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Usinage - La polyvalence gagne le fraisage haute précision (01/07/2001)

Usiner vite ne suffit plus. Il faut combiner vitesse d'usinage, état de surface presque parfait, souplesse et fonctionnement sans surveillance. De nouvelles fraiseuses s'y emploient.


Ces dernières années, dans le monde de la mécanique, chacun s'accordait à penser que l'usinage à grande vitesse (UGV) était la panacée pour doper la productivité. À tort, semble-t-il car aujourd'hui déjà il ne suffit plus. Quatre fraiseuses exceptionnelles le prouvent. Elles illustrent une toute nouvelle tendance qui se dessine en fraisage et qui fera sans doute l'objet de toutes les attentions à l'exposition mondiale de Hanovre (EMO) en septembre prochain.

Qu'on en juge : ultrarigides elles réduisent les vibrations qui nuisent aux outils et augmentent leur coût ; rapides, elles maintiennent leurs cadences aussi bien en ébauche qu'en finition ; précises, elles diminuent le nombre des opérations de finition ; supercontrôlées, elles peuvent usiner sans surveillance.

À tout seigneur tout honneur, le centre de fraisage à deux têtes du constructeur italien Fidia mérite la primauté. Notamment pour la manière dont il a été développé. Il est le fruit d'un partenariat très étroit avec un utilisateur français, le Groupe Duarte, spécialisé dans la conception et l'industrialisation de nouveaux modèles d'automobiles

Deux machines en une seule
Les deux partenaires y ont mis toute leur expérience, la maîtrise des équipements UGV pour Fidia, l'usinage des moules pour Duarte. Rien n'aurait été possible cependant sans la détermination d'Antonio Duarte, le PDG du Groupe et la sagacité du fin connaisseur en usinage qu'est Jean-Marc David, responsable maintenance et investissements du Groupe ; il s'est investi sans compter dans ce projet. Et bien entendu, la participation des utilisateurs finaux.

Le résultat est époustouflant : deux fraiseuses UGV se retrouvent, face à face, mais mariées en un seul équipement (courses X, Y, Z de 4 x 2 x 1 m). Le tout en une machine à double montant mobile et à table fixe qui ne possède que le strict minimum de masses mobiles.

Les deux têtes usinent simultanément et à grande vitesse (déplacement de 20 m/min, broche Omlat de 30 000 tr/min et 20 kW pour chacune), la même pièce ou deux pièces différentes. Autant dire que la machine est gourmande, très gourmande. " Il a fallu évidemment prévoir un programme de gestion de collisions entre ces deux têtes, dont l'une est le maître et l'autre l'esclave ", précise Jean-Marc David. " Dès que le maître s'approche à une certaine distance, l'esclave se retire. " Les outils ont aussi été revus et adaptés, puisque la machine n'accepte que des outils frettés par induction et équilibrés.

Elle dispose aussi d'un dispositif d'évacuation de copeaux, de la FAO, etc. " Un outil efficace de programmation est indispensable pour optimiser les parcours d'outils et définir la meilleure stratégie d'usinage ", souligne Jean-Marc David.

En fait, cette machine préfigure cette nouvelle stratégie de fabrication. " D'habitude on utilise une machine de type portique pour l'ébauche des moules de grande dimension ", explique Roland Farant, directeur de Fidia France. " Cet équipement prouve que l'on peut effectuer l'ébauche et la finition UGV sur une seule et même machine, de surcroît de type bélier, avec des performances de vitesse et de précision d'usinage aussi bons voire meilleurs. "

Pour usiner les moules de grandes dimensions
D'autres avantages, comme le travail sans surveillance pendant la nuit et les week-ends sont envisageables. " Nous installons actuellement des webcam qui autorisent le contrôle à distance et à n'importe quel moment de nos machines via l'Intranet qui relie les différents sites de production du Groupe ", précise Antonio Duarte.

Jean-Marc David peut d'ores et déjà, afficher sur l'écran de son ordinateur les usinages qu'effectuent en temps réel les machines. " Je pourrais au besoin, prendre la main sur l'opérateur ", précise le spécialiste. " C'est néanmoins encore prématuré car les problèmes de sécurité ne sont pas résolus. "

Ebauche et finition UGV avec la même broche c'était aussi l'objectif que s'étaient fixés les ingénieurs de Huron. Le spécialiste français de l'usinage au micron dévoilera à la prochaine EMO sa nouvelle fraiseuse cinq axes en continu à portique fixe et table mobile, la KX 100.

Une machine capable d'usiner de A à Z des pièces complexes comme les moules de grandes dimensions (courses des axes : 2,3 x 2,3 x 1 m) sans avoir à changer de tête. " Nous avons mis en oeuvre les outils de conception les plus efficaces, comme le calcul par éléments finis ", souligne Luigi Foresto, directeur industriel de Huron. " Cela a permis de trouver un bon compromis entre la masse en mouvement et la fréquence propre de la machine.

" La réduction des masses en mouvement a été l'un des objectifs prioritaires des ingénieurs de Huron qui ont étroitement collaboré avec certains fournisseurs. Exemple : la broche mise au point avec un fournisseur allemand et dont le poids a été réduit d'un tiers, 100 kg contre 150.

Construite en aluminium, la fourche porte-broche contribue elle aussi à cette chasse au "dégraissage". L'axe vertical de la machine innove également il est constitué d'un élément mécanosoudé de forme octogonale garni à l'intérieur avec du béton polymère pour mieux amortir les vibrations. " Une conception qui a permis de rapprocher l'axe vertical et le portique afin de réduire le plus possible le porte-à-faux ", note l'ingénieur.

Les deux têtes d'usinage sont interchangeables
Rehaussé par un superbe design italien, la fraiseuse de superprécision Dino de FPT adopte le même principe que celle de Huron : portique fixe et table mobile avec grande vitesse de déplacement et de broche... Calcul par éléments finis et autres outils de conception évolués sont venus à bout des vibrations.

Hyperrigide, la machine réalise des usinages d'ébauche et de finition à grande vitesse et haute précision. Originalité de l'équipement, les deux têtes d'usinage maison sont interchangeables automatiquement en fonction du type d'usinage : tête verticale pour l'ébauche et la sémifinition, tête universelle pour la semi-finition et la finition ; elles sont prévues pour résister à 4 000 voire 5 000 heures de travail. Mouliste comme Duarte, l'allemand Röders ne trouvait pas non plus chaussure à son pied.

Il a commencé il y a une dizaine d'années par construire ses propres machines et est ainsi peu à peu devenu un véritable spécialiste du fraisage UGV de haute précision. Sa dernière née, la RP 800, est un concentré de haute technologie d'usinage.

  • Pilotée par une CN maison à deux PC (qui peut contrôler 10 000 points à l'avance soit dix fois plus que la CN la plus évoluée du marché), cette fraiseuse à portique fixe et table mobile est hyperrapide et ultrarigide. " L'élimination des vibrations est une source de gain considérable puisqu'elle double, par exemple, la vie des outils de coupe ", constate Jürgen Röders, responsable du développement de la firme allemande. Un argument important quand on usine de l'acier de 65 HRC de dureté. La RP 800 assure une réduction considérable du temps d'usinage (de 10 à 30 % en fonction de l'application). Par Mirel Scherer

    Quatre fraiseuses d'avant-garde
    La Dino de FPT
    Usinage rapide sans vibrations
    Les vibrations à une accélération de 2 m/s2 ne dépassent pas 0,0022 mm
    Deux ou trois têtes d'usinage (brevet FPT) interchangeables automatiquement
    Deux convoyeurs pour l'évacuation des copeaux
    Structure en alliage léger
    Précision du profil : 20 µm
    Moteur linéaire sur l'axe Z (étude en cours pour les autres axes)
    La Boxer Y2D418 de Fidia
    Usinage simultané avec deux têtes trois axes et deux axes indexés
    Pilotée par deux commandes numériques interactives à base PC
    Réduction du temps de cycle de deux à huit fois en fonction de l'application
    Logiciel anticollision et de synchronisation (maître/esclave) pour contrôler les deux têtes
    La KX 100 de Huron
    Ébauche et finition UGV avec la même broche
    Vitesse rapide : 40 m/min, accélération : 5 m/s2
    Le poids de la broche a été réduit de 150 à 100 kg
    Porte-à-faux réduit
    Les vis à billes sont à double circulation et la table est positionnée sur huit patins
    Moteur linéaire sur l'axe Z
    La RP 800 de Röders
    Stabilité, précision et haute dynamique
    Commande numérique maison englobant deux PC
    Broche haute vitesse : 40 000 tr/min et 40 kW (en option)
    Accélération des axes de 13 m/s2
    Installation sans fondation (assise sur trois pieds d'amortissements)

    Sites internet
    Fidia : www.fidia.com
    Huron : www.huron-graff.fr
    FPT : www.fptindustrie.com  
    Röders : www.roeders.de

    Chez Duarte
    Les premiers pas de la fraiseuse à deux têtes
    Pour doper sa productivité, ce maître es outillages invente en coopération avec Fidia ses propres machines.

    " Un outillage fabriqué auparavant en une semaine doit désormais être réalisé en un seul jour. " Quand c'est Antonio Duarte, le bouillant PDG du groupe français éponyme qui le dit, on peut parier qu'il a déjà trouvé la solution. Et quand il ajoute " qu'il faut inventer ses propres moyens de fabrication, afin d'usiner vite, d'éliminer les opérations de reprise et de travailler sans surveillance 24 heures sur 24 ", on peut s'attendre à tout.

    La preuve : deux centres de fraisage Fidia Y2D418 uniques au monde fonctionnent depuis six mois dans deux usines du groupe. Le premier usine au Quesnoy des moules d'injection pour l'habillage intérieur automobile, le second fabrique à l'usine de Valenciennes des outils d'emboutissage. Un équipement qui remplace trois ou quatre machines classiques. L'état de surface obtenu approche la perfection ; moyennant quoi le temps d'ajustage d'un moule d'emboutissage est divisé par trois. Autant dire que l'outillage peut être installé tel quel sur la presse.

    Ces avantages justifient un investissement deux à trois fois plus important que celui que réclame une machine UGV classique de cette taille. " Attention toutefois, ce n'est pas un équipement à placer dans n'importe quel environnement ", avertit l'entrepreneur. " Pour en tirer le meilleur parti, il faut disposer d'une infrastructure technologique de qualité, d'un savoir-faire adéquat et effectuer un solide travail de préparation. " Cela a obligé l'entreprise à revoir ses méthodes de fabrication et à revalider ses différents outils : CAO, FAO, outils coupants, etc. Le terrain est ainsi prêt pour une prochaine version de la machine, plus grande, plus polyvalente, et donc encore plus productive.

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