Sélectionner une vitesse de broche appropriée (T/Mn)

Traduit et adapté de l’original chez PreciseBits

Sélectionner une vitesse de broche appropriée (T/Mn), correcte, à utiliser pour couper n’importe quel matériau avec un outil rotatif, a toujours été une sorte de challenge. Même avec l’arrivée de grandes bases de données de référence sur les matériaux, et des outils exceptionnels comme le GWizard Calculator de CNCCookBook.com, essayer de se fixer sur “le meilleur” nombre de tours/minute pour une combinaison particulière d’outil et de matériau peut être décourageant. C’est particulièrement vrai de matériaux comme bois et plastiques où il y a une telle variation des propriétés de coupe d’une série à l’autre qu’aucun paramètre pratique comme “Surface de coupe par minute” ne peut être déterminé de manière fiable. Néanmoins, il existe quelques techniques que vous pouvez utiliser pour arriver à une vitesse de broche utilisable, peu importe ce que vous coupez.

Au bon vieux temps, à l’époque des tout débuts du Rock ’n Roll, les broches utilisées sur les fraiseuses CNC pouvaient être supposées avoir été construites à des normes rigoureuses en utilisant des composants de haute qualité. Depuis que des systèmes compacts, aux prix attractifs, ont commencés à proliférer, la situation a changée de manière spectaculaire. Pour garder les coûts bas, la plupart des fabricants de ces machines “de bureau” ont adoptés comme broches des défonceuses de qualité non professionnelle. Construites avec des tolérances plus élevées et des matériaux moins cher, les défonceuses introduisent un certain nombre de problèmes qu’il faut régler avant de fixer les tours/minute.

Vous appelez ça concentrique?

Une des premières choses apparue lorsque les possesseurs de fraiseuses CNC à portique à bas prix ont commencés à utiliser des micro-fraises était que les écrous et collets fournis par les fabricants de la défonceuse n’étaient simplement pas assez précis pour la tache à accomplir. Avec un faux-rond élevé, souvent accompagné d’une force de serrage insuffisante, beaucoup de ces collets furent trouvés franchement dangereux à utiliser. Couplé avec la nécessité fréquente d’utiliser des réducteurs de pinces également imprécis pour accueillir des outils à plus petits tige, on a fini par avoir une situation qui était excellente pour les fabricants d’outils en carbure, mais pas si bonne pour l’utilisateur final.

La plupart des systèmes ne pouvaient pas utiliser avec succès des outils ayant des diamètres de coupe inférieurs à 0,8 mm (1/32 po), ce qui a pratiquement éliminé leur utilisation pour l’usinage de précision, la fabrication de bijoux et la fabrication de circuits imprimés (PCB).Ce problème a été résolu en grande partie en 2008 avec l’introduction de PreciseBits “Precision Nut & Collet Systems” et l’arrivée des broches à prix abordables avec VFD en 2010.

Lisse comme la soie

Tout système rotatif a des vitesses où la vibration est au minimum (points nodaux) et des vitesses où la vibration est plus prononcée, parfois violemment  (appelés points de résonance, comme les pneus de voiture non équilibrés à grande vitesse). Dans certains cas la différence entre ces points est audible, mais, sur des systèmes broche/collet/écrou/fraise bien conçus, la différence est le plus souvent uniquement tactile (Vous devez la sentir pour la détecter). Pour améliorer la finition de surface, minimiser l’usure des roulements, réduire le niveau de bruit et préserver la durée de vie de vos outils de coupe, c’est une TRES bonne idée de TOUJOURS opérer sur un point nodal “calme”.  Si vous avez l’habitude d’acheter des outils de bonne qualité (comme les nôtres), trouver les points nodaux est habituellement plutôt simple. D’un autre coté, si vous préférez utiliser des outils low-cost (c.a.d.  4 Fraises à 19,80 €), cela peut bien se révéler impossible. Voici ce que vous devriez faire:

• Installer l’outil à tester dans votre collet et assurez-vous que l’écrou est serré correctement.
• Levez l’axe des Z pour être certain que l’outil tourne librement dans l’air
• Attrapez la partie supérieure de la broche d’une main.
• Avec la fraise “coupant” de l’air, démarrez le moteur à sa plus haute VITESSE (Max T/Mn)
• En supposant que la broche a une vitesse variable, réduisez la VITESSE jusqu’à ce que vous trouviez le premier endroit “silencieux” (N’oubliez pas que vous écoutez avec votre main et non vos oreilles).
• Enregistrez cette VITESSE dans votre journal d’atelier.
• Continuez à réduire les tours/minute jusqu’à ce que vous ayez  identifié et enregistré TOUS les points nodaux pour cette combinaison fraise/collet sur la totalité de la plage de VITESSE de votre broche

Ne soyez pas inquiet si vous ne pouvez pas détecter de variation en “sentant” votre broche lorsque vous variez la VITESSE. Cela veut simplement dire que les points de résonance sont tellement éliminés qu’ils n’auront aucun effet sur la vie de vos outils ou la qualité de leur fonctionnement. C’est une bonne idée de répéter ce test périodiquement parce que l’apparence soudaine de vibrations à l’importe quelle nombre de tours/minute peut signaler que vos roulements commencent à s’user et peuvent avoir besoin d’être remplacés.

De façon générale, si vous coupez du bois ( tendre où dur) avec un outil d’un diamètre égal où inférieur à 3,5 mm, vous pouvez utiliser votre broche à sa vitesse maximale (en supposant qu’elle ne vibre pas à cette vitesse)

Couper du Métal

Grâce aux efforts de l’ASTM (American Society for Testing and Materials) et divers autres agences, trouver une bonne vitesse pour couper la plupart des métaux est plutôt facile. Avec l’exception de quelques alliages exotiques, tout ce que vous avez à faire est:

1. Allez en ligne et trouvez les Spécifications de Surface en Pieds (Feet) par Minute (SFM) pour le métal particulier que vous utilisez
   (Par exemple, la table SFM pour Niagara Tool. Veuillez noter que cela peut varier en fonction du type d’outil que vous utilisez.)
2. Multipliez le SFM par 3.82 et divisez le résultat par le diamètre de l’outil (EN POUCES! Ne cherchez pas à convertir en métrique, les tours/minute n’en ont que faire!)
   (Le nombre magique, 3.82, convertit les pieds en SFM en pouces en même temps qu’il convertit le diamètre de l’outil en circonférence)
3. Le résultat final est les T/Mn appropriés pour couper le métal avec votre outil spécifique.

Pour le dire autrement:

 

T/Mn = SFM x 3.82 / Diamètre de l’outil ( en pouces)

Couper Bois et Plastique

Le silence est d’or

Lorsque vous coupez un nouveau matériau, il est souvent difficile de dire quelle VITESSE vous devez utiliser. C’est particulièrement vrai pour des matériaux comme le bois qui change de lot en lot et les thermoplastiques où il peut y avoir des différences significatives entre les produits moulés et extrudés. Heureusement, dans de nombreux cas, l’outil de coupe vous dira qu’il est malheureux. Juste comme un chiot affamé, il pleurnichera et criera si vous essayez de le faire tourner trop vite pour le matériau coupé.

Note: Généralement, vous n’entendrez AUCUN “grincement” d’un outil d’un diamètre de 3,5 mm  ou moins. Ainsi, vous pouvez à peu près ignorer cette étape si vous utilisez des micro-fraises, qui sont parfaitement contente de travailler à presque tous les tours/minute auxquels votre broche est capable de tourner.

Une méthode simple pour trouver la meilleure VITESSE maximale est:

1. Chargez l’outil que vous allez tester dans votre collet et assurez-vous que l’écrou est correctement serré.
2. Réglez la VITESSE à la vitesse de rotation nodale la plus élevée déterminée ci-dessus.
3. Calculez l’AVANCE de test :
   • Multipliez le diamètre (en cm) de l’outil (D) par 0,02 pour déterminer le CHIP LOAD (2% de chip load)
   • Multipliez le CHIP LOAD par le nombre de cannelures/spirales (S) sur l’outil testé pour déterminer le CHIP LOAD TOTAL
   • Multipliez le CHIP LOAD TOTAL par la VITESSE (T/Mn) pour calculer l’AVANCE DE TEST
   • En d’autres termes: AVANCE DE TEST =  D x 0,02 x S x Tours/minute
     Par exemple, une bonne Avance de Test pour un outil de 6 mm avec 2 spirales, avec une vitesse de 12 500 T/Mn serait: 6 (mm) * 0,02 x 2 (spirales) x 12 500 (t/mn) = 3 000 mm/min
4. Programmez une coupe de 15 où 20 cm de long, 1 diamètre d’outil de profondeur en utilisant VITESSE et AVANCE tels que nous venons de les déterminer
5. Lancez le programme
6. Si l’outil grince et couine, réduisez VITESSE et AVANCE au 2ème point nodal et répétez les étapes de 3 à 6
7. Continuez à réduire VITESSE et AVANCE jusqu’à ce que le bruit fait par l’outil soit réduit. Le son de coupe peut encore être assez fort, mais ne devrait pas être une plainte aigue. Si vous ne trouvez pas une VITESSE où le bit ne grince pas, votre défonceuse / broche peut ne pas avoir une plage de VITESSE assez basse pour couper ce matériau avec cet outil. Passer à un outil de plus petit diamètre peut vous permettre de trouver une combinaison qui fonctionne.
8. En supposant que vous trouviez une VITESSE appropriée, enregistrez-la dans votre journal d’atelier avec toute autre information associée à cet outil.

C’est la VITESSE que vous utiliserez dans le test du Point d’Équilibre utilisé pour trouver le taux d’AVANCE optimale.

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