Tournage- fraisage
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Tournage- fraisage
CDJ.09.04.66.04 OUTILS COUPANTS Tournagefraisage: une technologie à exploiter En combinant l’utilisation d’un outil rotatif avec une pièce également en rotation, on est en mesure de réaliser des opérations d’usinage distinctes aussi bien du tournage que du fraisage classiques, susceptibles d’apporter une solution simple à des cas de fabrication complexes. - Cette vue est un exemple tout à fait parlant du type d’opération qui porte désormais la dénomination de tournagefraisage. Fig. 1 - Afin d’éviter que la fraise utilisée pour une opération de tournagefraisage n’enlève les copeaux par son extrémité centrale, il est nécessaire de la positionner sensiblement décalée par rapport à l’axe de la pièce mise en rotation. De la sorte, comme on s’en rend compte par ce schéma, ce sont les extrémités des arêtes de coupe de ses plaquettes qui assurent correctement le travail. 6 Le “tournage-fraisage” peut sembler à bien des usineurs un terme plutôt ambigu. Les centres de tournage avec entraînements motorisés de leurs outils sont fréquemment appelés des tours fraiseurs, ce qui ne les empêche pas de pouvoir effectuer une opération spécifique d’usinage répondant parfaitement bien au terme de tournage-fraisage. Cette opération fait appel à un outil rotatif pour usiner une pièce entraînée en rotation. En fait, compte tenu du développement considérable de l’exploitation des centres de tournage multi-tâches dans les ateliers, le tournage-fraisage ne peut plus être considéré comme un moyen inhabituel d’usiner. Les utilisateurs de tours fraiseurs doivent faire appel à ce type d’usinage lorsqu’ils sont confrontés à des difficultés leur semblant insurmontables en tournage classique à commande numérique. Les raisons sont fort nombreuses qui devraient inciter les ateliers n’ayant pas déjà eu connaissance de ce mode d’usinage à travailler de cette manière. L’une d’elles est la parfaite maîtrise des copeaux. Faciliter des travaux où de la coupe interrompue provoque des difficultés en est une autre. Le fabricant d’outils de coupe SANDVIK COROMANT ayant constaté que, de plus en plus, on pratique du tournage-fraisage a développé des outils répondant exactement aux exigences de ce type d’opération dont l’illustration de tête de cet article en fournit un exemple éloquent. Quand choisir le tournage-fraisage? - Novembre 2004 - TRAMETAL Le tournage-fraisage répond à de nombreux défis bien précis que l’on peut classer en six catégories. ✔ Hauts débits de copeaux - Lorsqu’une pièce tournée demande de gros enlèvements de matière, le tournage-fraisage peut appporter la solution la plus efficace. ✔ Passes interrompues - Les outils de tournage ont tendance à mal se comporter en cas de passes interrompues là où, par contre, un outil de fraisage donne de bien meilleurs résultats. Une passe de fraisage est déjà une passe interrompue par définition. Dans la partie de la pièce où la passe devient interrompue, il peut alors s’avérer tout à fait judicieux de passer à du tournage-fraisage ✔ Copeaux s’enroulant - Les nids produits par des copeaux s’enroulant autour de l’outil avec certaines matières ne se produisent pas en tournage-fraisage, contrairement au tournage. Cela tient au fait que le fraisage est une opération de coupe interrompue au cours de laquelle les copeaux sont fracturés en petits morceaux. ✔ Arbres flexibles - Lorsque l’on tourne une pièce longue, fragile et non soutenue en son centre, la flexion se trouve évitée en OUTILS COUPANTS Fig. 2 - Voici une fraise destinée au tournagefraisage sur centre de tournage dont les plaquettes de type “wiper” ont une géométrie d’arête comportant une partie râcleuse qui suit et se projette au-dessous de la plaquette elle-même. Cette configuration ayant fait l’objet d’une étude approfondie a pour but de lisser la surface venant d’être usinée. Fig. 3 (En bas et à gauche) - Dans cet exemple de tournagefraisage, on a procédé à l’usinage sur le grand diamètre de la pièce d’un dégagement épousant la circonférence de la fraise. Fig. 4 (A droite) Divers détails ont été usinés par fraisage classique sur le contour du plus grand diamètre avec indexage de la pièce, tandis que le plus petit diamètre de son extrémité a été usiné à grand débit par tournagefraisage. 8 l’égard de la machine, la seule exigence consistant à ce qu’elle offre un axe Z. La rotation de la pièce représente l’axe C de mouvement qui donne l’avance désirée à l’outil de fraisage. En d’autres termes, au lieu de mètres par minute (m/mn), la vitesse de rotation est sélectionnée pour assurer une déplacement exprimé en nombre de tours par minute (t/mn). On conçoit donc aisément que la vitesse communiquée à la pièce en tournage-fraisage est nettement moins rapide que celle habituellement nécessaire avec les opérations de tournage courantes. tournage-fraisage. Comparé au tournage, le fraisage enlève la matière en exerçant sur la piè-ce une moindre pression. ✔ Tenue d’outil - Dans un alliage difficile à usiner, une plaquette de tournage unique ne peut guère assurer une durée de vie permettant d’atteindre l’extrémité de la passe. Un outil de fraisage peut travailler correctement plus longtemps car il possède plusieurs arêtes qui divisent le travail. En assurant de faire toute la passe, l’outil de fraisage peut alors éliminer le risque de devoir changer d’outil en cours d’opération. ✔ Diamètres excentrés ou formes irrégulières - Le mouvement radial selon l’axe X de l’outil de fraisage peut être coordonné avec la rotation de la pièce pour usiner des profils autres que des cercles parfaits. Sandvik lui-même, à titre d’exemple, utilise cette technique pour ébaucher les trois lobes de la forme conique de ses attachements “Capto”. Le même principe, la fraise avançant et reculant pendant la rotation de la pièce, peut également être exploité pour générer la forme de détails excentrés sans avoir à modifier le montage de la pièce. Un exemple d’une telle opération est celle de l’usinage des parties excentrées des vilebrequins. Concept de l’usinage réalisé par tournage-fraisage Le tournage-fraisage n’est pas particulièrement un concept d’usinage très exigeant à - Novembre 2004 - TRAMETAL On a besoin d’un axe Y car l’outil de fraisage, en fait c’est une vraie fraise, effectue la majorité de son travail d’enlèvement de copeaux en position excentrée. Cette fraise, en effet, ne peut pas usiner la pièce à la cote nécessaire si elle se trouve en position centrée, c’est-à-dire lorsque son axe de rotation est situé en intersection avec l’axe de rotation de la pièce car, dans ce cas, elle travaillerait au centre de sa face en bout et non avec ses arêtes. Pour obtenir que ses arêtes de coupe enlèvent convenablement les copeaux, son axe doit donc se situer en décalage par rapport à l’axe de rotation de la pièce d’une valeur correspondant à environ un quart de son diamètre. La difficulté lorsque l’on usine de cette manière survient lorsque la fraise atteint un épaulement ou touche les parois d’une gorge car étant en position excentrée elle laisse un angle arrondi après son passage. Pour obtenir un angle vif, il faut alors lui faire prendre une seconde passe en supprimant l’excentration afin de la faire revenir en position centrée. Cette seconde passe ne retire pratiquement pas de matière hormis ce qui est tout juste nécessaire pour enlever la matière restante dans l’angle à “nettoyer”. Un défaut propre au tournage-fraisage est la présence d’une erreur de forme. Lorsque l’on fraise autour d’une circonférence d’une forme ronde il se produit inévitablement des facettes, un peu comme des écailles, régulièrement espacées sur la surface usinée. Il s’agit là d’une erreur impossible à éliminer mais OUTILS COUPANTS Fig. 5 - Cet autre exemple de pièce usinée sur centre de tournage par la technique de tournagefraisage met bien en évidence le fraisage de la forme extérieure du plus grand diamètre de la pièce en coupe interrompue, ainsi que celui à fort enlèvement de matière du plus petit diamètre. 1) que l’on maîtrise en utilisant des plaquettes planeuses, dites aussi “wiper”. Une telle plaquette est conçue de telle sorte que son action se poursuit derrière l’arête de coupe, se prolongeant tout juste un peu plus loin dans la matière de la pièce pour adoucir le fini de la surface fraîchement usinée. Cela explique pourquoi les outils de tournage-fraisage développés par Sandvik Coromant ont particulièrement tenu compte de la nécessité d’exploiter le phénomène de planage dans la géométrie de coupe de leurs plaquettes. Ainsi permettentelles de maîtriser la formation des facettes en surface usinée car les formules associées à leur géométrie “wiper” particulière permet à l’utilisateur d’adapter ses paramètres de tournage-fraisage de manière à respecter tout niveau d’imperfection acceptable. Effort exercé et fléchissement Une outil équipé de plaquettes râcleuses qui tire son effet “wiper” de la présence de deux ou de quatre goujures travaille plus profondément dans la pièce. Un autre avantage de ce type d’outil est qu’il redirige les efforts de coupe dans un sens bénéfique. En tournage-fraisage, tandis que la pièce en rotation monte vers l’outil, une partie des efforts de coupe s’exerce dans l’axe de l’outil. Ne disposant que de deux goujures actives à la base, cela réduit cette composante axiale de l’effort faisant en sorte qu’un effort de coupe plus important pousse l’outil dans le sens axial. Cette étude majeure très documentée est le fruit d’une collaboration avec PETER ZELINSKII, Rédacteur spécialisé à la Revue “Modern Machine Shop” avec laquelle TRAMETAL entretient des relations exclusives d’échange d’informations au bénéfice de ses Lecteurs. 10 Le fait que ce changement est bénéfique met en évidence la différence importante existant entre le tournage-fraisage et le fraisage en général. Lors d’une application de fraisage plus courante, diriger l’effort dans l’axe de l’outil peut être une bonne chose. La pièce est bien supportée dans ce sens. Mais, en tournagefraisage où la pièce peut être longue, fragile et seulement supportée par ses deux extrémités, c’est le sens axial de l’outil qui présente le plus grand risque de broûtage indésirable. Faisant le meilleur usage des efforts dans ce type d’application implique un concept d’outil totalement différent. ❑ - Novembre 2004 - TRAMETAL Chignons de copeaux? Outil astucieux à faire soi-même Les chignons de copeaux provoqués lors de l’usinage de divers métaux contraignent souvent une intervention du personnel pour les dégager, provoquant des pertes de temps. La tendance des copeaux filiformes à se laisser emprisonner dans les trous mettent les tarauds en danger, par exemple, tout comme les autres outils. On ajoute souvent dans les programmes de CNC un “M00” pour provoquer périodiquement une pause de son déroumlement afin que l’opérateur puisse ôter ces copeaux mais un usinage automatique de nuit, par exemple, sans présence d’un opérateur reste impossible. La situation peut totalement être modifiée en réalisant un outil particulier “tout bête” en forme de tire-bouchon qu’il suffit de placer dans le magasin d’outil (fig. 1) afin qu’il intervienne automatiquement suivant un cycle périodique comandé par le programme d’usinage. On monte simplement ce tire-bouchon dans un long porte-outil (fig. 2) afin qu’il puisse opérer sans interférence avec d’autres outils ou avec des détails de la pièce. Au lieu de faire appel à un code M00 qui arrête le cycle d’usinage, on introduit dans le programme une routine qui intervient rationnellemen, met en rotation lente le tire-bouchon et l’introduit dans le trou puis l’extrait avec les copeaux, lesquels tombent alors dans le bac de la machine sans autre intervention. C’est là une solution simple ayant un énorme impact sur la productivité car on peut, en toute sécurité et sans aucune présence humaine, usiner en série des pièces présentant des orifices risquant de piéger dangereusement les copeaux. ❑ 2)