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Fraiseuse 'OTOCOUP'
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CNCLoisirs/Utilisation

Les secrets de la découpe numérique
(Article de Loisirs Nautiques)


Fraisage et vitesses

Quelques définitions :

La vitesse de coupe :
C'est la vitesse à laquelle la lame de l'outil attaque la pièce. Pour une même vitesse de rotation, la vitesse de coupe augmente avec le diamètre de l'outil. C'est pour celà que les outils de petit diamètre doivent tourner très vite. Une tête comportant un variateur de vitesse est absolument indispensable pour pouvoir ajuster cette vitesse. On exprime la vitesse de coupe généralement en mètres par minute. Par exemple, une fraise de 6mm de diamètre tournant à 15 000 tours minutes aura une vitesse de coupe de :
6 /1000 * 3.14 * 15000 = 283 m/minute.
C'est une vitesse qui est appropriée pour usiner du bois avec des outils carbure, mais loin de la vitesse maximum.

Cette vitesse de coupe dépend de trois choses :

La vitesse d'avance :
C'est la vitesse à laquelle avance votre tête de fraisage. Elle s'exprime en métres par minute ou en cm par minute.
Elle ne dépend que du réglage de vitesse de votre machine telle que définie dans votre programme de coupe. Avancer plus vite génère des efforts plus importants, il faut donc que votre machine puisse :
1/ Atteindre cette vitesse
2/ Développer sufisamment de force à la vitesse atteinte
Une vitesse d'avance plus faible donne généralement un meilleur fini de surface.
Ne pas avoir des vitesses d'avance trop faibles, cela fait chauffer les matériaux. Il faut faire des copeaux, pas de la poudre !
Une vitesse trop faible use votre fraise nettement plus rapidement.

L'effort dépend de tous les paramètres de coupe, mais surtout du matériau usiné, l'acier étant de loin le plus difficile.
Si vous êtes obligé de diminuer l'avance (pour une question de capacité machine ou pour obtenir un meilleur fini), il est parfois nécessaire de diminuer la vitesse de coupe (diminuer la vitesse de rotation), pour maintenir une épaisseur de copeau suffisante.

Nos machines 'amateur' de découpe n'étant pas des machines-outils, leur rigidité n'est pas très grande. Celà implique des risques de vibrations avec les matériaux rigides. D'autre part, la déformation liée à l'effort de coupe entraîne des imprécisions.

La profondeur de coupe :
Si les matériaux découpés sont relativement épais, on ne pourra pas les couper en une seule fois, il faudra effectuer plusieurs passes en descendant l'outil au fur et à mesure. Pour découper des panneaux en bois, par exemple, il est généralement déconseillé de dépasser le diamètre de la fraise comme profondeur de passe. Certaines fraises permettent un peu plus, mais soyez prudents, les fraises peuvent casser. Une plus grande profondeur augmente aussi les efforts de coupe.
Là encore, la rigidité de la machine est un paramètre important. Un manque de rigidité entraînant des efforts irréguliers augmente le risque de rupture.

Quelle fraise utiliser :
Les fraises à utiliser pour la découpe sont des fraises à taille hélicoïdale en carbure. Ne pas utiliser de fraises en acier rapide (HSS: High Speed Steel), qui se détruisent très rapidement. N'oubliez pas que les contreplaqués et panneaux de particules divers sont très abrasifs à cause de la colle. Pour la coupe du bois et des plastiques tendres, utilisez des fraises à hélice simple. Pour L'aluminium, le laiton et les plastiques durs, des fraises à deux hélices, et pour l'acier des fraises à trois hélices (trois 'dents' en quelque sorte...).

Pour les petits diamètres (jusqu'à 3) , on en trouve dans le catalogue électronique diffusion, page 11.15 du catalogue 2002-2003.

Pour tous les autres types de fraises, consultez HM diffusion (Seul le catalogue papier propose les fraises de découpe spiralées, qui ne sont pas sur le site Internet). Pour les fraises de découpe voir aussi le site Otelo et Ketele

Pour savoir tout ce qui se fait en matières de fraises et d'outils de découpe vynile voir le site Antares

Afin d'éviter de changer la pince de votre défonceuse trop fréquemment, achetez toutes vos fraises avec une queue de 8mm, évitez les queues de 6.


Boite de fraises classiques. Notez le roulement démonté sur une des fraises, ce qui est indispensable sur une machine CNC. Huilez après usage.
Boites de fraises de bonne qualité disponibles chez HM diffusion
Fraise classique de rainurage, 4mm de diamètre, avec une seule dent.
Pierre d'affutage diamantée à grain fin (le grain fin est de couleur rouge, le grain moyen de couleur bleue), indispensable pour affuter vos fraises carbure. 18 Euros chez HMdiffusion. Fabricant : DMT

Fraise de découpe en carbure massif à une seule hélice diamètre 8mm à très haut débit. Coupe sur toute la hauteur taillée (22mm)
Chez OTELO :
diam 6mm, coupe sur 20mm: 18.75 Euros HT, ref. 22 110 060
diam 8mm, coupe sur 22mm: 26.94 Euros HT, ref. 22 110 080


Le choix, l'usage et l'entretien des fraises est un des points essentiels pour l'usage d'un défonceuse, manuelle ou CNC. C'est aussi l'un des postes de coût les plus importants. On trouvera nombre de renseignements utiles dans les livres spécialisés. Pour faire le tour des divers fournisseurs et des livres sur le sujet, procurez vous la revue 'Idées défonceuses'.
Si vous travaillez le medium, très abrasif, l'usure sera importante et un petit 'rafraichissement' à la pierre diamantée après chaque usage est souhaitable. Pour la conservation, un petit coup de bombe '3 en 1 professionnel' (les bombes bleues) ou de WD40 permet d'éviter la rouille (l'affutage à la pierre diamantée se fait à l'eau).

Matériaux

Vous pouvez fraiser toutes sortes de matériaux :
- Le bois et ses dérivés :
Aucune difficulté, maintenez une vitesse d'avance suffisante pour tailler des copeaux et ne pas brûler le bois. N'oubliez pas que les panneaux assemblés par de la colle sont abrasifs pour les outils, donc l'usage d'outil carbures est indispensable.

- Le plastique :
Pas de difficulté particulière, pour autant que vous utilisiez vitesse de coupe et d'avance appropriées

- Les matériaux composites :
La coupe des matériaux composites est problématique, notamment du fait de la toxicité des copeaux produits. C'est donc plutôt déconseillé, même si vous avez une bonne aspiration.
Si vous souhaitez couper du carbone, il ne faut pas oublier que c'est un matériau électrostatique très conducteur, et que *tous* les accessoires électroniques de votre atelier risquent une destruction par court-circuit. Si vous insistez, il faudra mettre l'électronique de commande de votre machine sous pression avec de l'air prélevé dans une partie non contaminée.

- L'aluminium et ses alliages :
Pas de difficulté particulière, pour autant que vous utilisiez vitesse de coupe et d'avance appropriées. Les efforts de coupe étant sensiblement plus importants que pour du bois, il faut limiter l'avance.

- L'acier :
L'acier ne présente pas de difficulté particulière d'usinage, mais il nécessite de gros efforts de coupe, et la rigidité de la machine doit être suffisante pour éviter les vibrations. Une transmission parfaitement rigide (à vis) semble indispensable pour usiner l'acier.

Bien que moins problématique que le carbone, car moins électrostatiques, les poussières métalliques ne sont pas très amicales pour les équipements électroniques, et des précautions s'imposent donc pour votre électronique, qui devra être logée dans un boîtier le plus étanche possible, et situé le plus loins possible de la machine. Une bonne aspiration est indispensable.

Dans la pratique

Diamètre de la fraise Rotation moyenne pour usiner le bois.(pour une vitesse d'avance de 300 à 1500 mm/min) Rotation maximum pour usiner le bois
0-20 mm maxi (28 000) maxi (28 000)
20-25 mm 25 000 trs/min maxi (28 000)
25-35 mm 22 000 trs/min maxi (28 000)
35-50 mm 20 000 trs/min 20 000 trs/min 
50-70 mm 16 000 trs/min 16 000 trs/min

En fait, vous êtes plus ou moins obligé de vous limiter car votre vitesse d'avance ne sera pas suffisante.

Dans le bois, la vitesse d'avance est en fait limitée par la capacité de votre machine en terme de rigidité. Si vous allez trop vite, au moment de l'arrêt, il y a un phénomène de 'détente' mécanique qui va modifier les trajectoires. La poutre de la machine se tord sous l'effort et les courroies s'allongent. Quand le mouvement s'arrête, l'ensemble revient en place.
Les limites pratiques de ma machine (à câbles, sans les renforts en acier sur la poutre), sont actuellement d'environ 300-500 mm/min si les passes ne sont pas trop importantes.
Si vous construisez suivant les plans, la machine sera beaucoup plus rigide que la mienne, et je pense que vous pourrez probablement dépasser les 3000 mm/min.

Attention les chiffres ci-dessus sont des estimations préliminaires. Surveillez votre machine et utilisez votre jugement !
Casque anti-bruit et lunettes de sécurité obligatoires. Ca rend sourd !
Et un morceau de bois éjecté par une machine l'est généralement à plus de 200 km/h....
Il s'agit d'équipement tournat à haute vitesse, alors attention à la qualité de vos fraises. Si vous achetez des fraises 'Made in China', à vos risques. Et c'est de toute manière sans intérêt, car même en carbure, elles ne dureront pas.
Et n'oubliez pas, si vous diminuez l'avance, il faut diminuer la vitesse de rotation, pour éviter de brûler le bois.

-- le reste est à construire --