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Usiner avec un robot ? Pourquoi pas...

Mirel Scherer

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- Les premières installations robotisées d'usinage font leur apparition. Très flexibles, elles réduisent sensiblement les coûts. Reste à améliorer les performances.

Un robot peut-il remplacer une machine-outil ? La question surprendra plus d'un usineur averti. Comment un tel dispositif pourrait-il respecter les impératifs draconiens de rigidité auxquels sont soumis les fraiseuses et autres centres d'usinage ? D'autant plus quand il s'agit d'un usinage sur 5 axes. Plusieurs solutions robotisées font pourtant leur apparition sur le marché, ce qui présage la prolifération de ce type d'installations d'ici à un an ou deux.

Cette évolution s'explique par les avantages indéniables que procure la solution du robot usineur : flexibilité maximale et très nette réduction des coûts d'investissement et d'exploitation. Selon les spécialistes de l'institut allemand PTW de Darmstadt, qui mènent l'un des projets de recherche les plus intéressants dans ce domaine, grâce au robot l'investissement rapporté au mètre cube occupé est réduit d'un facteur cinq, comparé à un centre d'usinage 5 axes, et jusqu'à quinze si on le compare à une fraiseuse de précision !

La raison de cette effervescence tient aussi à la disparition du principal obstacle qui bloquait l'emploi d'un robot pour des opérations d'usinage : le logiciel. En l'occurrence, il s'agit des programmes nécessaires pour passer de la CFAO à la programmation du robot et au pilotage d'une telle installation. Ces outils se trouvent désormais chez les constructeurs de robots Kuka et Reis, les premiers à s'investir dans cette voie en collaboration avec des éditeurs de CFAO comme Delcam et Open Mind. Les premières cellules qu'ils proposent, des installations capables d'assurer des opérations d'ébavurage ou de fraisage des pièces en plastique ou en aluminium, démontrent que les domaines d'application du robot usineur ne sont pas rares et peuvent intéresser des industries comme l'aéronautique ou l'automobile, entre autres.

Traiter facilement la diversité des pièces

Deux solutions équivalentes étaient ainsi présentées par ces fournisseurs en décembre dernier au salon Euromold 2004 à Francfort. Kuka et Delcam exposaient un système doté d'un robot Kuka et d'une broche haute fréquence Ibag adaptée à l'usinage à grande vitesse (UGV). Ce "package" comporte l'ensemble des éléments (fixation, sécurité, etc.) nécessaires et son prix ne dépasse pas 250 000 euros. « L'avantage d'une telle solution est, au-delà de son prix très concurrentiel, sa flexibilité », confirme Otto Kellenberger, responsable des applications aéronautiques chez Kuka, qui est à l'origine du logiciel RobCAM, indispensable pour le pilotage d'une telle installation.

À titre de comparaison, un robot usineur divise par trois ou quatre le coût par rapport à une machine-outil qui a la même capacité de travail. Directeur commercial de Kuka France, Jean-François Germain souligne : « Avec une installation robo-tisée, on peut traiter facilement et moins cher la diversité de pièces qui ne cesse de s'accroître. »

Les experts de Kuka fixent néanmoins les limites que rencontre pour le moment une telle solution. « Il est difficile, dans les conditions d'aujourd'hui, d'usiner les métaux durs ou des composites avec des trajectoires qui dépassent une certaine profondeur, mais notre objectif est bien d'étendre les performances du système vers ces types d'usinages », explique Otto Kellenberger.

Même approche pour la société d'ingénierie Escad. Elle exposait son système 6 axes Roboprot sur le stand d'Open Mind. L'installation se compose d'un robot Kuka 5 axes doté d'une broche Fischer de 10,5 kW et 24 000 tr/min ou d'une broche Precise de 3,4 kW et 40 000 tr/min. Fournie avec le robot fixé au sol ou sur un portique, elle assure l'usinage des pièces plastiques ou en alliages légers avec une enveloppe de travail de 5,5 x 2 x 3,85 m ou de 5,8 x 5,8 x 3,85 m. Cette solution utilise le système de CFAO Open Mind ainsi que le logiciel de programmation RobCAM de Kuka. Elle coûte entre 120 000 et 150 000 euros tout compris. Et sa précision est de 0,1 mm.

Associer contrôle et usinage

D'autres solutions font aussi leur apparition, signe que l'usinage robotisé a le vent en poupe. Fabricant de bras de mesure portables, Romer propose un bras robotisé 6 axes qui marie les opérations de contrôle et d'usinage. Le Romocut est une tête de fraisage à grande vitesse (broche de 24 000 tr/min) qui peut usiner des matériaux tendres sur de grandes dimensions (jusqu'à 40 m). La version 6 axes travaille ainsi en fixe dans un volume sphérique de diamètre 3,4 m (pour un poids de 600 kg) et celle fixée sur rail (7e axe) offre une capacité d'usinage de 6 x 1,2 x 1,7 m. L'installation intègre un système de sécurité, peut être livrée en enceinte fermée, s'interface avec des logiciels de FAO (Delcam, Tebis, etc.).

L'espoir est toutefois de pouvoir usiner les matériaux plus durs. C'est l'un des princi-paux objectifs du projet de recherche Advocut, mené par l'institut PTW de Darmstadt en collaboration avec plusieurs industriels tels que le constructeur de robots Reis (programme de pilotage), le fabricant de broches UGV Precise, celui d'outils et d'outillages Mapal, et le fabricant de servomoteurs Harmonic Drive. Lancé en 2003 sur trois ans, ce projet vise un usinage de précision (50 µm), mais avec un dispositif qui réduit d'une manière drastique les investissements. Une première installation, qui comporte un robot Reis RV 130 et une broche Precise (4,7 kW, 30 000 tr/min), a été testée avec succès dans l'ébavurage des pièces de fonderie en aluminium. Prochaine étape : l'ébavurage et le fraisage des pièces automobiles complexes (corps de pompe, adaptateur ABS) en aluminium ou en composite.

En attendant ces développements, certains utilisateurs ont déjà sauté le pas comme EDF, qui a mis en place, dans son centre de recherche de Chatou, un robot usineur doté d'une broche rapide. Une application hautement stratégique car l'électricien français se montre fort peu disert sur le sujet...

ANATOMIE D'UNE SOLUTION

- Le système du PTW utilise une broche d'usinage à grande vitesse Precise (30 000 tr/min, 4,7 kW). - Le Robot RV130 de Reis est capable de manipuler une charge de 30 à 130 kg. - Logiciel de programmation mis au point par le constructeur du robot.

LES AVANTAGES

- Investissement de 60 000 à 250 000 euros, soit trois à quatre fois moins que pour une machine-outil équivalente - Flexibilité - Facilité d'installation (élimination des travaux de génie civil) - Évolutivité

LES LIMITES

- Rigidité encore insuffisante pour les opérations de haute précision - Forces d'usinage trop importantes, ce qui influence la stabilité du processus - Qualité insuffisante des pièces usinées.

AUJOURD'HUI

Usinage des pièces de fonderie en aluminium comme les couvercles de culasse (ci-dessus).

DEMAIN

Usinage des pièces complexes en aluminium (ici un corps de pompe à huile), en acier ou en composite.

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