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Comment tirer profit du cinq axes

Mirel Scherer
Comment tirer profit du cinq axes

L'usinage cinq axes fait merveille dans le cas de pièces complexes, comme ici cette roue de turbine fermée.

© D.R.

Exercice de haut vol, l'usinage sur cinq axes ne s'improvise pas. Il impose un choix adapté de l'équipement et du système de programmation.

Destinées jusqu'ici à des domaines bien précis, comme l'usinage de pièces aéronautiques complexes, les machines capables d'usiner sur cinq axes simultanés se démocratisent. Pour plusieurs raisons, explique Michel Huon, consultant en usinage : « Les entreprises sont confrontées à de nombreux défis. Elles doivent à la fois améliorer continuellement leur productivité et être capable d'usiner des pièces toujours plus complexes. » Il est vrai que les autres, plus faciles à fabriquer, sont depuis longtemps parties dans les pays "low cost"... Conclusion de ce vieux routier de l'usinage : « Le cinq axes s'impose car il évite les reprises d'usinage, ce qui réduit l'investissement et le temps de cycle, tout en améliorant la qualité. »

Un gros investissement, des résultats étonnants

Attention toutefois ! L'usinage cinq axes ne s'improvise pas. Il faut bien choisir l'équipement adapté à l'application (précision d'usinage, puissance de la broche, etc.), mais aussi les outils de coupe, les automatismes, le système de programmation et, éventuellement, de simulation d'usinage, etc.

L'utilisation d'outils courts est une caractéristique clé - et un des atouts - de l'usinage cinq axes : elle réduit sensiblement la flexion de l'outil en offrant une meilleure qualité des états de surfaces. « L'utilisateur évite ainsi les retouches et limite considérablement le nombre d'érosions par électrode », souligne Catherine Marko, la directrice générale de Sescoi France, fournisseur du système de FAO. Cela impose néanmoins une collaboration étroite entre le système de programmation d'usinage, la cinématique de la machine et la commande numérique. « Le contrôle et l'évitement des collisions sont des tâches complexes et qui prennent du temps, mais ce sont des opérations indispensables », constate la spécialiste. Un défi pour l'éditeur de FAO, mais aussi pour l'utilisateur qui ne doit pas se tromper dans son choix.

Comment choisir, installer et utiliser une solution cinq axes ? Nous avons posé la question aux utilisateurs, des PME dont certaines sont devenues des "pros" du cinq axes, tandis que d'autres débutent. Deux constats s'imposent, avec une bonne et une mauvaise nouvelle pour les futurs utilisateurs. Commençons par la mauvaise : l'investissement nécessaire dépasse le million d'euros pour une solution qui intègre une machine de taille moyenne (dimension de la pièce : 500 mm3.) La bonne nouvelle, c'est que le résultat peut être surprenant : certaines entreprises interrogées parviennent à diviser par deux leur temps d'usinage !

1. Le choix

Une première expérience réussie détermine souvent les investissements suivants. C'est le cas pour Marle, spécialiste de la forge et de l'estampage de précision. La société fabrique des pièces complexes telles que des instruments de chirurgie, des pièces pour l'espace, pour le sport automobile en alliages de titane, de cobalt et de nickel... Cette PME de 130 personnes située à Nogent (Haute-Marne), a choisi son premier centre d'usinage cinq axes en 2003, une machine de la famille DMU, de DMG. « Les essais sur cet équipement doté d'une table rotative et à renvoi d'angle nous ont convaincus : la qualité de finition de la pièce était celle que nous visions », explique Lionel Mugnier, le chef de production. Résultat : la société installe une machine de ce type pendant chacune des trois années suivantes. Un package complet auquel s'est ajouté le logiciel de FAO Mastercam de l'éditeur éponyme.

Autre démarche. Un donneur d'ordres intéressé par la fa- brication d'une pièce complexe peut convaincre un sous-traitant à investir dans le cinq axes. Groupe de 150 personnes, Mecaplus utilise depuis une quinzaine d'an-nées de telles machines de Mazak. « Nous cherchions une machine pour la fabri- cation des roues de turbine », confirme David Wojciechowski, le directeur général de cette PME spécialisée dans l'usinage des superalliages (base cobalt et nickel) située à La-Chapelle-sous-Rougemont (Territoire de Belfort). Plusieurs constructeurs sont consultés à l'EMO 2007 à Hanovre. Deux sont retenus. Finalement, après des essais, c'est une HSM 600U ProdMod palettisée de Mikron (filiale d'Agie Charmilles) qui est installée en janvier 2008. Une solution globale qui comporte, outre la machine-outil, le système de FAO Hypermill d'OpenMind et les outils de coupe frettés sur les attachements.

Fin connaisseur de l'usinage cinq axes, qu'il maîtrise depuis une dizaine d'années, Halgand a concocté, lui, un cahier des charges en bonne et due forme. « Trop peu de sociétés passent par cet exercice, indispensable pour ne pas rater son choix », juge Philippe Lebris, responsable des achats de cette entreprise de 200 personnes. Pour la PME de Donges (Loire-Atlantique) spécialisée dans la mécanique de précision, ce fut un travail d'équipe effectué par le service commercial en collaboration avec les chefs d'atelier et le responsable du service de maintenance. Calcul du taux horaire, type de pièce à usiner, prix de l'équipement rapporté au mètre carré... Rien n'a été oublié. Résultat : c'est une cellule organisée autour d'un centre d'usinage Hermlé (distribué en France par Delta Machines) avec robot Kuka et 72 palettes, qui est installée. Une solution qui comporte aussi le logiciel de CFAO Catia, de Dassault Systèmes, et l'outil de simulation d'usinage NC Simul, de Spring Technologies.

Enfin, la première expérience peut passer par de nombreux tests et visites d'ateliers similaires. C'est l'approche de cette PME familiale de vingt personnes, Usiduc, spécialisée dans l'usinage de pièces plastiques et métalliques. Elle veut attaquer d'autres marchés comme le biomédical et a pour cela installé en juin 2008 un centre d'usinage cinq axes d'OKK. « Nous avons réalisé un comparatif entre les performances et le coût des équipements proposés par différents constructeurs et nous avons ensuite visité des utilisateurs pour faire du benchmarking », indique Dominique Balduini, le directeur technique de cette entreprise franc-comtoise située à Faverois (Territoire de Belfort). Le choix d'un système de FAO adapté aux impératifs de l'usinage cinq axes est à l'étude et se rajoutera bientôt à cette solution.

2. L'installation

Nos quatre utilisateurs sont formels : l'usinage cinq axes ne se réduit pas à l'achat d'une machine. Il faut penser solution globale. C'est donc une démarche qui est menée en collaboration avec le constructeur de la machine. Ainsi, Mecaplus a fait appel au Centre de compétences HSM (usinage à grande vitesse) de Mikron qui a étudié une installation sur mesure. Il s'agissait de réduire les temps d'usinage de pièces complexes comme les roues ouvertes et fermées pour les turbines aéronautiques. « Les gains potentiels qu'assure notre machine UGV, dotée d'une broche 36 000 tr/min, n'ont pu être atteints qu'avec la remise à plat du système de CFAO de l'entreprise », explique Philippe Ledoux, de Mikron.

Une solution packagée, mise en route incluse

Chez Marle, c'est également le constructeur de la machine, DMG en l'occurrence, qui a proposé une solution packagée et a assuré son installation et sa mise en route. Comme d'ailleurs OKK chez Usiduc. Deux jeunes ingénieurs - les fils de Dominique Balduini - ont supervisé cette mise en oeuvre. Halgand ne s'est pas limité à la prestation du constructeur, Hermle, mais a étroitement collaboré avec la plate-forme technologique régionale et a fait appel aux services d'un consultant, AIC. Tant pour la constitution du cahier des charges que pour l'installation de la solution.

3. L'utilisation

Comment exploiter le riche potentiel d'une machine cinq axes ? That is the question. La bonne réponse a pour corollaire un retour sur investissement plus rapide et la possibilité de viser d'autres marchés.

« Une machine UGV comme celle de Hermle compresse les temps d'usinage, ce qui est essentiel quand on sait que dans le cas de pièces aéronautiques, 95 % de la matière est transformée en copeaux », constate Philippe Lebris, chez Halgand. Cela permet de terminer la pièce en une seule fixation, avec moins de personnel, mais très qualifié. Sans oublier la simulation, effectuée aux méthodes avec le logiciel NC Simul de Spring : « On n'a plus le temps de vérifier la première pièce sur la machine, il faut désormais anticiper et vérifier virtuellement que tout se passera bien. » Des outils préréglés par type de pièces et de machines réduisent les temps morts. « Sans oublier l'équilibrage, les fréquences de vibration (outils, broche), les contraintes logistiques... Autant de paramètres qu'il faut surveiller. »

Chez Usiduc, le centre d'usinage OKK est exploité dans un atelier climatisé à 20°C (± 2°C). « C'est peu connu, mais la dilatation des plastiques est plus forte que celles de pièces métalliques », relève Dominique Balduini. La société a mis au point un système astucieux d'évacuation des copeaux plastiques, très collants, et a un projet de robotisation qui sera mis en place grâce à Oséo (la structure d'aide à l'innovation des entreprises).

Mecaplus semble avoir trouvé la réponse au casse-tête de la main-d'oeuvre qualifiée pour le cinq axes, qui fait défaut. L'exploitation du centre d'usinage Mikron est, ici, assurée par deux opérateurs programmeurs poly-valents qui travaillent en binôme. « Quand l'un assure la mise au point du parcours d'usinage, l'autre prépare les outils de coupe ou contrôle les pièces usinées », explique David Wojciechowski. Résultat : pas de perte de temps entre deux opérations sur un cycle d'usinage, lequel peut aller d'une demi-heure à trente heures. Des compétences plus étendues, un équipement ri-gide doté d'une broche puissante, le choix d'outils de coupe spécifiques ont permis à ce sous-traitant d'aborder des pièces uniques comme les roues fermées. Et de développer un savoir-faire particulier.

Un seul opérateur suffit chez Marle pour piloter une machine DMU dotée d'un robot Erowa. « Grâce aux automatismes, l'équipement travaille près de dix-neuf heures par jour et peut usiner sans surveillance le week-end », précise Lionel Mugnier, le chef de la production de Marle. Une formation appropriée à l'usinage cinq axes a été dispensée aux opérateurs et on étudie grâce à ces atouts, l'application éventuelle du cinq axes à l'usinage des outillages de forge...

CHEZ MECAPLUS

La solution Un centre d'usinage Mikron HSM 600U ProdMod équipé de huit palettes. Objectif : réduire le temps de cycle. Coût estimé Environ 1 million d'euros (machine, outils, FAO) avec un retour sur investissement estimé à 5 ans.

CHEZ HALGAND

La solution Plusieurs cellules palettisées, dont une est dotée de robot Kuka, sont mises en oeuvre autour de centres d'usinage cinq axes Hermle. Objectif : réduire les coûts d'usinage. Coût estimé Pour les deux machines palettisées destinées à l'usinage de pièces de moyenne longueur, un robot, les outils, la FAO : plus de 1 million d'euros. Retour sur investissement : 5 ans.

CHEZ USIDUC

La solution Un centre d'usinage cinq axes d'OKK doté d'un système robotisé Erowa de chargement/déchargement de pièces. Objectif : attaquer de nouveaux marchés. Coût estimé 350 000 euros pour la machine (un équipement capable d'usiner des pièces de 500 mm3, 10 à 15 % pour l'outillage, 10 % pour la formation, 10 % pour les outils spécifiques, 50 000 à 100 000 euros pour la FAO (1 poste). Retour sur investissement : 3 à 5 ans.

CHEZ MARLE

La solution Quatre centres d'usinage DMG de la famille DMU. Leur concept sous forme de table rotative et renvoi d'angle améliore l'accessibilité de ces machines dotées d'un robot de chargement-déchargement Erowa. Objectif : respecter au mieux les contraintes des applications médicales. Coût estimé Le prix catalogue d'une DMU 40 monoBLOCK est de 166 900 euros auquel il faut ajouter le coût des outillages, des outils, de la FAO... (source DMG). Retour sur investissement estimé : 5 ans.

PENSEZ À...

- La mise au point d'un cahier des charges complet (avec la définition des évolutions et de l'environnement de la machine) - L'estimation des coûts - L'application (usinage classique ou à grande vitesse) - Un système de FAO adapté (fabrication assistée par ordinateur) - Des outils de coupe idoines (catalogues ou spécifiques) - La formation des opérateurs - Des automatismes (robotisation, palettisation, etc.), sources de profits supplémentaires - Valider l'intérêt du travail sans surveillance - Choisir des moyens de contrôle adaptés - La simulation d'usinage pour pouvoir faire bon du premier coup

PRATIQUE

À lire sur le sujet - L'usinage 5 axes Éditions du Cetim, 34 pages, 25 euros. - Fabrication par usinage, de Jean-Pierre Cordebois et Michel Colombié, Dunod / L'Usine Nouvelle (2008), 592 pages, 100 euros. - L'Usine Nouvelle, no 3113, septembre 2008, page 69, dossier : « Machine-outil : l'usinage se surpasse »

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