Calcul de la vitesse de coupe pour une opération de fraisage

Calculez aisément et simplement les vitesses de coupe, de rotation, d'avance, le taux d'enlèvement de matière et les besoins en puissance pour vos opérations de fraisage.

Utiliser les bons paramètres de fraisage permet de réaliser des pièces de haute qualité dans des conditions optimales, tout en optimisant le temps de travail et en prolongeant la durée de vie des outils de coupe.

Pour les opérations de tournage, perçage, consultez la page correspondante.

Vitesse de coupe - Fraisage

Le fraisage est une technique d'usinage par enlèvement de matière qui utilise une fraise rotative pour façonner des pièces en métal, bois, ou plastique. La maîtrise des paramètres tels que la vitesse de coupe, la vitesse de rotation, l'avance par dent, la vitesse d'avance, le taux d'enlèvement de matière (MRR) et les besoins en puissance est essentielle pour optimiser la qualité de l'usinage, minimiser l'usure des outils et réduire le temps de production.

Vitesse de coupe (Vc)

La vitesse de coupe (exprimée en mètres par minute, m/min) représente la vitesse linéaire à la périphérie de la fraise au contact de la pièce. Elle dépend du matériau de la pièce, du matériau de l'outil, du type d'opération (fraisage de face, périphérique, ou rainurage), et de la condition de coupe (ébauche ou finition). Une vitesse de coupe bien choisie prolonge la durée de vie de l'outil et améliore la qualité de surface.

La formule pour calculer la vitesse de coupe est :

Vc = ( π × D × n ) / 1000

• Vc : Vitesse de coupe en m/min
• D : Diamètre de la fraise en mm
• n : Vitesse de rotation en tours par minute (tr/min)
• π : 3,14159...

Si vous connaissez la vitesse de coupe souhaitée, entrez-la dans le formulaire pour calculer la vitesse de rotation correspondante. Sinon, laissez ce champ vide pour obtenir une plage de vitesses basée sur les paramètres sélectionnés.

Vitesse de rotation (n)

La vitesse de rotation, exprimée en tours par minute (tr/min), correspond à la fréquence de rotation de la fraise. Elle est calculée à partir de la vitesse de coupe et du diamètre de la fraise avec la formule :

n = ( 1000 × Vc ) / ( π × D )

• n : Vitesse de rotation en tr/min
• Vc : Vitesse de coupe en m/min
• D : Diamètre de la fraise en mm

Une vitesse de rotation adaptée évite les vibrations excessives et réduit l'échauffement de l'outil.

Avance par dent (fz) et vitesse d'avance (Vf)

L'avance par dent (fz, en mm/dent) représente le déplacement de la pièce par rapport à chaque dent de la fraise pendant un tour. Elle influence directement la rugosité de surface et le temps d'usinage. Une avance par dent plus faible est préférable pour la finition, tandis qu'une avance plus élevée accélère l'ébauche.

La vitesse d'avance (Vf, en mm/min) est calculée en fonction de la vitesse de rotation, de l'avance par dent, et du nombre de dents de la fraise :

Vf = n × fz × z

• Vf : Vitesse d'avance en mm/min
• n : Vitesse de rotation en tr/min
• fz : Avance par dent en mm/dent
• z : Nombre de dents de la fraise

Pour un état de surface optimal, réduisez l'avance par dent en finition. Pour une productivité accrue, augmentez-la en ébauche, tout en respectant les capacités de la machine.

Taux d'enlèvement de matière (MRR)

Le taux d'enlèvement de matière (MRR, en cm³/min) mesure le volume de matière retiré par unité de temps. Il est calculé comme suit :

MRR = ap × ae × Vf / 1000

• MRR : Taux d'enlèvement de matière en cm³/min
• ap : Profondeur de passe en mm
• ae : Largeur de coupe en mm
• Vf : Vitesse d'avance en mm/min

Un MRR élevé indique une productivité importante, mais il augmente les efforts sur l'outil et la machine, nécessitant une puissance suffisante.

Besoins en puissance

Les besoins en puissance (en kW) dépendent du MRR et du matériau usiné. Une approximation courante est de multiplier le MRR par un coefficient spécifique au matériau (par exemple, 0.08 kW/cm³/min pour l'aluminium, 0.15 kW/cm³/min pour l'acier). Notre calculatrice fournit une estimation basée sur une moyenne. Pour des calculs précis, consultez les spécifications du fabricant de l'outil ou effectuez des tests pratiques.

Types d'opérations de fraisage

Matière de la pièce à usiner

Le choix de la matière de la pièce est déterminant pour la vitesse de coupe et l'avance par dent. Les matériaux tendres (comme l'aluminium ou le bois tendre) permettent des vitesses élevées, tandis que les matériaux durs (acier dur, inox) nécessitent des vitesses plus faibles pour éviter une usure prématurée de l'outil.

Notre calculatrice prend en compte une large gamme de matériaux, incluant les aciers (doux, mi-dur, dur, inoxydable), la fonte, les alliages d'aluminium, le cuivre, le bronze, le laiton, les bois (tendre, mi-dur, dur), et divers plastiques (PA6, PEHD, PETP, PP, PTFE, PVC, PC, PMMA).

Matière de l'outil de coupe

La matière de l'outil influence directement les performances d'usinage. Les outils en acier rapide supérieur (ARS) conviennent pour les matériaux tendres et les machines légères, mais ont une durée de vie limitée à haute vitesse. Les outils en carbure offrent une meilleure résistance à l'usure et permettent des vitesses de coupe plus élevées, idéales pour les métaux durs et les productions intensives.

Type de machine

Le type de machine (légère, intermédiaire, lourde) impacte les paramètres d'usinage. Une machine légère (fraiseuse d'établi) nécessite des avances et des profondeurs de passe réduites pour éviter les vibrations. Une machine lourde (CNC industrielle) supporte des coupes plus agressives, augmentant le MRR.

• Légère : Fraiseuse d'établi, adaptée aux petits ateliers.
• Intermédiaire : Fraiseuse conventionnelle ou CNC, de 250 kg à 2 tonnes.
• Lourde : Fraiseuse industrielle, supérieure à 2 tonnes, pour une productivité élevée.

Profondeur et largeur de coupe

La profondeur de passe (ap, en mm) représente la profondeur à laquelle la fraise pénètre dans la pièce à chaque passage, tandis que la largeur de coupe (ae, en mm) correspond à la largeur de la zone usinée. Ces deux paramètres influencent directement le taux d'enlèvement de matière (MRR), les efforts sur la machine, et la qualité de l'usinage. Leur choix dépend du matériau, du type d'outil, de l'opération (ébauche ou finition), et de la rigidité de la machine. Voici des recommandations pour optimiser ces paramètres dans différents contextes.

Recommandations générales

• Ébauche : Privilégiez des profondeurs de passe et des largeurs de coupe plus importantes pour maximiser le MRR, mais restez dans les limites de la machine et de l'outil pour éviter les vibrations ou l'usure prématurée.
• Finition : Utilisez des profondeurs et largeurs plus faibles pour améliorer la qualité de surface et réduire les efforts sur l'outil.
• Machines légères : Réduisez ap et ae (par exemple, ap ≤ 1 mm, ae ≤ 50 % du diamètre de la fraise) pour minimiser les vibrations.
• Machines lourdes : Vous pouvez augmenter ap et ae (par exemple, ap jusqu'à 3-4 mm pour l'acier doux avec carbure) pour une productivité accrue.

Profondeur de passe selon le matériau et l'outil

Voici des plages recommandées pour la profondeur de passe (ap) en fonction du matériau, de l'outil, et du type d'opération :

Ces valeurs sont indicatives pour des fraiseuses intermédiaires avec arrosage (pour les métaux). Réduisez ap de 20-30 % sur une fraiseuse légère ou en usinage à sec.

Largeur de coupe selon le type d'opération

La largeur de coupe (ae) varie selon le type de fraisage :

• Fraisage de face : ae peut atteindre 70-80 % du diamètre de la fraise (D) en ébauche (par exemple, 8 mm pour une fraise de 10 mm), mais réduisez à 20-50 % en finition pour une meilleure qualité de surface.
• Fraisage périphérique : ae est généralement plus faible (10-30 % de D) pour limiter les efforts sur l'outil, surtout pour les matériaux durs comme l'acier inoxydable.
• Rainurage : ae est égal au diamètre de la fraise (100 % de D), mais utilisez une profondeur de passe réduite (par exemple, ap ≤ 1 mm pour l'acier doux avec ARS) pour éviter la surcharge.

Exemple : Pour l'acier doux avec une fraise ARS de 10 mm sur une fraiseuse légère, utilisez ap = 1 mm et ae = 5 mm en ébauche pour un bon compromis entre productivité et stabilité.

Contextes spécifiques

• Acier doux avec ARS (fraiseuse légère) : Une profondeur de passe de 1 mm est idéale pour l'ébauche, réduisant les vibrations et l'usure de l'outil. En finition, passez à 0,5 mm pour un état de surface lisse. Préférez un arrosage pour limiter l'échauffement.
• Aluminium avec carbure (fraiseuse lourde) : Vous pouvez augmenter ap à 4-6 mm en ébauche avec ae jusqu'à 80 % de D, mais réduisez à 1 mm en finition pour éviter les bavures. Utilisez un brouillard d'huile ou de l'air comprimé.
• Plastiques (PMMA, PC) : Maintenez ap ≤ 1 mm, même en ébauche, pour éviter la surchauffe et les fissures. Une fraise polie et une largeur de coupe réduite (20-30 % de D) améliorent la qualité.
• Bois dur (CNC intermédiaire) : Des passes de 2-4 mm en ébauche sont possibles, mais réduisez à 0,5-1 mm en finition pour éviter les arrachements. Fraisez dans le sens des fibres.
• Usinage à sec (métaux) : Réduisez ap à 0,5-0,8 mm pour l'acier doux avec ARS et utilisez une avance par dent plus faible (par exemple, 0,1 mm/dent) pour limiter la chaleur.
• Fraisage à grande vitesse (HSC) : Avec une fraise carbure sur une CNC lourde, vous pouvez utiliser ap = 2-3 mm et ae = 10-20 % de D pour l'acier doux, avec des vitesses de coupe élevées (150-200 m/min) et un arrosage abondant.

Conseils pratiques

• Acier doux avec ARS : Une profondeur de passe de 1 mm est un bon point de départ pour l'ébauche sur une fraiseuse légère. Pour la finition, passez à 0,5 mm pour un état de surface lisse.
• Aluminium avec carbure : Vous pouvez augmenter ap jusqu'à 5-8 mm en ébauche sur une machine lourde, mais réduisez à 1 mm en finition pour éviter les bavures.
• Plastiques (PMMA, PC) : Utilisez des passes légères (ap ≤ 1 mm) pour éviter la surchauffe et les fissures. Préférez des fraises polies pour réduire l'adhérence des copeaux.
• Bois : Pour le bois tendre, des passes profondes (jusqu'à 10 mm) sont possibles en ébauche, mais réduisez à 1-2 mm en finition pour éviter les arrachements.
• Vibrations : Si des vibrations apparaissent, réduisez ap de 20-30 % et vérifiez la fixation de la pièce. Une largeur de coupe excessive peut aussi être en cause.

Astuce : Testez toujours avec une profondeur de passe réduite (par exemple, 0,5 mm) sur une petite zone avant d'augmenter, surtout sur une machine légère ou un matériau inconnu.

Adaptez ap et ae en fonction de la rigidité de votre machine et des conditions d'usinage (arrosage, type de fraise). Une profondeur ou largeur trop élevée peut endommager l'outil ou la pièce.

Fraisage en avalant vs. en opposition

Le fraisage peut être réalisé en avalant (la fraise tourne dans le sens de l'avance) ou en opposition (la fraise tourne à contre-sens). Le fraisage en avalant réduit les efforts sur l'outil et améliore l'état de surface, mais nécessite une machine rigide pour éviter les vibrations. Le fraisage en opposition est plus sûr sur les machines légères, mais peut entraîner une usure plus rapide de l'outil.

Refroidissement et lubrification

L'arrosage avec des huiles solubles est essentiel pour les métaux afin de réduire la chaleur et prolonger la durée de vie de l'outil. Pour les plastiques sensibles (comme le polycarbonate ou le PMMA), utilisez de l'air comprimé ou de l'eau claire pour éviter les fissures dues au stress thermique. Le bois est généralement usiné à sec, mais l'air comprimé peut aider à évacuer les copeaux.

Sécurité en fraisage

Le fraisage présente des risques significatifs, notamment en raison des copeaux volants, des vibrations, et des outils rotatifs à haute vitesse. Voici les précautions essentielles :

• Portez des lunettes de protection et des vêtements adaptés pour éviter les blessures causées par les copeaux ou l'éclatement de la pièce.
• Fixez solidement la pièce et l'outil pour éviter tout desserrage pendant l'usinage.
• Ne laissez jamais la clé de serrage sur le porte-outil ou le mandrin.
• Utilisez des écrans de protection sur la machine pour contenir les copeaux.
• Pour le bois, méfiez-vous des défauts internes (fissures, nœuds) qui peuvent provoquer des éclatements soudains.

Les valeurs fournies par cette calculatrice sont indicatives et établies sur des standards industriels, pour des conditions d'usinage avec arrosage pour les métaux. Elles n'engagent pas la responsabilité de ToutCalculer.com. Testez toujours les paramètres sur votre équipement et adaptez-les en fonction des résultats observés.

Tableau des vitesses de coupe et avances par dent

Les tableaux suivants récapitulent les plages de vitesses de coupe (Vc en m/min) et d'avances par dent (fz en mm/dent) pour différents matériaux, séparés par type d'outil : acier rapide supérieur (ARS) et carbure. Ces valeurs sont indicatives et doivent être ajustées selon les conditions spécifiques de votre machine et de votre environnement d'usinage.

Outils en Acier Rapide Supérieur (ARS)

Outils en Carbure

Les valeurs sont données pour des conditions d'usinage avec arrosage pour les métaux. Adaptez-les en fonction de votre machine, du type de fraise, et des conditions spécifiques (sèche ou avec lubrifiant).

Cas spécifiques, conseils et astuces pour le fraisage

Le fraisage est une opération versatile mais complexe, qui nécessite une attention particulière aux paramètres et aux conditions d'usinage. Voici des cas spécifiques, des conseils pratiques et des astuces pour optimiser vos opérations de fraisage, améliorer la qualité des pièces, et prolonger la durée de vie des outils.

1. Fraisage en avalant vs. en opposition

Le choix entre le fraisage en avalant et le fraisage en opposition dépend de la rigidité de la machine et du matériau usiné :

• En avalant : La fraise tourne dans le même sens que l'avance de la pièce. Cela réduit les efforts sur l'outil, améliore l'état de surface, et diminue l'échauffement. Cependant, il faut une machine rigide (type CNC lourde) pour éviter les vibrations ou le "recul" de la pièce. Préférez cette méthode pour les métaux tendres (aluminium, cuivre) et les plastiques comme le PMMA.
• En opposition : La fraise tourne à contre-sens de l'avance. Cette méthode est plus stable sur les machines légères ou conventionnelles, car elle réduit le risque de vibrations. Elle est recommandée pour les aciers durs ou les pièces mal fixées, mais peut augmenter l'usure de l'outil. Utilisez des avances par dent plus faibles pour limiter les efforts.

Astuce : Pour tester le fraisage en avalant, commencez avec une profondeur de passe réduite (par exemple, 0,5 mm) et augmentez progressivement. Vérifiez que la pièce est solidement fixée pour éviter tout déplacement.

2. Choix de la fraise

Le type de fraise influence grandement les performances. Voici les principales options :

• Fraise à surfacer : Idéale pour le fraisage de face, avec un grand nombre de dents pour une productivité élevée. Convient pour les surfaces planes sur l'acier ou l'aluminium.
• Fraise cylindrique : Parfaite pour le fraisage périphérique et les contours. Choisissez une fraise avec un revêtement (par exemple, TiAlN) pour les métaux durs.
• Fraise à rainurer : Conçue pour les rainures et les fentes. Préférez une fraise à 2 ou 3 dents pour évacuer les copeaux efficacement, surtout dans les plastiques.
• Fraise hémisphérique : Utilisée pour les surfaces complexes ou les moules. Idéale pour les finitions sur le bois ou les plastiques comme le polycarbonate.

Conseil : Pour les matériaux abrasifs (alliages d'aluminium à haute teneur en silicium, bois dur), utilisez des fraises en carbure avec un revêtement spécifique pour prolonger la durée de vie de l'outil.

3. Gestion des vibrations

Les vibrations sont un problème courant en fraisage, surtout sur les machines légères ou lors de passes profondes. Voici comment les minimiser :

• Rigidité de la fixation : Utilisez des étaux robustes ou des brides pour fixer la pièce. Vérifiez l'absence de jeu dans le montage.
• Réduction de la profondeur de passe : Si des vibrations apparaissent, réduisez la profondeur de passe (ap) de 20 à 30 % et augmentez l'avance par dent pour maintenir le MRR.
• Choix de la fraise : Préférez des fraises à pas différencié (dents irrégulièrement espacées) pour réduire les résonances, surtout sur les alliages légers.
• Équilibrage : Assurez-vous que la fraise est bien équilibrée et que le porte-outil est propre pour éviter les vibrations dues à un déséquilibre.

Astuce : Si vous usinez du bois ou du plastique, utilisez un aspirateur de copeaux pour éviter l'accumulation, qui peut amplifier les vibrations.

4. Usinage des plastiques

Les plastiques comme le PMMA, le polycarbonate ou le PTFE nécessitent des précautions spécifiques :

• Éviter l'échauffement : Utilisez des vitesses de coupe élevées avec des avances par dent faibles (par exemple, 0,12 mm/dent en finition) pour minimiser la chaleur, qui peut faire fondre ou fissurer le matériau.
• Refroidissement : Privilégiez l'air comprimé ou un brouillard d'eau pour le PMMA et le polycarbonate. Évitez les lubrifiants huileux, qui peuvent tacher ou dégrader certains plastiques.
• Fraises polies : Utilisez des fraises en carbure polies pour réduire l'adhérence des copeaux et obtenir une surface lisse.

Conseil : Pour le PMMA (Plexiglas), effectuez une passe de finition à faible profondeur (0,2 mm) pour un rendu transparent sans polissage supplémentaire.

5. Fraisage du bois

Le bois tendre, mi-dur et dur présente des défis uniques en raison de sa structure fibreuse :

• Évacuation des copeaux : Utilisez des fraises à 2 ou 3 dents pour une meilleure évacuation, surtout pour le bois tendre qui produit des copeaux volumineux.
• Vitesse élevée : Les vitesses de coupe élevées (jusqu'à 1000 m/min pour le carbure) réduisent les éclatements. Testez avec une avance par dent de 0,15 mm en finition pour un rendu lisse.
• Sens des fibres : Fraisez dans le sens des fibres pour éviter les arrachements, surtout sur le bois dur.

Astuce : Pour les bois durs comme le chêne, effectuez des passes multiples avec une profondeur maximale de 3 mm pour éviter les surcharges sur la fraise.

6. Optimisation de la productivité

Pour maximiser le taux d'enlèvement de matière (MRR) tout en préservant l'outil :

• Passes multiples : Préférez plusieurs passes avec une profondeur modérée (par exemple, 2-3 mm pour l'acier) plutôt qu'une passe profonde, pour réduire les efforts sur la machine.
• Stratégie de parcours : Utilisez des trajectoires en zigzag ou en spirale pour les grandes surfaces, afin de réduire les changements brusques de direction.
• Surveillance de l'usure : Inspectez régulièrement l'outil pour détecter les signes d'usure (copeaux irréguliers, bruit anormal). Remplacez la fraise dès que nécessaire pour éviter des défauts sur la pièce.

Conseil : Pour les fraiseuses CNC, programmez des stratégies d'usinage adaptatives (par exemple, usinage trochoïdal) pour augmenter le MRR tout en réduisant les efforts sur l'outil.

7. Sécurité avancée

En plus des précautions générales, voici des recommandations spécifiques :

• Contrôle de la vitesse : Ne démarrez jamais la fraise à pleine vitesse. Accélérez progressivement pour éviter les chocs.
• Protection auditive : Portez des protections auditives, car le fraisage, surtout sur des métaux durs, peut générer un bruit intense.
• Gestion des copeaux : Installez un système d'aspiration ou des écrans pour éviter que les copeaux ne s'accumulent autour de la machine, ce qui peut causer des bourrages ou des accidents.

Liste des pages de calculs

Argent

• Matrice d'aide au choix
• Calculer les échéances d'un emprunt, d'un crédit
• Calcul d'un emprunt avec échéancier
• Calcul de placements capitalisés
• Calcul de placements à versements réguliers capitalisés
• Consommation électrique
• Intérêts d'un découvert bancaire
• Numéros gagnants du loto
• Coût de l'eau chaude
• Le prix des cigarettes
• Calculer la TVA
• Taux de change des monnaies
• L'amortissement linéaire

Automobile

• Coût de revient d'un véhicule
• Consommation moyenne de carburant
• Dimensions des pneus
• Emissions de CO2 automobile
• Indemnités kilométriques fiscales

Construction

• Calcul d'un escalier
• Dosage des bétons et mortiers
• Volume d'une bétonnière
• Calculer le volume de béton d'un escalier droit
• Calculer une pente
• Isolation thermique
• Longueur développée d'un pliage / cintrage
• Module de calepinage
• Acier de construction
• Tracer un angle droit

Les escaliers en images - Exemples d'escaliers

• escaliers en acier
• escaliers en béton brut
• escaliers en bois
• escaliers en pierre
• escaliers en verre

Conversion

• Conversion des températures
• Taux de change des monnaies

Divers

• Durée entre 2 dates
• Gagner du temps
• Jeu de logique
• Proportions

Electricité

• Tension, intensité, puissance et résistance
• Résistances en parallèle
• Consommation électrique
• Résistance d'un conducteur
• Section d'un câble d'alimentation électrique pour une maison

Hydraulique

• Débit et vitesse d'écoulement
• Pompe à engrenages
• Pression, force et surface
• Pression et force de l'eau

Informatique

• Résolution d'écran
• Quel est mon IP

Mathématiques

Arithmétique

• Calculatrice
• Règle de trois
• Exercices d'additions
• Exercices de multiplications
• Nombre aléatoire
• Calculer une moyenne
• Simplifier les fractions
• PGCD
• Proportion

Géométrie

Calculs des surfaces

Triangles

• Triangles
• Triangle avec 3 côtés différents
• Triangle équilatéral
• Triangle isocèle
• Triangle isocèle-rectangle
• Triangle rectangle
• Triangle tronqué
• Centre de gravité d'un triangle

Quadrilatères

• Carré
• Losange
• Rectangle
• Parallélogramme
• Trapèze
• Quadrilatère quelconque

Autres polygones

• Le pentagone régulier (5 côtés)
• Le pentagone quelconque (5 côtés)
• L'hexagone régulier (6 côtés)
• L'hexagone quelconque (6 côtés)
• L'heptagone régulier (7 côtés)
• L'octogone régulier (8 côtés)
• Ennéagone régulier (9 côtés)
• Le décagone régulier (10 côtés)
• Hendécagone régulier (11)
• Le dodécagone régulier (12 côtés)

Surfaces circulaires

• Cercle passant par 3 points
• Le disque
• L'ellipse
• Tracer une ellipse
• La couronne
• Le secteur circulaire
• Le segment circulaire
• Zone circulaire
• Répartition semi-aléatoire

Calculs des volumes et de leurs surfaces

• Le cube
• Cuve, citerne
• Ellipsoïde
• Le parallélépipède rectangle
• La sphère
• Calotte sphérique
• La zone sphérique
• Le cylindre
• Le tore
• Le cône
• Le cône tronqué
• La forme quelconque
• Les formes oblongues
• Formes oblongues de révolution
• L'oeuf
• Le tube carré ou rectangulaire
• Le tube rond

Calculs des développantes

• Calcul de la développée d'une hélice
• Longueur développée d'un pliage ou d'un cintrage

Trigonométrie

• Longueur d'un arc
• Longueur d'une corde
• Sinus, cosinus & tangente

Mécanique

• L'accélération
• La force centrifuge
• Moment d'inertie
• Force de gravité
• La force du vent
• Pression, force et surface
• Puissance, couple et vitesse angulaire
• Calcul du train épicycloïdal
• Dimensions d'un engrenage
• Volant d'inertie

Santé

• Indice de masse corporelle (IMC)
• Indice de masse grasse
• Calculez votre poids idéal
• Combien de calories dans une bière ?

Sciences

• Liste des constantes
• Memento de physique

Usinage

• Vitesse de coupe - Perçage
• Vitesse de coupe - Tournage
• Vitesse de coupe - Fraisage