Les vitesses d'avance et de rotation en CNC

Comprendre comment fonctionnent les avances et les vitesses est essentiel si tu veux améliorer tes compétences en CNC. Ça t'aidera à optimiser tes vitesses d'usinage, à obtenir un meilleur état de surface et, surtout, à prolonger la durée de vie de tes outils.

Si tu utilises des fraises achetées chez Mekanika, tu peux accéder aux avances et vitesses préconfigurées pour Autodesk Fusion 360 ici.

• Le terme “Speeds” se réfère à la vitesse de rotation de ta broche, exprimée en tr/min (tour par minute) ou rpm. Déterminer la bonne vitesse de rotation, c'est surtout déterminer à quelle vitesse tu peux faire tourner ton outil sans le surchauffer pendant la coupe.
  
• Le terme “Feeds” se réfère à la vitesse d'avance, qui représente la vitesse linéaire de la machine, souvent exprimée en mm/min. L'optimisation de ta vitesse d'avance consiste à maximiser la quantité de matière que tu fraises par unité de temps, le plus vite sera le mieux en général.
  

Par conséquent, pour obtenir des avances et des vitesses correctes, il "suffit" de trouver le point idéal où ton outil tourne à la vitesse parfaite par rapport à sa vitesse de déplacement à l'intérieur du matériau.

Ce point idéal peut avoir différentes significations selon ton objectif : obtenir la meilleure finition, usiner tes pièces le plus rapidement possible ou maximiser la durée de vie de ton outil.

Ces concepts peuvent être résumés visuellement sur un graphique, où la vitesse d'avance est tracée en fonction de la vitesse de rotation de la broche, et qui nous aide à identifier 6 zones différentes.

Comme illustré ci-dessus, il y a principalement deux zones problématiques à éviter. La première se produit lorsque tu réduis trop la vitesse de ta broche par rapport à l'avance. Ce faisant, tu forces les dents de ta fraise à couper trop de matière, ce qui peut entraîner des vibrations indésirables ou pire, un outil cassé.

De l'autre côté du graphique, si tu réduis trop la vitesse d'avance par rapport à la vitesse de rotation de la broche, les dents de ta fraise se mettront à frotter la matière au lieu de couper de beaux copeaux.

Cette action fera surchauffer ton outil et va donc le ramollir. Ses arêtes vives deviendront émoussées et si tu continues à couper avec des arêtes émoussées, tu commenceras à détériorer la surface de ton matériau.

Une règle de bonne pratique est de toujours se rappeler qu'il faut faire des copeaux, pas de la poussière.

La question qui se pose maintenant est la suivante : comment trouver les meilleurs paramètres de fraisage pour un matériau donné ?

Le paramètre qui relie ces concepts et qui est largement utilisé comme métrique pour déterminer les vitesses optimales est appelé l'épaisseur de copeau (chip load).

L'épaisseur de copeau, aussi appelée "avance par dent", est l'épaisseur de matériau qui est coupée par chaque dent au fur et à mesure que l'outil se déplace dans la pièce.

La charge de copeaux est exprimée en  mm/dent et peut être trouvée à l'aide de l'équation suivante : 

Vitesse d'avance =  N  x  Epaisseur de copeau x  RPM

où N est le nombre de dents de la fraise et RPM est la vitesse de rotation de la broche.

Illustrons ce concept et imaginons que tu veuilles découper du contreplaqué avec une fraise de 6 mm à 2 dents. Dans notre cas, l'épaisseur de copeau recommandée pour le contreplaqué est d'environ 0,1 mm/dent (cf. le tableau Epaisseur de copeaux - Avancé situé à la fin de cet article)

Fixons arbitrairement la vitesse d'avance à 2 000 mm/min. En utilisant la première équation, nous constatons que la broche doit tourner à 10 000 tr/min pour obtenir l'épaisseur de copeau appropriée :

2 000 = 2  x  0,1  x  10 000

Sur la base de cette relation mathématique, nous observons que si nous voulons augmenter la vitesse d'avance pour couper notre contreplaqué plus rapidement, nous devrons également augmenter la vitesse de rotation de la broche pour garder une épaisseur de copeau constante :

4 000 = 2  x  0,1  x  20 000​

Imaginons maintenant que ta broche ne puisse pas tourner à plus de 10 000 tours/minute. Tu peux toujours augmenter la vitesse d'avance en utilisant une fraise à 3 dents afin de garder l'épaisseur de copeau constante :

3 000 = 3  x  0,1  x  10 000

Sur la base de ces connaissances, nous pouvons maintenant utiliser des tableaux qui nous permettront de calculer nos vitesses d'avance afin d'obtenir une épaisseur de copeau optimale pour tout matériau.

Épaisseur de copeaux pour débutants

Les vitesses d'avance sont calculées grâce à la formule donnée plus haut. Si tu le désires, le calculateur de charge de copeaux de Fusion 360 est très pratique et te donne l'épaisseur de copeau pour une vitesse d'avance et de rotation données.

Cet outil nous permet ainsi de tester différentes valeurs d'avance et de vitesse de rotation, tout en gardant un œil sur notre épaisseur de copeau.

Si tu es novice, nous te conseillons de commencer par utiliser des valeurs d'épaisseur de copeaux plus faibles et de les augmenter avec l'expérience. Dans le tableau suivant, les valeurs sont volontairement faibles afin de te permettre de te familiariser avec ta CNC et de "pardonner" les erreurs de débutant (profondeur de passe trop importante, mauvais paramétrage des opérations, etc…)

Ces valeurs sont un bon point de départ pour découvrir la CNC. Une fois que tu gagneras en assurance, augmente doucement les épaisseurs de copeaux vers des valeurs plus élevées du tableau ci-dessous.

 

Epaisseur de copeaux - Avancé

Un facteur important à prendre en compte lors de la lecture de ces tableaux est le diamètre de l'outil. En effet, une fraise plus large sera capable d'usiner un copeau plus important.

Voici un tableau d'épaisseur de copeaux que tu pourras utiliser quand tu auras pris plus de confiance et que tu seras prêt à optimiser tes vitesses d'usinage.

Matériaux	Epaisseur de copeaux pour différents diamètres d'outils [mm/dent]
	3mm	6mm	8mm
MDF	0.08	0.12	0.14
Contreplaqués / Bois Tendres	0.07	0.1	0.12
Bois durs	0.05	0.08	0.11
Plastiques tendres	0.1	0.12	0.14
Plastiques durs	0.08	0.1	0.12
Aluminium	0.02	0.04	0.06
Acier au carbone	0.01	0.02	0.03

Nous te recommandons de commencer par régler la vitesse d'avance de ta machine en dessous de la valeur indiquée par le tableau et de l'augmenter progressivement. En général, tu constateras que tes vitesses d'avance optimales seront déterminées par expérience et tâtonnements. Par exemple, pour la plupart des matériaux, tu pourras généralement régler la vitesse de la broche entre 15 000-24 000 tr/min et ajuster ta vitesse d'avance pour obtenir de bons états de surface.

De même, nous te suggérons d'augmenter progressivement la profondeur de tes passes tout en faisant des tests régulièrement. En effet, une profondeur de passe excessive engendrera une déflexion de ton outil (voir cet article pour comprendre en quoi cela peut être problématique).

La plupart des utilisateurs de CNC utilisent leur expérience pour déterminer la valeur de la profondeur de passe pour une situation particulière.

Avant de plonger dans les chiffres et les valeurs, garde en tête que les variables suivantes influencent fortement la qualité de tes coupes et l'épaisseur de copeaux atteignable sur une même machine.

Fixation de la pièce

Serre toujours ta pièce de la meilleure façon possible. Une pièce mal fixée vibrera pendant la découpe et provoquera un mauvais état de surface.

Si tu n'es pas sûr de ton serrage, utilise des vis à bois pour fixer ta pièce en de nombreux points sur le martyr. Ce n'est peut-être pas la façon la plus élégante pour maintenir ta pièce en place, mais au moins c'est efficace.

Dureté du matériau

Plus le matériau que tu souhaites usiner sera dur, plus ce dernier causera de déflexion sur ton outil.

Pour des matériaux durs (Aluminium, Corian, bois exotique, etc…) il faudra donc être patient et utiliser de plus petites profondeurs de passe ou réduire la vitesse d'avance.

Affûtage de l'outil

Une fraise est un outil tranchant. Ça peut sembler logique, mais plus tu vas l'utiliser, plus elle va s'émousser et donc moins elle coupera.

Par conséquent, nous te conseillons de réduire tes vitesses d'avance pour des fraises déjà usées si tu souhaites garder un état de surface correct. Une autre solution est de la remplacer ou de la faire affûter (si possible).

Profondeur de passe

Suivant la profondeur de passe que tu souhaites imposer à l'outil, il te faudra également adapter la vitesse d'avance.

Pour les débutants, la règle générale consiste à utiliser une profondeur de coupe  maximum égale à la moitié du diamètre de l'outil.
La règle pour les utilisateurs avancés et les CNC professionnelles étant est la suivante : profondeur de coupe maximale = diamètre de l'outil.

Mais n'oubliez pas, comme mentionné ci-dessus, que certains matériaux plus complexes ou plus durs nécessitent une profondeur de coupe plus faible (les exemples typiques sont l'aluminium et le plexiglas...), et que certains matériaux plus tendres ou certaines opérations moins agressives peuvent permettre une plus grande profondeur de coupe.

Si vous débutez et voulez être sûr dans la plupart des cas, rappelez-vous de :
Profondeur de coupe maximale = ½ diamètre d'outil.

Engagement de l'outil

Certains usinages engagent la fraise sur plus d'¼ de sa circonférence. Bien qu'efficaces pour retirer de la matière, ces usinages ne permettent pas à l'outil de se refroidir correctement. Par conséquent, ce dernier peut surchauffer et s'émousser plus rapidement.

Comme tu peux t'en douter, pour ce genre d'opération, réduis ta vitesse d'avance ou ta profondeur de passe pour laisser plus de temps à ton outil pour refroidir.

Faible taux d'engagement	Haut taux d'engagement

Résumé du processus

Comme vous pouvez le constater dans ces tableaux, le type de matériau fraisé peut avoir une grande influence sur l'épaisseur de copeaux visée et sur les stratégies de fraisage à employer.

Nous avons construit une bibliothèque des matériaux les plus couramment utilisés avec les fraiseuses CNC à 3 axes, pour aider les débutants et leur donner des conseils sur les spécificités que présente chaque matériau.

Dans ces guides nous présentons des conseils correspondant à nos machines Mekanika, mais ils peuvent être appliqués à n'importe quelle autre marque.

Combiné avec le calculateur d'avance et de vitesse pour débutants que vous trouverez ci-dessous, vous aurez suffisamment d'informations pour commencer à fraiser n'importe quel type de matériau.

 

Bien que la théorie qui sous-tend le calcul d'une charge de copeaux optimale soit simple (et qu'il existe de nombreux calculateurs en ligne pour vous éviter de le faire à la main), la réalité diffère souvent des valeurs théoriques.

Pour vous aider à trouver un point de départ lors du fraisage de nouveaux matériaux, nous avons créé un calculateur d'avance et de vitesse pour débutants qui suggère des valeurs prudentes et fonctionnelles correspondant à votre machine, votre outil et votre matériau. Cela signifie que vous pouvez commencer avec ces valeurs et les augmenter progressivement pour trouver les paramètres optimaux.

MAIS N'OUBLIEZ PAS : de nombreux facteurs peuvent influencer l'avance/vitesse optimale, tels que la rigidité de la machine, le type de matériau et sa fixation, la profondeur de coupe, le type et l'état de la fraise, et l'état de surface requis... N'utilisez donc pas aveuglément les valeurs d'un calculateur : faites toujours appel à votre bon sens et à votre expérience pour les adapter si nécessaire.

CALCULATEUR D'AVANCE ET DE VITESSE MEKANIKA CNC