition de surface plus raffinée et prolonge aussi la durée de vie des outils.

« Quand vous usinez une pièce avec une cavité ou une poche profonde, tous les copeaux que vous générez dans le processus de fraisage tombent hors du chemin », commente Juras. « Si vous faites la même pièce sur une fraiseuse verticale, tous les copeaux restent dedans et peuvent créer des conditions de coupe problématiques pour la gestion de la durée de vie de l'outil et l'écoulement des copeaux. »

Les fraiseuses horizontales ont aussi une capacité d'axe 4 « tombstone » (pierre tombale). « Quand vous achetez une fraiseuse horizontale, la broche pointe horizontalement, et la table est horizontale ; mais elle est conçue pour des trous de montage filetés ou des rainures de clavette, où un dispositif de fixation ou une base est monté, appelé « tombstone ». Le tombstone pointe verticalement et présente la pièce sur un autre axe », explique Juras. Dans ce cas, la pièce est perpendiculaire à la broche.

Selon Juras, si quelqu'un démarre juste un atelier d'usinage, 99 % du temps, il commence avec une fraiseuse verticale de base parce que :

• Elles sont facilement disponibles
• Elles sont faciles à prendre en main
• Le prix est bien plus bas

« Les ateliers commencent typiquement avec des fraiseuses verticales, puis au fur et à mesure que le travail arrive, ils peuvent ajouter une fraiseuse horizontale si cela a du sens pour les pièces qu'ils usinent », dit Juras.

Il se souvient de son expérience quand il dirigeait son propre atelier d'usinage. « Nous tournions une pièce qui prenait 47 minutes », raconte-t-il. « Elle nécessitait neuf opérations séparées sur une fraiseuse verticale. Finalement, j'ai acquis une fraiseuse horizontale et réduit ces neuf opérations à deux. La pièce était alors faite en 22 minutes. »

Juras relate son expérience travaillant en R&D pour un constructeur automobile qui avait à la fois des fraiseuses verticales et horizontales, en termes de comment le travail impacte la meilleure configuration : « Nous faisions du prototypage rapide de composants, et chacun nécessitait qu'une série de questions soit posée et répondue. Quelle urgence ? Combien d'opérations pour produire la pièce ? Quelle disponibilité des équipements ? Combien d'unités ? Toutes ces questions déterminaient si on mettait la pièce sur une fraiseuse verticale ou horizontale. Typiquement, en R&D, cela dépend du nombre de faces à usiner ; généralement, c'était plus facile de monter et démonter sur les fraiseuses verticales. Il y avait toujours des avantages et inconvénients. Tout se joue beaucoup sur le bridage et le dispositif de fixation.

Deux autres problèmes rendent les fraiseuses verticales attractives pour les opérations de démarrage : la formation et l'immobilier. À une époque où les fabricants crient le besoin de machinistes qualifiés, beaucoup plus sont expérimentés avec les fraiseuses verticales qu'avec les horizontales. Un outil n'est bon que par ceux qui l'opèrent, donc en plus du coût en capital bien plus élevé des fraiseuses horizontales (typiquement trois à quatre fois le coût d'une fraiseuse verticale), le propriétaire d'atelier doit considérer le temps et l'investissement impliqués dans la formation du personnel pour un équipement dont ils n'ont aucune expérience préalable.

De plus, particulièrement dans les zones où la valeur immobilière est élevée, l'encombrement plus petit des fraiseuses verticales est bénéfique. « J'ai vu de petits horizontaux et de grands verticaux, mais c'est une exception », dit Juras. « Généralement, les fraiseuses verticales prennent significativement moins d'espace que les horizontales. »

Considérations finales sur les fraiseuses

Récapitulons les avantages généraux des fraiseuses verticales vs horizontales :

Fraiseuses verticales

• Coût significativement moins cher — Avec des verticales disponibles à 80K $ et des horizontales allant de 250K $ à 400K $, il n'est pas surprenant que les ateliers achètent des verticales plutôt que des horizontales à un taux de quatre fois ou plus sur une base annuelle.
• Facilité d'utilisation — Il est plus facile de voir ce qui se passe à l'intérieur d'une fraiseuse verticale.
• Un plus grand vivier de machinistes connaît la technologie.
• Encombrement plus petit — nécessite moins d'espace au sol.

Fraiseuses horizontales

• Offrent la capacité d'exécuter des pièces avec moins d'opérations et des pièces plus complexes et d'obtenir une plus grande disponibilité de la broche grâce à moins de temps passé sur la configuration et le bridage pour de multiples opérations.
• Débit supérieur — Une fraiseuse horizontale peut typiquement faire le travail de trois ou plus fraiseuses verticales.
• Peut obtenir une meilleure évacuation des copeaux, améliorer le travail fini et prolonger la durée de vie des outils.

« Au final, cela dépend de votre type de travail et de l'évolution de votre entreprise », dit Juras. « Quand vous commencez, acheter une fraiseuse verticale, c'est comme acheter votre première voiture. Vous en avez besoin pour aller du point A au point B, pour aller au travail, etc. Une fois que vous avez travaillé un moment et amélioré votre situation, vous passez à une meilleure voiture. C'est pareil pour les ateliers d'usinage. Une fois qu'ils ont été en affaires et ont fait leurs preuves — acquis des pièces plus sophistiquées à usiner, commencé à produire en volume, et accumulé du capital d'investissement — ils peuvent trouver qu'ajouter ou passer à une fraiseuse horizontale a du sens. »

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