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Auteur(s)
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Alain-L. DEFRETIN : Ingénieur des Arts et Métiers - Professeur agrégé - Responsable du laboratoire usinage grande vitesse à l’ENSAM de Lille
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Gérard LEVAILLANT : Ingénieur des Arts et Métiers - Docteur ès sciences - Fondateur de la société TOOL - Chargé de mission à l’ENSAM
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Lire l’articleINTRODUCTION
L‘usinage à grande vitesse (UGV) est souvent présenté comme le « fruit » d’une merveilleuse découverte : si l’on augmente les vitesses de coupe au-delà des limites habituelles, on commence par traverser une zone de vitesses inutilisables poétiquement baptisée « vallée de la mort ». Ensuite, on entre dans un paradis de l’usineur ; les énergies et les efforts spécifiques de coupe diminuent, les états de surface deviennent excellents, les durées de vie des outils augmentent pour devenir largement supérieures aux durées obtenues en usinage conventionnel.
Dans cet article, nous montrerons que pratiquer l’UGV ce n’est pas se décider à franchir une barrière de vitesse de coupe : c’est mettre en œuvre, de façon rationnelle, au meilleur niveau de performance économique, tous les éléments entrant dans la définition de l’opération d’usinage concernée et pas uniquement les paramètres de coupe.
Nous montrerons également que les problèmes posés par l’UGV, et leurs solutions, varient suivant les techniques d’usinage et les matériaux concernés.
Nous traiterons ici des opérations d’usinage par outils à géométrie définie, ce qui exclut l’usinage par rectification à grande vitesse, technique qui nécessite une étude séparée.
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3. Éléments du système
Nous vous présentons dans ce paragraphe les éléments essentiels et les spécificités liés à cette technique en insistant sur le fait que, dans bien des cas, les évolutions et progrès sont si rapides qu’il devient difficile d’en figer les performances.
3.1 Broche
Les broches à grande vitesse sont des électrobroches ; elles sont construites suivant trois principes différents :
-
les électrobroches à roulements à billes (figure 27) ;
-
les électrobroches à paliers magnétiques (figure 28) ; dont le fonctionnement repose sur la création d’un champ magnétique qui « suspend » le rotor entre les électroaimants dans une position contrôlée quels que soient les efforts exercés sur l’outil ;
-
les électrobroches à paliers hydrostatiques qui équipent depuis peu certaines machines à grande vitesse (figure 29).
Ce sont les électrobroches à palier magnétique qui ont équipé les premières machines à grande vitesse, bientôt concurrencées par les électrobroches à roulements à billes céramiques. Dans l’état actuel des choses, ce sont les électrobroches à roulements à billes qui détiennent la plus grande part du marché.
Sans présager de l’avenir de ces techniques en constante évolution, notons que leurs arguments principaux sont :
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pour l’électrobroche à roulements à billes :
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le coût,
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le couple disponible aux faibles vitesses de rotation,
-
la conception en fourreau facilitant leur intégration.
-
Ces broches permettent par exemple d’atteindre 40 000 tr · min−1 pour une puissance de 40 kW et un couple à basse vitesse de 300 m · N :
-
pour l’électrobroche à paliers magnétiques :
-
l’absence de risques de ruptures de billes en cas de choc,
-
le contrôle actif qui permet d’intervenir sur la position zéro de l’arbre, de mesurer les efforts et d’éviter les vibrations dues aux balourds.
-
Ces broches permettent par exemple d’atteindre 20 kW à 45 000 tr · min−1...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Usinage à grande vitesse dans outillages - . Recueil des conférences Journées CETIM : 6-7/12/1994.
-
(2) - Les atouts de la grande vitesse - : Publication CETIM.
-
(3) - Synthèse des évolutions des M.O. - Vu à l’EMO 97 : rapport CETIM.
-
(4) - SCHULZ (H.) - Le fraisage à grande vitesse des matériaux métalliques et non métalliques - . Université de DARMSTADT. Tome 1 : traduit par Pr. Serge TORBATY, Université de TOULON.
-
(5) - * - 1re Conférence franco-allemande sur l’UGV. Recueil des conférences ; Metz, 6 et 7 juin 1997.
-
(6) - Machine AUTOMATION - : Renault Automation magazine.
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