Les machines CNC sont des équipements extrêmement polyvalents, notamment grâce à la grande variété d'outils de coupe qu'elles peuvent utiliser. Des fraises en bout aux fraises à fileter, il existe un outil pour chaque opération, permettant à une machine CNC d'effectuer une grande variété de coupes et d'incisions dans une pièce.
Apprendre à connaître ces outils de coupe est un excellent moyen de comprendre Usinage CNC Les bases. Une meilleure compréhension de l'usinage vous aidera à concevoir des pièces mieux adaptées au processus de fabrication.
Cet article passe en revue certains des outils de coupe les plus utilisés en usinage CNC, bien qu'il en existe beaucoup d'autres en plus de ceux qui sont abordés.
Qu'est-ce qu'un outil de coupe ?
Un outil de coupe est un dispositif servant à enlever de la matière d'un bloc. Il est monté sur la broche d'une machine à commande numérique (CNC), qui suit les instructions de l'ordinateur pour guider l'outil de coupe jusqu'à sa destination.
Les outils de coupe enlèvent de la matière de la pièce par un processus de déformation par cisaillement. Concrètement, l'outil tranchant tourne à grande vitesse et arrache de la pièce de nombreux copeaux minuscules, qui sont ensuite éjectés. Certains outils entrent en contact avec la pièce en un seul point, tandis que d'autres, comme les fraises en bout, la frappent en plusieurs points.
La plupart des outils de coupe pour machines CNC comportent plusieurs cannelures , c'est-à-dire des rainures hélicoïdales qui parcourent la surface extérieure de l'outil. Ces cannelures peuvent être comparées aux sillons de l'outil de coupe, tandis que les dents , les arêtes vives entre chaque cannelure, en sont les sommets. Les copeaux provenant de la pièce à usiner sont évacués par les cannelures.
Le nombre idéal de goujures d'un outil de coupe dépend du matériau de la pièce à usiner. Un outil avec moins de goujures est préférable pour les matériaux tendres, car la largeur accrue des goujures permet d'évacuer des copeaux plus gros. Un plus grand nombre de goujures peut augmenter la vitesse et convient aux matériaux durs, mais peut entraîner des bourrages de copeaux, chaque goujure étant plus étroite.
Le type d'outil de coupe influencera la taille des copeaux enlevés de la pièce, tout comme la vitesse de broche et la vitesse d'avance.
Matériaux d'outils de coupe
Pour usiner une pièce massive, les outils de coupe doivent être fabriqués dans un matériau plus dur que celui de la pièce. Or, l'usinage CNC étant couramment utilisé pour fabriquer des pièces en matériaux très durs, le nombre de matériaux disponibles pour les outils de coupe s'en trouve limité.
Les matériaux couramment utilisés pour les outils de coupe comprennent :
acier au carbone
L'acier au carbone est un alliage d'acier abordable contenant de 0.6 à 1.5 % de carbone, ainsi que du silicium et du manganèse.
Acier à haute vitesse
L'acier rapide (HSS), plus cher, est plus dur et plus résistant que l'acier au carbone grâce à son mélange de chrome, de tungstène et de molybdène.
Carbure
Généralement frittés avec un autre métal comme le titane, les outils en carbure sont résistants à l'usure et à la chaleur, offrant une excellente finition de surface.
Céramique
Utilisés pour couper les superalliages, la fonte et d'autres matériaux résistants, les outils en céramique sont résistants à la corrosion et à la chaleur.
Revêtements d'outils de coupe
La fonction d'un outil de coupe dépend de sa forme et de son matériau, mais peut également être ajustée grâce à un revêtement appliqué sur le matériau principal.
Ces revêtements peuvent rendre les outils plus durs, augmenter leur durée de vie ou leur permettre de couper à des vitesses plus élevées sans compromettre la pièce.
Les revêtements courants pour outils de coupe comprennent :
Nitrure de titane (TiN)
Le TiN est un revêtement à usage général présentant une température d'oxydation élevée qui augmente la dureté d'un outil de coupe.
Carbo-nitrure de titane (TiCN)
Le TiCN confère à un outil de coupe des propriétés lubrifiantes et une dureté de surface.
Nitrure de titane super-life (Al-TiN)
L'alliage Al-TiN améliore la résistance à la chaleur des outils de coupe en carbure, notamment lorsque la quantité de liquide de refroidissement utilisée est minimale.
Diamond
Diamond offre un revêtement haute performance pour la coupe des matériaux abrasifs.
Nitrure de chrome (CrN)
Le CrN confère aux outils de coupe une résistance à la corrosion et une dureté accrues.
1. Fraise en bout
La fraise en bout est l'outil le plus couramment utilisé pour l'usinage vertical CNC. Dotée de dents de coupe à une extrémité et sur les côtés, elle permet d'enlever de grandes quantités de matière en un temps réduit.
Les fraises en bout se présentent sous de nombreuses formes. Certains n’ont qu’une seule flûte, tandis que d’autres peuvent en avoir jusqu’à huit, voire plus. (Au-delà de quatre cannelures, cependant, l'élimination des copeaux peut devenir un problème.)
Les types de fraises en bout comprennent :
- Plat : outil à face plate à usage général adapté aux entités 2D
- Nez sphérique : Outil avec extrémité en forme de boule adapté aux contours et courbes 3D
- Nez arrondi : Outil à fond plat et coin arrondi adapté aux congés et à l'ébauche
2. Fraise à ébaucher
Une fraise à ébaucher est un type de fraise utilisé pour enlever de plus grandes quantités de matière avec une précision moindre qu'une fraise standard.
Cet outil est doté de dents dentelées qui enlèvent de grandes quantités de matière, mais laissent une finition rugueuse sur la pièce. Il produit de petits copeaux faciles à évacuer.
3. Fraise frontale
Les fraises à surfacer sont constituées d'un corps monobloc muni de plaquettes de coupe interchangeables, généralement en carbure. Elles servent à réaliser des surfaces planes sur la pièce, souvent avant l'utilisation d'un autre type de fraise pour la réalisation de détails.
Étant donné que les arêtes de coupe des fraises à surfacer se trouvent sur leurs côtés, la coupe doit être effectuée horizontalement.
Cependant, les fraises à surfacer peuvent être plus rentables que d'autres outils de coupe, car des variations de profil de coupe peuvent être obtenues en remplaçant les petites plaquettes de coupe plutôt que l'outil entier.
4. Coupe-mouches
Les fraises à surfacer sont composées d'un ou deux outils de coupe intégrés dans un corps solide. Ces outils permettent d'effectuer des coupes larges et peu profondes, produisant une finition de surface lisse.
Il est plus courant de trouver des fraises à surfacer avec un seul outil de coupe, mais celles avec deux outils de coupe — parfois appelées « barres à surfacer » — offrent une plus grande amplitude de mouvement.
Moins coûteuses que les fraises à surfacer, les fraises à surfacer peuvent néanmoins être utilisées à des fins similaires.
5. Moulin à filets
De nombreux ingénieurs préfèrent réaliser les filetages à l'aide de tarauds, mais il est également possible de réaliser des filetages avec une machine CNC équipée d'une fraise à fileter.
Les fraises à fileter peuvent réaliser des filetages internes ou externes et peuvent être plus performantes que les tarauds pour pénétrer des métaux très durs ou des pièces asymétriques.
6. Foret
Les machines CNC peuvent être équipées de différents forets pour diverses opérations de coupe. Les forets possèdent une ou plusieurs cannelures et une pointe de coupe conique.
Les forets utilisés en usinage CNC comprennent :
- Foret hélicoïdal : utilisé pour percer des trous dans la pièce à usiner
- Foret de centrage : utilisé pour positionner précisément un trou avant de le percer.
- Foret à éjecteur : utilisé pour le forage de trous profonds
7. Alésoir
Les alésoirs servent à élargir les trous existants dans la pièce, permettant d'obtenir un diamètre de trou précis et une excellente finition de surface.
Les alésoirs permettent de créer des trous avec des tolérances beaucoup plus serrées que les autres outils de coupe.
8. Moulin creux
Les fraises creuses sont des outils de coupe tubulaires, semblables à des fraises inversées. Leurs arêtes de coupe se situent à l'intérieur du tube, et elles permettent de réaliser des formes telles que des pointes et des rayons.
9. Coupe-bordures
Les fraises latérales et frontales possèdent des dents à la fois sur le côté et sur leur circonférence, et conviennent aux coupes déséquilibrées.
Ces outils de coupe permettent de réaliser des rainures et des fentes à grande vitesse d'avance. Leurs dents peuvent être droites ou décalées.
10. Coupe-engrenages
Les fraiseuses CNC sont parfois utilisées pour fabriquer des engrenages métalliques destinés à l'industrie manufacturière. Des outils de taillage spécifiques permettent de réaliser ces engrenages.
La fabrication d'engrenages nécessite parfois un type particulier de fraiseuse appelée machine à tailler les engrenages.
11. Laminoir à plaques
Les fraises à surfacer ou les fraises à surfacer sont utilisées pour fraiser des surfaces planes, généralement avec la surface cible montée parallèlement à la table de la machine.
Ces outils de coupe ne comportent pas de dents latérales et peuvent être utilisés pour des opérations d'usinage générales ou intensives.
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