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.
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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?
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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
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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.
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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
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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
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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.
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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.
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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.
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