Comment une équipe de course améliore ses performances

KANNAPOLIS, NC - Comme la plupart des constructeurs automobiles, les équipes de course NASCAR sont motivées pour fabriquer des pièces de véhicules meilleures, moins chères et plus rapides. Des centaines des principales marques du Fortune 500 sont très visibles sur les schémas de peinture évocateurs des véhicules, indiquant un investissement sain et continu dans le sport.

Pourtant, la prudence prévaut dans toute entreprise intelligente et les équipes de course recherchent des moyens créatifs d'économiser de l'argent. Cela inclut les opérations de leur atelier d'usinage. L'une des façons dont Stewart-Haas Racing y parvient est d'appliquer les parcours d'outil Dynamic Motion présentés dans son logiciel Mastercam CAD/CAM (CNC Software Inc., Tolland, CT).

Stewart-Haas Racing est l'équipe NASCAR primée, co-détenue par Tony Stewart, triple champion de la série Monster Energy NASCAR Cup Series, et Gene Haas, fondateur de Haas Automation, le plus grand constructeur de machines-outils CNC en Amérique du Nord.

L'organisation présente quatre entrées dans la série Monster Energy NASCAR Cup Series - la Ford Fusion numéro 4 pour Kevin Harvick, la Ford Fusion numéro 10 pour Aric Almirola, la Ford Fusion numéro 14 pour Clint Bowyer et la Ford Fusion numéro 41 pour Kurt Busch. L'équipe participe également à la série NASCAR XFINITY en alignant une entrée à temps plein - la Ford Mustang numéro 00 pour Cole Custer et une entrée à temps partiel, la Ford Mustang numéro 98. Basé à Kannapolis, en Caroline du Nord, Stewart-Haas Racing exploite une installation de 18 580 m2 (200 000 pi2) avec environ 370 employés.

Un 4000 pi2 (372 m2) très actif de cet espace est l'atelier d'usinage de l'entreprise. Stewart-Haas Racing a renforcé ses stratégies de fabrication pour fabriquer elle-même davantage de pièces qui étaient auparavant sous-traitées. Cela offre à l'équipe un meilleur contrôle de la qualité, des délais de livraison améliorés et une protection accrue pour les conceptions propriétaires. En faire plus a conduit Stewart-Haas à rationaliser sa liste d'installations (avec principalement des machines-outils Haas), ses processus et procédures de fabrication et la programmation de pièces CNC, en particulier avec les nouveaux parcours d'outils Dynamic Motion.

Une explication

Bien que ces parcours d'outils FAO avancés aient été dans les dernières versions de Mastercam et aient été lancés pour la première fois il y a environ 10 ans, ils sont encore nouveaux pour beaucoup dans la fabrication et sont continuellement améliorés et intégrés dans plus de fonctionnalités de produits pour le fraisage et le tournage.

Voici une brève explication :en règle générale, les programmes CNC conventionnels sont basés sur des limites géométriques. Ils font entrer l'outil dans le matériau, puis s'embarquent dans une direction jusqu'à ce qu'il rencontre un mur ou un autre obstacle, puis il change de direction. L'outil couvre toute la zone comme dicté par le modèle de pièce, coupant tout ce qui se trouve sur son chemin. Parfois c'est du matériel et parfois c'est de l'air inefficace.

Désormais, les trajectoires d'outil Dynamic Motion les plus récentes font que l'outil se comporte plutôt de manière non conventionnelle. Le mouvement de l'outil est régi par un ensemble de règles hautement sophistiquées qui prennent en considération à la fois la zone à partir de laquelle le métal doit être enlevé et également l'état changeant du matériau tout au long des différentes étapes de l'usinage. Les algorithmes propriétaires prévoient ce qui va suivre, évaluent les alternatives et modifient automatiquement les avances, les sauts et les mouvements de coupe en réponse aux conditions changeantes du matériau au fur et à mesure que la pièce est coupée.

L'objectif est d'enlever plus efficacement la matière en maîtrisant les efforts latéraux pour éviter les excès générateurs de chaleur. Souvent appelés « usinage à charge constante de copeaux », les mouvements plus fluides et plus sûrs (constamment dans la coupe) atténuent les contraintes sur les outils de coupe et les machines, augmentant ainsi leur longévité.

"La plus grande transformation que j'ai vue l'année dernière dans notre atelier est l'adoption complète des parcours d'outils dynamiques de Mastercam", a déclaré John Simmons, responsable de l'atelier d'usinage CNC chez Stewart-Haas Racing.
"Ils sont très puissants. Nous pouvons désormais fabriquer des pièces complètes directement à partir d'une grande billette, plutôt que d'avoir à fabriquer des composants plus petits et à les souder ensemble », a-t-il déclaré. "Les parcours d'outil dynamiques nous donnent beaucoup plus d'engagement d'outil, ce qui nous évite d'avoir à optimiser les parcours d'outil d'ébauche et nous permet d'atteindre les opérations de finition beaucoup plus rapidement."

La vitesse augmente

À titre d'exemple de la rapidité avec laquelle, Simmons cite un composant de liaison centrale de direction comme l'une des nombreuses applications de pièces qui bénéficient des parcours d'outils Dynamic Motion. La biellette de direction est la liaison entre le boîtier de direction et les roues, un composant très important. La pièce commence sur sa fraiseuse CNC verticale à 50 cônes Haas modèle VF6 TR (pour tourillon) sous la forme d'une barre solide d'acier allié de 150 lb (68 kg) d'environ 4″ de large × 5″ de haut × 23,5″ de long (102 × 127 × 597 mm). Auparavant, le processus d'ébauche prenait 12 heures. Il est désormais réduit à sept heures en appliquant les parcours d'outil "conscients du matériau".

"Je dirais que nous sommes 60 à 75 % plus efficaces et que non seulement nous réduisons le temps, mais nous obtenons également une durée de vie de l'outil nettement plus longue grâce au mouvement dynamique", a déclaré Simmons.
Les opérations de fraisage de contour 3D ultérieures affinent les dimensions critiques. Les tolérances, la géométrie de finition et le poids des pièces n'ont pas été divulgués par Simmons pour des raisons de concurrence. Cependant, il a fourni les principales causes de l'amélioration de l'efficacité de coupe dans le processus d'usinage d'ébauche avec les parcours d'outils avancés :

–Enjambements minimaux pour éviter l'accumulation de chaleur et une force latérale excessive ;

–Mouvements fluides qui atténuent les contraintes sur les outils et les machines ;

–Vitesse de broche élevée ;

–Engagement maximal de la goujure pour les coupes qui enlèvent le plus de matière ;

–Engagement continu du matériau (fraisage en montée) pour minimiser la découpe à l'air ;

–Ajustements dynamiques des sauts pour maintenir la charge de l'outil constante ;

–Stratégies d'entrée d'outil qui présentent l'outil au matériau à l'angle le plus sûr ;

–La "conscience" du matériau qui maintient l'outil dans un état de coupe constant et sûr quelle que soit la géométrie du contour (il modifie la trajectoire de sorte que les copeaux soient de la même taille) ;
Micro-ascenseurs qui élèvent la fraise loin du le sol de la pièce ou loin des murs afin que la chaleur ne s'accumule pas lors du réglage des vitesses de coupe lors du repositionnement.

–Micro-élévateurs qui élèvent la fraise loin du sol de la pièce ou loin des murs afin que la chaleur ne s'accumule pas lors du réglage des vitesses de coupe lors du repositionnement.

« Technologie complexe »

En plus de la VMC Haas VF6 TR à usage intensif, l'atelier Haas dispose de 14 autres machines-outils. Les centres de tournage CNC Haas avec têtes de fraisage en direct ont été les ajouts les plus récents, car Simmons a déclaré qu'il s'agissait principalement de pièces tournées qui étaient autrefois sous-traitées mais désormais apportées en interne. En plus des opérations d'usinage, l'atelier dispose d'un service de contrôle qualité entièrement équipé qui vérifie soigneusement chaque pièce à la recherche de défauts.

"Alors que la technologie complexe devient de plus en plus omniprésente dans notre atelier, le soutien que nous recevons de nos différents fournisseurs est d'une importance primordiale", a déclaré Simmons. "C'est plus que d'avoir la technologie, nous voulons nous assurer que nous tirons le meilleur parti de nos investissements pour finalement économiser de l'argent, améliorer l'efficacité et fabriquer des véhicules compétitifs.

"Par exemple, l'évolution vers la façon de penser dynamique des parcours d'outils, bien qu'elle en vaille la peine pour les avantages, peut être difficile à naviguer", a-t-il ajouté. « Vous devez vous rappeler que j'ai été programmeur CNC pendant près de 15 ans de ma carrière. La lumière s'est allumée beaucoup plus rapidement avec l'aide des ingénieurs d'application de CNC Software et de leur revendeur dans ma région, Barefoot CNC. »

Édité par Bill Koenig, rédacteur en chef de l'Annuaire des véhicules motorisés, à partir d'informations fournies par CNC Software.