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Filton relève le defi des ailes de l' A380

Mirel Scherer

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- Pour éviter d'avoir à assembler de nombreux éléments d'aile, le constructeur a privilégié la fabrication de grandes pièces monolithiques. - L'usine de Filton (Grande-Bretagne) relève le défi de leur fabrication grâce à une cellule d'usinage à grande vitesse conçue par Makino. - Rapide et précise, elle fabrique en deux jours seulement quarante éléments de structure de l'aile de l'A380.

Les premiers Airbus A380 ne voleront qu'en 2005. Pourtant, les éléments qui le composeront ont déjà atteint le stade de la production. C'est le cas des ailes, qui sont fabriquées en Grande-Bretagne, sur les sites de Filton et de Broughton.

Cependant, malgré l'expérience acquise par les Anglais, l'envergure du futur ''paquebot volant'' associée aux objectifs de productivité et de réduction des coûts imposés par Airbus ont nécessité un net changement dans les approches de production.

L'usinage à grande vitesse s'impose

Confrontés à l'industrialisation d'éléments plus volumineux - étant donné la taille des ailes et la réduction du nombre de pièces qui les composent -, les ingénieurs de l'usine de Filton ont décidé, début 2001, de revoir leur copie. Ils ont remplacé les bonnes vieilles machines portiques multibroches utilisées pour les autres modèles par une cellule d'usinage à grande vitesse d'une toute nouvelle espèce. Opérationnelle depuis mai 2003, l'installation a été fournie par le constructeur japonais Makino, le seul à avoir pu répondre au cahier des charges draconien établi par le constructeur. À preuve : les performances devaient être tirées vers le haut pour des prix et des coûts d'exploitation incroyablement bas.

Vers plus de flexibilité

« Pièces rebutées réduites à la portion congrue, un taux d'engagement de machines qui frise les 90 %, une productivité pour le monobroche meilleure que celle d'un équipement à trois broches, des tolérances d'usinage peu banales (± 0,095 mm), la capacité d'usiner avec précision des formes complexes avec beaucoup de parois minces..., la liste de nos desiderata était longue et ardue », confirme Chris Harland, responsable du projet de fabrication des ailes de l'A380 à l'usine de Filton. Bref, air connu, il fallait fabriquer plus vite et... 25 % moins cher.

La réponse de Makino a été à la mesure de ce défi technologique. « Nous avons réalisé une enquête auprès de nos utilisateurs pour trouver l'équipement idéal, explique Dave Burley, directeur marketing de NCMT, le distributeur de Makino en Grande-Bretagne. Il fallait en fait résoudre la quadrature du cercle afin d'assurer un compromis satisfaisant entre le temps de coupe, les accélérations et les vitesses de déplacement et d'usinage, ainsi que l'aptitude à usiner des formes complexes. »

Une nouvelle famille de machines, les MAG3, 4, 6, 7, 10 et 16 (16 x 2 m pour les axes X et Y), a ainsi vu le jour pour répondre à ces contraintes. Elles visent à assurer la flexibilité nécessaire pour usiner les futurs composants de l'A380 ainsi que ceux des modèles d'avions qui ne sont encore qu'en gestation. « Ces équipements ont été conçus pour répondre aux nouvelles contraintes de la fabrication aéronautique, à savoir l'évolution vers l'usinage de pièces monolithiques », précise l'expert de NCMT. À la place de plusieurs pièces qu'il faut usiner et ensuite assembler, on en fabrique, par exemple, une seule. Ainsi a-t-on pu passer de quarante éléments constitutifs pour l'une des pièces de structure de l'A380 à seulement six. Cela a réduit le nombre des outils de coupe nécessaires (de 53 à 6), celui des heures de conception et de fabrication des outillages (de 965 à 30 heures) et, au final, les temps de fabrication (de 13 à 8,6 heures) et d'assemblage (de 50 à 5,3 heures).

Le système flexible de Makino est installé en face d'une cellule Forest-Liné - qui date d'un an à peine - dotée de centres d'usinage Aerostar. Du coup, cette cellule sera réservée dans la nouvelle configuration de l'atelier à la fabrication des petites pièces.

Le système de fabrication flexible de Makino comporte deux centres d'usinage horizontaux 5 axes MAG4. Des équipements dont le volume d'usinage est de 4 x 2,6 x 0,7 m. « Chacun des deux est capable de traiter n'importe quelle pièce du programme, souligne Manuel Lefrançois, ingénieur technico-commercial chez Makino France. Une palette est orientée automatiquement vers l'un ou l'autre de ces équipements dès qu'il est disponible. » Les ingénieurs du constructeur japonais n'ont d'ailleurs rien laissé au hasard pour doper la vitesse de leurs machines : elles sont, par exemple, dotées de moteurs linéaires sur l'axe X. Ils ont aussi peaufiné leur disponibilité, qui dépasse les 90 %. Le système de palettisation est également très original, avec ses six palettes de 4 x 2 m qui se déplacent à grande vitesse sur un rail disposé entre les deux machines et le magasin de palettes. « Cette solution diminue le temps total d'usinage et réduit de 15 % le nombre d'opérations nécessaires pour l'usinage des panneaux d'aluminium. Sans parler du fait qu'elle économise de l'espace grâce à une installation en hauteur des équipements annexes », précise Manuel Lefrançois.

La broche, qui a beaucoup pesé dans le choix d'Airbus, a fait, elle aussi, l'objet d'un développement spécifique chez Makino. Il s'agissait d'assurer des forces de coupe et un couple important. Puissante, rapide et robuste, cette broche s'accommode également des usinages de haute précision. Moyennant quoi l'installation effectue aussi bien les usinages d'ébauche que ceux de demi-finition ou de finition. Bref, elle permet de terminer les pièces en une seule prise et avec des outils de plus petit diamètre que ceux requis pour les équipements classiques. À titre d'exemple, la distance du nez de la broche au point de fixation de l'outil n'est que de 205 mm, ce qui diminue les erreurs d'usinage. Quelque 120 outils sont disposés dans le magasin de chaque centre d'usinage. Le système de refroidissement de la broche et des vis à billes est placé au-dessus de la cellule, ce qui permet de réduire la surface au sol. Quant au système de traitement du liquide de coupe, il peut "brasser" jusqu'à 5 500 cm3/min de copeaux d'aluminium.

Une caméra vidéo à l'intérieur de la cellule

Une autre astuce - qui tend à se généraliser sur les systèmes d'usinage à grande vitesse - a été utilisée par les ingénieurs de Makino : l'installation à l'intérieur de la cellule (sur chacune des deux machines) d'une caméra vidéo. Objectif : permettre à l'opérateur de surveiller le processus de fabrication depuis l'écran du poste de contrôle central. Ce système informatique central, qui fonctionne sur PC, est relié aux commandes numériques de deux machines afin d'assurer le pilotage de la cellule flexible. Le logiciel utilisé est relié via un MES (Manufacturing Execution System) avec le progiciel de gestion intégré de l'usine de Filton. Les gestionnaires suivent ainsi en temps réel l'avancement des opérations de fabrication pour chacune des pièces. Quant aux opérateurs de la cellule, ils connaissent à tout moment l'état de chaque machine, la pièce qui se trouve sur chaque palette dans le magasin, etc. Ils peuvent ainsi assurer le planning des opérations et mieux résoudre les priorités qui se présentent en les plaçant dans la file d'attente des machines. Le moniteur contrôle, grâce à des systèmes d'identification automatique fixés sur chaque outil, la durée de vie des outils de coupe. Ce qui permet de les remplacer dès que nécessaire par des outils frères disponibles dans le magasin. Ou de signaler l'éventuelle indisponibilité de ces outils.

Tous ces éléments ont été pris en compte pour assurer un retour sur investissement des plus rapides. Le fait que Makino ait fourni le centre d'usinage envisagé pour l'installation avant que la cellule entière ne soit conçue a été un avantage important pour les responsables de fabrication de l'usine désireux de mettre au point leur stratégie. Le processus de production envisagé a ainsi pu être validé au bon moment. « Nous avons pu tester les performances de la machine sur des cas réels, indique Chris Harland. Essayer des combinaisons qui mêlaient les stratégies de coupe et les vitesses de broche a été, par exemple, un élément déterminant pour valider cette nouvelle voie d'usinage. »

Une chaîne CAO/FAO performante

Bien entendu, l'usinage en 5 axes simultanés est une approche complexe et disposer des machines et des commandes numériques adaptées ne saurait suffire. Il faut également disposer d'une chaîne CAO/FAO performante. Les ingénieurs de Filton ont donc choisi le logiciel de CFAO Catia de Dassault Systèmes, une solution éprouvée dans la vérification (pour éliminer les risques de collision entre l'outil et la pièce) et la génération automatique des trajectoires pour l'usinage en 5 axes. L'usine de Filton utilise aussi le logiciel Icad de KTI qui détecte et archive dans une base de connaissances les meilleures approches de conception et de fabrication. Ce qui réduit sensiblement les délais de fabrication. Tout en améliorant la qualité des pièces usinées. Des objectifs permanents pour Airbus dans la totalité de ses sites de production...

EN CHIFFRESL'USINE DE FILTON

- Située à quelques encablures de Bristol (Grande-Bretagne), l'usine d'Airbus est un centre d'excellence en matière de conception et de fabrication des ailes et des systèmes d'atterrissage pour les avions civils et militaires. Elle fabrique 40 des 124 éléments qui composent une aile d'Airbus A380. Les autres étant fabriqués sur le site de Broughton qui réalise aussi l'assemblage final des ailes. - Quelque 5 000 personnes travaillent à Filton, une usine qui investira dans les cinq prochaines années près de 300 millions de livres (470 millions d'euros) dans les systèmes de fabrication des ailes destinées à l'avion de transport militaire A400M.

SIX PIÈCES AU LIEU DE QUARANTE !

- Les 40 pièces jusque-là nécessaires pour fabriquer cet élément de l'aile sont remplacées par 6 pièces monolithiques complexes en aluminium dont la plus grande mesure 3,1 x 2 m. - De 53 outils de coupe nécessaires pour usiner ces 40 pièces, on est passé à six. - L'usinage en 5 axes simultanés permet de terminer la pièce en une prise unique et en deux jours seulement. Cela représente une réduction considérable du temps de fabrication, grâce à la diminution du nombre de passages entre les différentes machines et donc du nombre de réglages ainsi que des en-cours nécessaires.

UNE CELLULE QUI USINE DE L'ÉBAUCHE À LA FINITION

- Extrêmement fiable, la broche conçue et fabriquée par Makino est à la fois puissante (60 kW), rapide (30 000 tr/min) et rigide, des caractéristiques indispensables pour assurer les opérations d'ébauche, de semi-finition et de finition.

- Un système de palettisation original alimente les deux machines. Six palettes verticales circulent sur des rails entre les centres d'usinage, le magasin et les stations de chargement-déchargement. À chaque station, la palette effectue une rotation de 90° pour faciliter la fixation de la pièce.

- Certains systèmes complémentaires ont été placés au-dessus de la cellule, ce qui réduit l'encombrement de l'installation.

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