Fraisage trochoïdal : principes, paramètres et cas d'utilisation optimale

Le fraisage trochoïdal, technique d'usinage, permet d'obtenir un taux d'enlèvement de matière élevé et une durée de vie accrue de l'outil. Cette technique facilite la création de trous et de rainures dont le diamètre est supérieur à celui de l'outil de coupe. Cet article vous permettra d'en savoir plus sur cette technique de fraisage et d'obtenir les informations nécessaires pour utiliser l'outillage le plus adapté à l'usinage trochoïdal sur différents matériaux et machines.

Qu'est-ce que le fraisage trochoïdal ?

Il s'agit d'une méthode de fraisage dynamique CNC permettant de réaliser une série de découpes circulaires se chevauchant. trajectoire d'outil en spiraleCette technique est idéale pour l'usinage à grande vitesse, l'enlèvement de matière important et l'usinage de matériaux difficiles. Le principe fondamental de cette fraiseuse CNC repose sur un contact outil-outil intermittent, une grande profondeur de passe axiale et de faibles efforts de coupe.

Fraisage trochoïdal vs fraisage conventionnel

Définition et idée de base

Trochoïde vient du grec « trochos », qui signifie « roue ». Ce terme évoque une forme de roue ronde ou circulaire, décrivant une courbe particulière créée par le roulement d'un cercle le long d'une ligne. Le principe de base du fraisage trochoïdal est d'utiliser une profondeur de coupe axiale élevée et une faible profondeur de coupe radiale afin de réduire l'usure et l'échauffement de l'outil tout en optimisant l'enlèvement de matière.

Fraisage trochoïdal vs. fraisage conventionnel

Le fraisage trochoïdal utilise une trajectoire hélicoïdale, et non une trajectoire rectiligne ou conventionnelle, pour l'enlèvement de matière. Ce fraisage dynamique garantit un échauffement et des efforts de coupe réduits. La profondeur de coupe radiale limite l'engagement de la fraise dans la pièce, tandis que la profondeur de coupe axiale élevée assure un taux d'enlèvement de matière élevé. L'onde trochoïdale réduit l'usure de l'outil, augmentant ainsi sa durée de vie par rapport au fraisage conventionnel.

Comment fonctionne un parcours d'outil trochoïdal

Une description détaillée du fonctionnement du parcours d'outil trochoïdal est donnée ci-dessous :

Programmation de trajectoires trochoïdales en FAO

Le logiciel FAO définit les paramètres du trajet trochoïdal, tels que la vitesse d'avance, la zone d'entrée et de sortie de l'outil et la profondeur de passe. Ces paramètres sont modifiés en fonction du matériau choisi, de l'état de surface souhaité et des capacités de la machine-outil.

Entrée circulaire et mouvement d'arc continu

Le parcours d'outil utilise une entrée et une sortie circulaires, minimisant ainsi la charge sur l'outil, notamment lors de travaux avec des angles vifs. Un mouvement en arc continu est maintenu et l'outil pénètre la pièce en continu. L'onde trochoïdale assure une évacuation efficace des copeaux et prévient leur accumulation.

Coupe à épaisseur de copeaux constante

Cette opération de fraisage vise à obtenir une épaisseur de copeaux uniforme tout au long de la coupe et à réduire les efforts de coupe. Elle est obtenue en contrôlant la profondeur de coupe radiale et l'avance. L'arc d'engagement plus petit du fraisage trochoïdal assure une meilleure stabilité du processus.

Évacuation de la chaleur et évacuation des copeaux

Le mouvement continu et hélicoïdal de la trajectoire de l'outil permet une évacuation optimale de la chaleur de la zone de coupe. La faible profondeur de coupe radiale et l'épaisseur constante des copeaux favorisent une meilleure formation et évacuation des copeaux, pour une coupe nette.

Trajectoire de fraisage trochoïdale

Avantages et inconvénients

Les avantages et les inconvénients du fraisage trochoïdal sont discutés dans la section suivante.

Quel est l’avantage du fraisage trochoïdal ?

Le fraisage trochoïdal présente de nombreux avantages par rapport aux méthodes de fraisage traditionnelles, notamment :

• Il offre un taux d'enlèvement de matière élevé grâce à des forces de coupe plus rapides et une coupe plus profonde que le fraisage traditionnel.
• Il offre des temps de cycle plus longs et une productivité plus élevée
• La durée de vie de l'outil est plus longue en raison de la réduction de la chaleur et des contraintes exercées sur l'outil et sur le chemin en spirale.
• Le fraisage dynamique est rentable en termes de réduction des temps d'arrêt pour les changements d'outils
• L'évacuation efficace des copeaux empêche la recoupe des copeaux et d'autres problèmes liés aux copeaux.
• Meilleure finition de surface de la pièce grâce à une action de coupe intermittente et à une faible génération de chaleur.

Quel est l’inconvénient du fraisage trochoïdal ?

Le fraisage trochoïdal présente certains inconvénients.

• Il faut un logiciel de FAO spécialisé et des compétences en programmation pour générer des parcours d'outils complexes.
• Applicabilité limitée car toutes les machines CNC n'ont pas de mouvement trochoïdal ou de fraisage dynamique, ce qui est essentiel pour cette opération.
• Un mouvement radial constant est bénéfique pour la durée de vie de l'outil et l'enlèvement de matière, mais peut provoquer l'usure des vis à billes et des glissières de la machine CNC.

Quand le fraisage trochoïdal n'a aucun sens

Il existe certaines applications pour lesquelles le mouvement trochoïdal ou le fraisage dynamique ne sont pas adaptés. Ils ne sont pas efficaces pour le surfaçage à grande ouverture, les matériaux tendres et les poches peu profondes, car ces scénarios n'exploitent pas pleinement leurs atouts : faible usure de l'outil et taux d'enlèvement de matière élevé. Le fraisage conventionnel est plus adapté à ces situations.

Paramètres clés de la coupe trochoïdale

Pour comprendre les paramètres clés de la coupe trochoïdale, l'Inconel 718 est considéré comme un exemple.

Enjambement optimal (ae)

Un pas de coupe (ae) de 10% du diamètre de l'outil est conseillé pour l'Inconel 718. Il contrôle les efforts de coupe et offre un bon état de surface.

Plages d'avance par dent et de régime

L'Inconel 718 constitue un bon point de départ : une avance de 0.1 mm par dent est appropriée. Elle est ajustée en fonction des capacités spécifiques de l'outil et de la machine.

La plage de régime normale pour l'Inconel 718 est de 1000 6000 à XNUMX XNUMX tr/min et peut être ajustée en fonction de l'outil et du matériau spécifiques usinés.

Conseils pour le calculateur d'angle d'engagement

Il s'agit de l'angle d'attaque du tranchant de l'outil dans le matériau à un instant T. Il est calculé comme suit :

Angle d'engagement = (2 * Arc de contact) / (Diamètre de l'outil).

La distance parcourue par un outil le long de la circonférence de la pièce au cours d'un seul cycle est l'arc de contact.

Formule rapide pour une largeur de fente ≤½ × Ø de l'outil

Une formule rapide pour déterminer un diamètre d'outil approprié pour des largeurs de fente ≤ ½ × Ø de l'outil consiste à calculer le diamètre maximal de l'outil en fonction de la largeur de la fente et du pas souhaité.

Lien vers des outils gratuits de flux/vitesse en ligne

Pour un outil en ligne gratuit permettant de calculer ces paramètres de coupe, essayez l'outil gratuit Hoffmann Group Machining Calculator.

Exigences en matière d'outillage et de machines

Les exigences en matière d'outillage et de machines concernent la sélection d'outils et de machines spécialisés pour le fraisage qui utilisent un parcours d'outil circulaire avec des rayons variables.

Géométries de fraises recommandées

Pour un fraisage optimal, envisagez l'utilisation de fraises en carbure monobloc avec revêtement haute performance, dotées d'au moins 5 dents et de dispositifs antivibratoires. La machine doit être dotée de fonctions de mouvement dynamique et d'un logiciel de FAO spécialisé.

Porte-outils et contrôle des vibrations

Le contrôle des vibrations est essentiel pour un bon état de surface, une bonne durée de vie de l'outil et une meilleure stabilité du processus en fraisage trochoïdal. Les porte-outils avec mandrins hydrauliques et systèmes de frettage sont des choix courants. Associés à des porte-outils antivibratoires, ils réduisent les vibrations et améliorent les paramètres de coupe.

Indispensables de la machine :

Pour les fraiseuses trochoïdales, l'anticipation haute vitesse et le liquide de refroidissement haute pression sont des éléments importants. L'anticipation haute vitesse permet de prédire la prochaine coupe et d'optimiser l'efficacité et la durée de vie de l'outil. Les liquides de refroidissement haute pression (HP) sont optimaux pour la sécurité des outils, une dissipation thermique efficace et l'évacuation des copeaux.

Meilleurs scénarios d'application

Le fraisage trochoïdal a de nombreuses applications. Voici quelques-unes des meilleures.

Fentes et poches profondes en acier et Inconel

Il est adapté à l'usinage de rainures et de poches profondes, car il maintient une faible profondeur de coupe radiale tout en atteignant une profondeur de coupe axiale élevée. Cela réduit l'usure de l'outil et maximise sa durée de vie dans les matériaux durs comme l'Inconel ou le titane. Il offre également des taux d'enlèvement de matière plus élevés et constitue une alternative efficace aux fraises indexables dans certaines applications.

Micro-usinage de parois minces

Il peut être utilisé pour le micro-usinage de parois minces à l'aide d'outils de plus petit diamètre. Ces outils sont fragiles, et le fraisage trochoïdal, générant peu de chaleur, contribue à réduire le risque de casse.

Ébauche de matériaux durs ou traités thermiquement

C'est une machine puissante pour les opérations d'ébauche, notamment pour les matériaux durs ou traités thermiquement. Ses angles d'engagement faibles et son usure minimale de l'outil en font une option idéale pour les matériaux difficiles à usiner de manière conventionnelle.

Tournage trochoïdal pour rainures de tour

Le tournage trochoïdal est une variante du fraisage trochoïdal et est utilisé pour le rainurage sur tour. Il présente l'avantage de faibles efforts de coupe et de permettre l'usinage de matériaux difficiles à usiner. Il est utilisé pour le tournage longitudinal et frontal, ainsi que pour le rainurage radial et axial.

Dépannage et solutions rapides

Le fraisage trochoïdal peut parfois entraîner des problèmes d'usure importante de l'outil, de mauvaise évacuation des copeaux et de traces de vibrations. Voici quelques solutions rapides :

Usure excessive des outils

La réduction de l'angle d'engagement réduit les forces appliquées à l'outil, limitant ainsi son usure. L'ajustement de la vitesse de coupe et du revêtement de l'outil améliore également sa résistance à l'usure. Une vitesse de coupe trop élevée ou trop faible aggrave l'usure de l'outil.

Mauvaise évacuation des copeaux

L'utilisation d'un jet d'air comprimé ou d'un brouillard permet d'évacuer les copeaux, de minimiser les frottements et d'éviter leur obstruction. Utilisez des outils dotés de brise-copeaux ou d'angles d'hélice élevés, conçus pour une meilleure évacuation des copeaux dans les poches ou les rainures profondes.

Marques de vibrations

Les outils à hélice variable réduisent les vibrations en répartissant uniformément les forces de coupe et une vitesse d'avance plus lente réduit également les vibrations.

Conclusion

Le fraisage trochoïdal est une méthode d'usinage CNC qui utilise une trajectoire d'outil en spirale pour l'enlèvement de matière par une série de coupes circulaires superposées. Il est particulièrement adapté à l'usinage à grande vitesse, aux rainures profondes et aux matériaux durs. L'utilisation d'une faible profondeur de coupe radiale (RDOC) et d'une profondeur de coupe axiale élevée (ADOC) permet de réduire les efforts de coupe, la production de chaleur et d'améliorer la durée de vie des outils sur les fraiseuses trochoïdales. Il est utilisé pour les matériaux difficiles à usiner, les cavités courbes 3D, les matériaux non ferreux, les rainures profondes et les applications sensibles aux vibrations.

FAQ

Quand utiliser le fraisage trochoïdal ?

Le fraisage trochoïdal est idéal pour l'usinage de matériaux résistants, de fentes profondes ou de surfaces de forme libre complexes.

Le fraisage trochoïdal fonctionne-t-il sur l'aluminium ?

Oui, il fonctionne efficacement sur l'aluminium et pour les opérations d'ébauche, où un taux d'enlèvement de métal élevé est requis.

Puis-je moderniser d'anciennes CNC pour des trajectoires trochoïdales ?

Oui, vous pouvez moderniser d'anciennes machines CNC pour des trajectoires trochoïdales. Cela permet aux machines d'avoir des fonctionnalités avancées, comme un parcours d'outil en spirale pour l'ébauche.