Technologie de fraisage 1 Introduction Le fraisage est un procédé d’usinage permettant d’obtenir des surfaces planes, convexes, concaves par le biais d’un outil multiple appelé FRAISE. FRAISE. La figure suivante, représente le schéma d’une pièce fabriquée par fraisage. Les surfaces usinées en fraisage peuvent être : − − − −
Surfaces planes : horizontales, verticales ou inclinées Surfaces cylindriques Surfaces hélicoïdales Surfaces de formes
2 La machine Fraiseuse La fraiseuse est une machine outil dédiée pour l’usinage par enlèvement de copeaux des pièces généralement à caractère prismatique. Les fraiseuses peuvent être classées en deux grandes catégories : −
−
Les fraiseuses universelles réservées aux travaux unitaires et en petites séries ; Les fraiseuses de production réservées aux travaux en série.
La figure suivante présente un exemple d’une fraiseuse verticale Avec une fraiseuse universelle, l’axe de la broche porte outil peut prendre une position variable.
3 L’outil fraise On distingue deux types de fraisage − −
Le fraisage en profil ou (en roulant) : l’axe de la fraise est parallèle à la surface usinée. Le fraisage en bout ou (de face) : l’axe de la fraise est perpendiculaire à le surface usinée.
Pour chaque type de fraisage on distingue −
−
Le travail en avalant : la vitesse de coupe et la vitesse d’avance sont de même sens. La dent de la fraise attaque la pièce avec une épaisseur de coupe maximale. Le travail en opposition : la vitesse de coupe et la vitesse d’avance sont de sens opposés. La dent attaque la matière de la pièce avec une épaisseur de coupe nulle.
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Une fraise la forme d’un solide de révolution portant plusieurs outils élémentaires (dents) r épartis sur la périphérie et en bout. Chaque dent est compar able à un outil de tour (mono tranchant). Une fraise est fabriquée monobloc en aciers rapide ARS ou à dents ou lames en ARS ou n carbure métalliques. La fraise, entraînée par la broc e de la machine, est animée par un mouvement de rotation uniforme (m uvement de coupe) La pièce à usiner, fixée sur la t ble de la machine, est animée par un mouvement de translation appelé mouvement d’avance Mf. et un mouvement de pénétration Mp Donc le copeau se forme par le mouvement de coupe qui est donné par la rotation de la fraise et le mouvement d’avance rectiligne communiqué à la pièce à usiner par l’intermédiaire de la table de la fraiseuse.
4 Montage de la pièce sur la machine : Pour le serrage des pièces sur la ta le de la fraiseuse plusieurs méthodes sont possibles. Les montages les plus utilisés sont : − − − −
- ablocage directe sur la ta le de la fraiseuse moyennant des brides de fixation - fixation par étau (adopté our le premier niveau) - utilisation du plateau tour ant - utilisation du diviseur
Étau
Plateau tournant
Diviseur
Le diagramme suivant représente la démarche et les règles à suivre pour assurer la bonn fixation de l’étau et de la pièce sur la table de la fraiseuse. ENISo 2010-2011
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Données - Fraiseuse verticale - Pièce
1.1.1.1.1.1
REGLES
Assurer le contact entre les surfaces de la porte pièce et la table.
Mise en position et maintien en position de l’étau par rapport à la table
Montage correct Nettoyer les surfaces afin d’éviter des défauts de géométrie ou de positionnement lors des opérations suivantes. Mise en position et maintien en position de la pièce par rapport à l’étau.
Montage correct
PIECE INSTALLEE
1 - Appui plan prépondérant sur les cales Pour garantir l’appui plan prépondérant sur les cales il faut régler C max. Permettant : L’appui sur les deux cales, Le dégagement minimal de la pièce par rapport aux mors de l’étau (accès outil). 2 - Appui prépondérant sur le mors fixe. Pour garantir l’appui plan prépondérant sur le mors fixe : Régler C max. permettant : + L’appui sur une cale. + Une sortie minimale de la pièce par rapport aux mors. - Interposer un rondin entre la pièce et le mors mobile,
4.1 Contrôle du parallélisme de l’étau par rapport au mouvement d’avance Les indications de graduation circulaire sont souvent insuffisamment précises. On doit effectuer un contrôle plus précis du parallélisme des mors par rapport au mouvement de la pièce. La démarche à, suivre, présentée dans la figure 1.6, est décrite par les étapes suivantes : − − − − − − − −
−
−
Dégager l’étau. Desserrer l’étau (fixé sur la semelle). Nettoyer le mors fixe ainsi que la glissière. Fixer le support de comparateur sur la glissière. Dégager le mors mobile afin de permettre le montage du comparateur. Faire correspondre le palpeur du comparateur en un point du mors fixe. Régler l’aiguille à zéro. Déplacer la table (sens longitudinal) jusqu'à ce que le palpeur du comparateur corresponde avec un autre point du mort. Remédier le défaut en donnant légèrement des coups, de façon à faire dévier l’aiguille du comparateur dans le sens contraire de la moitié de la valeur notée. Refaire la manipulation si nécessaire jusqu’à ce qu’on aura l’aiguille du comparateur à zéro.
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5 Grandeurs géométriques et cinématiques du fraisage Paramètres théoriques
Vitesse de coupe Vc (m/min) Avance par tour et par dent fz (mm/tr/dent) Avance par tour f (mm/tr) : f=Z.fz
Paramètres utiles au réglage de la machine
Vitesse de rotation N(tr/min) : N =
1000V c D
π
Vitesse d’avance Vf (mm/min) : Vf=N.f=N.Z.fz
6 Les grandeurs géométriques de la coupe en fraisage Paramètres théoriques
Profondeur de passe p (mm)
Paramètres utiles au réglage de la machine
Profondeur de passe p(mm)
Diamètre de la fraise D (mm) Angles de coupe et de dépouille Rayon de bec d’outil rε (mm) Epaisseur moyenne de coupe hm (mm) :
hm
=
f z
l D
Largeur fraisée (mm) l Nombre de dents Z
7 Principales opérations de fraisage N° 1 2 3 4 5 6
Désignation de l’opération Surfaçage de face Surfaçage de profil Fraisage combiné, prédominance de profil Rainurage 3 Tailles Rainurage 2 Tailles Fraisage combiné, prédominance de face
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Nom de l’outil Fraise à surfacer 2 tailles Fraise à surfacer 2T Fraise 2T Fraise 3T fixe ou expansible Fraise à rainurer 2, 3 ou 4 lèvres Fraise 2T
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8 Rugosité des surfaces fraisées L’état de surface des pièces dépend du type de fraisage. Dans le cas du fraisage de profil, l’état de surface dépend de l’avance par dent et du diamètre de la fraise. Plus l’avance par dent est petite moins profonds sont les sillons. Comme l’avance par dent est toujours faible (0.05 à 0.15), c’est le diamètre qui intervient le plus dans l’état de surface. Plus le diamètre est grand moins profonds sont les sillons. La hauteur maximale de rugosité s’exprime par :
1°) fraisage en opposition :
2°) Fraisage en avalant :
2
Rt = 125
f z D f z . Z
2
f z2 R t = 125 D f z .Z + π 2
−
π
En fraisage en roulant de finition, pour un outil en carbure ou en acier rapide, Ra varie de 0.8 à 3.2 m. en ébauche, pour un outil en carbure, Ra varie de 1.6 à 3.2m, pour un outil en acier rapide, Ra varie de 1.6 à12.5 m.
9 Effort et Puissance de coupe en fraisage La puissance totale fournie pendant la coupe s’exprime par : PC =
K S Q
60
Ks est la pression spécifique de coupe en N/mm2 Q est le débit en Cm3/min : Q
=
p.l. Z . f z .V C D
π
Vc est la vitesse de coupe en m/min Vf est la vitesse d’avance en mm/min :V f
=
D est le diamètre de la fraise en mm : PC
=
N . f
=
N . Z . f z
=
1000V C D
f
π
K S . p.l. Z . f z .V C
60π D
La résultante des efforts de coupe appliquée par l’outil sur la pièce a deux composantes −
−
L’effort tangentiel de coupe Fc : c’est l’effort tangent à la surface usinée, il est parallèle à la direction de la vitesse de coupe. L’effort d’avance Ff : il est parallèle à la direction de l’avance f
L’effort tangentiel de coupe Fc se calcule en utilisant la puissance de coupe : FC
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=
60PC VC
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10 Temps de coupe en fraisage 10.1 Fraisage en bout (de face):
Le temps de coupe tc (en seconde) s’exprime par : t C =
60 Lc
=
60( D + l + r '+ r )
V f
V f
Avec r et r’ sont les
distances d’engagement et de dégagement.
10.2 Fraisage en roulant (en profil) :
Figure 18 : Fraisage en profil Le temps de coupe tc (en seconde) s’exprime par : t C = distances d’engagement et de dégagement.
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60 Lc V f
=
60(2 X + l + r '+r ) V f
Avec r et r’ sont les
X = h.( D − h )
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