Si vous vous êtes déjà tenu devant un tour en vous demandant à quelle vitesse régler la broche pour obtenir une coupe nette sans endommager votre outil ou votre pièce à usiner, Tu n'es pas seul. La réponse réside dans le formule de vitesse de broche pour le tournage-un calcul simple mais critique que tout machiniste, que ce soit débutant ou confirmé, il faut maîtriser. Allons droit au but d’abord: la formule de base pour la vitesse de broche (SS) en tournant est SS = (1000 × Vitesse de coupe) / (π × Diamètre). Mais connaître la formule n'est qu'un début. Dans ce guide, nous allons détailler ce que chaque partie signifie, comment l'utiliser dans des scénarios du monde réel, éviter les erreurs courantes, et partagez même des conseils de pro pour optimiser vos résultats.
Comprendre la formule de vitesse de broche pour le tournage: Les bases
Avant de nous lancer dans les calculs, assurons-nous que vous comprenez pourquoi la vitesse de broche compte. La vitesse de broche est la vitesse de rotation de la broche du tour. (et donc la pièce) mesuré en révolutions par minute (RPM). Se tromper, et tu pourrais te retrouver avec une pièce en ruine (trop lentement, et vous obtiendrez une finition de surface rugueuse), un outil de coupe cassé (trop rapide, et l'outil surchauffe), voire des risques pour la sécurité. La formule existe pour équilibrer trois facteurs clés: le matériau de votre pièce, le type d'outil de coupe que vous utilisez, et la qualité de coupe souhaitée.
Décomposons la formule étape par étape:
Vitesse de broche (RPM) = (1000 × Vitesse de coupe) / (π × Diamètre de la pièce)
Voici ce que signifie chaque terme en langage simple:
- Vitesse de broche (SS): Le résultat que vous recherchez, mesuré en tr/min. Cela vous indique combien de fois la pièce doit tourner par minute.
- Vitesse de coupe (Capital-risque): La vitesse à laquelle l’outil de coupe se déplace sur la surface de la pièce, mesuré en mètres par minute (m / mon) ou pieds par minute (fpm). Ceci est déterminé par deux choses: le matériau de la pièce à usiner (Par exemple, l'aluminium est plus rapide que l'acier) et le matériau de l'outil de coupe (Par exemple, les outils en carbure supportent des vitesses plus élevées que l'acier rapide, ou HSS).
- Diamètre de la pièce (D): Le diamètre extérieur de la pièce que vous tournez, mesuré en millimètres (MM) si vous utilisez m/min pour la vitesse de coupe, ou pouces (dans) si vous utilisez fpm.
- 1000: Un facteur de conversion pour s'assurer que les unités s'alignent (puisque nous utilisons des millimètres et des mètres). Si vous travaillez en unités impériales (pouces et fpm), la formule change légèrement pour SS = (Vitesse de coupe × 12) / (π × Diamètre) (le 12 convertit les pouces en pieds).
- p (Pi): Une constante mathématique (environ 3.1416) utilisé pour calculer la circonférence de la pièce, puisque l'outil entre en contact avec la circonférence, cela garantit que nous mesurons la vitesse par rapport à la surface réelle.
Exemple 1: Calcul de base pour l'acier
Disons que vous tournez un 40Pièce en acier à faible teneur en carbone de diamètre mm avec un outil de coupe en carbure. À partir des tableaux des fabricants d'outils, la vitesse de coupe recommandée (Capital-risque) pour le carbure sur l'acier à faible teneur en carbone est 150 m / mon.
Se connecter à la formule:
SS = (1000 × 150) / (3.1416 × 40)
SS = 150,000 / 125.664
SS ≈ 1194 RPM
Vous régleriez donc votre tour à environ 1200 RPM (la plupart des tours ont des pas de régime prédéfinis, donc arrondir au paramètre disponible le plus proche est très bien).
Facteurs clés qui influencent la vitesse de coupe (Capital-risque): Le “Pourquoi” Derrière les chiffres
La vitesse de coupe (Capital-risque) est la partie la plus variable de la formule et celle qui fait souvent trébucher les nouveaux machinistes. Ce n'est pas un nombre aléatoire; il est basé sur l'interaction entre le matériau de votre pièce et l'outil de coupe. Décomposons les deux principaux facteurs, ainsi que des exemples concrets pour vous aider à choisir le bon capital-risque.
1. Matériau de pièce: Matériaux plus durs = vitesses plus lentes
Matériaux plus durs (comme l'acier inoxydable ou le titane) crée plus de friction et de chaleur lors de la coupe, ils nécessitent donc des vitesses de coupe inférieures pour protéger l'outil. Matériaux plus doux (comme l'aluminium ou le laiton) couper plus facilement, permettant des vitesses plus élevées.
Vous trouverez ci-dessous un tableau des matériaux courants et de leurs vitesses de coupe typiques. (Capital-risque) pour outils en carbure (le matériau d'outillage le plus utilisé aujourd'hui):
| Matériau de pièce | Vitesse de coupe (Capital-risque) – Outil en carbure (m / mon) | Vitesse de coupe (Capital-risque) – Outil HSS (m / mon) |
| Acier à faible teneur en carbone (1018) | 120 – 200 | 30 – 60 |
| Acier inoxydable (304) | 80 – 120 | 15 – 30 |
| Aluminium (6061-T6) | 300 – 600 | 100 – 200 |
| Laiton (C360) | 200 – 350 | 50 – 100 |
| Titane (TI-6AL-4V) | 30 – 60 | 5 – 15 |
Source: Manuel du machiniste, 31ère édition (une autorité de confiance dans le secteur manufacturier)
2. Matériau de l'outil de coupe: Carbure vs. HSS contre. Céramique
Le matériau de votre outil détermine la quantité de chaleur qu’il peut supporter. Outils en carbure (en carbure de tungstène mélangé à du cobalt) sont la norme de l'industrie car ils sont durs et résistants à la chaleur. Ils fonctionnent donc à des vitesses plus élevées que le HSS.. Outils HSS (en acier avec tungstène, chrome, et vanadium) sont moins chers et plus flexibles mais s'usent plus rapidement à grande vitesse. Les outils en céramique sont encore plus durs que le carbure mais cassants, ils sont donc utilisés pour des matériaux très durs (comme de l'acier trempé) à des vitesses extrêmement élevées.
Exemple 2: Comment le matériau de l'outil change le résultat
Réutilisons la pièce en acier à faible teneur en carbone de 40 mm de l'exemple 1, mais cette fois, utilisez un outil HSS au lieu du carbure. D'après le tableau ci-dessus, Le HSS pour l'acier à faible teneur en carbone a un VC de 45 m / mon.
Calcul:
SS = (1000 × 45) / (3.1416 × 40)
SS = 45,000 / 125.664
SS ≈ 358 RPM
C'est une énorme différence, presque 800 RPM plus bas! Utiliser le mauvais VC ici détruirait l'outil HSS (si tu as utilisé 150 m / mon) ou entraîner un ralentissement, ébauche (si tu as utilisé 45 m/min avec du carbure).
Impérial contre. Métrique: Conversion de la formule de vitesse de broche
Tous les magasins n'utilisent pas les mêmes unités. Si vous travaillez aux États-Unis. ou avec des tours plus anciens, vous pouvez utiliser des unités impériales (pouces, fpm) au lieu de métrique (MM, m / mon). La formule est similaire, mais le facteur de conversion change. Clarifions les deux, avec un exemple pour chacun.
Formule métrique (MM, m / mon)
Comme nous l'avons déjà utilisé:
SS (RPM) = (1000 × CV) / (π × D)
- VC = Cutting Speed (m / mon)
- D = Workpiece Diameter (MM)
Formule Impériale (dans, fpm)
For imperial units, the conversion factor switches from 1000 (to convert mm to meters) à 12 (to convert inches to feet):
SS (RPM) = (12 × CV) / (π × D)
- VC = Cutting Speed (fpm, feet per minute)
- D = Workpiece Diameter (dans, pouces)
Exemple 3: Calcul impérial pour l'aluminium
Disons que vous tournez un 1.5-inch diameter aluminum (6061-T6) pièce à usiner with a carbide tool. The recommended VC for carbide on aluminum in imperial units is 1000 fpm (this matches the metric range of 300–600 m/min, depuis 1 fpm ≈ 0.3048 m / mon).
Calcul:
SS = (12 × 1000) / (3.1416 × 1.5)
SS = 12,000 / 4.7124
SS ≈ 2546 RPM
This makes sense—aluminum is soft, so it can handle very high spindle speeds.
Applications du monde réel: Ajuster la formule pour différents scénarios de tournage
The basic formula works for most “external turning” emplois (cutting the outside of a cylindrical part), but real shops deal with more complex tasks. Let’s cover three common scenarios where you’ll need to tweak the formula, plus case studies from actual machining projects.
1. Tournage intérieur (Ennuyeux)
Internal turning (ennuyeux) is when you cut the inside of a hole (Par exemple, making a cylinder with a hollow center). The formula stays the same, but you use the internal diameter of the hole (not the external diameter of the workpiece). Cependant, vous devrez souvent réduire la vitesse de coupe de 10 à 20 % pour l'alésage, car:
- L'outil de coupe est plus fragile (tige plus fine pour s'adapter à l'intérieur du trou).
- Il y a moins de place pour que le liquide de refroidissement atteigne l'outil, donc la chaleur s'accumule plus rapidement.
Étude de cas: Alésage d'un manchon en acier inoxydable
Un atelier de fabrication devait supporter un 30mm diamètre intérieur dans un 304 manchon en acier inoxydable. Ils ont utilisé un outil d'alésage en carbure. Normalement, carbure sur 304 l'acier inoxydable a un VC de 100 m / mon, mais ils l'ont abaissé de 15% (à 85 m / mon) pour ennuyeux.
Calcul:
SS = (1000 × 85) / (3.1416 × 30)
SS = 85,000 / 94.248
SS ≈ 902 RPM
Résultat: L'outil a duré 20% plus longtemps que s'ils avaient utilisé la totalité 100 m / mon, et le trou avait une finition lisse (Rampe 1.6 µm, bien dans les spécifications du client).
2. Parement (Couper l'extrémité d'une pièce)
Facing is when you cut the flat end of a workpiece to make it square. For facing, the diameter changes as you cut (you start at the outer edge and move toward the center). This means the spindle speed theoretically should change too (since D is smaller at the center). But most machinists use a constant RPM for facing, choosing a speed based on the maximum diameter of the workpiece. Voici pourquoi:
- The outer edge (largest D) is where the tool does most of the cutting, so using that D ensures the tool isn’t overloaded.
- Changing RPM mid-cut is impractical on most lathes and can cause vibrations.
Pour la pointe: Pour un face de précision
If you need an ultra-smooth finish, Utiliser un “variable speed facing” technique: start at the maximum RPM (based on outer D), then gradually increase RPM as you move toward the center. This keeps the cutting speed (Capital-risque) cohérent. Par exemple, if you’re facing a 50mm diameter part, commencer à 1000 RPM (for D=50mm) and increase to 2000 RPM when you reach D=25mm.
3. Tournage de pièces à parois minces
Pièces à parois minces (Par exemple, aluminum tubes with a wall thickness under 2mm) are prone to vibration (chatter) if the spindle speed is too high. Pour résoudre ceci, lower the spindle speed by 15–25% from the basic formula. You can also use a “chatter frequency calculator” (many tool manufacturers offer free ones online) to find the optimal speed, but a simple reduction works for most cases.
Exemple 4: Tourner un tube en aluminium à paroi mince
A hobbyist wanted to turn a 25mm diameter aluminum tube with a 1mm wall thickness. Using the basic formula, carbide on aluminum (VC=400 m/min) donner:
SS = (1000 × 400) / (3.1416 × 25) = 400,000 / 78.54 ≈ 5093 RPM
But thin walls vibrate at this speed. They lowered the speed by 20% (à 4074 RPM) and added a soft jaw chuck (to reduce clamping pressure). Le résultat: no chatter, and the tube kept its round shape.
Erreurs courantes à éviter lors de l'utilisation de la formule de vitesse de broche
Même les machinistes expérimentés font des erreurs avec cette formule. Soulignons quatre des plus courants, pourquoi ils arrivent, et comment les réparer.
1. Utiliser le mauvais diamètre
Erreur: En utilisant le final diamètre de la pièce (après la coupe) au lieu du initial diamètre (avant de commencer à tourner). Par exemple, si vous tournez une pièce de 50 mm de diamètre jusqu'à 40 mm, vous devez utiliser 50 mm dans la formule, car l'outil coupe d'abord la surface extérieure de 50 mm..
Réparer: Mesurez toujours le diamètre de départ de la pièce avant de calculer le régime. Si vous effectuez plusieurs passes (Par exemple, ébauche puis finition), use the starting diameter for each pass (since the diameter changes after each cut).
2. Ignorer le liquide de refroidissement
Erreur: Forgetting that coolant (or lubricant) lets you use higher cutting speeds. Coolant reduces heat and friction, so if you’re using a flood coolant system, you can increase VC by 10–30% (Selon le matériau). Without coolant, vous devez inférieur VC by the same amount.
Réparer: Check your tool manufacturer’s recommendations for “mouillé” (avec liquide de refroidissement) contre. “sec” (pas de liquide de refroidissement) vitesses de coupe. Par exemple, carbide on low-carbon steel might be 150 m/min dry, mais 180 m/min wet.
3. Arrondir trop le régime
Erreur: Rounding the calculated RPM to a number that’s too far from the ideal. Par exemple, if the formula gives 1194 RPM, rounding to 1000 RPM (a big jump) va ralentir la production, en arrondissant à 1500 Le régime peut surchauffer l'outil.
Réparer: La plupart des tours ont des réglages de régime par incréments de 100 ou 200 (Par exemple, 1000, 1200, 1400). Arrondir vers le paramètre disponible le plus proche—1194 tours par minute à 1200 RPM, ce qui est sûr. Si votre tour est équipé d'un cadran à vitesse variable, réglez-le aussi près que possible du régime calculé.
4. Utilisation de tableaux de vitesse de coupe obsolètes
Erreur: S'appuyer sur d'anciennes cartes (depuis 10+ il y a des années) pour les vitesses de coupe. Nouveaux matériaux d'outils (comme le carbure revêtu ou la céramique) ont des indices de vitesse plus élevés que les outils plus anciens. Par exemple, un outil moderne en carbure revêtu de TiAlN peut gérer un VC 20 à 30 % plus élevé qu'un outil en carbure non revêtu de 2010.
Réparer: Use cutting speed charts from current tool manufacturers (Par exemple, Sandvik Coromant, Kennametal, or Walter Tools) or the latest edition of the Machinist’s Handbook. Most manufacturers offer free apps or online calculators that update with new tool releases.
Comment valider vos calculs: Outils et contrôles de précision
Once you’ve calculated the spindle speed, it’s smart to double-check before hitting “start.” Here are three easy ways to validate your numbers, plus tools that make this process faster.
1. Utilisez un calculateur de vitesse de broche (Outils gratuits)
Most tool manufacturers offer free online calculators that do the math for you. Par exemple:
- Calculateur d'usinage Sandvik Coromant: Entrées: matériel, type d'outil, diamètre, unités. Sorties: RPM, taux d'alimentation (un autre paramètre important), et couper le temps.
- Calculateur de tour Kennametal: Comprend des options de tournage interne/externe, parement, et filetage.
Ces calculatrices sont excellentes car elles utilisent les dernières données de vitesse de coupe, pour que vous n'ayez pas besoin de mémoriser les graphiques. Ils réduisent également les erreurs humaines (plus besoin de mal calculer π × D).
2. Faites un “Test de coupe”
Avant de couper votre pièce finale, faire un test de coupe sur un morceau de rebut du même matériau. Voici comment:
- Réglez la vitesse de broche sur votre RPM calculé.
- Faire une petite coupe (1–2 mm de profondeur de coupe) et observer:
- Usure: Après la coupe, vérifiez l'info-bulle si elle est décolorée (bleu ou noir), la vitesse est trop élevée (dommages causés par la chaleur).
- Finition de surface: Si la coupe est grossière ou présente des marques de broutage, régler la vitesse (plus bas pour bavarder, plus élevé pour la rugosité, si l'outil peut le gérer).
- Son: Une coupe lisse doit avoir une coupe régulière “bourdonnement” son. Un cri aigu signifie trop de vitesse; un ennuyeux “bruit sourd” ça veut dire trop peu.
3. Vérifiez avec le manuel du machiniste
Le manuel du machiniste est le “Bible” de fabrication – si votre calcul correspond aux exemples du manuel pour des matériaux/outils similaires, tu es sur la bonne voie. Par exemple, the 31st Edition has a section on “Lathe Spindle Speeds” with step-by-step examples for steel, aluminium, et laiton.