Unité 2 : Vitesse & Avance – Maîtriser l'Efficacité de l'Usinage CNC

Objectif

Après cette unité, vous serez capable de :

• Décrire la vitesse, l'avance et la profondeur de passe.
• Déterminer le RPM pour différents matériaux et diamètres.
• Décrire l'avance pour le tournage.
• Décrire le réglage de la vitesse.
• Décrire le réglage de l'avance.

Pour faire fonctionner toute machine efficacement, l'usinier doit comprendre l'importance des vitesses de coupe et des avances. Beaucoup de temps peut être perdu si les machines ne sont pas réglées aux bonnes vitesses et avances pour la pièce.

Pour éliminer cette perte, nous pouvons et devons utiliser les taux d'enlèvement de matière recommandés, recherchés et testés par les fabricants d'aciers et d'outils de coupe. On trouve ces vitesses et taux dans les annexes ou le Machinery's Handbook.

On contrôle l'avance sur un tour parallèle en utilisant les engrenages de changement de la boîte de vitesses à changement rapide. Notre manuel recommande, quand c'est possible, de ne prendre que deux passes pour amener un diamètre à dimension : une passe d'ébauche et une de finition.

Mon expérience me porte à prendre au moins trois passes. Une pour enlever vite l'excès : la passe d'ébauche, une pour établir la finition et permettre la pression d'outil, et une pour finir.

Si vous filetiez toute la journée, vous pourriez régler le tour pour deux passes seulement. Une pour enlever tout sauf 0,002–0,003" de matière, et la dernière pour tenir la cote et la finition. Cela se fait couramment dans certains ateliers.

Avez-vous remarqué que quand on prend une passe très fine (0,001–0,002"), la finition est souvent médiocre, alors que sur la passe d'ébauche précédente elle était bonne ? La raison : une certaine pression d'outil est souhaitable pour les passes de finition.

IPM = Pouces Par Minute (Inches Per Minute)
RPM = Tours Par Minute (Revolutions Per Minute)
Avance (Feed) = IPM
#T = Nombre de dents de la fraise
Avance/Dent (Feed/Tooth) = Charge de copeau par dent autorisée pour le matériau
Copeau/Dent (Chip/Tooth) = Avance par dent autorisée pour le matériau
Taux d'Avance (Feed Rate) = Copeau/Dent × #T × RPM

Exemple : Matériau = Aluminium, Fraise 3", 5 dents, Charge copeau = 0,018/dent, RPM = 3000
IPS = 0,018 × 5 × 3000 = 270 Pouces Par Minute

Vitesse, Avance et Profondeur de Passe

1. La vitesse de coupe est la vitesse (généralement en pieds/minute) d'un outil quand il coupe la pièce.
2. Le taux d'avance est la distance parcourue par l'outil pendant un tour de broche.
3. Le taux d'avance et la vitesse de coupe déterminent le taux d'enlèvement de matière, les besoins en puissance et la finition de surface.
4. Ils sont principalement déterminés par le matériau usiné. La profondeur de passe, la taille et l'état du tour, et la rigidité du tour doivent aussi être considérés.
5. Passes d'ébauche (0,01–0,03" profondeur) pour la plupart alliages d'aluminium : avance 0,005–0,020 IPM ; passes de finition (0,002–0,012" profondeur) : avance 0,002–0,004 IPM.
6. Plus le matériau est tendre, plus la vitesse de coupe augmente. Plus l'outil est résistant, plus la vitesse augmente.
7. Rappel : pour chaque millièmes de profondeur de passe, le diamètre du brut diminue de deux millièmes.

Acier – Fer – Aluminium – Plomb

Figure 1 : Augmentation de la vitesse de coupe selon la dureté du matériau

Acier au carbone – Acier rapide (HSS) – Carbure

Figure 2 : Augmentation de la vitesse de coupe selon la dureté de l'outil

Vitesses de Coupe :

La vitesse de coupe d'un travail au tour est le taux auquel un point sur la circonférence de la pièce passe devant l'outil. Elle s'exprime en m/min ou pi/min (ft/min). L'industrie exige des opérations aussi rapides que possible ; il faut donc utiliser les vitesses actuelles pour le type de matériau. Si la vitesse est trop haute, le tranchant casse vite, temps perdu à le réaffûter. Trop lente : temps perdu, faible productivité. Basé sur recherches et tests des fabricants d'aciers et d'outils, voir tableau ci-dessous. Les vitesses pour acier rapide (HSS) ci-dessous sont recommandées pour des taux d'enlèvement efficaces. Elles peuvent varier légèrement selon l'état de la machine, le type de matériau et la présence de zones dures ou sablonneuses dans le métal. Le RPM auquel régler le tour pour couper les métaux est :

Pour déterminer le RPM du tour pendant les opérations :

Formule : RPM = (VitesseCoupe × 4) / Diamètre

Il faut d'abord trouver la vitesse de coupe recommandée pour le matériau à usiner.

Apprenez à utiliser le Machinery's Handbook et autres sources pour obtenir les infos nécessaires.

EXEMPLE : À quelle vitesse doit tourner un foret de 3/8" en perçant de l'acier doux ?

De nos recommandations, utilisez une vitesse de coupe de 100 pour l'acier doux.
(100 × 4) / 0,375 = 1066 RPM

Quel serait le RPM si on tournait une pièce de 0,375" de diamètre en acier doux sur le tour ?
RPM = 100 × 4 / 1,00 = 400 RPM

Vitesses de Coupe Recommandées pour Six Matériaux en RPM

Ces tableaux sont pour outils HSS. Si carbure, les taux peuvent être augmentés.

Avance au Tour (Lathe Feed) :

L'avance d'un tour est la distance que l'outil avance le long de la pièce pour chaque tour de broche. Exemple : si le tour est réglé pour une avance de 0,020", l'outil parcourra la longueur de la pièce de 0,020" à chaque tour complet. L'avance dépend de la vitesse de la vis mère ou de la barre d'avance. La vitesse est contrôlée par les engrenages de changement dans la boîte de vitesses à changement rapide.

Quand c'est possible, ne prenez que deux passes pour amener un diamètre à cote. La passe d'ébauche enlève vite l'excès de matière, la finition n'est pas critique : utilisez une avance grossière. La passe de finition amène le diamètre à cote et donne une bonne finition : utilisez une avance fine.

Les avances recommandées pour divers matériaux avec outils HSS sont dans le tableau ci-dessous. Pour l'usinage général, avance de 0,005–0,020 pouce/tour pour l'ébauche et 0,002–0,004 pouce/tour pour la finition.

Pour choisir l'avance de perçage, considérez :

1. Profondeur du trou – évacuation copeaux
2. Type de matériau – usinabilité
3. Lubrifiant – inondation, brouillard, pinceau
4. Taille du foret
5. Solidité du montage
6. Finition et précision du trou

Avances pour le Tournage (Feed Rates for Turning) :

Pour usinage général, avance recommandée de 0,005–0,020 pouce/tour pour l'ébauche et 0,002–0,004 pouce/tour pour la finition.

Avances pour Divers Matériaux (outil HSS)

Réglage des Vitesses sur un Tour :

Les tours fonctionnent à diverses vitesses de broche pour usiner différents matériaux. Vitesses en RPM, changées par poulies coniques ou leviers d'engrenages. Sur tour à courroie, on change la courroie plate et l'entraînement du réducteur. Sur tour à tête à engrenages, on déplace les leviers selon le tableau RPM fixé sur la machine (souvent sur la poupée fixe). En changeant les leviers, posez une main sur le plateau ou le mandrin, et tournez lentement le plateau à la main. Cela permet aux leviers d'engrener les dents sans heurter. Ne changez jamais les vitesses quand le tour tourne. Sur tours à variateur, la vitesse change en tournant un cadran ou une manivelle pendant que la machine tourne.

Réglage des Avances :

L'avance du tour, ou distance que le chariot parcourt en un tour de broche, dépend de la vitesse de la barre d'avance ou de la vis mère. Contrôlée par les engrenages de changement dans la boîte de vitesses à changement rapide. Cette boîte prend son entraînement de la broche de la poupée fixe par le train d'engrenages d'extrémité. Un tableau avances/filetages sur le devant de la boîte indique les avances et pas métriques ou filets par pouce obtenables en positionnant les leviers comme indiqué.

Pour régler l'avance sur un Tour Acura :

Exemple :

1. Sélectionnez l'avance désirée sur le tableau (voir Figure 2)
2. Sélectionnez avance 0,007 – LCS8W (voir Figure 2)
3. L = Sélectionnez levier Haute/Basse (voir Figure 3)
4. C = Sélectionnez Gammes d'avance et passez sur C (voir Figure 3)
5. S = Sélectionnez Gammes d'avance et passez sur S (voir Figure 3)
6. 8 = Sélectionnez Boîte de vitesses et passez sur 8 (voir Figure 3)
7. W = Sélectionnez Gammes d'avance et passez sur W (voir Figure 3)

Avant de démarrer le tour, assurez-vous que tous les leviers sont pleinement engagés en tournant la broche de la poupée fixe à la main, et vérifiez que la barre d'avance tourne.

TEST DE L'UNITÉ

1. Que signifient IPM et RPM ?
2. Quelle est la formule du taux d'avance (Feedrate) ?
3. Quel RPM pour usiner un diamètre 1,00" en acier doux avec outil HSS ?
4. Quel RPM pour usiner un diamètre 1,00" en acier doux avec outil carbure ?
5. Vitesse coupe acier carbone, diamètre à dresser 6,00". Trouvez le RPM correct.
6. Foret de centrage avec pointe 1/8". Trouvez RPM pour acier carbone.
7. Vitesse coupe aluminium 300 sfm, diamètre pièce 4,00". Quel RPM ?
8. Quelles sont les avances d'ébauche et finition pour l'aluminium ?
9. Réglez l'avance d'ébauche depuis la figure 5.
10. Réglez l'avance de finition depuis la figure 5.