CNC-SentierBattu/Parametrage

Page en construction

Cette page expliquera comment on paramètre notre très chère CNC Sentier Battu

Définition

Fraiseuse

img standard process

Le fraisage, consiste à donner une énergie sous forme cinétique à une fraise en rotation tranchante, ce qui a pour effet d'accentuer les coefficients de contraintes sur la matériaux et sur la fraise, comme la fraise est plus dure que le matériau, c'est le matériau qui s'arrachera, créant un copeau. Le mouvement évacue le copeau via l'hélice de la fraise. Le tout en avançant pour tracer des formes.

Comme dans beaucoup de machine outil, elle sera organisée avec une tête contenant la particularité de la machine, qui s'articule sur des axes avec ses bras.

Pour Sentier Battu:

• La tête contient
  • Un moteur qui met en rotation la broche, on a la vitesse de rotation de la broche.
  • Une broche qui permet de tenir une fraise. Son serrage est important pour éviter les jeux au niveau de la fraise.
• Les bras s’orientent sur 3 axes linéaires cartésiens, X, Y et Z et contiennent
  • Des glissières, nous on a des crémaillères, qui sont généralement robuste mécaniquement, et si elles sont bien réglé, elles évites les jeux au niveau des bras. Une fraiseuse sans jeu et robuste est généralement une machine qui propose des usinages propres dès le départ et évite les vibrations, donc l'usure prématuré des outils. Les bras définissent l'avance de la tête.

Avec ça on a les paramètres d'entrée, ceux que l'on va rentrer dans la machine pour faire notre usinage. En résumé on aura

• Une trajectoire de tête donc de fraise
• Une vitesse d'avance (Vf) du bras lors de cette trajectoire
• Une fraise en particulier
• Une vitesse de rotation (N) qui transformera la fraise en outil de coupe.

L'objectif de cette page est de prendre en compte les phénomènes du fraisage pour déterminer les paramètres précédents.

Phénomènes

Au niveau de la coupe les paramètres d'entrée produisent plusieurs phénomènes. Ils représentent les conséquences de l'utilisation de la machine, c'est eux qui vont nous intéresser pour savoir comment la régler. On les définira ici et voir comment cela s'articule en bas.

Vitesse de coupe: Vc

La vitesse de coupe correspond à la vitesse linéaire du bout de la fraise, elle représente la vitesse avec laquelle l’arrête coupante est lancée dans le matériau. En s'exprime usuellement en m/min.

Elle est en lien la vitesse de rotation (N) mais on ne doit pas la confondre avec, ni la confondre avec la vitesse d'avance (Vf) de la tête.

Formation des copeaux

_img qu'est ce qu'un copeau

C'est de loin la composante la plus importante du fraisage, elle dépend directement de tous les paramètres de la machine.

On observe globalement 3 dimension

• L'épaisseur e: Un copeau à toujours une épaisseur variable il a une dimension nulle d'un coté et maximale de l'autre.

e = Avance par dent (fz) * Racine de l'overlap.

• La hauteur h: Elle est égale à la profondeur de passe.
• La longueur l: C'est un distance curviligne (courbe) que l'on approxime par la formule suivante.

l = Overlap (%) * Pi * Rayon (r) / Nombre de dent (Z)

L'épaisseur est plus importante que les autres, c'est bien les 3 paramètres que nous allons devoir prendre en compte.

Génération du copeau

Dans la plus part des cas les matériaux sont homogène la formation de copeaux est régulière et on prendra peu de précaution à ce sujet.

Cas du bois

Seulement le bois est un composite fait de fibres, qui s'arrache plus ou moins facilement suivant le sens, l'effort, la vitesse de sollicitation.

Lors du passage de la fraise on observe 3 phases, l'enjeu du paramétrage de la fraiseuse sera de réduire ou d'augmenter le temps d'une des phases par rapport aux autres.

1. Fendage: Ici l'outil avance suffisamment dans le bois pour arracher les fibres, comme l'outil est tournant, il arrachera plein de petit bout de fibre, créant ainsi des micros fissures. Il se produit quand les efforts de coupes sont supérieur à la cohésion des fibres. Ce qui se traduit généralement pas un angle de coupe important. Les micro fissures sont plus ou moins importantes suivant l'épaisseur du copeau.
2. Compression: On est à l'équilibre en terme de direction et d'intensité d'effort, on aura un bon état de surface, pas de micro fissure. Bref c'est la phase avec la qu'elle le fraisage ce passe bien. On l'obtient avec des angles de coupe faibles et négatifs, ainsi qu'une épaisseur de copeau relativement élevée.
3. Flambage: C'est une situation préférable aux fendage mais moins que la compression, ici la direction de l'éffort est pile dans le sens de la fibre, arrachant le copeaux par flexion. Cela ne se produit que pour des épaisseurs de copeaux faibles, et des angles de coupe faibles aussi.

On observera un état de surface moyen, quelques micro fissures négligeable vu leurs tailles.

Il faut bien garder à l'esprit que lors du passage de la dents on observe les 3 phases systématiquement, la durée que aura chaque phase varie en fonction des paramètres et du sens de la fibres.

Par exemple lors d'une trajectoire arc de cercle on pourra avoir les bords dont le travail en compression était prépondérant pour chaque passage de dents et au milieu de l'arc c'est le fendage.

_img_chronogramme_partour et moyenne

C'est pourquoi le bon paramétrage de la machine permet d'obtenir un ratio de temps d'usinage en compression élevé.

Cas des composites

Pour les composites on se retrouve généralement avec des épaisseurs de copeaux très faibles, c'est pourquoi on négligera les phénomènes que l'on retrouve avec le bois.

État de surface

img

Impacte de la forme de la fraise

img_comparaison_carré_hémisphérique

Flexion de la fraise

img_effort de flexion

Les types d'opérations

En 2D

On retrouve des opérations suffisamment particulières pour qu'il existe des fraises spécialement faites pour.

• Découpe: Passage de la fraise entière sur toute la profondeur du matériau, en plusieurs passes généralement.
• Gravure: Comme pour la découpe mais qui ne traverse pas le matériau
• Surfaçage: On utilise une fraise de diamètre large pour graver l'entièreté d'une surface, la rendant ainsi bien plane.
• Contournage: Comme pour la gravure mais uniquement sur les bords, on y retrouvera la réalisation de chanfreins, épaulements dans une plaque.
• Autres: l'utilisation de fraises à forme très particulières peu avoir lieu (congés, ...)

En 3D

On aura l'ébauche ce qui comprend toute les formes 3D usinée dans un matériau, on pourra passer sur un deuxième usinage dit de finition pour obtenir un meilleur état de surface.

On retiendra que les fraises d'ébauches peuvent faire du 2D, elles sont multi-usages, mais moins performantes que les fraises dédié à un type d'opération.

Fraisage par matériaux

Compatibilité des usages par matériaux

Matériau	Catégorie	Niveau d'expérimentation	Fraise	Remarques
Contreplaqué	Bois	Très Facile	Carbure
Aggloméré	Bois	Facile	Carbure
Massif	Bois	Facile	Carbure
Polymère peu dense	Polymères	Moyen	Carbure adapté	Voir spécificités matériaux
Polymère dense	Polymères	Moyen	Carbure 2 ou 3 dents adapté	Voir spécificités matériaux mais globalement avance lente
Fibre cellulosique	Fibres(composites)	Complexe	Carbure grand diamètre ou spéciale composite	Voir spécificités matériaux
Pierre	Autre	Complexe	Diamants	Se renseigner
Fibre de verre	Fibres(composites)	Interdit	Carbure multi dents/diamants	Usinage complexe et dangereux (poussière de verre)
Carbone	Fibres(composites)	Interdit	2 dents diamantés	Usinage complexe et dangereux (poussière de carbone)
Aramide (Kevlar)	Fibres(composites)	Interdit	Spéciale aramide	Usinage dangereux, les fibres ne se coupe pas
Métaux	Autre	Interdit	Carbure multi dents (>5)	Usinage dangereux car CNC pas adapté.

Choix des paramètres

Procédure de choix

img schema

Pour faciliter le choix on se référera au Fichier:CalculsVitesse.ods.zip

Type de fraise

Pour ce faire on se renseignera sur la page Fraise

Taille du copeaux

vitesse d'avance + rotation + nombre de dent => épaisseur trajectoire overlap => largeur trajectoire taille passe => profondeur

secu: la taille des copeaux en dessous de 30micron est problématique

Overlap

img_

img_copeau_traction

Sens de l'usinage

Conventionnel ou en avalant/montant

img

Il définit le sens d'éjection du copeaux, conventionnel vers le haut, et montant vers le bas. Il a une incidence très forte sur l'usinage.

Ce que l'on retiendra

• Pour les bois: On usinera en sens conventionnel.
• Pour tout le reste: On usinera en sens montant ou climb.

Voilà comment il se règle dans bCNC

Données matériaux

Fraisage du bois

Formation du copeaux pour le bois

img 3 type (tranchant, compression, flambage)

Taille du copeaux recommandé

Entre 0.05 et 0.3mm suivant le diamètre de la fraise Info catalogue Tap tools tableau

Fraisage des plastiques

On notera que pour les polymères le serrage de la pièce ne doit pas forcément être fort mais uniforme !

On fera attention a avoir des profondeurs de passes et des avances faible, néanmoins les vitesses de coupe peuvent être grande, c'est ce qu'on observe dans le tableau.

Abréviation	Matériau	Densité (g/cm³)	Vitesse de coupe (m/min)	Avance par dent (mm/tr/dent)
PMMA	Polyméthylméthacrylate ou Acrylique	1.2	200-4500	<0.5
ABS	Acrylonitrile Butadiène Styrène	1.05	< 1000	0.5
PC	Polycarbonate	1.2	100-500	0.1-0.5
PVC*	Polychlorure de vinyle	1.35	300-1000	0.1-0.5
PS	Polystyrène	1.05	> 200	0.05
PE	Polyéthylène	0.95	1000	0.1-0.5
PP	Polypropylène	0.9	1000	0.1-0.5
PUR	Polyuréthane	1.2	> 300	0.05
POM*	Polyoxyméthylène	1.4	200-500	0.3-0.5
PET	Polyéthylène Terephtalate	1.4	150-1000	<0.5
PBT	Polybutylene Terephtalate	1.4	150-1000	<0.5
PETG/PCTA/PCTG	Polyester Thermoplastiques	1.4	150-1000	<0.5
PA	Polyamides	1.1	200-1000	0.3-0.5
PTFE*	Polytétrafluoroéthylène	2.15	200-1000	0.1-0.5
PVDF*	Polyvinylidène de Fluorine	1.8	200-1000	0.1-0.5
PSU	Polysulfone	1.25	200-400	<0.5
PES	Polyesthersulfone	1.4	200-400	<0.5
PEI	Polyetherimide	1.3	200-400	<0.5
PEEK	Polyetheretherketone	1.3	200-400	<0.5

• Plastique pouvant dégager du gaz toxique (Chlore, fluor, formol ..) si échauffement, généralement une aspiration suffit a évacuer le gaz correctement. Néanmoins à Plateforme C l'aspiration n'est pas vers l’extérieur, ces matériaux sont donc à bannir.

Fraisage des composites

Matériau	Vitesse de coupe (m/min)	Avance par dent (mm/tr/dent)
Fibre Cellulosique	50-300	1-3
Fibre de Verre	200	0.01-0.03
Fibre de Carbone	400	<0.05