Vibrations en fraisage : les causes et l'ordre où les traiter

Le bruit d'une machine qui broute est le diagnostic le plus riche d'un atelier, et le plus mal exploité : le réflexe majoritaire est de baisser la vitesse, ce qui règle le symptôme une fois sur deux et l'aggrave l'autre fois.

Deux familles de vibration, deux remèdes opposés

Confondre les deux est ce qui fait tourner en rond, parce que le remède de l'une aggrave l'autre.

• La vibration par manque de rigidité. L'outil, la pièce ou le montage fléchit sous l'effort, revient, refléchit. Le remède est de rigidifier ou de réduire l'effort.
• La vibration par coupe insuffisante. L'épaisseur de copeau est trop faible, la dent frotte avant de mordre, la matière s'écrouit et l'arête accroche par à-coups. Le remède est d'augmenter l'avance, ce qui est contre-intuitif quand ça vibre déjà.

Le test qui les sépare tient en une manœuvre : augmentez l'avance de trente pour cent. Si le bruit s'améliore, la coupe était trop légère. S'il empire franchement, c'est la rigidité qui manque.

L'ordre dans lequel chercher

Du plus fréquent au plus rare, et non du plus facile au plus difficile.

1. La sortie d'outil. La flèche d'un outil varie comme le cube de sa longueur libre : doubler la sortie divise la rigidité par huit. C'est de très loin le premier levier, et il est gratuit. Un outil rentré de dix millimètres change tout.
2. Le bridage de la pièce. Un appui qui porte mal, un copeau sous la pièce, un serrage trop loin de la zone usinée. Une pièce en porte-à-faux vibre quoi qu'on fasse à la broche.
3. L'engagement. Un engagement radial trop faible fait entrer et sortir la dent trop souvent sans qu'elle coupe vraiment ; trop fort en rainurage, il excite les deux flancs. Voir rainurage.
4. L'outil lui-même. Une dent ébréchée crée une excitation périodique parfaite. Une fraise à pas variable, dont les dents ne sont pas régulièrement réparties, est justement conçue pour casser cette périodicité.
5. La broche et la machine. Roulements fatigués, attachement encrassé, cône mal nettoyé. C'est le dernier endroit où regarder, et pourtant le premier qu'on accuse.

Lire la pièce plutôt qu'écouter

Le bruit alerte, la surface diagnostique. Trois traces se distinguent nettement.

• Des marques régulières et fines, à espacement constant, correspondent au passage des dents : c'est normal, c'est l'avance par dent qui se voit.
• Des ondulations plus larges, qui ne correspondent à aucun pas d'avance, signent le broutage.
• Une trace unique qui revient à chaque tour désigne une dent : elle est ébréchée, ou plus sortie que les autres.

Cette dernière est la plus facile à corriger et la plus souvent prise pour une vibration de machine.

Le cas des pièces minces

Une tôle, une aile, un couvercle : la pièce elle-même devient le ressort, et aucun réglage d'outil n'y peut grand-chose. Trois parades existent, et elles se décident au montage plutôt qu'à la machine.

• Soutenir par en dessous, avec des vérins réglables ou une cale ajustée. Le vide sous la pièce est le vrai coupable.
• Réduire la profondeur et augmenter la vitesse d'avance, pour diminuer l'effort par passe sans allonger le temps de cycle.
• Usiner alternativement les deux faces quand la pièce se déforme par relâchement de contraintes, ce qui relève du même mécanisme que la planéité d'une pièce surfacée.

Ce que ça implique de noter

La longueur de sortie qui a réglé le problème est une donnée de réglage, au même titre que la vitesse. Elle ne figure dans aucun programme, elle vit dans l'attachement, et elle repart avec celui qui l'a trouvée. C'est exactement ce que décrit commande numérique à propos de ce que le programme ne contient pas.