En matière de fraisage et de tournage CNC , de nombreux détails influent considérablement sur votre flux de production. Aucune machine ne peut à elle seule gérer toutes les opérations de fabrication possibles ; il est donc essentiel de bien comprendre quelle configuration est la plus adaptée à vos opérations d'usinage CNC et à vos exigences de production.
Il y a de nombreux calculs à prendre en compte, mais l'une des distinctions les plus importantes à faire lorsqu'il s'agit de choisir une configuration d'usinage est de savoir si celle-ci doit être verticale ou horizontale.
Les centres d'usinage horizontaux (CMH) et les fraiseuses verticales (FV) diffèrent à plusieurs égards, au-delà de leur simple orientation. Ces deux types de fraiseuses possèdent des composants différents et sont adaptées à des opérations de coupe différentes : en règle générale, une fraiseuse horizontale permet de réaliser des rainures profondes avec un minimum de vibrations ou de déformation de l'outil, tandis qu'une fraiseuse verticale est plus performante pour les finitions de précision.
Cet article examine les principales différences entre les fraiseuses horizontales et verticales. Il aborde les avantages et les limites de chaque procédé, présente quelques machines courantes sur le marché et propose des conseils pour choisir entre le fraisage horizontal et vertical.
Qu'est-ce qu'une fraiseuse verticale ?
Une fraiseuse verticale est une machine-outil dont la broche (qui maintient la pince de serrage, laquelle maintient l'outil de coupe) est orientée verticalement. C'est la configuration la plus courante pour une fraiseuse à commande numérique (CNC), et elle peut être utilisée pour le fraisage, le rainurage, le perçage ou l'alésage.
Les fraiseuses verticales représentent la majorité des machines de fraisage dans des secteurs comme la métallurgie, notamment en raison de leur coût inférieur à celui des systèmes horizontaux. Comme leur nom l'indique, les fraiseuses verticales possèdent une tête de coupe ou broche orientée verticalement. Les spécificités des commandes de fraisage peuvent varier d'une machine à l'autre.
Parmi les fraiseuses verticales populaires, on peut citer les gammes Integrex, VCN et VTC de Mazak ; les séries VF, VR et Universal de Haas (3ERP utilise des modèles des gammes VF et Universal) ; la FANUC ROBODRILL ; et les gammes CMX V, DMV et NVX de DMG MORI.
Les deux principaux types de broyeurs verticaux sont les broyeurs à tourelle et les broyeurs à banc fixe.
Fraiseuse à tourelle
Sur les fraiseuses à tourelle, la broche reste fixe tandis que le bâti maintient la pièce à usiner. Ce bâti se déplace horizontalement ou verticalement, permettant ainsi à la machine de positionner la pièce dans les deux directions. La fraiseuse à tourelle est un outil extrêmement polyvalent, mais ses performances peuvent être limitées par la taille des pièces qu'elle produit.
fraiseuse à banc
Les fraiseuses à banc fixe déplacent les pièces horizontalement grâce à une broche dont le mouvement est limité à l'axe vertical. La broche peut se déplacer verticalement pour usiner la pièce. Ces machines offrent une grande amplitude de mouvement, la broche étant combinée au déplacement horizontal du banc, ce qui permet d'usiner une grande variété de formes et de profondeurs.
Qu'est-ce qu'une fraiseuse horizontale ?
Une fraiseuse horizontale peut effectuer de nombreuses opérations similaires à celles d'une fraiseuse verticale, mais sa configuration est différente : la broche est orientée horizontalement. Plus robustes et résistantes que les fraiseuses verticales, ces machines peuvent réaliser des opérations de coupe puissantes et usiner des pièces lourdes.
Les fraises de la fraiseuse horizontale ressemblent quelque peu à la lame d'une scie circulaire, la différence cruciale étant qu'elles sont généralement plus épaisses, plus petites et que leur forme permet un fraisage plus rapide que les broches de leurs homologues verticales.
L'utilisation de l'arbre et sa longueur permettent également à une fraiseuse horizontale d'utiliser plusieurs fraises simultanément.
Pour les opérations de fraisage plus complexes, certaines fraiseuses horizontales sont équipées d'une table rotative permettant à l'outil de coupe d'aborder la pièce sous différents angles. Ce type de montage est appelé table universelle.
Parmi les fraiseuses horizontales populaires, on peut citer les gammes FF, HCN et MEGA de Mazak ; les séries EC et Universal de Haas (3ERP utilise la série Universal) ; et les gammes NH, NHX et i-Series de DMG MORI.
Qu'est-ce qu'un centre de tournage CNC ?
En matière de tournage CNC , les machines peuvent généralement être divisées en configurations horizontales et verticales, comme les fraiseuses.
Tournage horizontal
Les centres de tournage horizontaux sont les plus répandus dans la plupart des industries. Ils sont équipés d'une broche horizontale et d'outils montés latéralement dans le porte-outil. Cette configuration permet une coupe transversale de la pièce à usiner. À l'instar des centres de fraisage, ce type de centre de tournage bénéficie également de la gravité qui évacue les copeaux de la pièce.
Tournage vertical
Les centres de tournage verticaux sont également appelés tours à tourelle verticale (VTL). Les centres de tournage verticaux et horizontaux sont très similaires, mais leur configuration et leur forme sont inversées : la poupée fixe repose sur le sol et le plateau devient une table rotative horizontale. Les centres de tournage verticaux inversés sont semblables aux centres classiques, mais la broche et le mandrin sont positionnés de manière inversée.
Usinage vertical – Avantages et inconvénients
Le fraisage vertical est particulièrement adapté aux projets où l'attention se porte principalement sur une face de l'objet. Il peut s'agir, par exemple, d'une grande plaque métallique ou d'une matrice à enfoncer.
Avantages
- Simplicité: Les fraiseuses verticales présentent également l'avantage d'être généralement moins complexes que les fraiseuses horizontales, ce qui les rend à la fois moins chères et plus faciles à utiliser et à entretenir.
- PolyvalenceLes centres d'usinage verticaux présentent certaines différences selon leur type. Les fraiseuses à tourelle sont généralement réservées aux projets de petite taille, car le mouvement sur deux axes peut s'avérer complexe pour les pièces de grande dimension. À l'inverse, les fraiseuses à banc fixe conviennent mieux aux projets nécessitant des pièces plus lourdes et plus grandes (bien qu'elles soient nettement moins performantes pour l'usinage de telles pièces que les fraiseuses horizontales).
- Empreinte: Les fraiseuses verticales sont beaucoup moins encombrantes que leurs homologues verticales. Cet avantage, combiné à leur prix, les rend particulièrement intéressantes pour les petits ateliers. De plus, leur plus grand nombre d'utilisateurs permet de bénéficier d'un vivier plus important d'usiniers qualifiés.
- PrixLes centres d'usinage verticaux sont plus courants que les horizontaux et sont moins chers, tant en termes de coût de la machine que de coûts d'entretien.
- DétailsLes fraiseuses verticales sont performantes pour usiner des détails fins sur des pièces avec des tolérances serrées.
Désavantages
Les fraiseuses verticales présentent des limites en matière de production en grande série et de complexité. Le poids des matériaux peut également poser problème, car leur levage et leur abaissement peuvent s'avérer plus difficiles.
- L’accèsUne fraiseuse verticale excelle dans le fraisage sur une seule face (par exemple, le fraisage de matrices), mais elle est moins bien équipée pour le fraisage sur toutes les faces d'une pièce, ce qui nécessite un nouveau système de maintien de la pièce.
- Tuning MoteurPour les pièces très grandes et très lourdes, les fraiseuses verticales peuvent avoir des difficultés, en particulier les fraiseuses à tourelle qui doivent constamment déplacer la pièce à usiner.
- SpeedLes fraiseuses verticales sont précises, mais peuvent être plus lentes qu'une fraiseuse horizontale lorsqu'une production en grand volume est requise.
Fraisage horizontal – Avantages et inconvénients
Malgré leur prix plus élevé, les fraiseuses horizontales sont le choix privilégié pour les projets plus complexes.
Avantages
Les machines horizontales sont plus polyvalentes et peuvent travailler sur davantage de faces que les verticales. Elles sont également plus adaptées aux pièces lourdes et à celles pour lesquelles il est souhaitable de réaliser une ou plusieurs rainures. Les fraiseuses horizontales sont aussi plus performantes pour la création de fentes.
Les autres avantages sont:
- Tuning MoteurLa stabilité de l'arbre permet des coupes importantes, autorisant un enlèvement rapide de matière sur de grandes sections, même à partir de matériaux durs.
- Speed: L'enlèvement rapide de matière rend les fraiseuses horizontales idéales pour la production en grande série (de pièces relativement simples).
- Fraisage en groupe: Ces machines peuvent également accueillir des fraises supplémentaires pour diverses applications, notamment pour réaliser des rainures plus efficacement. Sur certaines fraiseuses horizontales, la table peut pivoter afin de permettre un fraisage multi-angles et non plus seulement horizontal. Ce mouvement de la table accroît la polyvalence de la machine.
- Élimination des puces : Les fraiseuses horizontales offrent également une bien meilleure évacuation des copeaux. Ceci est dû à leur conception qui exploite la gravité pour permettre aux copeaux de tomber. De plus, cela favorise une meilleure finition de surface et une durée de vie des outils plus longue.
Désavantages
En ce qui concerne les inconvénients, le plus critique réside dans les coûts plus élevés associés aux fraiseuses horizontales.
- Coût Ces coûts peuvent atteindre 3 à 4 fois ceux des fraiseuses verticales. De plus, la surveillance des centres d'usinage horizontaux peut s'avérer plus complexe, certaines pièces étant obstruées et la visibilité du projet étant limitée par leur conception.
- ComplexitéUne fraiseuse horizontale peut être plus difficile à utiliser qu'une fraiseuse verticale.
- numériqueUne fraiseuse horizontale occupe plus d'espace au sol qu'une fraiseuse verticale, ce qui rend son installation difficile dans les petits ateliers d'usinage.
Virages horizontaux – Avantages et inconvénients
Les tours horizontaux sont souvent très flexibles et possèdent des bancs plus longs, ce qui les rend plus adaptés aux pièces longues comme les arbres. Cela leur confère une plus grande polyvalence. Ils peuvent également utiliser des accessoires comme des alimentateurs de barres et sont généralement équipés de contre-pointes, ce qui est rare pour les tours verticaux.
Les centres de tournage horizontaux existent depuis plus longtemps et, de ce fait, la majorité des machines et des experts travaillent avec cette configuration. Il existe donc une documentation beaucoup plus abondante sur ces machines et leur fonctionnement spécifique. Le recrutement et la formation sont par conséquent orientés vers ce type de centre, ce qui peut constituer un avantage pour la machine elle-même.
Les machines horizontales peuvent présenter des limitations. Pour l'usinage de pièces courtes de grand diamètre, surtout si elles sont lourdes, les centres de tournage verticaux sont plus performants. L'évacuation et le nettoyage des copeaux constituent également un problème pour les configurations horizontales.
Virages verticaux – Avantages et inconvénients
Cette configuration est particulièrement avantageuse pour l'usinage de pièces volumineuses, lourdes et courtes. La gravité, en agissant vers le bas, facilite le positionnement de la pièce dans le dispositif de maintien. De plus, elle dirige les copeaux loin de la pièce vers le bac ou le convoyeur.
De nombreuses pièces automobiles sont usinées verticalement, généralement avec un mandrin à double broche. L'un des avantages est que la gravité joue en votre faveur : lorsque vous placez la pièce dans le mandrin, elle se met en place automatiquement.
Le positionnement vertical de la broche, par opposition à un positionnement horizontal, permet un support à 360°, éliminant ainsi son affaissement et augmentant la charge maximale admissible. Ce support supplémentaire dissipe également les forces de coupe générées par des opérations de coupe importantes ou interrompues. L'absence d'affaissement de la broche permet en outre d'obtenir une meilleure planéité et une précision de perpendicularité accrue des pièces.
Les tours verticaux occupent un espace au sol bien plus réduit que leurs homologues horizontaux, permettant ainsi aux ateliers d'optimiser leur surface. Souvent, un tour vertical occupe deux fois moins d'espace qu'un tour horizontal, ce qui peut s'avérer avantageux dans les petits ateliers.
Les machines verticales inversées constituent également une option intéressante, car elles permettent une automatisation intégrée impossible à obtenir avec des machines horizontales. Dans ce cas, la broche vient saisir la pièce, alors que sur une machine horizontale, un robot ou un portique est nécessaire pour le chargement.
Les copeaux peuvent poser problème sur les tours verticaux et les centres de tournage, notamment lorsque la pièce usinée est concave. Il arrive souvent que les copeaux se retrouvent piégés à l'intérieur de la machine. Un autre problème potentiel est la chute des copeaux dans la broche. Il est donc essentiel que les mesures de protection et les dispositifs de sécurité soient efficaces.
Comment choisir entre le fraisage vertical et le fraisage horizontal ?
Le choix entre une fraiseuse verticale et une fraiseuse horizontale dépend de facteurs tels que :
- taille de la pièce
- complexité de la pièce
- budget
- Quantité
- disponibilité de l'atelier d'usinage
- essence de bois
En règle générale, le fraisage vertical est souvent préférable pour :
- pièces détaillées
- pièces qui ne nécessitent de travaux que d'un seul côté,
- matériaux plus doux
- pièces du quotidien pour lesquelles le budget est limité
Le fraisage horizontal est plus adapté pour :
- enlèvement rapide de matière
- pièces volumineuses et lourdes
- matériaux plus durs
- parties qui nécessitent un travail sur plusieurs faces
- opérations nécessitant des outils de coupe personnalisés ou spécialisés
Dans de nombreux cas, un atelier d'usinage étudiera votre projet et déterminera le meilleur équipement à utiliser pour le fraisage.
Pour plus d'informations sur les différents types de fraiseuses et leurs applications, consultez notre guide sur le fraisage CNC et son fonctionnement.
Endnote
Il est également important de noter qu'il existe différents types d'accessoires et de têtes de coupe permettant de transformer une fraiseuse horizontale en fraiseuse verticale, et inversement. Cette solution peut s'avérer plus économique lorsqu'une machine rencontre un problème.
Cependant, malgré leur utilité, ces outils restent une solution limitée comparée à la disponibilité de l'appareil directement sur le terrain. De même, les centres de tournage verticaux inversés méritent d'être étudiés, car ils permettent d'automatiser davantage le processus.
Nous espérons que ces informations vous seront utiles. 3ERP propose des services d'usinage CNC (fraisage et tournage) pour le prototypage rapide et la production en série. N'hésitez pas à nous contacter pour tout conseil supplémentaire concernant la fabrication.
