En cas de vibrations pendant l’usinage, quels paramètres ajuster en premier ?
Les vibrations, ou « chatter », pendant l’usinage sont un indicateur immédiat d’instabilité dynamique du processus de coupe. Elles doivent être corrigées rapidement, car elles détériorent la finition de surface, réduisent drastiquement la durée de vie des outils et compromettent la précision dimensionnelle. Lorsqu’un phénomène de chatter se produit, une approche méthodique d’ajustement des paramètres est essentielle. L’objectif est de modifier la relation harmonique entre l’outil et la pièce. La séquence d’ajustement suivante constitue une méthode éprouvée pour supprimer rapidement et efficacement les vibrations.
1. Premier et plus rapide ajustement : augmenter l’avance
C’est souvent la solution la plus efficace et la plus immédiate.
Pourquoi cela fonctionne : Le chatter se produit souvent lorsque l’outil « frotte » au lieu de cisailler proprement le matériau, à cause d’une charge de copeau insuffisante. Augmenter l’avance par dent (IPT) crée un copeau plus épais, ce qui augmente la force de coupe et réduit les vibrations. Cela déplace la fréquence de coupe hors de la fréquence de résonance du système.
Comment procéder : Augmentez l’avance de 20 à 30 % dans un premier temps. Observez le copeau : il doit devenir plus épais et plus solide. Le son doit passer d’un grincement aigu à un bruit plus régulier, plus grave, de type « déchirure ». Veillez à ne pas dépasser les recommandations du fabricant d’outils pour éviter toute surcharge et risque de casse.
2. Deuxième ajustement : réduire la profondeur radiale de coupe (recouvrement)
Si l’augmentation de l’avance ne résout pas le problème, la cause vient probablement de l’engagement radial.
Pourquoi cela fonctionne : Un recouvrement important (par exemple, 50 % du diamètre de l’outil ou plus) génère des forces radiales élevées susceptibles d’exciter les vibrations, notamment avec des outils longs ou des parois minces. Réduire la profondeur radiale de coupe abaisse considérablement ces forces et la tendance de l’outil à se déformer et vibrer.
Comment procéder : Pour une passe de finition, réduisez le recouvrement à 5–10 % du diamètre de l’outil. Pour l’ébauche, si vous étiez à 50 %, descendez à 30–35 %. C’est un principe fondamental des stratégies d’usinage à grande vitesse (HSM), qui utilisent de faibles engagements radiaux et des avances élevées pour maintenir la productivité tout en évitant le chatter.
3. Troisième ajustement : modifier la vitesse de broche
Changer la vitesse de broche modifie la fréquence des forces de coupe.
Pourquoi cela fonctionne : Le chatter est un phénomène de résonance. Une légère variation de la vitesse de broche (RPM) peut déplacer la fréquence de coupe hors de la zone de résonance qui provoque les vibrations.
Comment procéder : Si l’augmentation de l’avance et la réduction de la profondeur radiale n’ont pas fonctionné, ajustez la vitesse de broche de 10–15 % dans un sens ou dans l’autre. Parfois, une légère diminution aide, mais souvent une augmentation modérée est plus efficace, car elle place le processus dans une zone plus stable. De nombreuses machines CNC modernes disposent de logiciels de « détection du chatter » qui ajustent automatiquement ces paramètres.
Si les ajustements précédents échouent : envisagez ces corrections fondamentales
Si les réglages de paramètres ne suffisent pas, le problème est probablement lié à la configuration physique et à la rigidité du système.
Augmenter la rigidité du système :
Outillage : Utilisez l’outil le plus court et de plus grand diamètre possible. Un outil trop long agit comme un diapason. Réduire la longueur de porte-à-faux de 20 % peut augmenter la rigidité de plus de 100 %.
Fixation de la pièce : Assurez-vous que la pièce est bien bridée. Pour les pièces à parois minces, utilisez des montages personnalisés ou remplissez les cavités avec un alliage à bas point de fusion pour offrir un support amortissant.
Porte-outil : Utilisez des porte-outils rigides et précis, tels que les mandrins hydrauliques ou les systèmes à frettage, plutôt que des pinces standard, pour une prise maximale et un faux-rond minimal.
Modifier la géométrie de l’outil : Passez à un outil à pas ou hélice variable. Ces outils perturbent la formation harmonique des vibrations en veillant à ce que chaque dent engage le matériau à un moment légèrement différent, empêchant ainsi une vibration cohérente de s’installer.
Réévaluer la stratégie d’usinage : Pour les zones problématiques, envisagez de modifier la trajectoire d’outil. Un fraisage trochoïdal permet de maintenir un engagement radial constant et faible, très efficace pour éliminer le chatter dans les rainures et les poches.
Résumé : ordre de priorité des ajustements
Premièrement : Augmenter l’avance (IPT) pour accroître la charge de copeau et amortir les vibrations.
Deuxièmement : Réduire la profondeur radiale de coupe (Ae) pour diminuer les forces radiales.
Troisièmement : Modifier la vitesse de broche (RPM) pour déplacer la fréquence de coupe hors de la résonance.
Quatrièmement : Traiter la rigidité du système (longueur d’outil, bridage, type de porte-outil).
En suivant cette séquence structurée de dépannage, vous pouvez diagnostiquer et éliminer efficacement les vibrations, garantissant les résultats de haute qualité attendus d’un service d’usinage de précision professionnel. Cette méthodologie fait partie intégrante de notre processus, notamment lors du traitement de matériaux et géométries complexes où la stabilité est primordiale.
