Les bases du toupillage CNC : Parcours d’outils et avances et vitesses

Qu’est-ce qu’une toupie?

Avant de discuter ou d’utiliser une toupie CNC, il est utile de savoir comment utiliser une toupie manuelle. Votre toupie typique a un moteur (éventuellement un moteur à vitesse variable), un réglage de la hauteur (soit fixe, soit en plongée), et un collet, qui est un ressort conique qui, lorsqu’il est comprimé, crée la friction nécessaire pour maintenir votre outil de coupe en place.

Lorsque vous utilisez une toupie non informatisée, vous voyez, entendez et sentez comment l’outil peut couper avec un retour haptique instantané. Si vous avez accès à une, allez jouer avec elle avant d’essayer de créer des parcours d’outils sur l’ordinateur. Faites un croquis rapide sur un morceau de contreplaqué de 12 « x12 » et utilisez une mèche de ¼ de pouce pour le découper. Si vous travaillez avec une base fixe (et non une toupie plongeante), veillez à percer un trou de 3/8 de pouce pour pouvoir démarrer la toupie dans le matériau en toute sécurité. Réglez la mèche de manière à ce qu’elle ne coupe pas plus de 1/8 de pouce de profondeur par passage, et veillez à fixer le contreplaqué à votre table. Sachez que l’utilisation d’une mèche de toupie ou d’une profondeur non spécifiée peut être potentiellement dangereuse. Utilisez une mèche plus petite que 3/8 de pouce et utilisez un pas inférieur au rayon de la mèche.

Débutez la coupe au centre de votre forme et travaillez en spirale, cela fournira un support pour votre toupie si votre forme est plus grande que sa base. Au fur et à mesure que vous vous rapprochez des lignes esquissées, essayez d’effectuer des mouvements dans le sens des aiguilles d’une montre et dans le sens inverse et remarquez qu’une seule direction offre beaucoup plus de contrôle et de précision.

Qu’est-ce que les parcours d’outils ?

Un parcours d’outils est le chemin codé défini par l’utilisateur que suit un outil de coupe pour usiner une pièce. Ils sont représentés à l’écran par des lignes et des courbes qui représentent la trajectoire du centre inférieur de l’outil de coupe. Les parcours de poche gravent la surface du matériau, tandis que les parcours de profil coupent tout le long.

Pocket

Le processus décrit dans l’exemple de l’ordinateur de poche ci-dessus est appelé un parcours de « poche ». Dans votre première passe, vous enlèverez tout ce qui se trouve à l’intérieur de vos lignes jusqu’à une profondeur constante de 1/8 pouce sous la surface. Si vous voulez enlever plus de 1/8 de pouce, il suffit de faire une pause après la première passe, d’abaisser la mèche et d’enlever une deuxième passe 1/8 de pouce plus bas et ainsi de suite.

Pocket Toolpaths in RhinoCAM

Les lignes rouges sont des lignes de déplacement « pen up », où la toupie soulève la fraise et se déplace au-dessus de la surface du matériau pour atteindre le point de coupe suivant. La zone ombrée en bleu indique l’endroit où le matériau sera enlevé.

Les parcours d’outils de poche dans RhinoCAM

Profil

Si vous deviez vouloir découper votre forme au lieu d’enlever le matériau à l’intérieur des lignes, le parcours d’outils à utiliser serait appelé un profil (ou contour).

Des parcours d’outils profilés dans RhinoCAM

Des parcours d’outils profilés en cours de découpe.

La plupart des logiciels de FAO fournissent ce qui semble être un nombre insensé de contrôles et d’options dans le dialogue des parcours d’outils. Ne vous laissez pas submerger et prenez votre temps pour parcourir lentement chaque onglet successivement en étant sûr de comprendre toutes les options. Les concepts les plus importants à retenir de l’expérience de la toupie portative ci-dessus sont : la vitesse de la broche, la vitesse d’avance, le step-down et le step-over. Nous les aborderons plus en détail ci-dessous.

Mouvement d’escalade contre mouvement de coupe conventionnel

Une mèche de toupie standard tourne dans le sens horaire. Si cela devait suivre le côté gauche de la ligne, il s’agirait d’une coupe en escalade, si cela devait suivre le côté droit de la ligne, il s’agirait d’un mouvement de coupe conventionnel.

Climb vs Coupes conventionnelles

La principale différence entre l’escalade et la coupe conventionnelle est la façon dont la fraise mord dans le matériau. Une coupe conventionnelle dévie la mèche vers la coupe et une coupe en escalade repousse la mèche. La coupe en montée est souvent préférée lors de l’utilisation d’un routeur CNC, car elle provoque moins de déchirure du grain ou « arrachement ». Cependant, la coupe en montée peut être dangereuse sur une toupie non contrôlée par ordinateur, car la pièce peut être difficile à contrôler à la main et peut « s’éloigner ».

Dans l’exemple manuel ci-dessus, un motif en spirale dans le sens des aiguilles d’une montre, de l’intérieur vers l’extérieur, serait également une coupe conventionnelle et offrira plus de contrôle car nous avons une force limitée lorsque nous utilisons des outils manuels. En fait, de nombreux livres sur le travail du bois font référence à cette méthode comme la seule direction sûre pour utiliser une mèche de toupie.

Une toupie CNC cependant fournira généralement une meilleure coupe lors de l’utilisation d’une coupe en montée, en particulier dans le bois massif, car elle éliminera la possibilité d’arrachement le long du vecteur de coupe. Pour commencer, ne vous inquiétez pas trop à ce sujet. Généralement, vous devriez choisir l’option qui inclut les deux comme ‘mixte’ et le logiciel choisira ce qu’il faut utiliser.

Outillage

Il existe 4 principaux types de modèles de cannelures pour les mèches de toupie, plus de nombreux types de mèches spécialisées.

• Cannelure droite – excellente mèche tout autour, enlèvement de copeaux décent
• Spirale ascendante – excellent enlèvement de copeaux, peut arracher le dessus d’un placage mince comme le contreplaqué de qualité finition
• Spirale descendante – mauvais enlèvement de copeaux, pas d’arrachement, vitesse d’avance plus lente
• Compression – combinaison de spirale ascendante et descendante, excellente mèche tout autour, idéale pour le contreplaqué ou les produits en feuilles stratifiées.

Chacun de ces modèles de cannelures a ses inconvénients. Si l’argent n’est pas un problème et que vous coupez principalement du contreplaqué de finition, j’aime vraiment le Freud 77-202 ou 77-204. Les cannelures droites sont également fantastiques, peu coûteuses et sous-estimées.

Les limites de confinement 3D

J’encourage les étudiants à passer du temps avec des coupes 2D avant d’utiliser des parcours d’outils 3D complets. Il y a un certain nombre de raisons pour cela, mais le plus important est que prendre le temps de comprendre l’usinage 2D permet une bien meilleure compréhension des paramètres 3D. Je serais heureux de couvrir la 3D plus en profondeur à une date ultérieure, mais pour l’instant, je veux discuter des limites de confinement.

Au lieu d’utiliser une géométrie filaire ou des courbes et des lignes comme source principale d’entrée, un parcours d’outils 3D utilise des surfaces appelées  » surfaces d’entraînement « . Afin d’obtenir le résultat souhaité, il est souvent nécessaire d’utiliser une limite de confinement. Il s’agit d’une courbe qui définit les limites du mouvement en x et en y sur la surface d’entraînement. La clé de l’utilisation des frontières de confinement est qu’elles doivent être au-dessus de votre géométrie.

Typiquement, je déplace le modèle en dessous vers le plan de construction avant de commencer et je mets le confinement sur le CPlane.

Vitesses et vitesses

La plupart des broches (le terme pour la toupie attachée à votre défonceuse cnc) vont aller d’environ 7000rpm à 18000rpm. Cette vitesse est appelée « vitesse de broche » et est directement liée à la vitesse d’avance ou vitesse de surface, que la plupart des machines sont capables de faire jusqu’à environ 200ipm. Les deux autres variables, le pas de descente et le pas de montée, doivent être maintenues de manière à ce que la section transversale engagée avec le matériau ne soit pas supérieure au rayon multiplié par le diamètre de la mèche. C’est une règle empirique, mais c’est un bon point de départ pour les calculs d’avance et de vitesse.

Pour récapituler :

• Vitesse de la broche – vitesse de rotation de l’outil de coupe en tours par minute
• Vitesse d’avance – vitesse de surface au centre de l’outil en rotation
• Pas de descente – la distance dans la direction z par passe qu’un outil de coupe. outil de coupe est plongé dans le matériau
• Step over – la distance maximale dans la direction x/y qu’un outil de coupe s’engagera avec le matériau non coupé

Calcul des avances et des vitesses

Vous trouverez ci-dessous une formule pour calculer l’avance :

ChipLoad x CutterDiameter x NumberOfFlutes x SpindleSpeed = FeedRate

Où chipload est la quantité de matière coupée par dent (avance par dent). La vitesse d’avance est la vitesse de surface de l’outil de coupe en pouces par minute, la vitesse de la broche est la vitesse de rotation de l’outil de coupe en tours par minute, le nombre de cannelures et le diamètre de la fraise sont déterminés par votre outil. Dans ce cas, ils sont de ¼ de pouce et 2 cannelures. Selon la taille de votre mèche, la charge de copeaux pour le contreplaqué se situe entre 0,005 pouces 0,01 pouces par dent. Pour les petites mèches inférieures à 1/8 de pouce, commencez avec 0,005 et augmentez à partir de là. Pour les mèches de 1/4 de pouce et plus, vous ne casserez probablement rien en commençant par 0,01.

La taille de la charge de copeaux ou de l’avance par dent est un facteur très important dans l’usinage, les copeaux plus grands sont capables d’évacuer plus de chaleur. Les copeaux plus petits sont plus faciles pour votre machine et vos outils mais peuvent causer trop de chaleur. Vous voulez faire des copeaux qui, lorsqu’ils tombent, tombent sur le sol plutôt que de devenir de la poussière qui reste dans l’air.

Lorsque vous essayez d’affiner vos avances et vos vitesses avec une nouvelle mèche, devinez du mieux que vous pouvez en utilisant la formule des avances et des vitesses et touchez la mèche dès qu’elle s’arrête de tourner après avoir fait quelques coupes (rappelez-vous : la sécurité d’abord), elle devrait être chaude, peut-être un peu chaude au toucher, mais elle ne devrait pas vous brûler. Si elle est trop chaude, augmentez l’avance ou réduisez la vitesse de la broche. Regardez la qualité du bord une fois la coupe terminée. S’il est ondulé, c’est du broutage d’outil et vous devez diminuer votre vitesse d’avance ou augmenter la vitesse de la broche.

Utilisez aussi vos oreilles, l’outil doit avoir un bon son lors de la coupe… faites confiance à votre instinct.

Quelques exemples

Si nous branchons nos variables connues, nous obtenons :

0,01 x 0.25 x 2 x 18000 = Vitesse d’avance = 90ipm

En gardant à l’esprit que nous ne voulons pas pousser la mèche plus rapidement qu’environ 200ipm, si nous voulions utiliser une mèche à 4 cannelures de 1/2 pouce, nous pourrions résoudre la vitesse de la broche plutôt que la vitesse d’avance.

• 0,01 x 0,5 x 4 x SpindleSpeed = 200ipm
• SpindleSpeed = 10,000rpm

Il est utile de faire un tableau pour trouver rapidement les chiffres que vous recherchez. Vous pouvez utiliser mon tableau des avances et des vitesses.

Trucs et astuces d’usinage

Décalage et diamètre de la mèche

Tous ces chiffres sont basés sur un décalage du rayon et un décalage du diamètre de la mèche. Avec la charge de copeaux réglée sur 0,01, il est possible de descendre et de dépasser le diamètre de la mèche, mais c’est le maximum absolu et cela ne devrait être que de brefs moments dans la coupe. Il est possible d’endommager votre broche en la poussant trop fort, n’oubliez pas de toujours la faire chauffer pendant au moins 10 minutes avant d’effectuer une coupe. Il y a des roulements coûteux là-dedans qui seront détruits si vous sautez cette étape.

Les pelures d’oignon sur les coupes de profil

Lors de la coupe de profil du contreplaqué plaqué, j’aime utiliser une mèche à compression avec une technique appelée pelure d’oignon. Il y a beaucoup de façons différentes de programmer n’importe quel travail, mais cette méthode est un fourre-tout pour les petites pièces et un bon bord fini sans arrachement sur une table à vide avec un spoilboard. L’idée est de descendre d’abord par niveau, donc de couper toutes vos pièces jusqu’au premier niveau, puis au deuxième niveau et ainsi de suite, en laissant une fine couche de placage au bas de chaque coupe. Puis, dans une dernière passe, coupez la fine « pelure d’oignon » de placage qui reste. Parce que la quantité laissée est si mince, elle offre peu de résistance à la mèche et réduit les chances que votre pièce bouge.

Si je coupais du contreplaqué 3/4, il mesurerait en fait quelque part autour de 0,72 pouce, je descendrais deux fois, 0,34 par passage, laissant 0,04 pouce plus 0,02 percée pour le dernier parcours d’outil à enlever. Parce que je descends de près de 3/8 de pouce tout en coupant toute la largeur de 1/4 de pouce de la mèche à chaque passage, je devrais réduire la vitesse d’avance.

Avec une mèche de 1/4 de pouce, je devrais descendre de 1/8 de pouce (le rayon) lorsque je fais une coupe de contour en utilisant une charge de copeaux de 0,01 pouce. Mais je veux utiliser une mèche de compression pour éviter toute déchirure sur le dessus de ma feuille et cette mèche n’a pas de spirale descendante jusqu’à environ 5/16 de pouce en haut de l’arête de coupe. Je dois donc descendre de 3/8 de pouce. Puisque j’augmente la surface de la section transversale de la mèche engagée dans le matériau, je devrais diminuer la charge de copeaux de la même quantité, de sorte que la nouvelle charge de copeaux serait de 0,00333 et donnerait une nouvelle vitesse d’avance de 30 ipm. Après un peu d’expérimentation, j’ai trouvé qu’une charge de copeaux de 0,005 pouces à 18000rpm résultant en une vitesse d’avance de 45ipm est optimale pour mes besoins.

Expérimentez en toute sécurité

Ne vous laissez pas trop emporter par les chiffres, utilisez votre bon sens et faites confiance à votre instinct. Chaque mèche est un peu différente et il existe une large gamme de densités dans le bois massif et les différentes tôles. De plus, portez toujours vos lunettes de protection. Cela semble souvent être une mesure excessivement prudente, mais considérez le scénario probable de l’éclatement d’une petite mèche en carbure de 1/8 pouce. Il est peu probable que la poussière de bois vous envoie à l’hôpital, mais un petit éclat d’acier dans votre œil est quelque chose à prendre en compte.

Télécharger les fichiers Rhino 3D d’exemple

Si vous êtes intéressé, il est possible de télécharger un essai gratuit de Rhino pendant 90 jours. Vous pouvez également télécharger RhinoCAM chez MecSoft. Il ne vous permettra pas d’enregistrer vos fichiers, mais vous pouvez expérimenter et apprendre gratuitement.

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