Lors de l'usinage de l'acier, de la fonte, de grands moules ou d'autres pièces difficiles, la puissance de la machine CNC devient un facteur d'achat important.

Mais choisir une machine CNC pour les coupes lourdes n’est pas aussi simple que d’acheter la machine dotée de la puissance de broche la plus élevée.

Une machine équipée d'une broche de 30 kW n'est pas automatiquement meilleure pour toutes les applications de coupe lourdes-qu'une machine équipée d'une broche de 20 kW.

Les performances de coupe réelles dépendent de plusieurs facteurs agissant ensemble :

• Puissance de broche
• Couple de broche
• Vitesse de coupe
• Diamètre de l'outil
• Profondeur de coupe
• Engagement radial
• Vitesse d'alimentation
• Taux d'enlèvement de matière
• Rigidité des machines
• Stabilité de l'outil et du porte-pièce

Pour les acheteurs comparant un centre d’usinage CNC, la question la plus utile est la suivante :

Quelle charge de coupe mon processus de production nécessite-t-il réellement et la machine peut-elle maintenir cette charge en permanence ?

C'est la base pour choisir la bonne puissance de machine CNC.

1. Que signifie réellement la puissance d'une machine CNC ?

Lorsqu'un fabricant de machines CNC indique la puissance de la broche, le numéro fait normalement référence à la puissance disponible de la broche de la machine.

Il peut s'exprimer en :

kW

HP

Par exemple, une broche peut être spécifiée comme :

18,5 kW

ou:

25 CV

Mais la puissance nominale à elle seule ne vous indique pas comment la machine se comportera lors de coupes lourdes.

Il faut également savoir :

À quelle vitesse de broche la puissance nominale est disponible

Couple de broche maximal

Alimentation continue ou de courte durée-

Courbe de couple

Plage de vitesse de broche

Cette distinction est importante car les coupes lourdes se produisent souvent à des vitesses de broche relativement faibles ou modérées.

Une broche qui fournit une puissance élevée uniquement à des régimes très élevés peut ne pas offrir les mêmes performances pratiques qu'une broche avec un couple élevé à faible vitesse.

2. La puissance et le couple de la broche sont différents

C'est l'un des points les plus importants lors de la sélection d'une machine CNC pour les découpes lourdes.

La puissance décrit la vitesse à laquelle le travail peut être effectué.

Le couple décrit la force de rotation disponible au niveau de la broche.

La relation peut être exprimée comme suit :

P = T × n / 9550

où:

P=puissance de broche en kW

T=couple de broche en N·m

n=vitesse de broche en tr/min

Cela signifie qu'à des vitesses de broche inférieures, une machine peut nécessiter un couple important pour maintenir la charge de coupe souhaitée.

Par exemple, une ébauche lourde avec une grande fraise peut fonctionner à un régime relativement faible mais nécessiter un couple de broche important.

C'est pourquoi un acheteur ne devrait jamais comparer la puissance d'une machine CNC sans vérifier le couple de broche.

3. Pourquoi le kW maximum seul peut être trompeur

Considérons deux machines CNC.

Machine A

Puissance maximale de la broche : 22 kW

Vitesse maximale : 18 000 tr/min

Couple modéré à faible-vitesse

Machine B

Puissance maximale de la broche : 18,5 kW

Vitesse maximale : 12 000 tr/min

Couple plus élevé à basse-vitesse

Si votre production implique principalement de grandes fraises enlevant des quantités importantes d'acier, la machine B peut avoir des caractéristiques plus pertinentes pour l'application.

Cela ne signifie pas qu’une machine est universellement meilleure.

Cela signifie que la puissance maximale de la broche et le régime maximal doivent être évalués par rapport au processus de coupe.

Pour l'usinage lourd, la courbe de couple peut être plus informative que le nombre nominal de kW.

4. Qu’est-ce que la coupe lourde ?

« Coupe lourde » peut signifier différentes choses selon l'application.

Cela implique généralement des charges de coupe plus élevées causées par des combinaisons de :

Grande profondeur de coupe

Grand engagement radial

Grand diamètre d'outil

Avance élevée

Matériaux difficiles-à-usiner

Taux d'enlèvement de matière élevé

Par exemple, l'ébauche d'un gros composant en acier avec une fraise de 63 mm à une profondeur de passe importante est une application très différente de la finition d'un boîtier en aluminium avec une fraise en bout de 10 mm.

Les deux sont fraisés CNC.

Un seul peut nécessiter un couple de broche et une puissance de machine importants.

Par conséquent, avant de sélectionner la puissance d’une machine CNC, définissez ce que la coupe lourde signifie pour votre production.

5. Le matériau a un effet direct sur la puissance requise de la machine

Différents matériaux génèrent différentes charges de coupe.

Aluminium

L'aluminium peut souvent être usiné à des vitesses de coupe relativement élevées.

La principale exigence peut être un taux d'enlèvement de matière élevé plutôt qu'un couple de broche extrême.

Une broche à grande vitesse-peut donc s'avérer précieuse, en particulier avec des outils plus petits.

Acier au carbone

L'acier nécessite généralement une force de coupe plus importante que l'aluminium.

Pour l'ébauche lourde, le couple de broche et la rigidité de la machine deviennent plus importants.

Acier inoxydable

L'acier inoxydable peut créer des charges de coupe et de la chaleur importantes.

La géométrie de l'outil, la vitesse de coupe, le liquide de refroidissement et l'évacuation des copeaux influencent tous les performances requises de la machine.

Fonte

La fonte peut générer une usure abrasive des outils et des charges de coupe importantes en fonction de la qualité et de l'opération.

Pour les pièces moulées de grande taille, la rigidité de la machine et le couple de broche peuvent devenir des facteurs importants.

La puissance correcte de la machine CNC dépend donc à la fois du matériau et des conditions de coupe.

6. Le diamètre de l'outil modifie la puissance requise

Une fraise plus grande peut enlever plus de matière par tour, mais elle modifie également la charge de coupe sur la broche.

Par exemple, comparez :

Fraise en bout de 12 mm

avec:

Fraise à surfacer de 63 mm

La fraise de 63 mm peut être utilisée pour un enlèvement de matière important lors de l'ébauche, mais elle peut générer des forces de coupe considérablement plus importantes.

Cela signifie que sélectionner une broche de machine CNC uniquement en fonction du régime maximum peut être trompeur.

Une grande fraise peut fonctionner à un régime beaucoup plus faible tout en nécessitant un couple important.

Pour les usinages lourds, pensez toujours à :

Diamètre de l'outil + vitesse de coupe + profondeur de coupe + engagement radial

ensemble.

7. Le taux d’enlèvement de matière est une meilleure façon d’envisager la réduction de la puissance

Un moyen utile d’évaluer les coupes lourdes consiste à évaluer le taux d’enlèvement de matière (MRR).

Un calcul de fraisage simplifié est le suivant :

MRR=Ap × Ae × Vf

où:

Ap=profondeur de coupe axiale

Ae=largeur de coupe radiale

Vitesse d'avance Vf =

À mesure que ces valeurs augmentent, la quantité de matière enlevée par minute augmente.

La puissance de coupe requise augmente également en fonction du matériau et des conditions de coupe.

C'est pourquoi une machine qui fonctionne bien avec des passes de finition peu profondes peut avoir du mal à réaliser une ébauche agressive.

Lors de l'achat d'un centre d'usinage CNC, il est donc utile de donner au constructeur de la machine vos caractéristiques :

Diamètre de l'outil

Profondeur de coupe

Engagement radial

Vitesse d'alimentation

Matériel

plutôt que de simplement dire :

"Nous avons besoin d'une machine puissante."

8. Les coupes lourdes nécessitent plus que la puissance de la broche

Une erreur d'achat courante consiste à supposer que l'augmentation de la puissance de la broche résout tous les problèmes de coupe-lourds.

Ce n’est pas le cas.

Les coupes lourdes nécessitent également suffisamment :

Rigidité des machines

La structure de la machine doit résister aux forces de coupe.

Rigidité de la broche

La broche et les roulements doivent rester stables sous charge.

Porte-outil

Le porte-outil doit transmettre le couple sans faux-rond ni mouvement excessif.

Tenue de travail

Le luminaire doit maintenir la pièce en toute sécurité.

Tableau et structure

La machine doit supporter les efforts de coupe sans vibrations excessives.

Si la structure de la machine n'est pas suffisamment rigide, l'ajout de puissance de broche peut simplement rendre la machine capable d'appliquer plus de force sans améliorer la stabilité de coupe.

C'est pourquoi la rigidité des machines CNC est un élément important dans le choix des machines de découpe lourdes-.

9. Comment savoir si votre machine a suffisamment de puissance

Une approche pratique consiste à commencer par vos conditions d’usinage existantes.

Enregistrer:

Matériau de la pièce

Diamètre de l'outil

Vitesse de coupe

Vitesse d'alimentation

Profondeur de coupe axiale

Engagement radial

Charge de broche

Temps de coupe

Durée de vie de l'outil

Si la machine atteint fréquemment une charge de broche très élevée lors de vos opérations d'ébauche normales, vous travaillez peut-être à proximité de la capacité pratique de la broche.

Mais n'en concluez pas immédiatement que vous avez besoin d'une broche plus grande.

Une charge élevée sur la broche peut également être causée par :

Profondeur de coupe excessive

Engagement radial excessif

Outillage terne

Mauvaise géométrie de l'outil

Avance incorrecte

Déviation de l'outil

Faible tenue de la pièce

La cause doit être identifiée avant de sélectionner une machine CNC plus puissante.

10. La charge de broche est un indicateur de production utile

Les machines CNC modernes fournissent normalement des informations sur la charge de la broche-via le système de contrôle.

Lors de coupes lourdes, les opérateurs peuvent contrôler si la broche approche de sa limite de charge pratique.

Par exemple, si une machine fonctionne de manière répétée à proximité de sa charge de broche maximale pendant une production normale, cela peut indiquer que la machine est sous-dimensionnée pour le processus.

Cependant, une charge de pointe courte est différente d’une charge lourde et continue.

Cette distinction est importante.

Une machine peut tolérer une augmentation temporaire de la charge tout en étant inadaptée à un usinage continu à charge élevée-.

Lorsque vous comparez les spécifications des machines CNC, demandez si la puissance de broche indiquée est :

Puissance nominale

Puissance maximale

Puissance continue

Puissance de crête de courte durée-

Cela peut éviter des malentendus lors de l’achat de la machine.

11. Une puissance continue est importante pour les longs cycles d’ébauche

Supposons qu'un moule nécessite plusieurs heures d'usinage grossier.

La machine doit maintenir des conditions de coupe stables tout au long de l’opération.

Une spécification de broche qui semble impressionnante sur le papier peut ne pas offrir les mêmes performances pratiques sous une charge continue.

Pour l'usinage lourd à cycle long-, évaluez :

Puissance de broche continue

Couple continu

Refroidissement de la broche

Conception des roulements

Rigidité des machines

Stabilité thermique

Ceci est particulièrement important pour les environnements de production où les cycles d'ébauche s'exécutent de manière répétée tout au long de la journée.

Un fabricant de machines CNC doit être en mesure de fournir des informations pertinentes sur les performances de la broche pour les applications de coupe-importantes.

12. Exigences de puissance pour les grandes fraises à surfacer

Les grandes fraises à surfacer sont un exemple courant où les acheteurs doivent regarder au-delà du RPM.

Une grande fraise peut couvrir rapidement une large surface, mais elle peut également générer des forces de coupe importantes.

Supposons que vous usiniez une grande plaque d'acier à l'aide d'un :

Fraise à surfacer de 63 mm

La machine peut fonctionner à une vitesse de broche relativement modérée.

Les facteurs importants deviennent :

Profondeur de coupe

Engagement radial

Alimentation par dent

Nombre d'inserts

Qualité du matériau

Couple de broche

Rigidité des machines

C'est pourquoi une broche à grande vitesse-ne rend pas automatiquement une machine adaptée au surfaçage de grandes dimensions.

La broche doit avoir la puissance et le couple disponibles dans la plage dans laquelle la fraise fonctionne réellement.

13. Les coupes lourdes dans l’aluminium peuvent être différentes

Une coupe lourde ne signifie pas toujours un faible régime.

L'aluminium est un bon exemple.

De grandes quantités d'aluminium peuvent être éliminées rapidement car les alliages d'aluminium peuvent souvent supporter des vitesses de coupe relativement élevées.

Dans cette situation, la machine peut avoir besoin de :

Vitesse de broche élevée

Puissance de broche adéquate

Capacité d'alimentation élevée

Évacuation efficace des copeaux

Bonne gestion du liquide de refroidissement ou de l'air

Un centre d'usinage CNC-à grande vitesse peut donc s'avérer précieux pour la production d'aluminium, même lorsque les forces de coupe sont inférieures à celles de l'usinage d'acier lourd.

La machine doit être sélectionnée en fonction de la stratégie d'enlèvement de matière plutôt que de l'étiquette générale « coupe lourde ».

14. N'oubliez pas le taux d'alimentation

La puissance de la broche est étroitement liée à la quantité de matériau enlevée par minute par la machine.

Si vous augmentez :

Profondeur de coupe

Largeur de coupe

Vitesse d'alimentation

le taux d'enlèvement de matière augmente.

Mais si la broche ne peut pas maintenir une puissance et un couple suffisants, la machine peut subir :

Charge de broche accrue

Réduction du régime

Bavarder

Casse d'outil

Mauvaise finition de surface

Par conséquent, la puissance de la machine CNC doit être évaluée par rapport à l’avance et à l’engagement de coupe que vous avez réellement l’intention d’utiliser.

15. La puissance de la machine et la durée de vie des outils sont liées

Une puissance de broche plus élevée ne signifie pas automatiquement une durée de vie plus longue de l'outil.

Si les paramètres de coupe sont trop agressifs, l’usure des outils peut s’accélérer même lorsque la machine dispose de suffisamment de puissance.

La durée de vie de l'outil dépend de :

Matériel

Vitesse de coupe

Alimentation

Profondeur de coupe

Géométrie de l'outil

Revêtement d'outils

Liquide de refroidissement

Stabilité des machines

Une machine rigide avec une puissance suffisante permet à l'outil de coupe de fonctionner au plus près de ses paramètres prévus.

Cela peut améliorer l’efficacité de la production sans simplement augmenter la puissance de la broche.

16. De quelle puissance de machine CNC avez-vous besoin ?

Il n'existe pas de numéro de puissance de broche universel-pour les "coupes lourdes".

Par exemple, un petit centre d'usinage utilisé pour les composants en acier peut fonctionner efficacement avec une broche d'une puissance d'environ -kW.

Une grande-machine de fabrication de moules ou un-centre d'usinage à portique robuste peut nécessiter beaucoup plus de puissance.

L'exigence correcte dépend du processus.

Une évaluation pratique doit inclure :

Matériel

↓

Diamètre de l'outil

↓

Vitesse de coupe

↓

Profondeur de coupe

↓

Engagement radial

↓

Vitesse d'alimentation

↓

Taux d'enlèvement de matière

↓

Puissance et couple de broche requis

Ce procédé est bien plus fiable que le choix d'une machine par broche kW uniquement.

17. Exemple : Ebauche de l'acier

Prenons l'exemple d'un composant en acier en cours d'usinage-ébauche avec une grande fraise en carbure.

Le processus nécessite :

Grand diamètre d'outil

Vitesse de broche modérée

Profondeur axiale importante

Engagement radial important

Avance élevée

Il s’agit d’un cas classique où le couple de broche et la rigidité de la machine deviennent importants.

Si la machine a un régime maximum élevé mais un couple insuffisant à la vitesse de coupe requise, l'augmentation de la vitesse de broche peut ne pas résoudre le problème.

La machine a besoin de suffisamment de puissance là où la découpeuse fonctionne réellement.

C’est l’un des points les plus importants à discuter avec un fournisseur de machines CNC.

18. Exemple : ébauche-à grande vitesse de l'aluminium

Considérons maintenant un gros composant en aluminium.

Le processus peut utiliser :

Vitesse de broche élevée

Fraises en carbure petites ou moyennes

Avance élevée

Taux d'enlèvement de matière élevé

Dans ce cas, la machine peut bénéficier d'une broche à vitesse élevée-avec une puissance suffisante sur la plage de régime la plus élevée.

Les exigences en matière de broche sont donc très différentes de celles de l'ébauche lourde de l'acier.

Cela illustre pourquoi il n’existe pas de réponse universelle à :

"Combien de kW une machine CNC doit-elle avoir ?"

La réponse dépend de ce que la machine est censée couper.

19. Les machines verticales, horizontales et à portique ont des exigences de puissance différentes

La configuration de la machine affecte également la discussion sur le pouvoir.

Centre d'usinage vertical

Un centre d'usinage vertical est largement utilisé pour le fraisage général, le perçage, les composants de moules et les pièces mécaniques.

La puissance de broche appropriée dépend de la taille de la pièce et de la stratégie de coupe.

Centre d'usinage horizontal

Un centre d'usinage horizontal est souvent utilisé pour l'usinage de production et l'usinage multi-faces.

Les applications-à usage intensif peuvent bénéficier d'un couple de broche élevé et d'un maintien rigide de la pièce.

Centre d'usinage à portique

Un centre d'usinage à portique est souvent choisi pour les grands moules, matrices, composants structurels et pièces surdimensionnées.

Ici, la puissance de la broche doit être prise en compte avec :

Grande taille de table

Rigidité des machines

Rigidité structurelle

Poids de la pièce

Cycles de coupe longs

La gamme de centres d'usinage à portique de Dabai comprend des machines grand-format destinées à des pièces beaucoup plus grandes. La sélection de la broche doit donc être évaluée en même temps que l'enveloppe de travail et la conception structurelle de la machine.

20. Devez-vous toujours choisir la machine CNC-puissance la plus élevée ?

Pas nécessairement.

Le surdimensionnement de la broche peut augmenter le coût d'achat sans apporter d'avantages significatifs en matière de production.

Si votre usinage normal utilise :

Petits outils

Coupes légères

Aluminium

Opérations de finition

une broche à très grande puissance-peut ne pas améliorer la productivité de manière proportionnelle.

En revanche, si votre production implique :

Gros composants en acier

Grands couteaux

Ebauche profonde

Taux d'enlèvement de matière élevés

Cycles de coupe longs et continus

une puissance de broche insuffisante peut devenir une limitation sérieuse.

L'objectif est d'adapter la broche au processus de production réel.

21. Quelles informations devez-vous fournir à un fabricant de machines CNC ?

Si vous demandez une recommandation de machine pour des coupes lourdes, fournissez plus que le nom de votre matériau.

Une fiche technique utile doit inclure :

Qualité du matériau

Plus grande taille de pièce

Poids de la pièce

Diamètre d'outil typique

Diamètre maximum de l'outil

Vitesse de coupe

Vitesse d'alimentation

Profondeur de coupe axiale

Engagement radial

Ebauche ou finition

Heures d'usinage prévues par jour

Volume de production requis

Par exemple:

Matériau : acier au carbone S45C
Outil : fraise à surfacer en carbure de 63 mm
Profondeur de coupe : 3 mm
Engagement radial : 40 mm
Production : ébauche continue

Ces informations donnent au fabricant de machines CNC quelque chose de concret à évaluer.

C'est bien plus utile que de simplement demander une "machine CNC à haute-puissance".

22. Liste de contrôle de sélection de la puissance de la machine CNC

Avant d'acheter une machine CNC pour des découpes lourdes, vérifiez :

Final : choisissez la puissance pour le processus de coupe, pas la fiche technique

La bonne puissance de la machine CNC pour les coupes lourdes ne peut pas être déterminée uniquement par le kW de la broche.

Un meilleur processus de sélection est le suivant :

Matériau → Outil → Vitesse de coupe → Diamètre de l'outil → Profondeur de coupe → Engagement radial → Vitesse d'avance → Taux d'enlèvement de matière → Puissance de broche + Couple

Pour l'aluminium, une vitesse de broche élevée et une capacité d'avance élevée peuvent être plus importantes.

Pour l'acier, l'acier inoxydable et la fonte, le couple de broche, la rigidité de la machine et la stabilité de la puissance délivrée peuvent devenir plus importants lors d'une ébauche lourde.

Pour les grandes fraises, la broche a besoin d'un couple utile au régime où ces fraises fonctionnent réellement.

Et pour les cycles de production longs, les performances continues de la broche sont plus importantes qu'une valeur de puissance maximale de courte durée.

Lorsque vous comparez un centre d'usinage CNC, ne vous demandez pas seulement :

"Combien de kW fait la broche ?"

Demander:

"Quelle quantité de puissance et de couple sont disponibles dans les conditions de coupe que nous utilisons réellement ?"

Cette question vous donne une base beaucoup plus significative pour sélectionner une machine CNC pour les découpes lourdes.

Dabai Precision Machine Tool fournit des centres d'usinage verticaux, des centres d'usinage horizontaux, des centres d'usinage à portique et des centres d'usinage à 5 axes avec différentes configurations de broches. Pour une application de coupe lourde-, la machine peut être évaluée en fonction du matériau réel de la pièce, de l'outillage, des paramètres de coupe, du maintien de la pièce et des exigences de production.