Maîtriser le filetage sur centres d'usinage CNC : techniques éprouvées et bonnes pratiques

Le filetage est une application majeure des centres d'usinage CNC. La qualité et l'efficacité du filetage impactent directement la qualité des pièces et la productivité.

Avec l'amélioration des performances des centres d'usinage et des outils, les méthodes de filetage évoluent, la précision et l'efficacité s'améliorent. Pour aider les techniciens à choisir la méthode adaptée, voici un résumé des méthodes courantes :

Méthode par taraudage

1. Classification et caractéristiques

L'utilisation de tarauds pour trous filetés est la méthode la plus courante. Adaptée aux petits diamètres (D < 30) et faible exigence de positionnement.

Dans les années 80, on utilisait le taraudage souple : porte-taraud à compensation axiale pour compenser l'avance asynchrone machine/broche et garantir le pas correct. Structure complexe, coûteux, fragile, faible rendement. Aujourd'hui, les centres d'usinage intègrent le taraudage rigide en standard.

Taraudage rigide : taraud serré dans mandrin à ressort rigide, avance broche et vitesse broche synchronisées par la machine.

Avantages vs taraudage souple : mandrin simple, peu cher, polyvalent (tarauds, fraises, forets), réduction coûts outillage. Permet coupe grande vitesse → efficacité accrue, coûts réduits.

2. Détermination du trou de fond avant taraudage

Le trou de fond influence grandement la durée de vie du taraud et la qualité du filet. Choisir le foret au diamètre proche de la limite supérieure de tolérance du trou de fond.
Exemple : trou fileté M8 → diamètre fond Ø6,7+0,27 mm → foret Ø6,9 mm. Réduit l'épaisseur à enlever par le taraud, diminue sa charge, augmente sa durée de vie.

3. Choix du taraud

• Sélectionner selon le matériau à usiner. Les fabricants proposent des tarauds spécifiques par matériau. Attention : taraud pour fonte utilisé sur aluminium → filets arrachés, taraud cassé, pièce rebutée.
• Différence taraud trou débouchant / trou borgne : taraud trou débouchant a goujure plus longue, évacuation copeaux par l'avant ; taraud trou borgne goujure plus courte, évacuation par l'arrière. Utiliser taraud trou débouchant sur trou borgne → profondeur filet non garantie.
• Taraudage souple : diamètre queue et largeur carré = ceux du porte-taraud. Taraudage rigide : diamètre queue = diamètre collet ressort. Choix rationnel = usinage fluide.

4. Programmation CNC pour taraudage

Programmation simple. Centres d'usinage intègrent généralement une sous-routine taraudage paramétrable. Attention : systèmes CNC différents → formats sous-routine et signification paramètres différents.
Exemple SIEMENS 840C : G84 X_Y_R2_R3_R4_R5_R6_R7_R8_R9_R10_R13_ (12 paramètres).

Fraisage de filetage

1. Caractéristiques

Utilise fraises à fileter, interpolation circulaire axes X/Y + avance linéaire Z. Principalement pour gros diamètres et matériaux difficiles.
Caractéristiques :

1. Vitesse coupe élevée, haute efficacité, haute précision. Outil carbure, vitesse coupe rapide, précision fabrication élevée → précision filet élevée.
2. Large plage d'utilisation : même pas, filet gauche ou droite, un seul outil → réduction coûts outillage.
3. Évacuation copeaux et refroidissement aisés. Meilleure performance coupe vs tarauds. Idéal pour aluminium, cuivre, inox, matériaux difficiles. Pièces grandes/précieuses : qualité filet et sécurité pièce assurées.
4. Pas de guide avant → adapté trous borgnes courts, trous sans contre-dépouille.

2. Types de fraises à fileter

• Fraises à plaquettes carbure rapportées : large plage. Peuvent usiner profondeur filet < longueur arête ou > longueur arête.
• Fraises carbure monobloc : généralement pour profondeur filet < longueur outil.

3. Programmation CNC fraisage filetage

Différente des autres outils. Erreur → casse outil ou filet défectueux. Points d'attention :

1. Bien usiner le trou de fond : foret petit diamètre, alésage gros diamètre → précision trou fond.
2. Entrée/sortie par trajectoire circulaire (demi-cercle), avance Z = 1/2 pas → forme filet correcte. Appliquer compensation rayon outil à ce moment.
3. Interpolation circulaire X/Y un tour → avance Z = 1 pas. Sinon → filetage aléatoire.
4. Exemple : fraise Ø16, trou M48×1,5, profondeur 14.

G0 G90 G54 X0 Y0
G0 Z10 M3 S1400 M8
G0 Z-14.75  (avance au fond filet)
G01 G41 X-16 Y0 F2000  (position entrée, compensation rayon)
G03 X24 Y0 Z-14 I20 J0 F500  (entrée 1/2 cercle)
G03 X24 Y0 Z0 I-24 J0 F400  (filetage complet)
G03 X-16 Y0 Z0.75 I-20 J0 F500  (sortie 1/2 cercle)
G01 G40 X0 Y0  (retour centre, annulation compensation)
G0 Z100
M30

Méthode par décolletage (picking)

1. Caractéristiques

Grands trous filetés sur pièces boîtiers. Sans taraud ni fraise à fileter, on utilise une méthode type tour : montage outil à fileter sur barre d'alésage → alésage fileté.
Cas réel : lot pièces, filet M52×1,5, position 0,1 mm. Exigences position élevées, grand trou → taraud impossible, pas de fraise → méthode picking validée.

2. Précautions picking

1. Délai après démarrage broche pour atteindre vitesse nominale.
2. Retrait : si outil affûté main (non symétrique), pas de retrait en sens inverse. Orientation broche (M19), déplacement radial outil, puis retrait.
3. Porte-outil fabrication précise, surtout position rainure cohérente. Sinon multi-outils impossible → filets aléatoires.
4. Même filet fin : minimum 2 passes. Une passe → arrachement, rugosité médiocre.
5. Rendement faible → seulement pièces unitaires/séries petites, pas spéciaux, pas d'outils correspondants.

3. Exemple programme

N5 G90 G54 G0 X0 Y0
N10 Z15
N15 S100 M3 M8
N20 G04 X5  (délai vitesse nominale)
N25 G33 Z-50 K1.5  (filetage)
N30 M19  (orientation broche)
N35 G0 X-2  (recul outil)
N40 G0 Z15  (retrait)