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L'usinage poussé aux limites

De notre envoyé spécial à Milan Mirel Scherer

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- Les ateliers de mécanique sont astreints à réduire perpétuellement leurs coûts. Conséquence, les machines travaillent toujours plus vite et assurent de plus en plus d'opérations d'usinage différentes.

La formidable pression que les utilisateurs, grands ou petits, exercent sur les coûts d'investissement et d'exploitation, oblige les constructeurs de machines-outils à traquer les moindres sources de productivité. Autrement dit, les technologies d'usinage sont poussées vers leurs limites. C'est en tout cas la principale tendance qui a marqué l'exposition européenne de la machine-outil qui s'est tenue, fin octobre, à Milan en Italie.

Bien entendu, la vitesse d'usinage reste l'un des principaux chevaux de bataille des constructeurs et les équipements d'usinage à grande vitesse (UGV) se métamorphosent à présent en machines capables de travailler à très grande vitesse. Le constructeur japonais Niigata commercialise, depuis plusieurs années, des machines qui atteignent des vitesses de broche de l'ordre de 100 000 tr/min.

Multiplication des fonctions

Comau Systèmes France fait, lui, la preuve dans son usine de Castres (Tarn), de la capacité de sa machine à cinématique parallèle Urane SX, à usiner à de très grandes vitesses. Équipée d'une broche à palier magnétique de S2M, la machine a atteint facilement des vitesses de broche de 80 000 tr/min. Soit le double de la vitesse qu'elle fournissait avec une broche UGV classique dans les opérations de perçage des culasses ou des carters des boîtes de vitesses, son domaine de prédilection. « Le gain de temps est évident, constate Claude Fioroni, responsable R&D de Comau Systèmes. Et il reste encore de la marge... »

Au-delà de ces efforts d'amélioration des performances effectives de la machine, les constructeurs poursuivent les développements dans une autre voie : celle de la multiplication des fonctions. Autrement dit, la possibilité d'effectuer avec une seule et même machine un plus grand nombre d'opérations d'usinage différentes. La démarche vise naturellement à éviter des investissements, toujours coûteux, dans plusieurs types d'équipements. Mais pas seulement. Le but est aussi de réduire le temps de cycle tout en améliorant la qualité des fabrications. Le sujet n'est pas nouveau évidemment, mais on a pu constater, à Milan, que les technologies mises en oeuvre par certains constructeurs frisent leurs limites.

Qui pouvait imaginer, par exemple, que l'on pourrait coupler, dans un seul dispositif d'usinage, sur une machine destinée au fraisage des grandes pièces (outillages de forme par exemple) une tête d'ébauche et une tête de finition ? Le constructeur français Forest-Liné, inventeur dans les années 1980 de la première machine UGV, l'a pourtant fait. Développé par l'équipe de l'usine d'Albert (Somme), le centre de fraisage de grande capacité Easymill (X : 6 000, Y : 3 200, Z : 1 500), à traverse haute mobile, intègre une tête révolutionnaire et brevetée.

« Fini les changements de tête et les systèmes d'accrochage automatique si pénalisants pour le temps de cycle, constate Dominique Werbrouck, directeur général de l'usine. Avec une seule et même tête 5 axes, l'utilisateur réalise successivement les usinages d'ébauche, puis les finitions à grande vitesse, sans perte de temps entre les deux. »

Polyvalence et flexibilité

L'avantage est évident, surtout pour les sous-traitants qui ne sont plus obligés d'acheter deux machines différentes. Lorsque les opérations de dégrossissage sont terminées, la broche d'ébauche vient déposer son outil au magasin, le 5e axe tourne de 90 degrés, présente la broche de finition face au magasin pour charger un outil et commence ensuite l'usinage de finition. Les deux broches reprennent le principe éprouvé des broches à axes décalés, ce qui permet d'usiner des dépouilles ou des contre-dépouilles sur les parois d'outillage.

« La facilité de simulation des parcours d'usinage (notamment pour éviter les collisions machine-pièce) et la fiabilité du processus ont également été prises en compte durant la phase de conception de la tête Easymill », souligne le responsable. En effet, les morphologies de la broche d'ébauche et de la broche de finition sont identiques. Cela procure plusieurs avantages. D'une part un seul modèle de tête est nécessaire pour les logiciels de simulation. D'autre part, la programmation pièce étant validée en ébauche et la morphologie des têtes étant identique, les risques de collisions tête-pièce avec la tête de finition à grande vitesse seront maîtrisés.

Une véritable mini-usine

Marier fraisage et tournage sur la même machine, de nombreux constructeurs savent désormais le faire et l'association centre de tournage - centre d'usinage n'étonne déjà plus personne. Il suffit de mentionner des machines comme l'Integrex de Mazak ou celles de Mori Seiki. Ce dernier invente le concept DCG (les masses en mouvement sont entraînées par leur centre de gravité) pour mieux gérer les vibrations et installe de surcroît des vis à billes jumelles sur les axes pour améliorer la précision. Ou encore celles d'Index ou de DMG. Voire d'Emag, l'inventeur du tour vertical inversé qui peut presque tout faire. Ce concept a connu un tel succès que la plupart des constructeurs l'ont copié.

Pour autant, Makino n'en a pas moins fait le chemin inverse, avec un équipement original qui va au bout de ce concept multitâche. Fraisage, tournage, perçage, alésage et, cerise sur le gâteau, rectification..., son centre d'usinage horizontal A99E-5XR-CD, destiné à l'usinage de pièces aéronautiques, est à lui tout seul une véritable mini-usine. Il permet ainsi de réduire jusqu'à 75 % le cycle d'usinage des pièces complexes par rapport aux équipements UGV classiques.

Trois rectifieuses, une seule machine

Le secret de cette performance réside dans l'amélioration du procédé de rectification Viper (Very impressive performance extrem removal) réalisée par le constructeur japonais en collaboration avec le fabricant de meules de rectification Tyrolit et avec Rolls-Royce, fabricant de moteurs aéronautiques. Le nouveau système, qui met en oeuvre un procédé breveté de dressage continu de la meule, étend la capacité de ce procédé à la rectification des pièces complexes de grande taille. L'usinage d'une grande roue de turbine en Inconel a démontré les possibilités de cet équipement qui a effectué huit opérations d'usinage différentes en un seul serrage de la pièce. Le tout en 78 minutes au lieu de quelques heures pour le processus classique. Ce résultat s'explique aussi par les performances techniques de la machine qui est capable d'enlever 28 cm3 par minute dans des métaux très durs comme les alliages à base de nickel.

Le constructeur italien Parpas rivalise d'imagination avec son homologue japonais en proposant une machine, la RUAP BF2 700, qui intègre pas moins de trois rectifieuses différentes. « Dotée de dix axes numériques, cette machine marie les opérations de rectification externes et internes ce qui permet à l'utilisateur non seulement de réduire les temps de finition mais aussi d'économiser au chapitre investissement », constate Renato Sorgato, directeur commercial de Parpas.

Enfin, le concept de machine à architecture parallèle, une configuration qui devait, selon les spécialistes, assurer la réduction des coûts, semble s'essouffler. Très peu de machines de ce type étaient présentées à l'EMO. Cependant, la palme de l'originalité revient sans doute à Parpas qui a étonné les visiteurs avec son prototype de machine parallèle, baptisée Spider. Constitué de huit robots Scara, ce système extrêmement simple à construire - mais difficile à contrôler -, sera transformé, selon le responsable italien, en un équipement industriel d'ici à six mois.

Les Japonais, maîtres de l'industrialisation

L'originalité en revanche n'est pas le point fort du prototype présenté par le constructeur espagnol MTorres car il réutilise certains éléments techniques déjà présents dans d'autres solutions de ce type comme celle du sous-traitant français CMW (la tête hexapode CMW 300 qui peut se fixer sur une machine existante) ou de DS Technologie. Mais il reste intéressant pour les usinages (fraisage, perçage, rivetage) d'éléments aéronautiques. À sa base, le module à cinématique parallèle développé par le centre de recherche espagnol Fatronik. Soulignons qu'à la différence de CMW qui a dû développer tout seul son système, Fatronik a bénéficié de subventions. Ce qui met encore une fois en lumière la faiblesse des aides accordées en France à la mécanique...

Les Japonais, dont le talent d'industrialisateurs hors pair ne se dément pas, n'en sont eux plus au stade prototype en ce qui concerne la cinématique parallèle. Okuma est l'un des rares constructeurs à avoir réussi l'industrialisation d'un tel équipement. Sa machine hexapode Cosmo center PM-600 est installée en seize exemplaires dans les usines automobiles japonaises et fait déjà des copeaux dans les ateliers. -

LA MACHINE QUI SAIT TOUT FAIRE

- Le centre d'usinage A99E-5XR-CD de Makino est à lui seul une mini-usine : il assure des opérations de fraisage, de tournage, de perçage, d'alésage et de rectification sur des pièces aéronautiques complexes.

ÉBAUCHE ET FINITION DE CONSERVE

- Dotée d'un système d'usinage qui regroupe deux têtes, une pour l'ébauche (à gauche), l'autre pour la finition (à droite), la fraiseuse Easymill de Forest-Liné remplace les deux machines habituellement nécessaires pour effectuer ces opérations.

TOUS LES TYPES DE RECTIFICATIONS

- Rectifications intérieure et extérieure sur la même machine : c'est l'exploit que réalise l'équipement RUAP-BF2-700 conçu par Parpas, remplaçant ainsi trois machines différentes.

UNE MACHINE STANDARD TRÈS... SPÉCIALE

- Passer d'une machine spéciale à un équipement catalogue, comme le permet le centre de tournage Integrex de Mazak, ici utilisé pour usiner un pont arrière de camion, réduit sensiblement les coûts d'investissement et d'exploitation.

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01/12/2003 | Innovations MACHINES-OUTILS
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