Machines à fraiser : Guide complet des types, fonctions et applications

Les fraiseuses, également connues sous le nom de moulins, sont des machines à couteaux rotatifs utilisées pour enlever de la matière d'une pièce. Elles jouent un rôle important dans le processus de construction, plus particulièrement dans la construction de pièces aux dimensions géométriques. Les fraiseuses sont utilisées dans les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale, de l'électronique électrique et de la métallurgie.

Cet article présente les caractéristiques de l'utilisation des fraiseuses, les différentes classifications, les applications et les objectifs de l'équipement de fraisage.

Structure et pièces des fraiseuses

Les broyeurs sont des structures complexes dont les pièces fonctionnent harmonieusement pour exécuter plusieurs processus d'usinage. La connaissance de ces pièces est essentielle pour les utiliser efficacement et obtenir une précision maximale.

Base

Une fraiseuse possède également une base, qui constitue la structure centrale et protège l'ensemble de l'installation. Généralement, la base est en fonte, ce qui assure la stabilité de l'appareil pendant son fonctionnement et réduit l'effet des secousses qui peuvent influencer la précision du travail.

La base peut également comporter un réservoir de liquide de refroidissement, car le liquide de refroidissement aide à refroidir les outils de coupe pendant le fraisage afin d'éviter l'accumulation de chaleur et les effets ultérieurs sur les outils de coupe.

Colonne

Sur la base est montée la colonne, qui agit comme la colonne vertébrale de l'équipement de fraisage et est composée de fonte. Elle porte la broche et le moteur et contient un système d'entraînement qui régit le mouvement de la broche.

Genou

Le genou est relié à la colonne, un mécanisme réglable qui supporte à la fois la selle et la table de travail. Il est conçu pour fournir un mouvement vertical glissant autour de la colonne qui, à son tour, permet un contrôle fin de la profondeur des coupes, grâce à la présence d'une vis d'alimentation verticale.

Selle

La selle est glissée le long du genou dans la direction Y tandis que le genou glisse le long de la selle dans la direction X pour un positionnement précis de la table de travail avec la pièce à usiner.

Table de travail

La table de travail, qui supporte la pièce pendant le processus d'usinage, est déplacée le long des axes X et Y par la selle et le genou. Elle est équipée de rainures en T pour soutenir la pièce à usiner et d'autres dispositifs de serrage qui peuvent être nécessaires pendant le processus de travail.

Broche

À côté de la table de travail se trouve la broche, élément central du moulin, qui maintient et fait tourner l'outil. Selon le type de machine, la broche peut être soit verticale ou horizontaleLa vitesse d'alimentation est contrôlée en fonction de l'opération requise.

Overarm, Arbor et Arbor

Dans les fraiseuses horizontales, le bras et l'arbre supportent les outils de coupe, tandis que dans les fraiseuses verticales, le fourreau guide le mouvement de haut en bas de l'outil.

Ces composants sont logés dans la tête de la machine, et la tête peut même osciller pour effectuer des mouvements angulaires ; le vérin améliore encore le positionnement de la tête autour de la pièce à usiner.

Enfin, le porte-outil est un arbre cylindrique utilisé dans les moulins horizontaux. Il sert de support à la fraise et permet d'utiliser des fraises grandes et solides adaptées aux opérations de fraisage brutales.

Types de fraiseuses

Il existe différents types de fraiseuses, chacune d'entre elles étant conçue pour accomplir efficacement des tâches spécifiques :

Fraiseuses verticales

Les fraises verticales sont dotées d'une broche qui se déplace verticalement le long de l'axe Z, tandis que l'outil de coupe opère sur cet axe. Cette conception les rend aptes à la coupe en plongée, un processus par lequel l'outil pénètre directement dans le matériau pour y percer des trous ou des dépressions.

Un autre avantage du positionnement vertical de la broche est la possibilité de percer de manière appropriée, car il est facile de placer l'outil à un endroit précis sur la pièce à usiner. Les fraiseuses verticales sont polyvalentes et recommandables, en particulier dans les industries qui exigent une grande exactitude et une grande précision dans des opérations telles que le façonnage, la coupe et même le perçage de pièces de forme complexe, comme dans les industries aérospatiale et automobile, entre autres.

La table peut être déplacée le long des axes X et Y, ce qui augmente leur flexibilité puisqu'ils peuvent effectuer plusieurs opérations sans avoir besoin de changer de position.

Fraiseuses horizontales

Fraiseuses horizontales : Contrairement aux fraises verticales, la broche des fraiseuses horizontales est placée horizontalement et parallèlement à la table de travail. Elle convient donc au rainurage, au rainurage et à la planification de surfaces planes. Cette disposition renforce la rigidité de la nature plane, ce qui permet de manipuler des matériaux épais et de grande taille et d'effectuer des opérations difficiles.

Il est utilisé dans les opérations qui impliquent des processus d'ébauche, comme la découpe d'une grande fente ou la réalisation d'une large rainure en une seule passe. Leur conception est également adaptée à l'utilisation simultanée de plusieurs outils de coupe, ce qui permet d'augmenter les taux de productivité puisque davantage d'opérations peuvent être effectuées au cours du premier cycle de coupe.

Ces machines sont couramment utilisées dans les usines de fabrication, notamment dans les secteurs de la machinerie lourde, de l'automobile et de la métallurgie, car elles offrent des vitesses élevées et un fraisage horizontal qui sont essentiels pour développer des pièces de grande taille avec la plus grande précision.

Machines à fraiser CNC

Les fraiseuses CNC sont des machines informatisées utilisées pour fabriquer des métaux par le biais du processus d'usinage à commande numérique par ordinateur, dans lequel l'ordinateur programme la trajectoire à suivre par l'outil de coupe. Ces automatismes rendent la machine très précise, ce qui permet de créer des composants fragiles et complexes.

Elles sont rigides et présentent un degré élevé de tolérance pour la précision, en particulier pour les travaux hautement techniques nécessitant des calculs mathématiques et la capacité de créer des produits aux dimensions identiques. Elles sont utilisées dans les industries qui produisent de nombreuses pièces similaires.

En raison de la grande précision de cet équipement et de sa polyvalence dans la réalisation de tâches très longues, voire impossibles, les fraiseuses CNC sont devenues des outils incontournables dans des secteurs tels que l'aérospatiale, l'électronique et la santé. Grâce à différentes trajectoires d'outils et opérations, elles peuvent changer rapidement de position et conviennent aussi bien au développement de prototypes qu'à la production en série.

Machines à fraiser universelles

Les fraises universelles sont des outils uniques et efficaces qui combinent des fraiseuses verticales et horizontales. Il est ainsi possible de monter la broche verticalement ou horizontalement pour faciliter un large éventail d'opérations, notamment l'alésage, la coupe, le façonnage et le refendage.

Cette souplesse d'utilisation rend les fraiseuses universelles particulièrement utiles lorsqu'il s'agit d'effectuer une variété d'opérations de fraisage plan et de profil, par exemple dans les ateliers d'outillage, les ateliers de réparation et les ateliers où le rendement peut être considérablement augmenté en passant d'un type de travail de fraisage à l'autre sur la même machine.

Ces machines conviennent à des opérations variées et plus complexes, étant donné que les tables se déplacent dans plusieurs directions en plus du mouvement de la broche ; elles peuvent avancer en position haute avec de puissantes capacités de coupe et de perçage, caractéristiques des fraises verticales, ou être inclinées horizontalement pour frapper la surface de la table avec la même intensité que celle des fraises horizontales.

Machines à fraiser les lits

Les fraiseuses à table ont une table fixe et offrent un support rigide, ce qui est idéal pour les opérations de fraisage lourdes. La table d'une fraiseuse à table est fixe et, contrairement à d'autres équipements de fraisage dans lesquels la table tourne sur les axes X et Y, la broche monte et descend sur l'axe Z.

Cette conception améliore considérablement la la rigidité et la résistance structurelles de la machine afin qu'elle puisse manipuler des pièces de grande taille et effectuer des opérations nécessitant de la force.

Les fraiseuses à banc sont utilisées dans les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale et de la construction, où il est nécessaire de travailler sur des pièces lourdes et de grande taille. Grâce aux ailes de coupe en métal plus épais, les coupes peuvent être effectuées plus profondément avec un MRR élevé, ce qui rend ces outils de coupe idéaux pour des applications telles que l'ébauche de structures de composants complexes, l'usinage de grands moules ou la fabrication de pièces lourdes.

Avantages des moulins dans la fabrication

Les fraiseuses offrent de nombreux avantages dans le domaine de la fabrication, c'est pourquoi elles sont essentielles dans différents secteurs. Le premier d'entre eux est la précision et l'exactitude, car elles éliminent l'élément humain du processus, et quoi de plus impressionnant ? Les fraiseuses peuvent également produire des pièces avec une grande précision puisqu'elles peuvent travailler avec une grande répétabilité.

Qu'il s'agisse d'un petit composant ou d'une grande pièce de forme complexe, les équipements de fraisage garantissent la précision de chaque coupe, ce qui permet de constater que chaque produit fini de la fraiseuse est lisse. Les produits suivants dans les lots de production sont également lisses.

Un autre avantage des broyeurs est qu'ils sont très flexibles. Elles peuvent travailler avec de nombreux matériaux, notamment des métaux tels que l'acier et le titane d'un côté, et l'aluminium, les plastiques et autres composites de l'autre. Cette polyvalence permet aux fabricants d'utiliser les fraiseuses à des fins diverses, de la production de pièces de moteur et d'outils de moulage à celle d'équipements médicaux et de boîtiers électroniques.

En raison de la flexibilité des matériaux et des opérations effectuées au cours du processus de broyage, les broyeurs sont des outils essentiels dans les industries manufacturières.

Un autre avantage est qu'il augmente l'efficacité, en particulier lorsque le fraisage est effectué à l'aide de moulins informatisés tels que la CNC. Il s'agit de machines spécialisées utilisées pour le fraisage et privilégiées parce qu'elles accélèrent le processus, augmentent la précision et minimisent les erreurs qui peuvent survenir lors de l'utilisation de main-d'œuvre humaine.

Les fraiseuses CNC peuvent fonctionner 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 afin de créer des pièces similaires et plus cohérentes pour la fabrication en grande série. Cette efficacité accrue permet également de réduire les coûts de fabrication, ce qui rend l'équipement de fraisage économique pour les fabricants qui souhaitent améliorer leur efficacité.

Applications dans la fabrication moderne

Aujourd'hui, les fraiseuses sont nécessaires partout où l'ingénierie mécanique est une branche essentielle des processus de fabrication modernes. Dans le contexte de l'industrie automobile, les fraiseuses sont d'autant plus importantes qu'elles fabriquent des moteurs et d'autres composants importants des automobiles.

Les fraiseuses étant très précises, il est possible de produire de manière adéquate des pièces complexes, notamment des blocs moteurs, des culasses et des boîtiers de transmission, qui nécessitent des performances et une fiabilité élevées. Ces pièces s'avèrent avantageuses pour l'industrie automobile. Elles offrent une grande polyvalence et la possibilité de produire des petites et des grandes séries, ce qui est crucial dans la fabrication des véhicules, car elles la rendent efficace et fiable.

Les fraiseuses sont couramment utilisées dans l'industrie aérospatiale pour les opérations d'usinage sur des pièces dont la géométrie de la section transversale est compliquée. Les pièces des structures aérospatiales sont principalement de petite taille et ont des formes complexes et des dimensions fixes en raison de l'environnement de travail difficile.

Les broyeurs sont utilisés pour l'usinage de pièces et de composants tels que les pales de turbines, les pièces structurelles d'avions et d'autres éléments structurels qui nécessitent une grande précision et une grande fiabilité. Il est largement prouvé que les pièces qui respectent des tolérances et des finitions de surface réduites garantissent des performances fiables sous des contraintes élevées.

Principalement utilisé dans la fabrication de produits électroniques, en particulier de cartes de circuits imprimés et d'autres formes de sous-ensembles électroniques. Par conséquent, la création de modèles élaborés et précis sur les cartes de circuits imprimés est essentielle au bon fonctionnement des appareils électroniques. Les fraiseuses sont largement utilisées pour fabriquer des substrats de circuits imprimés, percer des trous pour le montage de composants ou graver des circuits fins. Cette précision permet de stabiliser les produits électriques destinés à des usages domestiques, commerciaux et industriels.

Conclusion

Les fraiseuses comptent parmi les outils les plus couramment utilisés dans les industries manufacturières aujourd'hui en raison de leur précision, de leur flexibilité et de leur capacité à fonctionner à des vitesses élevées dans diverses opérations. Qu'il s'agisse du fraisage vertical habituel, qui comprend des opérations manuelles mais convient aux travaux précis et complexes, ou du fraisage moderne à commande numérique par ordinateur, qui offre un contrôle automatisé de haut niveau pour les opérations compliquées, ces machines constituent un élément essentiel de nombreuses industries manufacturières.

La connaissance des points forts et de la polyvalence des différentes fraiseuses permet d'apporter les bons outils aux fabricants, et donc la précision, la qualité ou la productivité. Faisant partie des chaînes de fabrication, les fraiseuses améliorent la fonctionnalité, la productivité, l'efficacité et la flexibilité pour les titulaires de licences, en fonction du type de matériaux et de conceptions requis.

Grâce à leur polyvalence et à la précision du forage qu'elles permettent, ces machines sont utiles à tout environnement de production et contribuent au progrès et à la compétitivité durable dans le domaine de la production.