EnglishDeutschEspañolFrançaisItaliano中文(简体)
Guide des matériaux

Fraisage trochoidal et fraisage dynamique : principes, paramètres et limites

Ce que sont ces procédés (et leurs propriétés clés pour l’usinage)

Le fraisage trochoidal et le fraisage dynamique sont deux procédés d’usinage par enlèvement de matière (EM) adaptés à des outils rotatifs, qui s’appuient sur un principe commun : la trajectoire de l’outil est une combinaison d’un mouvement de rotation propre (autour de son axe) et d’un mouvement de translation courbe, plutôt que la trajectoire linéaire du fraisage conventionnel.

Pour comprendre leur intérêt, il faut d’abord définir les deux propriétés qui structurent leur fonctionnement :

Ces deux propriétés permettent de résoudre un problème majeur de l’usinage : le compromis entre le taux d’enlèvement de matière (TEM, volume de matière enlevé par minute, exprimé en cm³/min) et la durée de vie de l’outil. Le fraisage conventionnel impose de réduire la vitesse d’avance ou la profondeur de coupe pour limiter l’usure de l’outil, ce qui diminue le TEM. Les procédés trochoidal et dynamique permettent d’augmenter le TEM sans dégrader la durée de vie de l’outil, voire de l’améliorer.

Il existe une distinction subtile entre les deux procédés :

Comment ils se comportent sous l’outil : forces, chaleur, copeaux et usure

Pour maîtriser ces procédés, il faut comprendre leur comportement lors de la coupe, qui diffère significativement du fraisage conventionnel.

Forces de coupe

Dans le fraisage conventionnel, les forces de coupe augmentent proportionnellement à l’engagement radial : plus l’outil est en contact avec la pièce, plus les forces sont élevées. Dans les procédés trochoidal et dynamique, l’engagement radial est réduit et constant, ce qui permet de réduire les forces de coupe globales de 30 à 50 % par rapport au fraisage conventionnel, pour un TEM équivalent.

Cependant, ces forces sont plus concentrées sur une portion plus petite de l’outil. Il est donc important de choisir une machine suffisamment rigide pour éviter les vibrations. Par exemple, les centres d’usinage verticaux (CUV) GA-MV856 ou GA-UHD500, avec des broches mécaniques à couple élevé et une structure rigide, sont adaptés à des usinages de matériaux durs.

Chaleur de coupe

La chaleur générée lors de la coupe est un facteur clé de l’usure de l’outil. Dans le fraisage conventionnel, une grande partie de la chaleur est évacuée par le copeau, mais une portion importante reste dans l’outil et la pièce. Dans les procédés trochoidal et dynamique, la réduction de l’engagement radial permet de réduire le temps de contact entre l’outil et la pièce, ce qui diminue la quantité de chaleur transférée à l’outil.

De plus, la charge de copeau constante permet d’optimiser la formation du copeau : un copeau épais est plus efficace pour évacuer la chaleur qu’un copeau fin. En effet, le copeau a une plus grande surface de contact avec l’outil et la pièce, ce qui permet de transférer plus de chaleur vers lui.

Formation des copeaux

La formation des copeaux est un processus complexe qui dépend de la vitesse de coupe, de la charge de copeau et des propriétés du matériau. Dans les procédés trochoidal et dynamique, la charge de copeau constante permet de former des copeaux uniformes, ce qui évite les problèmes de bouchage des canaux de l’outil.

Cependant, pour des matériaux ductiles (comme l’aluminium ou le cuivre), il est important de choisir une vitesse de coupe suffisamment élevée pour éviter la formation de copeaux longs et enchevêtrés. Pour des matériaux fragiles (comme la fonte ou les carbures), il faut éviter les vitesses trop élevées qui peuvent causer des éclats de copeaux.

Mécanismes d’usure de l’outil

Les mécanismes d’usure de l’outil sont les mêmes que dans le fraisage conventionnel : usure par abrasion, usure par adhésion, usure par diffusion et usure par fatigue. Cependant, les procédés trochoidal et dynamique permettent de réduire l’usure de l’outil de 2 à 5 fois par rapport au fraisage conventionnel, pour un TEM équivalent.

Cette amélioration s’explique par plusieurs facteurs :

Cependant, il faut noter que l’usure de l’outil est plus concentrée sur une portion plus petite de l’outil. Il est donc important de choisir un outil avec une géométrie adaptée à ces procédés.

Paramètres pratiques : vitesses, avances, géométrie de l’outil et compromis

Les paramètres de coupe pour les procédés trochoidal et dynamique dépendent du matériau de la pièce, de l’outil et de la machine. Voici des plages de paramètres courantes, avec les compromis associés.

Vitesse de coupe (Vc)

La vitesse de coupe est la vitesse linéaire de la dent de l’outil par rapport à la pièce, exprimée en mètres par minute (m/min). Elle dépend du matériau de la pièce et du revêtement de l’outil.

Matériau Plage de Vc (m/min) Compromis
Aluminium (non traité) 1500-3000 Vitesse élevée = bon évacuation de la chaleur, mais risque de vibrations
Acier doux (A36) 150-300 Vitesse moyenne = équilibre entre TEM et durée de vie de l’outil
Acier dur (HRC 45-55) 80-150 Vitesse faible = réduit l’usure de l’outil, mais diminue le TEM
Fonte grise 200-400 Vitesse élevée = bon TEM, mais risque d’éclats de copeaux

Pour atteindre ces vitesses, il faut choisir une machine avec une broche adaptée. Par exemple, les CUV GA-DV750 ou les centres de perçage et taraudage GA-VT540, avec des broches électriques à 20000-30000 tr/min, sont adaptés à des vitesses de coupe élevées pour l’aluminium. Les CUV GA-MV856 ou GA-UHD500, avec des broches mécaniques à couple élevé, sont adaptés à des vitesses plus faibles pour l’acier dur.

Avance par dent (fz)

L’avance par dent est la distance parcourue par l’outil pendant la rotation d’une dent, exprimée en millimètres par dent (mm/dent). Elle détermine la charge de copeau.

Matériau Plage de fz (mm/dent) Compromis
Aluminium (non traité) 0.1-0.3 Avance élevée = bon TEM, mais risque de vibrations
Acier doux (A36) 0.05-0.15 Avance moyenne = équilibre entre TEM et durée de vie de l’outil
Acier dur (HRC 45-55) 0.03-0.08 Avance faible = réduit l’usure de l’outil, mais diminue le TEM
Fonte grise 0.1-0.2 Avance élevée = bon TEM, mais risque d’éclats de copeaux

Engagement radial (ae)

L’engagement radial est la portion du diamètre de l’outil qui est en contact avec la pièce, exprimée en pourcentage du diamètre de l’outil (%). Il est généralement compris entre 5 et 30 % pour les procédés trochoidal et dynamique.

Plage de ae (%) Compromis
5-15 Engagement faible = réduit les forces et la chaleur, mais diminue le TEM
15-30 Engagement moyen = équilibre entre TEM et durée de vie de l’outil
>30 Engagement élevé = bon TEM, mais augmente les forces et la chaleur

Profondeur de coupe axiale (ap)

La profondeur de coupe axiale est la profondeur de l’outil dans la pièce, exprimée en millimètres (mm). Contrairement au fraisage conventionnel, où la profondeur de coupe axiale est limitée par l’engagement radial, les procédés trochoidal et dynamique permettent d’augmenter la profondeur de coupe axiale jusqu’à 2-3 fois le diamètre de l’outil.

Plage de ap (mm) Compromis
0.5-1×D Profondeur faible = réduit les forces, mais diminue le TEM
1-2×D Profondeur moyenne = équilibre entre TEM et durée de vie de l’outil
2-3×D Profondeur élevée = bon TEM, mais augmente les forces et la vibration

Géométrie de l’outil

La géométrie de l’outil est un facteur clé pour les procédés trochoidal et dynamique. Il faut choisir un outil avec :

Ce qui peut mal se passer : modes de défaillance, reconnaissance et solutions

Les procédés trochoidal et dynamique sont plus complexes à mettre en œuvre que le fraisage conventionnel. Voici les modes de défaillance les plus courants, comment les reconnaître et les résoudre.

Vibration de l’outil

La vibration est le problème le plus courant. Elle se reconnaît par un bruit anormal, une surface de la pièce rugueuse ou une usure excessive de l’outil.

Causes et solutions :

Usure excessive de l’outil

L’usure excessive de l’outil se reconnaît par une réduction de la qualité de la surface de la pièce ou une rupture de l’outil.

Causes et solutions :

Rupture de l’outil

La rupture de l’outil est un problème grave qui peut endommager la pièce et la machine. Elle se reconnaît par un arrêt soudain de la machine ou un bruit violent.

Causes et solutions :

Bouchage des canaux de l’outil

Le bouchage des canaux de l’outil se reconnaît par une augmentation de la force de coupe ou une usure excessive de l’outil.

Causes et solutions :

Limites honnêtes : où ces procédés sont un mauvais choix

Les procédés trochoidal et dynamique offrent de nombreux avantages, mais ils ne sont pas adaptés à toutes les applications. Voici les cas où il est préférable de ne pas les utiliser.

Usinage de matériaux très durs ou très fragiles

Pour des matériaux avec une dureté supérieure à HRC 60 ou très fragiles (comme la céramique ou le verre), les procédés trochoidal et dynamique peuvent causer des éclats de copeaux ou une rupture de l’outil. Dans ces cas, le fraisage conventionnel avec une vitesse de coupe très faible et une charge de copeau très faible est préféré.

Usinage de géométries très simples

Pour des géométries très simples (comme une rainure droite ou une surface plane), le fraisage conventionnel est plus rapide et plus facile à mettre en œuvre. Les trajectoires trochoidales ou dynamiques sont plus complexes à programmer et nécessitent un logiciel de FAO (fabrication assistée par ordinateur) adapté.

Machines peu rigides ou à faible couple

Les procédés trochoidal et dynamique nécessitent des machines suffisamment rigides pour éviter les vibrations et suffisamment de couple pour maintenir la vitesse de coupe constante. Pour des machines peu rigides ou à faible couple (comme les petits centres de perçage et taraudage GA-VT445), le fraisage conventionnel est plus adapté.

Usinage de haute précision

Pour des usinages nécessitant une précision supérieure à 0.005 mm, les procédés trochoidal et dynamique peuvent être moins précis que le fraisage conventionnel. En effet, les trajectoires courbes peuvent causer des erreurs de positionnement, et les vibrations peuvent dégrader la précision.

Tableau des paramètres et du dépannage

Catégorie Paramètre/Problème Plage/Symptôme Solution
Paramètres de coupe Vitesse de coupe (Vc) Aluminium : 1500-3000 m/min ; Acier doux : 150-300 m/min ; Acier dur : 80-150 m/min Adapter à la machine : GA-DV750 (30000 tr/min) pour l’aluminium ; GA-MV856 (12000 tr/min) pour l’acier
Paramètres de coupe Avance par dent (fz) Aluminium : 0.1-0.3 mm/dent ; Acier doux : 0.05-0.15 mm/dent ; Acier dur : 0.03-0.08 mm/dent Équilibrer TEM et durée de vie de l’outil
Paramètres de coupe Engagement radial (ae) 5-30 % du diamètre de l’outil Réduire si vibration ; augmenter si TEM insuffisant
Paramètres de coupe Profondeur de coupe axiale (ap) 0.5-3×D Réduire si rupture d’outil ; augmenter si TEM insuffisant
Dépannage Vibration Bruit anormal, surface rugueuse Réduire ae ou fz ; choisir une machine rigide (GA-MV856, GA-UHD500)
Dépannage Usure excessive de l’outil Réduction de la qualité de surface Réduire Vc ; augmenter fz ; changer de revêtement
Dépannage Rupture de l’outil Arrêt soudain, bruit violent Réduire ae ou ap ; réduire fz
Dépannage Bouchage des canaux Augmentation de la force de coupe Augmenter Vc ou fz ; choisir un outil à canaux larges

Checklist pratique pour la mise en œuvre du travail

Avant de lancer un usinage par fraisage trochoidal ou dynamique, vérifiez les points suivants :

  1. Choix de la machine :
    • Pour l’aluminium ou les matériaux tendres : choisissez une machine avec une broche à haute vitesse (≥20000 tr/min), comme le GA-DV750 ou le GA-VT540.
    • Pour l’acier ou les matériaux durs : choisissez une machine avec une broche à couple élevé (≥30 Nm), comme le GA-MV856 ou le GA-UHD500.
    • Vérifiez que la précision de positionnement de la machine est adaptée à la précision requise pour la pièce.
  2. Choix de l’outil :
    • Choisissez un outil avec 4-6 dents, un angle de coupe positif et des canaux larges.
    • Choisissez un revêtement adapté au matériau de la pièce.
    • Vérifiez que la longueur de l’outil est suffisante pour atteindre la profondeur de coupe axiale, mais pas trop longue pour éviter les vibrations.
  3. Paramètres de coupe :
    • Définissez la vitesse de coupe en fonction du matériau de la pièce et de la machine.
    • Définissez l’avance par dent en fonction de la charge de copeau souhaitée.
    • Définissez l’engagement radial entre 5 et 30 % du diamètre de l’outil.
    • Définissez la profondeur de coupe axiale entre 0.5 et 3 fois le diamètre de l’outil.
  4. Programmation :
    • Utilisez un logiciel de FAO adapté aux procédés trochoidal et dynamique.
    • Vérifiez la trajectoire de l’outil pour éviter les collisions avec la pièce ou la machine.
    • Simulez l’usinage pour vérifier les paramètres de coupe et la trajectoire.
  5. Lubrification :
    • Utilisez une lubrification adaptée au matériau de la pièce.
    • Vérifiez que le débit de lubrification est suffisant pour évacuer les copeaux et refroidir l’outil.

FAQ

  1. Quelle est la différence entre le fraisage trochoidal et le fraisage dynamique ? Le fraisage trochoidal utilise des trajectoires circulaires ou spirales pour maintenir un engagement radial constant, adapté à des géométries régulières comme les poches ou les rainures. Le fraisage dynamique utilise des trajectoires plus fluides (courbes de Bézier, splines) pour adapter l’engagement radial et la charge de copeau à la géométrie de la pièce, aux propriétés du matériau et aux limites de la machine, ce qui le rend plus flexible.

  2. Quelle machine Gree CNC est la plus adaptée au fraisage trochoidal de l’acier dur ? Le GA-UHD500 est particulièrement adapté : c’est un centre d’usinage 5 axes de haute précision avec une broche électrique de 37 kW, un couple de 130 Nm et une structure rigide, qui permet de maintenir des paramètres de coupe stables pour l’acier dur (HRC 45-55). Le GA-MV856 est une alternative économique pour des usinages moins exigeants.

  3. Puis-je utiliser le fraisage dynamique pour l’usinage de l’aluminium ? Oui, c’est même une application idéale. Le fraisage dynamique permet d’augmenter le TEM de l’aluminium de 2 à 3 fois par rapport au fraisage conventionnel, tout en améliorant la durée de vie de l’outil. Les machines comme le GA-DV750 ou le GA-VT540, avec des broches à 20000-30000 tr/min, sont parfaitement adaptées.

  4. Quelle est la durée de vie de l’outil dans le fraisage trochoidal par rapport au fraisage conventionnel ? En général, la durée de vie de l’outil est 2 à 5 fois plus longue dans le fraisage trochoidal que dans le fraisage conventionnel, pour un TEM équivalent. Cette amélioration s’explique par la réduction des forces de coupe, de la chaleur transférée à l’outil et des pics de contrainte.

  5. Les procédés trochoidal et dynamique nécessitent-ils un logiciel de FAO spécifique ? Oui, la plupart des logiciels de FAO modernes (comme Mastercam, Siemens NX ou SolidWorks CAM) proposent des modules dédiés au fraisage trochoidal et dynamique. Ces modules permettent de générer des trajectoires optimisées, de simuler l’usinage et de vérifier les paramètres de coupe. Il est important de vérifier que votre logiciel est compatible avec votre machine Gree CNC.

Vous souhaitez une recommandation CNC adaptée à votre cahier des charges ?

Envoyez-nous votre pièce, la taille des séries et votre port de destination. Nous répondons avec une configuration, un délai ferme et une comparaison du coût total.

Demander un devis →

← Retour à l’accueil