Chapitre 7

Fraisage7.1 Introduction Le Fraisage est un procd d'usinage par enlvement de matire. Il se caractrise par le recours une machine-outil : la fraiseuse. L'outil classiquement utilis est la fraise. En fraisage, l'enlvement de matire - sous forme de copeaux - rsulte de la combinaison de deux mouvements : rotation de l'outil de coupe d'une part, et avance de la pice usiner d'autre part. La fraiseuse est particulirement adapte l'usinage de pices prismatiques et permet galement, si la machine est quipe de Commande Numrique (Fig.7.1), de raliser tout type de formes mmes complexes.

Fig.7.1 Fraiseuse commande numrique

Les fraiseuses actuelles sont frquemment automatises (fraiseuses commande numrique et centres d'usinage). La programmation de commande numrique de ces machines ncessite le recours des interfaces logicielles, pour une part embarques sur la machine elle-mme (Directeur de Cde Numrique), et pour une autre part, extrieure la machine (PC + progiciels Fabrication assiste par ordinateur 2D et 3D) . Dans l'industrie, les ouvriers fraiseurs qualifis effectuent frquemment des travaux de tournage complmentaires.

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7.2 Mode de fraisage Les principales mthodes de fraisage pratiques sont :

le fraisage de profil (dit en roulant ou de forme ) ; le fraisage en bout (dit d'enveloppe ) le fraisage combin (en bout et de profil) le trfilage. 7.3 Mode d'action de la fraise

D'autre part, le fraisage peut s'effectuer:

en opposition : l'effort de coupe tangentiel de la fraise s'oppose l'avance de la pice fraiser ( mettre en uvre sur machine conventionnelle afin de neutraliser les jeux de transmission de mouvement Fig.7.2).Direction du leffort de coupe

Dplacement de la table

Dplacement de la table

Fig.7.2 Fraisage en opposition.

Fig.7.3 Fraisage en concordance.

en concordance (dit en avalant ) : l'effort de coupe tangentiel accompagne la pice fraiser dans son dplacement : c'est la mthode utilise sur les machine Cde Numrique (pas de jeu compenser grce au vis billes Fig.7.3).

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7.4 Les paramtres de coupe Les critres qui permettent de dfinir les paramtres de la coupe sont : - Le type de machine; - La puissance de la machine; - La matire usine (acier, aluminium); - La matire de loutil (ARS, carbure); - Le type de lopration (perage, chariotage, surfaage). Lobjectif final est dobtenir une pice usine dans de bonnes conditions. Pour cela il faut dterminer certains paramtres spcifiques : - La vitesse de coupe : Vc; - La vitesse davance : F; - La profondeur de passe : a; Le mouvement de coupe anime loutil (fraise tournante). Le mouvement d'avance est un mouvement de translation de l'outil ou de la table (Fig.7.4).

Fig.7.4 Les paramtres de coupe.

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7.4.1 La vitesse de coupe (Vc) En usinage, la vitesse de coupe vc est la distance parcourue par une dent en une minute. Elle est exprime en mtre par minute (m/min). Elle dpend de la matire usine, du type d'opration, de l'outil, de l'tat de surface souhait, etc. Ainsi a t dvelopp une technique qui permet de dterminer la vitesse de coupe, la profondeur de passe et l'avance par dent en recherchant le minimum de la pression spcifique. On appelle cela le Couple Outil Matire (COM) Elle est utilise pour dterminer la frquence de rotation (n). La vitesse de coupe est fonction la fois de la matire usiner et de la matire de l'outil. Il existe une mthode nomme Couple outil matire qui permet de dterminer la vitesse de coupe correcte pour usiner le matriau. La vitesse de coupe est suprieure quand il y a lubrification que lorsque la coupe se fait sec (Voir le tableau suivante) Vitesse de coupe pour diffrent matriaux (outil en acier rapide suprieur ) Matriau Acier (rsilient) Acier doux Fonte (moyenne) Bronze Laiton (recuit) Aluminium Titane Mtre(s) par minute 15 - 18 30 - 38 18 - 24 24-45 45 - 60 75 - 400 30 - 120 (acier rapide - WC)

On cherche dterminer la relation entre la vitesse de coupe, Vc, et le taux de rotation, , de la fraise. Relation entre et Vc en utilisant les units internationales: Vc = R . (7.1)

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= Vc en m/s, R en m et en rd/s.

Vc R

(7.2)

Cependant, en usinage, on utilise les units suivantes: - Vc en m/min, D en m et n en tr/min; - On utilise le diamtre au lieu du rayon; - On utilise un taux de rotation, N, exprim en tour par minute au lieu de, , en rd/s La Formule devient pour la frquence de rotation (n) en tours/minute : 1000 Vc D

n=

(7.3)

D correspond au diamtre de la fraise.

7.4.2 La vitesse davance (vf)

En usinage, la vitesse d'avance vf est une vitesse exprime en millimtre par minute (mm/min). Elle dpend du type d'opration effectue, de l'outil, de l'tat de surface souhait, etc. Pour dterminer la vitesse d'avance vf en millimtre par minute (mm/min) : vf = fz . z . n (7.4)

vf : vitesse d'avance en mm/min ; fz : avance par dent en mm/dent ; z : nombre de dents de l'outil ; n : frquence de rotation en tours/minute. 5

fz correspond la capacit de coupe de larte de coupe (la dent) pour une rotation de 1 tour de loutil. En dautre terme, fz correspond la distance que la dent va parcourir chaque tour de la fraise. Sur une fraise il peut y avoir plusieurs dents, donc plusieurs artes de coupe. On prend donc en compte ce nombre : z. Dans le tableau suivant on peut voir les conditions de coupe pour fraisage en bout (surfaage) et pour fraisage en roulant (rainurage, combin..).

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7.5 Les axes de dplacements Afin de dcrire la trajectoire suivi par loutil pour usiner la pice, un systme daxe est Normalis (Fig.7.5). Ces axes seront notamment utiliss pour crire des programmes de commande numrique.

Fig.7.5 Les axes de dplacements.

Vous devez toujours savoir reconnatre la broche dune machine afin de placer correctement les axes. En fraisage, laxe de broche correspond laxe de rotation de loutil. Laxe Z correspond laxe de broche. Cest laxe de rotation de la fraise pour lusinage. Laxe X correspond laxe perpendiculaire Z qui permet le plus grand dplacement de la table de la fraiseuse. Laxe Y correspond laxe perpendiculaire Z et X. Le sens positif est donn suivant cette rgle : la pice tant la rfrence, loutil sloignant de la pice est en mouvement suivant le sens positif des axes. Les axes Z, X et Y dfinissent une base en 3 dimensions. 7.6 Les formes simples usinables Le dplacement de loutil suivant les axes dfinis prcdemment permet de gnrer des formes usines. Voici une liste des principales formes usinables et aussi le vocabulaire technique qui est associ ces usinages. Formes ralisables en fraisage. 7

Surfaage :ralisation d'une surface plane

Plans pauls :ralisation de deux plans perpendiculaires entre eux

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Plan inclin :cette ralisation est possible avec une fraiseuse conventionnelle.

Rainure dbouchante :association de 3 plans perpendiculaires entre eux

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trou omblong :c'est une rainure non dbouchante

Poches :c'est une forme creuse dans un bloc de matire. On usine l'intrieur d'un contour.

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Extrusion :c'est l'oppos de la poche. on ralise une excroissance en enlevant de la matire l'extrieur d'un contour.

Perage :trou dbouchant ou borgne, suivant la qualit dsire, on utilisera des forets suivi d'un alsoir.

Mplat dbouchant :c'est un plan ralis sur le cot d'un cylindre.

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Mplat non dbouchant

Gueule de loup :c'es une portion de cylindre l'extrmit d'un tube ou d'un axe. C'est souvent utilis pour l'assemblage de tube en construction mtallique.

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7.7 Capacit des machines

Il est vident que les dimensions maximales des pices sont IMPOSEES par lespace de travail disponible sur les machines (Fig.7.6). Exemple: Pour fraiseuse manuelle type Vernier: - Course en X = 710 mm; - Course en Y = 280 mm; - Course en Z = 480 mm.Fig.7.6 Capacit de la fraiseuse.

5.8 Les differents types doutils Les outils permettent denlever le copeau. La gomtrie de loutil influe directement sur les formes usinables sur la pice. La fraise est un outil qui permet d'usiner la matire. Elle est gnralement utilise sur une fraiseuse pour faire du fraisage. 5.8.1 Les caractristiques d'une fraise Il faudra bien faire attention ne pas confondre le sens de coupe et le sens de l'hlice. Sens de coupe : Les fraises sont coupe :

droite ; gauche. tre :

Type de denture : L'inclinaison des artes de coupe peut varier d'une fraise l'autre, la fraise peut

dentures droites ; dentures hlicodales (avec l'hlice gauche ou droite) ; dentures alternes (double hlice). 13

La forme : Suivant le profil des gnratrices par rapport l'axe de l'outil, on distingue : les fraises cylindriques, coniques et les fraises de forme. 5.8.2 Les principaux lments gomtriques de la fraise

Diamtres ; Les angles ; a) Angle dhlice. Cet angle est form par la tangente l'hlice de la dent par rapport l'axe de la fraise (Fig.7.7). Pour l'usinage des mtaux tendres cet angle est grand. b) Angle de taillant. C'est l'angle qui constitue la partie coupante de la dent de la fraise. Plus il est aigu, plus il est fragile. c) Pente dafftage ou Angle de Coupe. Cet angle influe sur la faon dont se forme le copeau sur la face de coupe (Fig.7.8). Plus il est grand, plus l'effort de coupe diminue. d) Angle de Dpouille. C'est l'angle qui vite le frottement (talonnage) de l'arrire de la dent sur la partie de la pice dj usine.

Fig.7.7 Angle dhlice

Fig.7.8 Angles daffutage.

7.8.3 Composants des fraises Il existe plusieurs groupes de matriaux entrants dans la composition des fraises:

les fraises en acier rapide ; les fraises en carbure monobloc; 14

les fraises plaquettes carbure amovibles ou brases; les fraises CBN; les fraises diamant 7.8.4 Les modles de fraises

1. La fraise scie (Fig.7.9) :

Il existe plusieurs fraises scies :

la fraise scie 1 taille; la fraise scie 3 tailles ; la fraise scie denture Heller.

La fixation de la fraise scie se fait la plupart du temps sur un mandrin porte fraises bagues ou un mandrin pompe. Dans les deux cas l'entranement de la fraise seFig.7.9 Fraise scie.

fait au moyen d'une clavette insre dans le mandrin.

La fraise scie trouve son utilit dans les dgagements d'angle, dans le sciage de deux partie qui doivent avoir une certaine lasticit (voir schma), ou pour l'usinage de rainures troites et trs profondes qui ne seraient pas ralisables avec une fraise rainurer, dans ce cas la fraise scie 3 tailles est prfrable. La fraise scie a un inconvnient; tant souvent de grand diamtre sont dgagement n'est pas ais. 2. La fraise 1 taille rainer. La fraise rainer 1 taille peut tre considre comme une fraise scie 1 taille, mais de plus petit diamtre, pour tre plus rigide. 3. La fraise surfacer (Fig.7.10) : Il existe plusieurs types de fraise surfacer ne pas confondre avec la fraise des bois:

la fraise 1 taille surfacer ; la fraise cloche surfacer ; la fraise surfacer dresser (qui permet de surfacer trs prs d'un paulement).

Fig.7.10 Fraise surfacer

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La partie coupante d'une fraise surfacer est faite:

Soito o o o

d'une fraise monobloc en Acier Rapide (AR) ; d'outils rapports en AR ; d'outils rapports plaquettes brases en Carbure de Tungstne ; de plaquettes de Carbure de Tungstne amovibles ( jeter).

L'attachement de la fraise surfacer se fait par:

Soito

un attachement conique (cne Morse ou cne Standard Amricain SA); pour les diamtre petits moyens ; un attachement direct sur le nez de la broche de la fraiseuse (de loin le plus rigide pour les grands diamtres).

o

4. La fraise cylindrique 2 tailles.

La fraise cylindrique 2 tailles peut-tre utilise pour plusieurs usages:

Avec sa face plane, elle peut surfacer. Avec sa priphrie, le contournage est frquemment ralis.

Fig.7.11 Fraise 2 tailles.

Mais sa fonction principale, rside dans l'usinage d'paulements (voir Fig.5.11).

La fraise 2 tailles se trouvent avec diffrents attachements:

A queue conique (cne Morse ou cne Standard Amricain). A queue cylindrique (surtout dans les petits diamtres. A alsage cylindrique, pour monter sur des mandrins pompe.

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5. La fraise rainurer 2 dents (Fig.7.12). La fraise rainurer 2 dents est une fraise qui sert usiner des rainures droites ou circulaires, l o la fraise 3 tailles ne peut effectuer cette opration d'usinage. Ce type de fraise existe aussi avec coupe centrale : une des deux dents a une arte de coupe plus grande, sa longueur est gale au rayon. Cela permet de plonger dans la matire sans faire de perage au pralable.Fig.7.12 Fraise rainure 2 dents.

La fraise rainure 2 dents se prsente avec un attachement queue cylindrique pour les petits diamtres et queue conique pour les gros diamtres.

6. La fraise pour rainures en T (Fig.7.13).

Cette fraise qui ressemble une fraise 3 tailles, sert usiner les deux parties qui sont en retrait dans une rainure en T. Les rainures en T sont trs employes sur les machines-outils (tables) et galement sur de nombreux outillages pour la fixation de matriels. Cette fraise se trouve soit en attachement conique,Fig.7.13 Fraise pour rainures en T.

soit en attachement cylindrique.

Elle est trs souvent denture alterne, mais on la trouve galement en denture droite. Leurs dimensions sont en rapport avec les dimensions des rainures, qui elles sont normalises. Pour l'usinage, il faut tout d'abord faire une rainure droite (col de la rainure) avec une fraise 3 tailles, puis usiner les deux parties en retrait de la rainure en T, suivant le guide.

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7. La fraise pour logement de clavette disque (Fig.7.14).

Elle est denture droite ou denture alterne. Son attachement est principalement la queue cylindrique. Ses dimensions sont normalises, car les clavettes sont des lments mcaniques galement normaliss.Fig.7.14 Fraise pour logement de clavette disque.

L'usinage se fait en une seule passe de plonge.

8. La fraise d'bauche.

La fraise dbauche est une fraise dont la partie coupante des dents est munie de brises copeaux disposs en spirale sur la pourtour de la fraise. Ces brises copeaux peuvent tre de deux profils (voir Fig. 7.15) : dbauche ; de demi finition.

On trouve galement des fraises dbauche pastillesFig.7.15 Fraise d'bauche

interchangeables en carbure de tungstne.

Compare a une fraise 2 tailles normale, la fraise dbauche permet un enlvement de mtal important avec un effort moindre.

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9. La fraise 3 tailles ( denture droite ou alterne) (Fig.7.16) La fraise 3 tailles servent excuter des rainures avec des faces latrales parfaitement parallles, car la flexion de la fraise et son afftage n'influe pas sur le profil de la rainure, contrairement au rainurage l'aide d'une fraise 2 tailles. Ce type de fraise existe alsage pour monter sur un arbre ou avec moyeu. LeFig.7.16 Fraise 3 tailles.

rainurage

s'effectue

en

dplaant

la

pice

perpendiculairement l'axe de la fraise.

La largeur de la rainure est obtenue en dcalant la pice sur un axe parallle l'axe de la pice. La profondeur de la rainure est atteinte en relevant la pice de la valeur souhaite. 10. La fraise extensible (3 tailles dentures alternes) La fraise 3 tailles extensible peut tre considre comme deux fraises 3 tailles accoles et dont on peut rgler leur cartement au moyen de rondelles d'paisseur trs prcises. Ce rglage de l'cartement des 2 fraises permet d'usiner des rainures calibres en une seule passe. 11. La fraise d'angle (ou fraise pour queue d'aronde) (Fig.7.17) La fraise d'angle est une fraise 2 tailles dont l'angle H n'est plus de 90, il prend des valeurs de 45,60, ou 70. La fraise d'angle sert usiner des glissires appeles: glissires queue d'aronde. Cette fraise a un attachement queue cylindrique ou queue au cne morse. L'usinage de ces glissires se fait tout d'abord en bauchant l'aide d'une fraise 2 tailles ou 3 tailles, puis on passe la fraise d'angle pour calibrer la glissire la dimension voulue.Fig.7.17 Fraise d'angle.

L'opration s'effectue par petites passes car la denture ne permet pas un gros dbit de copeaux.

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12. La fraise isocle. La fraise isocle est une fraise 2 tailles qui est utilise pour usiner des empreintes un angle prcis (par exemple usinage d'un v, voir Fig.7.18). Sa denture est droite. La valeur de l'angle peut prendre diffrentes valeurs : 30,45,60,90. Cette fraise possde un alsage, donc son attachement se fait sur un arbre muni d'une clavette.

Fig.7.18 Fraise isocle.

13. La fraise pour 1/2 cercle (Fig.7.19).

Il y a deux modles :

la fraise convexe ; la fraise concave.

La fraise demi-cercle, est une fraise profil constant, cest--dire qu'aprs rafftage, elle conserve sont profilFig.7.19 Fraises demi-cercle.

d'origine.

La fraise concave sert usiner des parties convexes. La fraise convexe est utilise pour usiner des parties concaves. Cette fraise a un attachement par alsage, aussi est-elle monte sur un mandrin muni d'une clavette, comme la fraise 3 tailles. Nota: On trouve galement des fraises concaves profil quart de cercle.

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14. La fraise chanfreiner (Fig.7.20)

La fraise chanfreiner est une fraise qui est disponible avec deux valeurs de l'angle de pointe H : 60 et 90. Elle sert comme son nom l'indique faire des chanfreins sur des bords de trous ou sur des artes rectilignes ou courbes.

Fig.7.20 Fraise chanfreiner.

Cette fraise se trouve avec attachement queue cylindrique pour l'usinage de chanfreins sur les artes de pices et la fraise queue conique est prfre pour chanfreiner les trous. Ce n'est pas une fraise gros dbit de copeaux, elle >. 15. Les fraises plaquettes carbure amovibles Ces fraises utilisent des plaquettes carbure amovibles :

la fraise surfacer ; la fraise surfacer et dresser ; la fraise rainurer ; la fraise 3 tailles ;

Dans les tableaux suivantes se faire une rcapitulation de diffrentes types de loutils de fraisage.

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Les outils en acier rapide :Identification de Type doprations ralises loutil

Visualisation

Schma dusinage

Surfaage en Fraise 1 taille surfacer roulant ou de profil

Fraise cloche Surfaage en bout ou de face surfacerSurfaages combins prdominance en roulant Surfaage en roulant Surfaages combins prdominance en boutRestrictivement :

Fraise 2 tailles queue conique Fraise 2 tailles alsages et entranem ent par tenon

-surfaage en bout (a) - surfaage en roulant (b)

Fraise 2 tailles Rainurage de profil queue peu prcis cylindriqu e

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Fraise rainurer deux lvres coupe centrale Fraise 3 tailles dentures alterne

Rainurage de profil en pleine matire

Exemple : rainure de clavetage

Rainurage en bout Qualit usuelle obtenue / 9

Fraise 3 Rainurage en bout tailles extensible qualit usuelle obtenue : 7-8 denture alterne

Fraise scie

Sciage et rainurage

Fraise pour rainures T

Rainures de clavette ou en T

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Fraises coniques Type A : cne renvers Type B : cne direct Fraise tailler Ralisation les engrenages dengrenages et de crmaillres. ou les crmaillres

Fraise convexe

Ralisation de congs.

Fraise conique

Ralisation de queue daronde.

Les outils plaquette carbure :24

Visualisation

Identification de loutil

Types doprations Schma dusinage ralises Surfaage en bout

Fraise surfacer

Fraise surfacer et dresser

Surfaages combins prdominance en bout

Fraise rainurer

Rainurage de profil

Fraise 3 tailles dentures alternes

Rainurage en bout

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