Choisir la bonne vitesse de broche CNC n'est pas aussi simple que de trouver le régime maximum indiqué dans les spécifications d'une machine.

Une machine CNC peut avoir une broche capable de tourner à 12 000, 15 000 ou même 20 000 tr/min, mais cela ne signifie pas que la machine doit fonctionner à la vitesse maximale pour chaque matériau.

La vitesse de broche correcte dépend de plusieurs facteurs agissant ensemble :

• Matériau de la pièce
• Matériau de l'outil de coupe
• Diamètre de l'outil
• Vitesse de coupe
• Opération d'usinage
• Profondeur de coupe
• Vitesse d'avance
• Rigidité des machines
• Finition de surface requise

C'est pourquoi la vitesse de broche CNC appropriée pour l'aluminium peut être complètement différente de la vitesse appropriée pour l'acier au carbone ou l'acier inoxydable.

Pour les acheteurs et les machinistes, la question la plus utile n’est pas :

"Combien de tr/min cette machine CNC peut-elle atteindre ?"

C'est:

"Quelle vitesse de broche cette machine peut-elle utiliser efficacement pour les matériaux et les outils que nous utilisons réellement ?"

1. La vitesse de broche et la vitesse de coupe ne sont pas la même chose

C'est la première distinction à comprendre.

La vitesse de rotation de la broche est normalement exprimée en tours par minute :

RPM

Il vous indique à quelle vitesse la broche tourne.

La vitesse de coupe décrit la vitesse relative entre l'arête de coupe et la surface de la pièce, normalement exprimée en :

m/min ou SFM

Ces deux valeurs sont liées par le diamètre de l'outil.

Pour l'usinage métrique, un calcul courant est le suivant :

n=(1000 × Vc) / (π × D)

Où:

n=vitesse de broche en tr/min

Vc=vitesse de coupe en m/min

D=diamètre de l'outil en mm

Cela signifie que la même vitesse de coupe peut nécessiter des vitesses de broche très différentes en fonction du diamètre de l'outil.

Par exemple, une petite fraise peut nécessiter un régime beaucoup plus élevé qu'une grande fraise à surfacer, même lors de l'usinage du même composant en aluminium.

C'est pourquoi dire :

"L'aluminium doit être usiné à 10 000 tr/min"

n'a pas de sens technique sans connaître le diamètre de l'outil et les conditions de coupe.

2. Pourquoi le même matériau peut nécessiter des vitesses de broche différentes

Supposons que vous usiniez de l’aluminium.

Une fraise en carbure de 6 mm et une fraise à surfacer de 50 mm n'utiliseront pas la même vitesse de broche.

Le plus petit couteau peut normalement fonctionner à une vitesse de rotation beaucoup plus élevée.

La plus grande fraise couvre plus de distance par tour, de sorte que le régime requis est plus faible pour la même vitesse de coupe.

Par exemple, si la vitesse de coupe recommandée est de 300 m/min :

Pour un outil de 10 mm :

n ≈ 9 550 tr/min

Pour un outil de 50 mm :

n ≈ 1 910 tr/min

Le matériau n'a pas changé.

Le diamètre de l'outil a changé.

C'est pourquoi la sélection de la vitesse de broche CNC doit toujours commencer par l'outil de coupe et le matériau plutôt que par le régime maximum de la machine.

3. Comment choisir la vitesse de broche CNC pour l'aluminium

L'aluminium est généralement associé à l'usinage CNC-à grande vitesse, car de nombreux alliages d'aluminium peuvent être usinés à des vitesses de coupe relativement élevées.

Mais la vitesse exacte de la broche CNC pour l'aluminium dépend de :

Alliage d'aluminium

Matériel d'outil

Diamètre de l'outil

Nombre de flûtes

Opération de coupe

Liquide de refroidissement

Rigidité des machines

Par exemple, une petite fraise en carbure utilisée pour la finition d'un boîtier en aluminium peut fonctionner à un régime considérablement plus élevé qu'une grande fraise à surfacer utilisée pour l'ébauche.

Une vitesse de broche élevée peut être particulièrement utile dans les cas suivants :

Utiliser des outils de petit-diamètre

Usinage de parois fines

Finition des surfaces en aluminium

Retirer du matériel de poches complexes

Cependant, la vitesse maximale de la broche n’est pas automatiquement l’objectif.

Si la machine atteint 18 000 tr/min mais que l'outil sélectionné et les conditions de coupe nécessitent 8 000 tr/min, tourner à 18 000 tr/min simplement parce que la machine peut le faire n'est pas un avantage.

4. Comment choisir la vitesse de broche CNC pour l'acier au carbone

L'acier au carbone nécessite généralement une approche d'usinage différente.

La vitesse de coupe recommandée est généralement inférieure à celle de nombreuses applications en aluminium, en particulier lorsque vous utilisez des outils en carbure conventionnels et effectuez des coupes plus lourdes.

Pour la vitesse de broche CNC pour l'acier, considérez :

Nuance d'acier

Matériel d'outil

Revêtement d'outils

Diamètre de l'outil

Ebauche ou finition

Profondeur de coupe

Rigidité des machines

L'usinage lourd de l'acier peut également imposer des charges importantes sur la broche et la structure de la machine.

Cela signifie que le couple de broche devient de plus en plus important.

Une machine avec un régime extrêmement élevé n'est peut-être pas le meilleur choix si votre production est dominée par l'ébauche lourde de l'acier.

Par exemple, une fraise de grand diamètre-enlevant une matière importante peut fonctionner à un régime relativement faible tout en nécessitant un couple de broche élevé.

C’est l’une des raisons pour lesquelles les acheteurs devraient comparer la vitesse et le couple de broche lors de la sélection d’un centre d’usinage CNC.

5. L’acier inoxydable nécessite plus de soins

L’acier inoxydable fait partie des matériaux pour lesquels de mauvais paramètres de coupe peuvent rapidement créer des problèmes.

Selon la nuance et les conditions d'usinage, une chaleur ou un frottement excessif peuvent contribuer à :

Usure des outils

Écrouissage

Mauvaise finition de surface

Bord-construit

Problèmes dimensionnels

Par conséquent, la sélection de la vitesse de broche CNC pour l’acier inoxydable ne doit pas être basée uniquement sur le nom du matériau.

L'acier inoxydable austénitique, l'acier inoxydable martensitique, l'acier inoxydable à durcissement par précipitation-et d'autres nuances peuvent avoir des caractéristiques d'usinage différentes.

La géométrie et le revêtement des outils sont également importants.

Si le fournisseur d'outils fournit des plages de vitesses de coupe-recommandées, ces valeurs doivent être utilisées comme point de départ.

Ajustez ensuite les conditions de coupe en fonction de :

Performances réelles de l'outil

Rigidité des machines

Liquide de refroidissement

Stabilité de la pièce

Profondeur de coupe

6. La fonte ne nécessite pas automatiquement un régime élevé

L'usinage de la fonte peut générer un environnement de coupe très différent de celui de l'aluminium.

Selon la qualité et l'application, la fonte peut générer une usure abrasive et de grandes quantités de copeaux ou de poussières.

La vitesse de broche CNC appropriée dépend de :

Qualité fonte

Matériel d'outil

Revêtement d'outils

Diamètre de coupe

Usinage à sec ou humide

Ebauche ou finition

Dans de nombreuses applications en fonte, la stabilité de la machine et la durée de vie de l'outil peuvent être plus importantes que l'optimisation de la vitesse de broche.

Ceci est un autre exemple de la raison pour laquelle le régime le plus élevé indiqué sur la fiche technique de la machine n'est pas nécessairement le nombre le plus utile pour la production.

7. Le diamètre de l'outil a un effet direct sur le régime

Le diamètre de l'outil est l'une des variables les plus importantes dans le calcul de la vitesse de la broche-.

En utilisant:

n=(1000 × Vc) / (π × D)

vous pouvez voir que le régime diminue à mesure que le diamètre de l'outil augmente.

Pour la même vitesse de coupe :

Petit outil → RPM plus élevé

Grand outil → RPM inférieur

Cela devient particulièrement important lors du choix d’une broche de machine CNC.

Une broche à grande-vitesse peut être utile lorsque votre production utilise de nombreux outils-de petit diamètre.

Mais si votre production utilise principalement de grandes fraises pour l'ébauche lourde, le couple et la puissance de la broche peuvent être plus importants que le régime maximum.

8. L'ébauche et la finition n'utilisent pas toujours la même vitesse de broche

Le même matériau et le même outil peuvent être utilisés dans différentes conditions de coupe pour l'ébauche et la finition.

Ebauche

L’objectif est généralement d’éliminer efficacement la matière.

Le processus peut impliquer :

Plus grande profondeur de coupe

Engagement radial plus important

Forces de coupe plus élevées

Charge de broche plus importante

La rigidité et le couple de la machine deviennent importants.

Finition

L'objectif est généralement :

• Qualité des surfaces
• Précision dimensionnelle
• Mouvement d'outil stable
• Conditions de coupe constantes

Une opération de finition peut utiliser un diamètre d'outil, une vitesse d'avance, un engagement radial et une vitesse de broche différents.

Par conséquent, il n’existe pas de « RPM correct » unique pour un matériau.

La vitesse de broche correcte appartient à une combinaison spécifique outil + matériau + opération.

9. La vitesse de la broche doit correspondre à la vitesse d'avance

Changer le régime sans tenir compte de l'avance peut créer un autre problème.

Pour le fraisage, une relation courante est :

Vf=n × z × fz

Où:

Vitesse d'avance Vf =

n=vitesse de broche

z=nombre d'arêtes de coupe

fz=avance par dent

Supposons que vous augmentiez considérablement la vitesse de broche tout en gardant la vitesse d'avance inchangée.

La charge de copeaux par dent peut devenir trop faible.

L'outil peut commencer à frotter au lieu de couper efficacement.

D'un autre côté, augmenter l'avance sans tenir compte de la vitesse de broche peut augmenter la charge de coupe et potentiellement provoquer :

Casse d'outil

Bavarder

Mauvaise finition de surface

Surcharge de broche

C'est pourquoi la vitesse de broche CNC et l'avance doivent être sélectionnées par paire et non indépendamment.

10. N'ignorez pas la vitesse maximale de la broche de la machine CNC

Après avoir calculé la vitesse de broche requise, comparez-la avec les capacités réelles de la machine.

Par exemple:

Vitesse requise :

14 000 tr/min

Maximum de machines :

12 000 tr/min

Vous ne pouvez pas simplement programmer 14 000 tr/min.

La machine CNC doit fonctionner dans sa plage de vitesse de broche-.

Mais la situation inverse est également importante.

Supposons que votre machine puisse atteindre :

20 000 tr/min

alors que votre production utilise principalement :

Fraises de 30 à 50 mm pour l'acier

La capacité de 20 000 tr/min peut apporter peu de valeur à votre opération principale.

C'est pourquoi un acheteur doit sélectionner les spécifications de la broche de la machine CNC en fonction de la plage de coupe réelle plutôt que de simplement choisir la machine avec le régime maximum le plus élevé.

11. Le couple de broche est important à des vitesses inférieures

La puissance et le couple de la broche deviennent particulièrement importants lors de coupes lourdes.

La relation entre la puissance de la broche, le couple et la vitesse signifie que la capacité d'une machine à maintenir le couple sur toute sa plage de fonctionnement affecte ses performances lors des différentes opérations de coupe.

Ceci est important lors de l'usinage :

Acier au carbone

Acier inoxydable

Fonte

Grands moules

Composants mécaniques lourds

Une broche à grande vitesse-optimisée pour l'usinage léger peut ne pas offrir les mêmes performances pratiques qu'une broche conçue pour un couple élevé à des vitesses inférieures.

Lorsque vous comparez les spécifications des machines CNC, demandez au fabricant la courbe de couple de broche si un usinage lourd fait partie de votre production.

Cela vous en dit plus que le régime maximum seul.

12. La rigidité de la machine peut limiter la vitesse de broche que vous pouvez réellement utiliser

La vitesse de broche calculée peut être théoriquement appropriée, mais la machine doit néanmoins maintenir une coupe stable.

Si la configuration est faible, l’augmentation du régime peut parfois aggraver les vibrations.

Les causes possibles incluent :

Rigidité de la machine insuffisante

Long porte-à-faux de l'outil

Faible tenue de la pièce

Parois minces de la pièce

Outillage déséquilibré

Paramètres de coupe incorrects

Ceci est particulièrement important pour l'usinage de poches profondes-et les gros outils.

Si vous rencontrez des vibrations, ne présumez pas automatiquement qu'une vitesse de broche plus élevée ou plus faible est la seule solution.

Vérifiez l'ensemble du système d'usinage :

Machine + outil + support + montage + pièce + paramètres de coupe

13. Comment le matériau de l'outil modifie la vitesse de la broche

L'outil de coupe lui-même affecte également la vitesse de coupe recommandée.

Les matériaux d’outils courants comprennent :

Acier rapide-

Carbure

Carbure revêtu

Céramique

Autres matériaux de coupe spécialisés

Un outil en carbure peut prendre en charge des vitesses de coupe nettement plus élevées qu'un outil HSS conventionnel dans le même matériau.

Le revêtement des outils peut également affecter les performances.

Par exemple, les revêtements conçus pour des groupes de matériaux spécifiques peuvent améliorer la résistance à l'usure et permettre différentes conditions de coupe.

Par conséquent, lors du calcul de la vitesse de broche CNC, ne fournissez pas uniquement au fournisseur de machines CNC le matériau de la pièce à usiner.

Identifiez également l’outillage prévu.

14. Un point de départ pratique pour différents matériaux

Le tableau suivant doit être traité comme un cadre de départ et non comme un graphique RPM universel.

La vitesse exacte de la broche doit toujours provenir des recommandations du fabricant de l'outil de coupe-et être ajustée en fonction de la machine et de la configuration réelles.

15. Exemple : Pourquoi un matériau peut utiliser plusieurs valeurs de régime différentes

Supposons que vous usiniez un boîtier en aluminium.

Vous disposez de trois opérations :

Opération 1 - Surfaçage

Diamètre de l'outil : 50 mm

La plus grande fraise signifie qu’une vitesse de broche relativement faible peut être appropriée.

Opération 2 - Fraisage de poches

Diamètre de l'outil : 12 mm

Le couteau plus petit permet un régime beaucoup plus élevé pour la même vitesse de coupe.

Opération 3 -Usinage de petits-trous

Diamètre de l'outil : 4 mm

Le régime requis peut être à nouveau considérablement plus élevé.

Le matériau est identique.

La machine est identique.

Mais la vitesse de broche change parce que l’outillage et l’opération d’usinage changent.

C'est pourquoi une déclaration telle que :

"Nous usinons l'aluminium, nous avons donc besoin d'une broche à 20 000 tr/min."

ne fournit pas suffisamment d'informations pour sélectionner un centre d'usinage CNC.

16. Que se passe-t-il si la vitesse de broche est trop élevée ?

Une vitesse de broche excessive peut créer plusieurs problèmes en fonction de l'outil et du matériau.

Les symptômes possibles incluent :

Chaleur excessive

Usure rapide des outils

Mauvaise durée de vie de l'outil

Brûlure ou décoloration

Mauvaise finition de surface

Vibration

Surcharge de broche

Pour certains matériaux, une chaleur excessive peut également affecter la pièce ou accélérer la dégradation de l’outil.

La bonne réponse n’est pas toujours simplement de réduire le régime.

Vous devrez peut-être également ajuster :

Vitesse d'avance

Profondeur de coupe

Engagement radial

Liquide de refroidissement

Géométrie de l'outil

Le système de coupe doit rester équilibré.

17. Que se passe-t-il si la vitesse de broche est trop faible ?

Un faible régime peut également créer des problèmes.

En fonction de l'outil et du matériau, la fraise peut frotter plutôt que de couper efficacement.

Cela peut entraîner :

Mauvaise finition de surface

Force de coupe excessive

Bord-construit

Usure accrue des outils

Mauvaise formation de copeaux

Encore une fois, la vitesse de broche correcte dépend des conditions de coupe.

L’objectif n’est pas de fonctionner au régime le plus bas possible.

Il s'agit de maintenir la vitesse de coupe appropriée pour l'outil et le matériau sélectionnés.

18. Comment choisir la bonne vitesse de broche CNC, étape par étape

Un processus de sélection pratique est le suivant :

Étape 1 - Identifiez le matériau

Déterminez la qualité réelle du matériau.

« L'acier » n'est pas assez spécifique pour de nombreuses applications.

Étape 2 - Sélectionnez l'outil de coupe

Identifier:

Matériel d'outil

Revêtement d'outils

Diamètre de l'outil

Nombre de flûtes

Étape 3 - Obtenez la vitesse de coupe recommandée

Utilisez les-données techniques du fabricant de l'outil de coupe comme point de départ.

Étape 4 - Calculer la vitesse de broche

Utiliser:

n=(1000 × Vc) / (π × D)

Étape 5 - Vérifiez la broche de la machine

Confirmez que la broche de la machine CNC peut fonctionner au régime requis et fournir une puissance et un couple suffisants.

Étape 6 - Calculer la vitesse d'avance

Utilisez l'avance recommandée par dent et la géométrie de l'outil.

Étape 7 - Exécuter un test contrôlé

Moniteur:

Charge de broche

Usure des outils

Finition superficielle

Formation de copeaux

Vibration

Stabilité dimensionnelle

Étape 8 - Ajuster en fonction de la production réelle

La valeur calculée est un point de départ.

Les conditions de production déterminent les paramètres de travail finaux.

19. Qu'est-ce que cela signifie lors de l'achat d'une machine CNC

Si vous achetez un centre d'usinage CNC, ne le dites pas uniquement au fabricant :

"Nous avons besoin d'une vitesse de broche élevée."

Dites-leur ce que vous usinez réellement.

Par exemple:

Boîtiers en aluminium, fraises en carbure de 6 à 16 mm, production en grand volume-, principalement fraisage de poches et de contours.

Ou:

Composants en acier au carbone, fraises de 40 à 80 mm, ébauche lourde, poches profondes, cycles d'usinage longs.

Ces deux applications peuvent nécessiter des caractéristiques de broche très différentes.

Le fabricant de machines CNC peut alors évaluer :

• Vitesse maximale de la broche
• Vitesse nominale de la broche
• Puissance de broche
• Couple de broche
• Interface de l'outil
• Circuit de refroidissement
• Rigidité des machines

Cela produit une recommandation de machine beaucoup plus utile.

20. N'achetez pas une machine CNC basée uniquement sur le régime maximum

Une machine annoncée avec :

20 000 tr/min

n'est pas automatiquement meilleur qu'un avec :

12 000 tr/min

La plage de broches utile dépend de ce que vous produisez réellement.

Pour l'usinage de l'aluminium à grande vitesse-avec de petits outils, un régime plus élevé peut s'avérer précieux.

Pour l'usinage d'acier lourd avec de grandes fraises, le couple et la rigidité peuvent avoir plus d'importance.

Pour une production mixte, une gamme de broches équilibrée peut offrir une flexibilité plus pratique.

Par conséquent, lorsque vous comparez les spécifications des machines CNC, évaluez la broche en fonction de :

Matériau + Diamètre de l'outil + Vitesse de coupe + Charge de coupe + Volume de production

plutôt que le régime maximum seul.

Final : Choisissez la broche en fonction du processus de coupe

La vitesse de broche CNC correcte ne peut pas être sélectionnée uniquement à partir du nom du matériau.

Un calcul pratique suit :

Matériau → Outil → Diamètre de l'outil → Vitesse de coupe → RPM de la broche → Vitesse d'avance → Test de coupe réel

Pour l'aluminium, des vitesses de broche plus élevées peuvent être utiles pour les outils de petit-diamètre et l'usinage à grande vitesse-.

Pour l'acier au carbone et l'acier inoxydable, la vitesse appropriée est généralement plus étroitement liée au matériau de l'outil, à la charge de coupe, au contrôle thermique, au couple de broche et à la rigidité de la machine.

Pour les grandes fraises et les ébauches lourdes, le régime maximum peut être bien moins important que la capacité de la broche à maintenir un couple utile.

C'est pourquoi les acheteurs évaluant un centre d'usinage CNC devraient examiner les performances complètes de la broche plutôt que un chiffre sur la fiche technique.

Si vous sélectionnez une machine CNC pour un matériau spécifique, fournissez la qualité du matériau, le diamètre typique de l'outil, l'opération d'usinage, la profondeur de coupe et les exigences de production au fabricant de la machine CNC. Ces détails permettent d'évaluer la plage de vitesse de broche, la puissance de broche, le couple et la configuration de la machine par rapport au processus d'usinage réel.

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