La vitesse de la broche est la fréquence de rotation de la broche de la machine, mesurée en tours par minute (RPM). La vitesse préférée est déterminée en travaillant à rebours à partir de la vitesse de surface souhaitée (sfm ou m/min) et en intégrant le diamètre (de la pièce ou de la fraise).
La broche peut contenir :
- Matière (comme dans un mandrin de tour)
- Mèche dans une perceuse
- Fraise dans une fraiseuse
- Mèche de toupie dans une toupie à bois
- Fraise de façonnage ou couteau dans une façonneuse à bois ou une toupie
- Moulure sur une rectifieuse.
Une vitesse de rotation excessive de la broche entraînera une usure prématurée de l’outil, des cassures et peut provoquer un broutage de l’outil, ce qui peut conduire à des conditions potentiellement dangereuses. L’utilisation d’une vitesse de broche correcte pour le matériau et les outils améliorera considérablement la durée de vie des outils et la qualité de la finition de surface.
Pour une opération d’usinage donnée, la vitesse de coupe restera constante dans la plupart des situations ; par conséquent, la vitesse de la broche restera également constante. Cependant, les opérations de surfaçage, de formage, de tronçonnage et d’évidement sur un tour ou une visseuse impliquent l’usinage d’un diamètre en constante évolution. Idéalement, cela signifie qu’il faut changer la vitesse de la broche au fur et à mesure que la coupe avance sur la face de la pièce, produisant ainsi une vitesse de surface constante (CSS). Les dispositifs mécaniques permettant d’obtenir une vitesse de surface constante existent depuis des siècles, mais ils n’ont jamais été appliqués couramment à la commande des machines-outils. Dans l’ère pré-CNC, l’idéal de CSS était ignoré pour la plupart des travaux. Pour les travaux inhabituels qui l’exigeaient, des efforts particuliers étaient faits pour l’atteindre. L’introduction des tours à commande numérique a apporté une solution pratique et quotidienne grâce à la surveillance et au contrôle automatisés du processus d’usinage CSS. Grâce au logiciel de la machine et aux moteurs électriques à vitesse variable, le tour peut augmenter le régime de la broche à mesure que la fraise se rapproche du centre de la pièce.
Les meules sont conçues pour fonctionner à une vitesse maximale sûre, la vitesse de la broche de la rectifieuse peut être variable, mais elle ne doit être modifiée qu’en tenant compte de la vitesse de travail sûre de la meule. Lorsqu’une meule s’use, son diamètre diminue et sa vitesse de coupe effective est réduite. Certaines meuleuses ont la possibilité d’augmenter la vitesse de la broche, ce qui corrige cette perte de capacité de coupe ; cependant, l’augmentation de la vitesse au-delà de la cote des meules détruira la meule et créera un grave danger pour la vie et l’intégrité physique.
En général, les vitesses de broche et les taux d’avance sont moins critiques dans le travail du bois que dans le travail du métal. La plupart des machines à bois, y compris les scies électriques telles que les scies circulaires et les scies à ruban, les dégauchisseuses, les raboteuses d’épaisseur, tournent à un régime fixe. Dans ces machines, la vitesse de coupe est régulée par la vitesse d’avance. La vitesse d’avance requise peut être extrêmement variable en fonction de la puissance du moteur, de la dureté du bois ou d’un autre matériau à usiner, et du tranchant de l’outil de coupe.
Dans le travail du bois, la vitesse d’avance idéale est une vitesse suffisamment lente pour ne pas enliser le moteur, mais suffisamment rapide pour ne pas brûler le matériau. Certains bois, comme le cerisier noir et l’érable, sont plus enclins à brûler que d’autres. La bonne vitesse d’avance est généralement obtenue au « toucher » si le matériau est alimenté à la main, ou par tâtonnement si un alimentateur électrique est utilisé. Dans les raboteuses, le bois est généralement alimenté automatiquement par des rouleaux en caoutchouc ou en acier ondulé. Certaines de ces machines permettent de varier la vitesse d’alimentation, généralement en changeant de poulie. Une vitesse d’avance plus lente permet généralement d’obtenir une surface plus fine, car davantage de coupes sont effectuées pour une même longueur de bois.
La vitesse de rotation de l’arbre devient importante dans le fonctionnement des défonceuses, des toupies ou des façonneuses, et des perceuses. Les défonceuses plus anciennes et plus petites tournent souvent à une vitesse de broche fixe, généralement entre 20 000 et 25 000 tr/min. Si ces vitesses conviennent aux petites mèches de défonceuse, l’utilisation de mèches plus grandes, par exemple d’un diamètre supérieur à 25 mm, peut être dangereuse et entraîner un broutage. Les toupies plus grandes ont maintenant des vitesses variables et les mèches plus grandes nécessitent une vitesse plus lente. Le perçage du bois utilise généralement des vitesses de broche plus élevées que le métal, et la vitesse n’est pas aussi critique. Cependant, les mèches de plus grand diamètre nécessitent des vitesses plus lentes pour éviter les brûlures.
Les avances et les vitesses de coupe, ainsi que les vitesses de broche qui en découlent, sont les conditions de coupe idéales pour un outil. Si les conditions sont moins qu’idéales, alors des ajustements sont effectués sur la vitesse de la broche, cet ajustement est généralement une réduction du nombre de tours par minute jusqu’à la vitesse disponible la plus proche, ou celle qui est jugée (par la connaissance et l’expérience) comme étant correcte.
Certains matériaux, comme la cire usinable, peuvent être coupés à une grande variété de vitesses de broche, tandis que d’autres, comme l’acier inoxydable, nécessitent un contrôle beaucoup plus minutieux, car la vitesse de coupe est critique, pour éviter de surchauffer à la fois l’outil de coupe et la pièce. L’acier inoxydable est un matériau qui durcit très facilement lorsqu’il est travaillé à froid. Par conséquent, une vitesse d’avance insuffisante ou une vitesse de broche incorrecte peuvent entraîner des conditions de coupe moins qu’idéales, car la pièce durcira rapidement et résistera à l’action de coupe de l’outil. L’application libérale de fluide de coupe peut améliorer ces conditions de coupe ; cependant, la sélection correcte des vitesses est le facteur critique.
Calculs de la vitesse de brocheModification
La plupart des livres sur le travail des métaux ont des nomogrammes ou des tableaux de vitesses de broche et de vitesses d’avance pour différentes fraises et matériaux de pièce ; des tableaux similaires sont également probablement disponibles auprès du fabricant de la fraise utilisée.
Les vitesses de broche peuvent être calculées pour toutes les opérations d’usinage une fois que le SFM ou le MPM est connu. Dans la plupart des cas, nous avons affaire à un objet cylindrique tel qu’une fraise ou une pièce tournant dans un tour, nous devons donc déterminer la vitesse à la périphérie de cet objet rond. Cette vitesse à la périphérie (d’un point sur la circonférence, se déplaçant devant un point stationnaire) dépendra de la vitesse de rotation (RPM) et du diamètre de l’objet.
Une analogie serait un conducteur de skateboard et un cycliste voyageant côte à côte sur la route. Pour une vitesse de surface donnée (la vitesse de cette paire le long de la route), la vitesse de rotation (RPM) de leurs roues (grande pour le skateur et petite pour le cycliste) sera différente. C’est cette vitesse de rotation (RPM) que nous calculons, étant donné une vitesse de surface fixe (vitesse le long de la route) et des valeurs connues pour la taille de leurs roues (fraise ou pièce).
Les formules suivantes peuvent être utilisées pour estimer cette valeur.
Edit d’approximation
Le RPM exact n’est pas toujours nécessaire, une approximation proche fonctionnera (en utilisant 3 pour la valeur de π {\displaystyle {\pi }}.
). R P M = C u t t i n g S p e e d × 12 π × D i a m e t t e r {\displaystyle RPM={CuttingSpeed\times 12 \over \pi \times Diameter}}
e.g. pour une vitesse de coupe de 100 pi/min (une fraise en acier HSS ordinaire sur de l’acier doux) et un diamètre de 10 pouces (la fraise ou la pièce à usiner)
R P M = C u t t i n g S p e e e d × 12 π × D i a m e t e r e r = 12 × 100 f t / m i n 3 × 10 i n c h e s = 40 r e v s / m i n {\displaystyle RPM={CuttingSpeed\times 12 \over \pi \times Diameter}={12\times 100ft/min \over 3\times 10inches}={40revs/min}}
et, pour un exemple utilisant des valeurs métriques, où la vitesse de coupe est de 30 m/min et un diamètre de 10 mm (0.01 m),
R P M = S p e e d π × D i a m e t e r = 1000 × 30 m / m i n 3 × 10 m m = 1000 r e v s / m i n {\displaystyle RPM={Vitesse \over \pi \times Diamètre}={1000\times 30m/min \over 3\times 10mm}={1000revs/min}}.
Vérification de la précision
Pour des calculs plus précis, et au détriment de la simplicité, on peut toutefois utiliser cette formule :
R P M = S p e e d C i r c u m f e r e n c e = S p e e d π × D i a m e t e r {\displaystyle RPM={Vitesse \over Circonférence}={Vitesse \over \pi \times Diamètre}}.
et en utilisant le même exemple
R P M = 100 f t / m i n π × 10 i n c h e s ( 1 f t 12 i n c h e s ) = 100 2.62 = 38.2 r e v s / m i n {\displaystyle RPM={100ft/min \over \pi \times 10\,inches\left({\frac {1ft}{12\,inches}\right)}={100 \over 2.62}=38.2revs/min}
et en utilisant le même exemple que ci-dessus
R P M = 30 m / m i n π × 10 m m ( 1 m 1000 m m ) = 1000 ∗ 30 π ∗ 10 = 955 r e v s / m i n {\displaystyle RPM={30m/min \over \pi \times 10\,mm\left({\frac {1m}{1000\,mm}\right)}={1000*30 \over \pi *10}=955revs/min}
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