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AccueilProfondeur de coupe en usinage : formules, limites et optimisation
Publié le 14 mai 2025 
La compréhension de la profondeur de passe (DOC) est essentielle pour obtenir une bonne qualité d'usinage tout en maintenant la productivité. Un machiniste expert doit bien comprendre les formules, les limites et l'optimisation de la profondeur de passe. Ainsi, un taux d'enlèvement de matière (TEM) optimal peut être atteint tout en tenant compte des capacités de la machine CNC.
Profondeur de coupe : ce que cela signifie réellement
La profondeur de passe est un paramètre important dans les travaux d'usinage. Une profondeur de passe optimale permet d'obtenir un taux d'enlèvement de matière optimal (TEM) sans compromettre la qualité de l'état de surface. Une profondeur de passe correcte limite les effets indésirables sur la durée de vie de l'outil, la matière de la pièce et l'efficacité globale de l'usinage.
DOC axial vs. DOC radial
La profondeur de coupe axiale (ADOC) correspond à la distance verticale de pénétration de l'outil dans la pièce. La profondeur de coupe radiale (RDOC) correspond à la largeur de l'outil en contact avec la matière. L'ADOC et la RDOC influencent toutes deux le taux d'enlèvement de matière (MRR).
Différence entre l'épaisseur de copeaux et le pas de copeaux
L'épaisseur du copeau donne simplement une moyenne de l'épaisseur de matière retirée par passe. Le pas de coupe, quant à lui, indique la largeur du copeau retiré, si celui-ci est supposé plat et sans ondulation.
Pourquoi le DOC représente un tiers de la triade « vitesse-avance-profondeur » de l'usinage
DOC porte 1/3rd importance dans le réglage des paramètres d'usinage. Les 2/3 restantsrd L'importance des vitesses et des avances est primordiale. Par exemple, si un machiniste souhaite augmenter la vitesse de 100 tr/min, le MRR n'augmentera pas à moins d'ajuster proportionnellement l'avance et la profondeur. Un juste équilibre entre ces trois éléments permettra d'obtenir les résultats escomptés.
Vitesse de coupe, avance et profondeur de coupe dans l'usinage CNC
Un réglage optimal des paramètres de coupe CNC, associant vitesse de coupe, avance et profondeur de coupe, donne de bons résultats. Un réglage déséquilibré peut engendrer des difficultés telles qu'une usure excessive de l'outil, des dommages à la pièce, un mauvais état de surface, des vibrations, voire des dimensions irrégulières.
Vitesse de coupe par rapport à la profondeur de coupe
La vitesse de coupe, généralement mesurée en SFM, correspond à la vitesse de déplacement de l'arête de coupe par rapport au matériau. La profondeur de coupe (DOC) correspond à la profondeur de pénétration de l'outil dans le substrat. Si la vitesse de coupe doit être augmentée, la profondeur de coupe doit être réduite de manière équilibrée. Dans le cas contraire, une force excessive exercée sur l'outil pourrait l'user, voire le casser. Cela pourrait également entraîner des vibrations et une mauvaise qualité de finition.
Vitesse d'avance par rapport à la profondeur de coupe
- Quelle est la différence entre l'avance et la profondeur de coupe ?
L'avance correspond à la distance parcourue par l'outil par tour. Ces deux paramètres de coupe doivent être équilibrés. Lorsque la profondeur de coupe (DOC) doit être augmentée, l'avance doit être modérée afin d'éviter de surcharger l'outil.
Vitesse, avance et DOC : trouver le juste milieu
Le meilleur équilibre réside dans le bon équilibre entre vitesse, avance et profondeur d'usinage. Ce point doit être le point où le taux d'enlèvement de matière est suffisant, l'usure de l'outil faible et la qualité de surface optimale.
DOC axial et radial par opération
La profondeur de coupe axiale (ADOC) et la profondeur de coupe radiale (RDOC) jouent des rôles différents dans les opérations CNC telles que le tournage, le fraisage et le perçage. Si l'objectif principal reste une productivité accrue, un réglage équilibré de ces deux valeurs est nécessaire. L'utilisateur doit maîtriser ces réglages en usinage CNC.
Tournage (rainure d'ébauche vs. passe de finition)
Dans les opérations de tournage, le RDOC est très faible. La valeur de l'ADOC dépend de facteurs tels que la géométrie de l'outil, les propriétés du matériau et les capacités de la machine CNC. En passes d'ébauche, l'ADOC est généralement plus élevé car le MRR est prioritaire sur l'état de surface. L'inverse est vrai pour les passes de finition.
Fraisage (rainurage, fraisage latéral, HEM adaptatif)
Pour les opérations de fraisage comme le rainurage, l'ADOC est plus faible lorsque toute la largeur de l'outil est engagée dans la pièce (le RDOC est alors réglé au maximum). Pour le fraisage latéral, l'ADOC et le RDOC sont tous deux modérés. Une partie de la largeur de l'outil est engagée. En fraisage HEM (haut rendement), l'ADOC est maintenu élevé tandis que le RDOC est réglé au minimum.
Perçage et alésage (cycles de perçage par paliers ou cycles de perçage par perçage)
Dans les applications de perçage et d'alésage, la profondeur de coupe radiale importe peu. L'outil pénètre entièrement la pièce.
Formules de profondeur de coupe et comment la calculer
Un calcul précis de la profondeur de coupe (DOC) est essentiel. Un calcul préalable de la DOC permet d'élaborer des stratégies de parcours d'outil efficaces et de garantir un MRR prévisible. Il existe des formules de profondeur de coupe et des tables de référence permettant aux opérateurs de calculer la profondeur de coupe au préalable.
Formule de tournage : DOC = (D_out – D_in) ⁄ 2
La formule de profondeur de coupe pour le tournage est :
DOC (pour le tournage) = (D(extérieur) - D(intérieur))/2
Où? :
- Dextérieurest le diamètre d'origine de la pièce
- Dintérieur est le diamètre après un passage
- Il est divisé par 2 car une réduction s'est produite aux deux extrémités du diamètre.
À titre d'exemple, si le diamètre d'origine est de 12 mm et que le nouveau diamètre après un passage est de 11 mm, la profondeur de coupe serait :
(12-11)/2= 0.5 mm
Formule de fraisage : DOC = (profondeur de coupe totale – passe précédente)
La formule de profondeur de coupe pour le fraisage est :
DOC = Profondeur totale de coupe – Profondeur de la passe précédente
Table de profondeur de fraise pratique
|
Diamètre de l'outil (mm) |
Plage DOC axiale (mm) |
DOC max. (mm) |
|
3 mm |
0.3 - 0.6 mm |
1.5 mm |
|
6 mm |
0.6 - 1.2 mm |
3 mm |
|
10 mm |
1 - 2 mm |
5 mm |
|
12 mm |
1.5 - 2.5 mm |
6 mm |
|
16 mm |
2 - 3.5 mm |
8 mm |
|
20 mm |
2.5 - 4 mm |
10 mm |
|
25 mm |
3 - 5 mm |
12 mm |
Qu'est-ce qui limitera la profondeur de coupe lors de l'usinage ?
Tout opérateur souhaite atteindre un taux d'enlèvement de matière maximal (TEM) sans compromettre la durée de vie de l'outil ni l'état de surface. Cependant, certaines contraintes, telles que les capacités de la machine, le type d'outil, son rodage, les propriétés des matériaux, etc., peuvent limiter la profondeur de coupe.
- Quelle est la règle pour déterminer la profondeur de coupe ?
En réalité, il est préférable de calculer au préalable la profondeur de coupe des opérations d'usinage. Commencez ensuite par une faible profondeur de coupe et augmentez-la progressivement afin d'optimiser la qualité de l'usinage sans affecter les autres paramètres de qualité.
Matériau de la pièce
Un matériau plus dur et plus résistant ne permet pas d'obtenir un DOC élevé. L'inverse est vrai pour une pièce ayant une résistance à la traction modérée. Un matériau très ductile présente également des problèmes spécifiques, comme l'empilement et le BOE. Il est donc recommandé de rechercher un équilibre entre le DOC et le BOE.
Outillage d'usinage
Les outils d'usinage spécialisés, comme les outils en carbure ou les outils revêtus, permettent une profondeur de coupe plus importante, tandis que les outils en acier à outils offrent une profondeur de coupe modérée. Les arêtes affûtées ou arrondies supportent des charges plus lourdes.
Machines et montages
La rigidité de la machine et la stabilité du dispositif contribuent à prévenir les vibrations et les broutages. Il est ainsi possible d'obtenir une profondeur de coupe plus importante. Cela dépend également de la puissance de la broche. Une puissance plus élevée permet de pousser davantage de matière en un seul passage.
Finition de surface souhaitée
Pour les passes d'ébauche, le MRR est prioritaire sur la finition de surface, ce qui nécessite une profondeur de coupe plus importante. En revanche, la finition finale nécessite un DOC faible et doux pour obtenir le lissé de surface souhaité.
Alimentation en liquide de refroidissement et évacuation des copeaux
Une bonne alimentation en liquide de refroidissement permet d'éviter d'endommager l'outil et la pièce par surchauffe. Le COD peut ainsi être augmenté. Cependant, dans certaines situations, le liquide de refroidissement provoque un gondolement des copeaux, ce qui peut nuire à l'état de surface. Dans ce cas, l'utilisation de brise-copeaux peut s'avérer utile.
Plages de profondeur de coupe recommandées par matériau
Le respect des profondeurs de coupe recommandées permet d'optimiser les paramètres de coupe lors de l'usinage CNC. Des tableaux de référence sont établis en fonction du type de matériau. Ces tableaux doivent être affichés dans l'atelier d'usinage pour faciliter la tâche des opérateurs.
Aluminium 6061 et 7075
|
Diamètre de l'outil (mm) |
Ébauche ADOC |
Terminer ADOC |
Remarques |
|
3 mm |
1.5 - 3.0 mm |
0.2 - 0.5 mm |
Utilisez un régime et une avance élevés. Le dégagement des copeaux est essentiel. |
|
6 mm |
3 - 6 mm |
0.3 - 1 mm |
Il peut couper jusqu'à la longueur totale de l'outil dans des configurations souples |
|
10 mm |
5 - 10 mm |
0.5 - 1.5 mm |
Équilibrez le DOC et la vitesse d'avance pour une meilleure durée de vie de l'outil |
|
12 mm |
6 - 12 mm |
0.5 - 2 mm |
Utilisez un liquide de refroidissement par inondation pour des résultats optimaux |
|
16 mm |
8 - 16 mm |
1 - 3 mm |
Mise en place d'un montage rigide. Fabrication d'un mécanisme d'évacuation des copeaux. |
|
20 mm |
10 - 20 mm |
1.5 - 4 mm |
Des taux d'enlèvement de matière élevés sont réalisables |
|
25 mm |
12 - 25 mm |
2 - 5 mm |
La déviation de l'outil doit être évitée |
Inox 304/316
|
Diamètre de l'outil (mm) |
Ébauche ADOC |
Terminer ADOC |
Remarques |
|
3 mm |
0.8 - 1.5 mm |
0.1 - 0.3 mm |
Utilisez des outils en carbure tranchants et revêtus |
|
6 mm |
1.5 - 3 mm |
0.2 - 0.6 mm |
Réduisez le régime pour contrôler l'accumulation de chaleur |
|
10 mm |
2.5 - 5 mm |
0.3 - 1 mm |
Maintenez l'engagement radial bas pour éviter la déviation de l'outil |
|
12 mm |
3 - 6 mm |
0.5 - 1.2 mm |
Préférez le fraisage en montée pour une meilleure finition. |
|
16 mm |
4 - 8 mm |
0.6 - 1.5 mm |
Utilisez un liquide de refroidissement par inondation pour des résultats optimaux |
|
20 mm |
5 - 10 mm |
1 - 2 mm |
Utilisez une vitesse de coupe plus faible et une avance constante pour minimiser l'écrouissage. |
|
25 mm |
6 - 12 mm |
1 - 2.5 mm |
Utilisez un faible pas radial pour prolonger la durée de vie de l'outil. |
Titane Ti-6Al-4V
|
Diamètre de l'outil (mm) |
Ébauche ADOC |
Terminer ADOC |
|
3 mm |
0.6 - 0.9 mm |
0.1 - 0.2 mm |
|
6 mm |
1.2 - 1.8 mm |
0.2 - 0.4 mm |
|
10 mm |
2 - 3 mm |
0.3 - 0.5 mm |
|
12 mm |
2.5 - 3.5 mm |
0.4 - 0.6 mm |
|
16 mm |
3 - 5 mm |
0.5 - 0.8 mm |
|
20 mm |
4 - 6 mm |
0.6 - 1.0 mm |
|
25 mm |
5 - 7.5 mm |
0.8 - 1.2 mm |
Inconel 718
|
Diamètre de l'outil (mm) |
ADOC |
Engagement radial (%) |
|
3 mm |
0.24 - 0.36 mm |
5% - 10% |
|
6 mm |
0.48 - 0.72 mm |
5% - 10% |
|
10 mm |
0.8 - 1.2 mm |
5% - 8% |
|
12 mm |
0.96 - 1.44 mm |
4% - 8% |
|
16 mm |
1.28 - 1.92 mm |
3% - 6% |
|
20 mm |
1.6 - 2.4 mm |
3% - 5% |
|
25 mm |
2.0 - 3.0 mm |
3% - 5% |
Comment obtenir un broyage à haute efficacité (HEM) ?
- Qu'est-ce que HEM ?
Le fraisage à haut rendement (HEM) est une nouvelle stratégie d'usinage qui utilise la FAO pour définir les paramètres de coupe et générer une stratégie de parcours d'outil efficace. Elle privilégie un faible RDOC et un ADOC élevé afin de maximiser le MRR tout en maîtrisant la charge de copeaux, l'engagement de l'outil et la répartition de la chaleur.
Concept DOC radial faible + DOC axial à cannelures complètes
Le tableau ci-dessous compare la stratégie de fraisage traditionnelle à la stratégie HEM. Veuillez noter les différences de paramètres de coupe :
|
Paramètre |
Fraisage traditionnel |
Stratégie HEM |
|
DOC radial (pas à pas) |
30 à 80 % du diamètre de l'outil |
5 à 15 % du diamètre de l'outil |
|
DOC axial (profondeur de coupe) |
50 - 100 % × diamètre de l'outil |
200 – 300 % du diamètre de l'outil |
|
Vitesse d'avance |
Modérée |
Coût en adjuvantation plus élevé. |
|
Angle d'engagement |
Haute |
Contrôlé pour rester < 90° (souvent < 60°) |
|
Résultat |
Charge d'outil plus élevée, durée de vie plus courte |
Chaleur réduite, usure uniforme, élimination plus rapide du matériau |
Calculateur d'angle d'engagement pour les parcours d'outils adaptatifs
À titre d'exemple, dans une machine CNC de fraise en carbure de 12 mm en acier 4140, les paramètres de coupe suivants seraient préférables :
Diamètre de l'outil: 12 mm
DOC radial : 1.2 mm (10 % du diamètre de l'outil)
DOC axial : 24 mm (2 × diamètre de l'outil)
Avance par dent (fz) : 0.03 mm
RPM: 4000
Vitesse d'alimentation: 480 mm / min
Angle d'engagement : 35 - 45 °
Dépannage : lorsque les paramètres DOC sont incorrects
Un machiniste expert doit être capable de diagnostiquer tout défaut de qualité d'usinage et d'appliquer des mesures correctives. Voici quelques-uns des défauts courants et leur résolution :
Discussion sur les outils
Des vibrations aiguës, des ondulations de coupe et une usure de l'outil sont caractéristiques du broutage. Ces phénomènes peuvent être évités en réduisant la profondeur de coupe axiale, en choisissant un outil plus rigide (par exemple, en carbure) et en utilisant un porte-outil rigide.
Brûlure ou Blue Chips
Des brûlures ou des éclats bleus indiquent une surchauffe. Une utilisation abondante de liquide de refroidissement et de brise-copeaux peut prévenir ce phénomène.
Mauvaise finition de surface
Une finition de surface rugueuse, déchirée ou festonnée peut être évitée en diminuant le DOC radial
Maintien d'une avance constante par dent. L'utilisation du fraisage en avalant peut améliorer l'intégrité de la surface.
Autres paramètres de coupe clés dans l'usinage CNC
Outre la triade d'avances (vitesse et profondeur de coupe), plusieurs autres paramètres de coupe influencent le MRR et la qualité de l'usinage CNC. Voici un bref aperçu de ces paramètres :
Largeur de coupe radiale (pas)
Également appelée « passage », il s'agit de la largeur de coupe réalisée dans le sens radial. Elle influence l'état de surface, l'angle d'engagement de l'outil et la charge en copeaux.
Angle d'engagement de l'outil
Il s'agit de l'angle de contact de l'outil avec le matériau. Un angle d'engagement élevé augmente la chaleur. C'est pourquoi des angles plus faibles sont utilisés en HEM.
Angles de coupe et de dépouille
Ces éléments font partie de la géométrie de l'outil et influencent l'écoulement des copeaux et l'efficacité de coupe de l'outil.
Stratégie de fluide de coupe
Un débit optimal du liquide de refroidissement contribue à limiter l'accumulation excessive de chaleur. Il affecte indirectement la finition de surface.
Limites de puissance et de couple de la broche
Il doit y avoir une compatibilité entre les capacités de la machine, telles que la puissance et le couple de la broche, avec l'avance et les vitesses.
Style de parcours d'outil
Le style de parcours d'outil a un impact sur l'usure de l'outil, la charge de copeaux et le contrôle thermique.
Comment la profondeur de passe influence-t-elle d’autres facteurs d’usinage ?
Le DOC influence des facteurs tels que la durée de vie de l'outil, l'état de surface, la charge de la machine et le contrôle des copeaux. Un DOC élevé sollicite davantage l'outil et le moteur de la machine. S'il n'est pas optimal, il réduit la durée de vie de l'outil, rend la surface rugueuse et augmente la charge de la machine.
Conclusion
Chez TUOFA Precision CNC, nous disposons d'une équipe d'usinage expérimentée et respectons les normes internationales. Nous adoptons les meilleures pratiques industrielles, comme la fraise à usinage à haute efficacité (HEM), et veillons à maintenir une profondeur de coupe optimale. Ainsi, nous offrons à nos clients une finition de surface d'excellente qualité tout en améliorant notre productivité. C'est pourquoi nous pouvons facilement honorer nos engagements de qualité et de livraison dans les délais.
FAQ
Quelle est une bonne profondeur de coupe de départ pour les débutants ?
Commencez avec un diamètre d'outil DOC de 25 % et augmentez-le progressivement jusqu'au niveau optimal.
Puis-je copier des graphiques DOC de l'aluminium vers l'acier inoxydable ?
Oui, les graphiques de ce blog sont bons à copier et à utiliser.
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