Comprendre les centres de tournage-fraisage : fonctionnement et applications

Que sont les centres de tournage-fraisage ?

Les centres de tournage-fraisage CNC (mill turn centers), souvent abrégés en centres de tournage-fraisage ou tour-fraise, sont des machines-outils qui font tourner une pièce sur un axe rotatif selon une méthode de tournage pour effectuer diverses opérations d'usinage : coupe, déformation, perçage, usinage de face de bout et tournage. Ces opérations sont réalisées avec des outils pour produire des objets symétriques par rapport à l'axe entraîné par une broche (unité rotative : arbre central, manchon, roulement, composants environnants).

Que signifie réellement « mill turn » ?

Historiquement, le tournage ne se faisait que sur tour dédié, le fraisage seulement sur fraiseuse. Les deux procédés n'étaient jamais intégrés pour difficultés techniques.

Avec l'émergence des tourelles motorisées et outils vifs (live tools), les fonctions de tournage et fraisage ont été progressivement intégrées dans une seule machine, rendant le processus plus facile et efficace. Ces machines multi-tâches sont appelées centres de tournage-fraisage CNC, tour-fraise 5 axes, ou tour-fraise en court. L'arrangement le plus courant est le centre de tournage-fraisage vertical avec son mécanisme de serrage typique.

Centres de tournage-fraisage verticaux

Dans un centre vertical, les pièces sont serrées verticalement, l'outil de coupe monté dans la même direction pour usinage vertical. Grâce à la gravité, le serrage est plus fort et stable. Ce type est typiquement fabriqué pour processus haute précision : automobile, équipement sportif, aérospatial, industries travaillant sur grands projets.

Le mécanisme de serrage place la broche derrière le mandrin. La broche peut être entraînée par courroie ou autres mécanismes. Comme d'autres machines-outils (centres d'usinage, fraiseuses), les centres verticaux peuvent être équipés d'outils motorisés pour améliorer polyvalence et fonctionnalités, offrant plus de possibilités d'usinage.

Programmation des centres de tournage-fraisage

Un centre de tournage-fraisage est essentiellement un tour avec plusieurs types de fraisage simultanés. Beaucoup de choses se passent en même temps, mais les mouvements individuels ne sont pas si complexes.

Au-delà de la coupe fondamentale, il faut synchroniser les opérations : coupure, transfert pièce de broche gauche à droite, etc. Équilibrer les opérations sur broches droite et gauche pour qu'elles prennent le même temps. Il y a un immense potentiel de gain de temps car la coupe peut avoir lieu sur les deux broches simultanément.

Il faut créer des programmes pour minimiser les temps d'arrêt, avec logiciel FAO (fabrication assistée par ordinateur). Le logiciel doit produire les codes fonctionnant sur le tour-fraise.

La programmation hors ligne comprend deux aspects : créer un programme guidant les actions du centre, et convertir ce programme en code pour un modèle spécifique de tour-fraise. La combinaison s'appelle post-traitement et est essentielle. Il faut toujours vérifier que les codes fonctionnent comme prévu, sinon les ajuster. Conseils pour choisir le bon logiciel :

• Une taille ne convient pas à tous : on ne peut pas utiliser un seul logiciel pour tous les modèles.
• La programmation diffère selon ateliers et fournisseurs : documentation pièces, fichiers électroniques, dessins, etc.
• Pour machines-outils nécessitant gros investissements, acquérez des connaissances de base par recherche. Ne croyez pas tout ce que dit le fournisseur.
• Assurez-vous que le fabricant propose une démo logicielle, à rythme modéré, langage clair.
• Assurez-vous qu'un interlocuteur dédié et indépendant est joignable si le logiciel ne fonctionne pas.

Outillage des centres de tournage-fraisage

La particularité du centre de tournage-fraisage : le système tour-fraise a une broche qui fraise parfois ou tient un outil statique pour le tournage. Cette configuration peut peser sur le matériel de serrage d'outil.

Les experts conseillent d'acheter auprès de fabricants offrant des broches de fraisage avec divers systèmes de connexion d'outils. La demande de capacité de connexion d'outils est bien plus élevée que pour un tour ou une fraiseuse seule.

L'indexage est crucial car on utilise la broche pour tenir outils rotatifs et statiques. Heureusement, de nombreux fabricants ont des ingénieurs dédiés spécialisés en outillage multi-fonctions. Bonne source d'informations et conseils. Certains offrent accessoires et outils conçus pour machines multi-fonctions : broches de tournage, mandrins fixes, vérins hydrauliques, etc., largement distribués dans les industries mondiales.