Longueur, dépassement et rigidité de la flûte : les variables sous-estimées dans la découpe par routeur CNC

Lorsque les découpes réalisées à l'aide d'une défonceuse CNC ne sont pas satisfaisantes (vibration, finition de surface médiocre, outils cassés), les premiers suspects sont généralement les avances et les vitesses, les revêtements, voire la machine elle-même.

Mais l'un des facteurs les plus négligés qui contribuent à réduire les performances, en particulier sur les routeurs CNC, est la rigidité de l'outil, et plus précisément, la partie non soutenue de l'outil.

Dans de nombreux cas, le simple fait de choisir une fraise avec une longueur de goujure plus courte (ou de réduire la saillie) peut faire une plus grande différence que de changer de revêtement, de nombre de goujures ou de vitesse de rotation.

Cet article explique pourquoi la longueur de la rainure et le dépassement sont si importants sur les routeurs CNC, et comment tenir compte de la rigidité lors du choix des fraises.

Pourquoi la rigidité est-elle plus importante sur les routeurs CNC que sur les fraiseuses ?

Par rapport aux centres d'usinage verticaux, les routeurs CNC fonctionnent généralement avec :

• Vitesses de broche plus élevées
• Masse totale et rigidité réduites
• Saillie plus longue de l'outil
• Amortissement inhérent réduit dans le portique et l'axe Z

Par conséquent, les routeurs sont beaucoup plus sensibles à la déviation et aux vibrations des outils.

Lorsqu'une fraise fléchit sous la charge :

• L'épaisseur des copeaux devient irrégulière.
• Les forces de coupe fluctuent
• Des bavardages apparaissent
• La finition de surface se dégrade
• La durée de vie des outils diminue

Réduire la déviation est souvent le moyen le plus rapide de stabiliser une coupe, et la longueur non soutenue de l'outil est l'un des principaux facteurs contribuant à cette déviation.

Longueur de la cannelure vs dépassement vs longueur non soutenue (ce qui se plie réellement)

Ces termes sont souvent utilisés de manière interchangeable, mais ils ne sont pas exactement identiques.

• Longueur de la flûte : partie coupante de l'outil
• Dépassement : distance à laquelle l'outil dépasse de la pince de serrage
• Longueur non soutenue : partie de l'outil susceptible de fléchir sous la charge de coupe.

Les longueurs non prises en charge comprennent :

• Longueur de la rainure apparente
• Toute tige exposée sous la douille
• Tout col de diamètre réduit

Le dépassement est ce que vous mesurez.
La longueur non soutenue est ce qui se plie.

Lors de la découpe d'aluminium sur une défonceuse CNC,il est préférable d'utiliser des longueurs de goujures plus courtes, car la rigidité et le contrôle des vibrations sont bien plus importants que la portée.

Pourquoi de petites augmentations de longueur ont-elles des conséquences importantes ?

D'un point de vue mécanique, la déviation de l'outil augmente avec le cube de la longueur non soutenue.

En termes pratiques :

Doubler la longueur non soutenue d'une fraise peut réduire la rigidité d'environ huit fois.

Cela signifie :

• Un outil dont la longueur exposée est deux fois plus grande n'est pas « un peu » moins rigide, il est considérablement moins rigide.
• De légères augmentations de la longueur de la rainure ou du dépassement peuvent avoir des effets disproportionnés sur les vibrations et la finition.

C'est pourquoi deux fraises de même diamètre peuvent se comporter de manière complètement différente selon la partie non soutenue de l'outil.

Pourquoi la « longueur minimale nécessaire de la flûte » est une stratégie gagnante

Une erreur courante, surtout chez les nouveaux utilisateurs de routeurs, consiste à choisir des fraises dont la longueur de goujure est bien supérieure à celle requise pour la coupe.

Exemples :

• Découpe d'une plaque de 6 mm avec une rainure de 25 mm
• Poches peu profondes avec outils à longue portée

Longueur excessive de la cannelure :

• Réduit la rigidité
• Favorise les vibrations
• Rend les forces de coupe plus difficiles à contrôler

Une approche plus efficace est simple :

Choisissez la longueur de cannelure la plus courte qui permet d'atteindre facilement la profondeur de coupe requise.

De nombreux utilisateurs trouvent que ce simple changement :

• Réduit immédiatement les vibrations
• Améliore la finition des bords
• Permet des vitesses d'avance plus élevées à la même profondeur de coupe

Compromis spécifiques aux routeurs : rigidité contre évacuation des copeaux

Les cannelures plus courtes ne constituent pas une solution universelle. Sur les routeurs CNC, vous avez toujours besoin :

• Évacuation adéquate des copeaux
• Dégagement pour les trajectoires d'outils adaptatives ou trochoïdales
• Longueur de flûte suffisante pour éviter tout frottement contre la tige

L'objectif n'est pas d'obtenir la flûte la plus courte possible, mais la flûte la plus courte appropriée.

C'est pourquoi les utilisateurs expérimentés de routeurs associent souvent :

• Flûtes courtes
• Saillie minimale
• Engagement radial léger
• Trajectoires d'outil à engagement constant

Ensemble, ces éléments réduisent les pics de force de coupe tout en maintenant la stabilité.

Comment la longueur des rainures interagit avec leur nombre

La longueur de la cannelure modifie également le comportement du nombre de cannelures.

Sur les routeurs CNC :

• Les outils à une seule rainure et à rainures courtes offrent souvent une grande stabilité.
• Les outils à plusieurs cannelures bénéficient de manière disproportionnée d'une longueur de cannelure réduite.
• Les cannelures plus longues amplifient les vibrations, en particulier sur les fraises à 2 et 3 cannelures.

Cela explique pourquoi certains utilisateurs rapportent que les fraises à plusieurs cannelures « résonnent mieux » dans l'aluminium, non pas nécessairement en raison du nombre de cannelures, mais parce que la rigidité s'est améliorée.

Les longueurs de cannelures extra-longues sont courantes surles fraises à découper la mousse, car celle-ci offre une très faible résistance à la coupe, ce qui permet des coupes profondes sans les problèmes de rigidité rencontrés avec les métaux. Ces outils sont conçus pour offrir une bonne portée et un bon dégagement, et non pour être rigides.

Directives pratiques relatives à la rigidité des routeurs CNC

Bien que chaque machine et chaque configuration soient différentes, ces principes s'appliquent à de nombreuses plateformes de routeurs :

• Privilégiez les longueurs de flûtes courtes dans la mesure du possible.
• Réduire au minimum le dépassement de l'outil par rapport à la pince de serrage
• Utilisez le diamètre de l'outil pour gagner en rigidité avant d'augmenter la profondeur de coupe.
• Préférez les parcours d'outils à engagement constant aux rainures complètes.
• Considérez la rigidité comme une variable de premier ordre, et non comme un élément secondaire.

Une fois la rigidité corrigée, de nombreux utilisateurs constatent que :

• Les avances et les vitesses deviennent plus tolérantes
• Les revêtements ont moins d'importance pour la stabilité
• La durée de vie des outils s'améliore naturellement

Liste de contrôle de la rigidité (auto-évaluation rapide avant de modifier les avances et les vitesses)

Utilisez cette liste de contrôle rapide pour résoudre les problèmes de vibrations, de finition médiocre ou de durée de vie imprévisible des outils, en particulier sur les routeurs CNC.

• ☐ J'utilise la longueur de cannelure la plus courte qui permet d'atteindre facilement la profondeur de coupe requise.
• ☐ Le dépassement de l'outil est réduit au minimum (uniquement dans la mesure nécessaire pour le dégagement et les trajectoires d'outil).
• ☐ L'outil est maintenu dans une pince propre et correctement serrée (sans copeaux, poussière ou résidus sur le cône/la pince).
• ☐ J'évite les outils à long rayon d'action / à col, sauf si la géométrie l'exige vraiment.
• ☐ Si la rigidité est limitante, j'envisage d'utiliser un outil de plus grand diamètre avant d'augmenter la profondeur de coupe.
• ☐ J'utilise des parcours d'outil à engagement constant (adaptatifs/trochoïdaux) dans la mesure du possible.
• ☐ Je limite les rainures pleine largeur et les coupes profondes sur les machines à faible rigidité.
• ☐ Je surveille les premiers signes de broutage et réduis les variables qui augmentent les pics de charge (engagement radial, dépassement, longueur de goujure).
• ☐ L'évacuation des copeaux est contrôlée (jet d'air, aspiration ou autre méthode), afin que les copeaux ne se recoupent pas et n'amplifient pas les vibrations.

À retenir

Sur les routeurs CNC, les performances de coupe sont souvent moins limitées par la puissance de la broche que par la stabilité.

La longueur de la rainure et la longueur non soutenue de l'outil jouent un rôle considérable dans cette stabilité, mais elles sont souvent négligées au profit des avances, des vitesses ou des revêtements.

Avant de modifier l'une de ces variables, il convient de se poser une question plus simple :

Ma fraise est-elle aussi courte et rigide que possible pour ce travail ?

Dans de nombreux cas, cela suffit à changer le résultat.