Procedes de Fraisage
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DEPARTEMENT GENIE MECANIQUE
Production 1
Enseignants
Mme Ghozlane Mehdia
Mr Hajri Helmi
Chapitre 3
Procédés de Fraisage
Classes
L1-GMi
Sommaire
I. INTRODUCTION ................................................................................................................................................. 3
II. MACHINES DE FRAISAGE ................................................................................................................................... 4
A. CINEMATIQUE ........................................................................................................................................................... 4
B. CLASSIFICATION ........................................................................................................................................................ 4
1. Fraiseuses d’outillage ...................................................................................................................................... 4
2. Les fraiseuses de production ............................................................................................................................ 4
3. Les fraiseuses spéciales .................................................................................................................................... 5
C. LES AXES D’UNE FRAISEUSE .......................................................................................................................................... 5
III. GENERATION DE SURFACES EN FRAISAGE ......................................................................................................... 6
IV. TYPES ET MODES DE TRAVAIL ............................................................................................................................ 7
A. FRAISAGE EN ROULANT ............................................................................................................................................... 7
1. En avalant (concordance) ................................................................................................................................ 7
2. En opposition ................................................................................................................................................... 9
B. FRAISAGE EN BOUT .................................................................................................................................................... 9
C. FRAISAGE COMBINE ................................................................................................................................................. 10
V. LES OUTILS ........................................................................................................................................................11
A. MATERIAUX ........................................................................................................................................................... 11
B. ELEMENTS CONSTITUTIFS .......................................................................................................................................... 11
C. PRINCIPAUX ELEMENTS D’IDENTIFICATION .................................................................................................................... 12
D. LES OUTILS LES PLUS COURAMMENT UTILISES ................................................................................................................ 13
1. Outils monobloc (en ARS) .............................................................................................................................. 13
2. Outils en carbure ............................................................................................................................................ 14
E. PORTES OUTILS ....................................................................................................................................................... 15
1. Mandrin porte fraise ...................................................................................................................................... 15
2. Pince porte fraise ........................................................................................................................................... 15
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3. Mandrin de perçage....................................................................................................................................... 16
VI. MISE EN POSITION DES PIECES.........................................................................................................................17
A. PORTES PIECES ........................................................................................................................................................ 17
1. Etau ................................................................................................................................................................ 17
2. Eléments modulaire ....................................................................................................................................... 17
3. Bridage ........................................................................................................................................................... 18
4. Plateau diviseur ............................................................................................................................................. 19
5. Plateau circulaire ........................................................................................................................................... 19
VII. CONDITIONS ET PARAMETRES DE COUPE .........................................................................................................20
A. PARAMETRES THEORIQUES ........................................................................................................................................ 20
B. PARAMETRES UTILES AU REGLAGE DE LA MACHINE .......................................................................................................... 20
C. EFFORT DE COUPE .................................................................................................................................................... 20
D. DETERMINATION DE LA COURSE MINIMALE ................................................................................................................... 21
VIII. ANALYSE DUN PROCESSUS OPERATOIRE EN FRAISAGE ....................................................................................21
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I. Introduction Le fraisage est un procédé de mise en forme par enlèvement de matière, sous forme de copeaux, sur une
machine outil appelée fraiseuse.
Figure 1: Machine de Fraisage
En fraisage, l’enlèvement de la matière résulte de la combinaison de deux mouvements :
Rotation de l’outil (appelé fraise) et il s’agit du mouvement de coupe noté Mc ;
Avance de la pièce à usiner et il s’agit du mouvement d’avance noté Mf.
Figure 2 : Mouvement de coupe et Mouvement d'avance en fraisage
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II. Machines de fraisage
A. Cinématique
Figure 3 : Cinématique d'une fraiseuse
B. Classification La classification des fraiseuses peut être comme suit :
1. Fraiseuses d’outillage
Généralement se sont les fraiseuses universelles (FU). Elles tirent leur nom de la position variable
que peut prendre l'axe de la broche porte-outil et de la variété des surfaces qu'elles sont susceptibles
d'usiner (surfaces planes, cylindriques, hélicoïdales, de forme, etc.)
Les fraiseuses universelles peuvent travailler avec l'axe fraise horizontal, par fixation d'une tête universelle
l'axe broche peut prendre une position verticale ou oblique.
Figure 4 : Fraiseuse universelle
2. Les fraiseuses de production
Destinées au travail en méthode série. On peut trouver dans cette catégorie :
Les fraiseuses horizontales (FH): l’axe de la broche est parallèle à la surface de la table :
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Les fraiseuses verticales (FV): l’axe de la broche est perpendiculaire à la surface de la table.
Les fraiseuses raboteuses : destinées au fraisage de face des pièces lourdes et encombrantes.
Ce sont des machines à têtes multiples dont chacune à sa commande individuelle du
mouvement de coupe.
Dans cette catégorie on peut trouver également les fraiseuses à cycle, à programme, à
commande numérique, centre d’usinage.
3. Les fraiseuses spéciales
À reproduire, à banc fixe,…
C. Les axes d’une fraiseuse Afin de décrire la trajectoire suivie par l’outil pour usiner la pièce, un système d’axe est normalisé.
Ces axes sont notamment utilisés pour écrire des programmes de commande numérique.
On doit toujours savoir reconnaître la broche d’une machine afin de placer correctement les axes qui sont
comme suit :
L’axe Z correspond à l‘axe de broche qui est l’axe de rotation de la fraise,
L’axe X correspond à l’axe perpendiculaire à Z et qui permet le plus grand déplacement de la table
de la fraiseuse,
L’axe Y correspond à l’axe perpendiculaire à Z et X et déterminé en utilisant la règle du trois doigts.
Le sens positif est donné suivant cette règle : la pièce étant la référence, l’outil s’éloignant de la pièce est
en mouvement suivant le sens positif des axes. Les axes Z, X et Y définissent une base en 3 dimensions.
Figure 5 : Les axes d’une fraiseuse
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III. Génération de surfaces en fraisage
Opération Schéma de la pièce usinée Exemples d’outils
Surfaçage
Fraise rouleau ;
Fraise cloche
Epaulement
Fraise 2 tailles
Rainurage
Fraise 3 tailles à dentures
alternées (rainure droite);
Fraise 3 tailles à dentures droites
(rainure droite) ;
Fraise à 2 lèvres (coupe au centre)
Rainurage en T
Fraise pour rainure en T
Perçage
Foret
Queue d’aronde
Fraise conique type A
Poche
Fraise à 2 lèvres (coupe au centre)
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IV. Types et modes de travail On distingue trois types de travail :
Fraisage en roulant dit aussi de profil ou de forme ;
Fraisage en bout dit aussi de face ou d’enveloppe ;
Fraisage combiné avec prédominance en bout ou en roulant.
A. Fraisage en roulant
On appelle fraisage en roulant lorsque l’axe de la fraise est parallèle à la surface de la table.
Figure 6 : Fraisage en roulant
La surface usinée est le résultat d’une translation d’une génératrice linéaire G selon la droite Δ. La qualité
géométrique dépend :
De la rectitude de la trajectoire Mf ;
De la rectitude des génératrices de la fraise.
L’épaisseur maximale du fraisage en roulant est de 0.05 mm.
Pour le fraisage en roulant, la surface usinée présente une série d’ondulations laissées par les dents de la
fraise : celles-ci dépendent de l’avance et du diamètre de l’outil.
Figure 7 : Surface usinée en fraisage en roulant
1. En avalant (concordance)
On dit un fraisage en roulant en concordance, lorsque le mouvement d’avance et le mouvement de coupe
sont dans le même sens.
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Figure 8 : Fraisage en roulant en avalant
Les efforts 1F
et 2F
tendent à pousser la pièce vers ses appuis ;
La fraise ne glisse pas au début sur la surface de coupe ;
La dent pénètre dans la pièce en détachant une épaisseur de coupe maximale ;
Le jeu axial de fonctionnement vis-écrou est constamment rattrapé.
Solution favorable pour l’obtention d’une bonne rugosité ;
La rugosité Ra = 1.6 à 3.2 ;
Le fraisage en concordance nécessite des machines munies d’un dispositif de rattrapage de jeu dans le
système vis-écrou. Lorsque la vis commandant l’avance tourne, le contact a lieu sur les flans a’b’. La
poussée due à la coupe tend à assurer le contact sur les flancs ab.
Figure 9 : Système de rattrapage de jeu
Si la poussée due à la coupe était constante le contact se ferait en permanence sur les flancs a b, mais
comme il y a des irrégularités dans la coupe, c'est la vis qui devient l'élément moteur et les contacts
s'effectuent en a'b’ d'où les à-coups et les vibrations préjudiciables à la vie de l'outil. Règle : Le fraisage en
concordance nécessite des machines munies d'un dispositif de rattrapage de jeu dans le système vis et
écrou de commande des déplacements de table.
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2. En opposition
On dit un fraisage en roulant en opposition, lorsque le mouvement d’avance s’oppose au mouvement de
coupe.
Figure 10 : Fraisage en roulant en opposition
Les efforts 1F
et 2F
tendent à soulever la pièce de sa fixation ;
La fraise glisse au début sur la surface de coupe sans l’usiner ;
L’épaisseur du copeau est nulle au début de l’attaque (en A) et maximal à la sortie de la dent, il s’en
suit que le métal est écroui jusqu’à ce que l’épaisseur devienne égale à l’épaisseur du copeau taillé
minimal ;
Provocation des à-coups si la dent suivante n’attaque pas avant que la précédente quitte le métal ;
Le jeu axial de fonctionnement vis-écrou n’est pas rattrapé.
L’outil travaille dans de moins bonnes conditions ;
La rugosité Ra = 3.2 à 6.4 ;
Ce mode de travail peut être employé sur n’importe quelle machine.
B. Fraisage en bout
On appelle fraisage en bout lorsque l’axe de la fraise est perpendiculaire à la surface de la table.
Figure 11 : Fraisage en bout
L’aspect d’une surface usinée en fraisage en bout est caractérisé par une série de courbes sécantes
appelées cycloïdes correspondant à la trace laissé par les dents de la fraise sur la pièce.
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Figure 12 : Surface usinée en fraisage en bout
Suivant la position de la fraise par rapport à la pièce (déport) le mode de travail est en opposition ou en
concordance.
En opposition En concordance
Schéma
Zone AB deux dents en prise simultanément une seule dent en prise
Zone BC une seule dent en prise deux dents en prise simultanément
Conclusion
Sur une machine non munie de dispositif de rattrapage de jeu dans le système vis et
écrou, il faut obligatoirement que l'outil travaille en opposition. En travail de face, le
déport doit entraîner une prédominance du fraisage en opposition.
Précision en travail de finition :
Qualité 7 et 8 sur les dimensions ;
Rugosité Ra = 1.6 (plus rarement 0.8)
Planéité : dépend de la précision du réglage et du diamètre de la fraise.
C. Fraisage combiné 1er cas : Fraisage combiné prédominance en bout : La surface F1 est fraisée en bout et la surface F2 est
fraisée en roulant.
2ième cas : Fraisage combiné prédominance en roulant : La surface F1 est fraisée en roulant et la surface F2
est fraisée en bout.
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Figure 13 : Fraisage combiné
V. Les outils
A. Matériaux Les outils existent en :
Acier rapide (ARS : Acier Rapide Supérieur) : sont utilisées pour des petites séries. Leur
utilisation est rentable pour les usinages engendrant des vibrations ou des chocs relativement
importants à l’outil. Ils conviennent bien aux matériaux à copeaux longs : aluminium, laiton,
plastique…
En plaquettes carbure métallique : les parties actives sont des mises rapportées en carbure à
savoir :
Les plaquettes brasées ;
Les plaquettes amovibles à jeter dont les principales formes et dimensions sont
normalisées ;
B. Eléments constitutifs Les outils utilisés en fraisage sont des outils à tranchant multiples constitués d’un corps et d’une partie
active :
Le corps est le solide de révolution assurant la liaison avec le mandrin porte-outil et supportant la
denture (taillée ou rapportée) ;
La partie active est liée au corps constituée de l’ensemble de la denture taillée sur la périphérie du
solide de révolution.
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Figure 14 : Eléments constitutifs d’une fraise
Sur la partie active figure les faces de coupe et de dépouille ainsi que les arêtes de coupe et le bec de l’outil.
Figure 15 : Faces et arêtes de l’outil
C. Principaux éléments d’identification
Nombre de tailles Type de denture Types de fixation Sens de l’hélice Le type d’usinage
1 taille ;
2 tailles ;
3 tailles.
Droite ;
Hélicoïdale ;
Alternée
A queue
cylindrique ;
Conique (CM) ;
À alésage ;
À taraudage.
A droite ;
A gauche ;
A coupe positive
ou négative.
Finition,
Ebauche.
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D. Les outils les plus couramment utilisés
1. Outils monobloc (en ARS)
Outil Désignation Opérations Outil Désignation Opérations
Fraise
cylindrique
2T à trou
lisse
surfaçage :
*en bout ;
*en roulant ;
*Combiné à
prédominance
en bout
Fraise
rouleau
Surfaçage en
roulant
Fraise
cylindrique
2T à queue
lisse
Rainurage de
profil
Fraise à
rainurer à 2
dents coupe
au centre
* Rainurage
Fraise 3T à
denture
alternée
Rainurage
(qualité usuelle
obtenue ≥ 9)
Fraise pour
rainure en T à
queue filetée
Rainurage en T
Fraise
conique type
A à queue
lisse
Queue d’aronde
Fraise 3T
expansible à
denture
alternée
Rainurage (qualité
usuelle obtenue :
7-8)
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2. Outils en carbure
Visualisation Identification Types d’opérations
réalisées Schéma d’usinage
Fraise à surfacer Surfaçage en bout
Fraise à surfacer et à
dresser
Surfaçages combinés à
prédominance en bout
Fraise à rainurer Rainurage de profil
Fraise 3 tailles à
dentures alternées Rainurage en bout
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E. Portes outils
1. Mandrin porte fraise
2. Pince porte fraise
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3. Mandrin de perçage
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VI. Mise en position des pièces
A. Portes pièces
1. Etau
L’étau convient essentiellement pour la liaison de pièces aux formes simples et régulières. La mise en
position répétitive des pièces est, dans certains cas, assez peu précise, ce qui limite son utilisation en
fabrication sérielle. En revanche il est très employé en fabrication unitaire.
2. Eléments modulaire
Des palettes comportant des appuis plan ligne ponctuels….permettent de préparer la mise en position de la
pièce en dehors de la machine et de positionner l’ensemble a 0.01mm prés.
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3. Bridage
a) Bridage par bride à vis
Les points de positionnement réalisant l’isostatisme seront placés de manière a s’opposer aux efforts de
coupe, le système de bridage évitant à la pièce de glisser dans l’autre sens tout en ne la déformant pas.
Pour un bridage efficace a>b (effort de la vie appliqués sur la pièce) et h1>h pour que la bride appuie en
pleine pièce et n'affaisse pas le coin.
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b) Bridage par clame
Les plaques entièrement usinées sur le dessus sont serrées latéralement par des clames.
c) Bridage par aspiration
Une dépression est effectuée sous l’appui plan et plaque la pièce (Pour petits efforts ou grande surface).
d) Bridage par plateau magnétique
Un plateau magnétique lie par aimantation la pièce à la machine.
4. Plateau diviseur
Un diviseur est un appareil qui se fixe sur la table de la fraiseuse et permet la création de pignons,
engrenages... La pièce à travailler est insérée entre le diviseur et une contre poupée. La manivelle alidade
du diviseur et un disque comportant un certain nombre de trous permet la taille du nombre de dents désiré
de la pièce. Depuis l'apparition des 5 axes à commandes numériques et surtout des machines spécialisées
dans les tailles d'engrenage, ces dispositifs sont en voie de disparition.
5. Plateau circulaire
Le plateau circulaire permet d’obtenir :
Des surfaces de révolution cylindrique et conique, en fraisage de profil, généralement inférieures à
360° ;
Des positions angulaires pour des opérations de perçage, et d’alésage ;
Des polygones réguliers ou irréguliers.
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VII. Conditions et paramètres de coupe Les conditions de coupe sont établies à partir des hypothèses suivantes :
Rigidité de la pièce et de l’outil ;
Nuance et géométrie de la partie coupante de l’outil adaptées à la matière à usiner ;
Lubrification correcte de l’arête de coupe ;
Durée de vie des fraises en acier rapide : 90 minutes ;
Durée de vie des fraises en carbure métallique : 45 minutes ;
L’épaisseur minimale en fraisage en roulant est de 0.05 mm ;
Un décalage de 0.05. D de l’axe de la fraise par rapport à l’axe de la pièce.
A. Paramètres théoriques Diamètre de la fraise : D (mm)
Profondeur de passe : p (mm)
Largeur fraisée : e (mm) tel que De .3
2
Nombre de dents : Z
Vitesse de coupe : Vc (m/min)
Avance par tour et par dent : fz (mm/tr.dent)
Avance par tour : f (mm/tr) tel ZfZf .
Rayon du bec de l’outil r :
Géométrie de l’outil
B. Paramètres utiles au réglage de la machine
Vitesse de rotation ou fréquence de rotation N (tr/min) tel que D
VN c
.
.1000
Vitesse d’avance : Vf (mm/min) tel que D
fZVZfNfNV zc
zf.
...1000...
C. Effort de coupe La direction de la résultante des forces est variable en intensité est en orientation puisque les dents
de la fraise tournent. On peut approximer le point d'application de cette force a la moitie du segment
d'enlèvement de copeau Les forces varient suivant l’épaisseur du copeau, le choc d’engagement, la
pression spécifique de coupe etc. et génèrent des vibrations
Cependant l’étude des efforts permet de réaliser un bridage efficace.
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D. Détermination de la course minimale
: Position initiale
: Position finale
C : la course (mm) ;
L : longueur de la pièce (mm) ;
p : profondeur de passe (mm) ;
D : diamètre de la fraise (mm).
C = L + MN
Or ON2 + MN2 = OM2
Avec OM = 2
D et ON = X =
2
D- p
Donc MN = 22 4.2
1XD
Et par suite C = L + 22 4.2
1XD
Et finalement C = L + pDp
VIII. ANALYSE DUN PROCESSUS OPERATOIRE EN FRAISAGE Réalisation d’un épaulement droit dans un prisme en XC 38, largueur 150 mm.
Les données du problème
Ra =3.2 impose un travail de face ; les intervalles de tolérances dimensionnelles et la tolérance de forme,
nous autorisent à réaliser l’usinage en une seule passe sur une fraiseuse universelle.
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Choix de l’outil fraise et réglage
L’acier XC 38 (Rm= 650 N/m) est usinable avec une fraise 2 tailles en acier rapide nuance 6-5-2.
Diamètre de la fraise : il est conseillé de choisir un diamètre de fraise > 25 compris entre 1,2 X l et
1,6 X 1 (1 : largueur de la surface à usiner) : Ø = 40 X 1,5 = 60 mm
On choisit une fraise Ø = 63 mm à alésage lisse, nombre de dents : Z = 8,
Régler la fraise dans le porte fraise et la monter dans la broche de la fraiseuse après vérification de
la, perpendicularité de la broche avec la table 0
Choix du porte-pièce
La pièce autorise un serrage en étau ou un ablocage sur table. L’ablocage sur table se prête ; mieux à
l’obtention du parallélisme.
Les brides ne doivent pas gêner la trajectoire de l’outil.
Mettre la pièce en appui sur 2 cales d’alignement logées dans une rainure de la table
Recherche des conditions de coupe
Avance
1. Par dent fz :
elle varie suivant le diamètre de la fraise et la rugosité souhaitée, le tableau donne les
valeurs de fz pour un usinage avec une fraise à surfacer en acier rapide.
On choisit : fz=0,1 mm/tr/dent
2. Avance par tour :
f =fz X Z = 0,1 X 8 = 0,8 mm/tr
Matériaux
Acier
R≤800N/mm
Fonte grise
HB ≤190
Alliages légers
sans silicium
Alliages cuivreux
60<HB<200
Ø F
rais
e
32 0.05 à0.1 0.07 à 0.1 0.05 à 0.12 0.06 à 0.1
40 0.06 à0.12 0.07 à 0.12 0.05 à 0.14 0.07 à0.12
50 0.06 à 0.14 0.07 à 0.14 0.05 à 0.16 0.07 à 0.12
63 0.07 à 0.16 0.08 à 0.16 0.06 à 0.18 0.08 à 0.14
80 0.08 à 0.2 0.01 à 0.2 0.08 à 0.22 0.09 à 0.20
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3. La profondeur de passe
p=1mesurée - 26
4. La vitesse de coupe
Pour un travail lubrifié : VC = 30 m/min
5. La fréquence de rotation de la broche
D
VN C
.
.1000
6. L’avance en millimètre par minute
Compte tenu du nombre de tours disponibles sur la broche (Nd=160 tr/min) :
df NfV . = 0,8 X 160 =128 mm/min
On choisit la valeur égale ou immédiatement inférieure.
Régler Nd et Vf sur la machine.
Régler la position de la fraise par rapport à la pièce en faisant la tangente et en repérant les positions
sur les tambours gradués.