Vitesses de coupe en fraisage : calculer Vc, n, fz et Vf par matière
Quatre grandeurs suffisent à régler une opération de fraisage : la vitesse de coupe Vc, la fréquence de rotation n, l'avance par dent fz et la vitesse d'avance Vf. Cette fiche donne les formules, un exemple calculé de bout en bout et des plages de valeurs par matière pour outils carbure et HSS.
Les quatre grandeurs et leurs formules
Une opération de fraisage se règle avec quatre grandeurs liées deux à deux. La vitesse de coupe Vc est choisie dans les catalogues selon le couple outil–matière ; tout le reste s’en déduit par calcul.
| Grandeur | Symbole | Unité | Origine |
|---|---|---|---|
| Vitesse de coupe | Vc | m/min | choisie (catalogue outil / matière) |
| Fréquence de rotation | n | tr/min | calculée : n = (1000 × Vc) / (π × D) |
| Avance par dent | fz | mm | choisie (catalogue outil / opération) |
| Vitesse d’avance | Vf | mm/min | calculée : Vf = n × z × fz |
D est le diamètre de coupe de l’outil en mm et z son nombre de dents. Deux erreurs classiques à éviter : confondre fz (avance par dent) avec l’avance par tour f = z × fz, et programmer une avance en mm/min alors que la commande attend des mm/tr — voir la fiche FT-2026-002 sur les cycles fixes pour le rôle de G94/G95.
Exemple calculé de bout en bout
Cas concret : contournage d’un flasque en C45 recuit avec une fraise carbure monobloc Ø10 mm, 4 dents, revêtue AlTiN, sur un centre d’usinage dont la broche plafonne à 12 000 tr/min.
- Choix catalogue : Vc = 180 m/min, fz = 0,05 mm.
- Rotation : n = (1000 × 180) / (3,1416 × 10) ≈ 5 730 tr/min — compatible broche.
- Avance : Vf = 5 730 × 4 × 0,05 ≈ 1 146 mm/min, arrondie à 1 100 mm/min au pupitre.
- Engagements retenus : ap = 10 mm (pleine hauteur de la génératrice) et ae = 1 mm en finition, soit 10 % du diamètre.
Si la broche avait plafonné à 4 000 tr/min (cas d’une machine ancienne, voir la fiche FT-2026-003 sur le choix d’un centre d’usinage), il aurait fallu accepter Vc ≈ 126 m/min et recalculer Vf en conséquence : on ne conserve jamais Vf quand n change.
Vitesses de coupe indicatives par matière
Plages de départ pour le fraisage en contournage avec arrosage, à affiner avec le catalogue de l’outil réellement monté. Première colonne : carbure monobloc revêtu ; seconde : fraise HSS-E (acier rapide au cobalt), encore courante en petite mécanique.
| Matière (état) | Dureté indicative | Vc carbure (m/min) | Vc HSS-E (m/min) |
|---|---|---|---|
| Acier C45 recuit | ≈ 190 HB | 150–250 | 25–40 |
| Acier 42CrMo4 traité | ≈ 300 HB | 80–140 | 12–20 |
| Inox austénitique 316L | ≈ 200 HB | 100–160 | 15–25 |
| Fonte grise EN-GJL-250 | 180–220 HB | 120–200 | 20–35 |
| Aluminium 7075-T6 | ≈ 150 HB | 300–800 | 100–250 |
| Titane TA6V (Ti-6Al-4V) | 32–36 HRC | 40–70 | 8–12 |
Trois lectures utiles de ce tableau :
- L’aluminium est limité par la machine, pas par l’outil : à Vc = 600 m/min, une fraise Ø8 demanderait déjà n ≈ 23 900 tr/min. Sans broche rapide, on sature la broche et on ajuste Vf pour conserver fz.
- Le titane et les inox concentrent la chaleur dans l’arête : la plage basse s’impose dès que l’engagement radial dépasse 30 % du diamètre, et l’arrosage soutenu devient obligatoire.
- L’écart carbure/HSS est d’un facteur 5 à 10 : sur une machine rigide, le carbure se justifie presque toujours en production.
Avance par dent : plages selon le diamètre
L’avance par dent croît avec le diamètre de la fraise — une dent plus massive accepte un copeau plus épais. Plages usuelles pour fraise carbure monobloc en acier :
| Ø fraise (mm) | fz ébauche (mm) | fz finition (mm) |
|---|---|---|
| 6 | 0,03–0,05 | 0,015–0,03 |
| 10 | 0,04–0,08 | 0,02–0,05 |
| 16 | 0,06–0,12 | 0,03–0,06 |
| 20 | 0,08–0,15 | 0,04–0,08 |
Sous fz ≈ 0,02 mm, la dent ne coupe plus : elle frotte, écrouit la surface et l’usure en dépouille s’accélère. Si la machine vibre, la bonne réaction est de réduire Vc ou les engagements, pas fz en dessous de ce seuil.
Engagements ae et ap : adapter Vc à l’opération
Les plages du tableau supposent un contournage classique. L’engagement radial ae (largeur fraisée) et l’engagement axial ap (hauteur de passe) modifient le temps de contact de chaque dent, donc la chaleur admissible :
| Opération | ae typique | Correction sur Vc |
|---|---|---|
| Rainurage pleine matière | ae = D | −20 à −30 % |
| Contournage d’ébauche | ae ≈ 0,3–0,5 × D | plage nominale |
| Finition de flanc | ae ≤ 0,1 × D | +10 à +20 % |
| Fraisage trochoïdal (HSM) | ae ≤ 0,1 × D, ap élevé | +30 à +50 % selon outil |
À faible engagement radial, l’épaisseur réelle du copeau devient inférieure à fz (amincissement du copeau) : les stratégies trochoïdales compensent en majorant fz, ce que les FAO récentes calculent automatiquement.
Rugosité et tolérances : ce que fz produit sur la pièce
En finition, la rugosité arithmétique Ra dépend au premier ordre du couple fz–rayon de bec (ou rayon de la fraise en contournage). Ordres de grandeur constatés en fraisage de flanc soigné sur acier :
- fz = 0,08 mm → Ra ≈ 3,2 µm (classe N8) : ébauche propre, pièces de chaudronnerie usinée ;
- fz = 0,04 mm → Ra ≈ 1,6 µm (classe N7) : la cible usuelle des plans « usinage soigné » ;
- fz ≤ 0,02 mm avec passe à vide → Ra ≈ 0,8 µm (N6), sous réserve d’une machine rigide et d’un faux-rond outil maîtrisé.
Check-list avant de lancer le programme
- Vc choisie pour le couple outil–matière, corrigée selon ae (rainure ou contournage).
- n vérifiée contre la vitesse maximale de la broche et de l’attachement.
- Vf recalculée après tout changement de n — jamais reportée d’un programme à l’autre.
- fz maintenue au-dessus du seuil de coupe (≈ 0,02 mm en carbure Ø10).
- Arrosage adapté : soutenu en inox et titane, air ou micro-pulvérisation acceptés en aluminium avec fraise polie.
Pour transformer ces valeurs en blocs de programme (G94, S, F et cycles), voir la fiche FT-2026-002 — Cycles fixes de perçage en ISO.
Questions fréquentes
Quelle vitesse de coupe pour fraiser un acier C45 en carbure ?
Pour un acier C45 recuit (environ 190 HB) usiné avec une fraise carbure monobloc revêtue, la plage de départ courante est de 150 à 250 m/min en contournage avec arrosage ou air. En rainurage pleine matière, réduire de 20 à 30 %. Les catalogues d'outils affinent cette plage selon le revêtement et l'engagement.
Comment calculer la vitesse de rotation de la broche à partir de Vc ?
Appliquer n = (1000 × Vc) / (π × D), avec Vc en m/min et D, le diamètre de l'outil, en mm. Exemple : Vc = 180 m/min avec une fraise Ø10 donne n = (1000 × 180) / (3,1416 × 10) ≈ 5 730 tr/min.
Pourquoi réduire la vitesse de coupe en rainurage ?
En rainure pleine matière, l'outil est engagé sur 180°, l'évacuation du copeau est difficile et la chaleur se concentre dans la zone de coupe. On réduit Vc de 20 à 30 % et souvent fz, alors qu'en contournage à faible engagement radial on peut au contraire majorer Vc.
Quelle avance par dent choisir en finition ?
En finition, fz se situe typiquement entre 0,02 et 0,05 mm par dent pour une fraise Ø6 à Ø12, à combiner avec une faible profondeur de passe radiale. C'est le couple fz–rayon d'outil qui gouverne la rugosité obtenue ; viser Ra 1,6 µm impose généralement fz ≤ 0,05 mm.