Les EDM font un grand pas vers l'érosion sans surveillance

L'automatisation des processus EDM nécessite plus que de bonnes machines

Pour la plupart, EDMing est un processus sans surveillance, ou du moins légèrement surveillé. Contrairement aux tours CNC et aux centres d'usinage, où une fraise cassée pendant la nuit peut être une très mauvaise matinée, creuser une cavité de moule ou couper une matrice de finition nécessite peu de garde d'enfants - pourquoi ne laisseriez-vous pas la machine fonctionner sur son propre après que tout le monde soit rentré à la maison pour la journée? Si le fil se casse, l'EDM en enfilera simplement un nouveau. Si la marche court-circuite, le contrôle fera de son mieux pour récupérer ou tout simplement arrêter tout jusqu'à ce que son maître humain vienne à la rescousse. Pas grave.

Cependant, rendre l'EDM vraiment éteint nécessite bien plus que des enfileurs automatiques et des circuits intelligents. Cela signifie investir dans des robots qui non seulement chargent les électrodes dans le plongeur, mais les transfèrent vers et depuis un centre d'usinage à proximité pour le traitement. Cela signifie des électroérosions à fil avec des capacités automatisées de retrait de slug et de changement de fil. Cela signifie une surveillance à distance, des systèmes de mesure en cours de fabrication et la palettisation des pièces. Cela signifie avant tout une excellente organisation et un engagement envers l'amélioration continue. C'est un gros investissement en temps et en argent, mais pour quiconque souhaite s'y attaquer, il n'y a aucune raison pour que des ressources EDM coûteuses ne puissent pas fonctionner 24 heures sur 24.

Prendre en main

L'une des étapes les plus simples de tout parcours d'automatisation consiste à placer un robot devant un électroérosion par enfonçage, où il peut effectuer une tâche qui peut à première vue sembler étrange à de nombreux machinistes. "De nombreux clients équipés de robots les utilisent comme changeurs d'outils géants", a déclaré Mike Bystrek, chef de produit national d'électroérosion à fil chez MC Machinery Systems Inc. (Elk Grove Village, IL). "Un mouliste peut avoir besoin de plusieurs dizaines d'électrodes pour une grande cavité, et un atelier de production peut avoir une centaine d'électrodes ou plus pour plusieurs travaux, il est donc courant d'utiliser un robot pour cela plutôt qu'un carrousel ou un changeur d'outils de type rack."

Un robot peut entretenir plusieurs machines, en acheminant les électrodes d'un EDM vers une usine de graphite ou un centre d'usinage. Il peut apporter des électrodes à une machine de mesure tridimensionnelle (MMT) pour la qualification avant la configuration, transporter les pièces finies vers cette MMT, attendre qu'elles aient été mesurées et les mettre sur l'étagère ou les ramener au lest pour un usinage supplémentaire. si nécessaire. Il peut également être utilisé pour changer les bases de moules ou les inserts, à condition qu'ils correspondent à la capacité de charge du robot.

"Cette dernière partie dépend vraiment de la taille de la pièce à usiner", a déclaré Pat Crownhart, chef de produit National Sinker de MC Machinery. "Plus la pièce est grande, plus le robot est gros et cher, mais en règle générale, tout ce qui tient sur une palette carrée de 12 ″ (304,8 mm) est probablement un jeu équitable pour l'automatisation."

Tous deux ont convenu que l'utilisation robotique est à la hausse avec l'électroérosion par enfonçage, mais Crownhart a proposé plusieurs raisons pour lesquelles il est beaucoup moins courant sur les machines à fil, la gestion des limaces étant la principale d'entre elles. "Avec un travail de poinçonnage et de matrice traditionnel, ou sur des pièces aérospatiales où vous enlevez une énorme quantité de matière, cela ne se prête généralement pas à l'automatisation."

Construire un meilleur magasin

Quel que soit le type ou la marque d'EDM, ceux qui ont automatisé leur équipement voient clairement de gros retours. Les délais sont plus courts. La qualité des pièces s'améliore. Et malgré ce qui pourrait initialement sembler un investissement massif, les coûts d'exploitation diminuent et les marges bénéficiaires augmentent (souvent de manière substantielle) lorsque l'automatisation est correctement mise en œuvre.

Mais pas si vite. Selon John Bradford, VMC/EDM clé en main et responsable de l'automatisation chez Makino Inc. (Mason, Ohio), les propriétaires et opérateurs d'EDM devraient stabiliser puis optimiser leurs processus de travail des métaux avant d'entreprendre tout projet d'automatisation. Cela ouvre non seulement la voie à la prochaine étape, mais rend également la boutique plus performante.

"Nous sommes fréquemment approchés par des clients enthousiasmés par le buzz", a-t-il déclaré. "Ils veulent savoir comment ils peuvent utiliser l'automatisation, mais ne comprennent pas que vous devez d'abord avoir un processus cohérent et fiable :automatiser un processus inefficace ne vous rendra pas plus efficace."

Brian Pfluger, directeur de la ligne de produits Makino EDM, a déclaré que la réalisation de processus fiables commence par une machine fiable et de haute qualité. "Sans la bonne plate-forme de machine, celle qui correspond à la qualité de pièce souhaitée, tenter de fonctionner dans un environnement sans lumière ne fonctionnera pas. La masse de la machine, les systèmes de rétroaction de positionnement, la stabilité thermique sont tous des éléments clés de la base nécessaire à la construction d'un environnement automatisé. »

La triste vérité

Qu'il s'agisse de creuser des cavités, de tourner des arbres ou de fraiser des poches, la vérité qui dérange sur notre industrie est la suivante :l'utilisation sur des machines-outils autonomes n'est généralement pas supérieure à 40 %, et l'EDM ne fait pas exception. Certes, les magasins avec des temps de cycle d'une journée ou ceux qui fabriquent des millions du même widget chaque année bénéficient de valeurs supérieures à cela, mais la tendance vers des pièces de plus en plus complexes dans des volumes de production plus faibles, sans parler d'une pénurie perpétuelle de travailleurs qualifiés, signifie que les magasins doivent automatiser ou mourir.

Mais que signifie vraiment l'automatisation ? Entailler autant de pièces que possible sur la table et laisser la machine fonctionner à l'arrêt est une définition, bien que cette approche entraîne une augmentation des travaux en cours (WIP), sans parler de la possibilité de mettre au rebut une cargaison de pièces.

Dans un monde parfait, le flux d'une seule pièce est la règle. Les temps de configuration sont aussi longs qu'il faut pour changer de programme, et la machine n'a pas besoin d'un humain pour exécuter cette configuration. Les coûts de montage sont beaucoup plus bas que dans le scénario de serrage à haute densité que nous venons de décrire, le client peut avoir des pièces beaucoup plus rapidement, et il n'y a jamais plus d'une pièce défectueuse, si cela.

Un outillage reproductible et très précis est nécessaire pour atteindre cet objectif, tout comme un progiciel capable de contrôler les processus d'usinage. Pensez à chaque élément d'information nécessaire pour configurer un électroérosion par enfonçage :l'emplacement de la pièce, la forme et la taille de chaque électrode, leurs modèles d'orbite et les exigences dimensionnelles et de finition. Des exigences similaires existent pour la MMT commune à toute cellule automatisée, la fraiseuse et même le robot. Tout cela doit maintenant être géré automatiquement, et le "paquet numérique" qui en résulte doit accompagner chaque pièce lorsque le robot la déplace dans la machine.

"La gestion des données est un aspect crucial de l'automatisation", a déclaré Bradford. "L'objectif ici devrait être de supprimer complètement les opérateurs de l'environnement physique et de les transplanter dans un environnement virtuel, assis devant un écran d'ordinateur où ils peuvent planifier et programmer des travaux, écrire des programmes et intégrer leurs connaissances dans un plan de processus. Le résultat est une disponibilité beaucoup plus élevée par rapport au fait de se tenir devant une machine-outil et de lui fournir ces informations manuellement. »

Les commerçants sont à l'écoute. De tous les équipements EDM cités par Makino au cours de l'année écoulée, ceux qui incluaient l'automatisation ont enregistré un taux de succès près de trois fois supérieur à celui des machines autonomes. "La complexité mise à part, vous ne pouvez pas discuter des taux d'utilisation", a expliqué Pfluger. "Là où une machine autonome peut atteindre 35 % de disponibilité, l'automatisation de base vous amènera à environ 60 %, et si vous ajoutez un contrôleur de cellule au mélange, vous obtenez 80 % ou plus."

Le facteur humain

Toutes ces discussions sur l'automatisation pourraient rendre les opérateurs EDM nerveux au sujet de leur travail, mais Bob Ianitelli, président et directeur de l'exploitation de Belmont Equipment and Technologies Co., (Madison Heights, MI) a déclaré qu'il n'y avait pas lieu de s'inquiéter. "Les robots ne peuvent pas tout faire, et dans de nombreux cas, il est plus rentable d'utiliser un opérateur humain", a-t-il déclaré. « Par exemple, nous travaillons avec des entreprises aérospatiales qui ont deux ou trois quarts de travail. Ils ont suffisamment de personnes qualifiées en place, de sorte que le besoin immédiat d'automatisation n'est peut-être pas là. Cependant, l'automatisation doit être envisagée chaque fois qu'un atelier a besoin d'une production supplémentaire mais ne peut pas trouver la main-d'œuvre qualifiée nécessaire pour équiper l'équipement au-delà des heures de travail normales. »

Comme pour les autres sources de cet article, Ianitelli a noté que 2018 a été une année record pour l'automatisation, "plus que toute autre", a-t-il déclaré. Cela est dû en grande partie à la pénurie de main-d'œuvre, ainsi qu'à la forte augmentation de la demande que connaissent actuellement de nombreux acteurs de l'industrie. Pour faire court, le besoin d'automatisation ne va pas disparaître de si tôt.

Ianitelli était d'accord avec les recommandations proposées jusqu'à présent pour un outillage de haute précision, des consommables haut de gamme et un équipement fiable, mais a souligné une considération qui peut être négligée :la suppression des incendies. "Avec les machines qui utilisent un diélectrique à l'huile, il y a un potentiel d'incendie", a-t-il déclaré. «Ce n'est peut-être pas un problème aussi important lorsqu'un opérateur est présent et a accès à un extincteur, mais toute opération d'extinction des feux fonctionnant en immersion devrait investir dans un système d'extinction d'incendie de haute qualité. Les clients doivent vérifier auprès de leur municipalité locale les codes et les restrictions, car ceux-ci peuvent varier. »

Selon la complexité, le coût de ces systèmes peut être substantiel, mais comme pour le reste de l'investissement en automatisation, ils sont faciles à justifier. "Chaque atelier est différent et il y a évidemment de nombreuses variables à prendre en compte avant de faire une grosse dépense en outillage, robots, systèmes logiciels et tout le reste", a expliqué Ianitelli. « Cela dit, beaucoup de nos clients récupèrent leur investissement en deux ans, d'autres en aussi peu que six mois. Tout dépend de l'application et de ce que vous essayez d'accomplir."

Larguez le char

Evan Syverson, responsable marketing chez Sodick Inc. (Schaumburg, IL), avertit les magasins de bien se renseigner avant d'appuyer sur la gâchette de tout investissement dans l'automatisation. « L'EDM est déjà un processus assez autonome; l'automatisation ne fait que l'amener au niveau supérieur », a-t-il déclaré. « L'essentiel est d'évaluer vos besoins et de vous assurer que vous disposez du bon équipement pour le travail. J'ai récemment visité un magasin qui était convaincu qu'il avait besoin d'une cellule de production linéaire complète. En réalité, tout ce dont ils avaient besoin était un robot relativement simple pour alimenter leur lest en électrodes. Ils auraient pu dépenser bien plus que nécessaire."

Ce n'est pas non plus une condition préalable pour que les magasins investissent dans une nouvelle machine, à condition qu'un ancien EDM soit toujours mécaniquement solide, dispose de fonctionnalités telles qu'un réservoir de largage pour un accès facile au robot et de certains moyens de surveillance à distance. Ensuite, amenez-le par tous les moyens dans le giron de l'automatisation.

"Vous pouvez automatiser tout ce que vous voulez, mais s'il n'y a personne pour vous dire que quelque chose s'est mal passé ou quel est le statut, vous allez perdre un temps machine précieux", a déclaré Syverson. "C'est un domaine où l'Internet industriel des objets (IIoT) a un impact important. Il est maintenant beaucoup plus facile de gérer l'équipement à distance, de planifier les travaux et de mieux suivre tout ; les magasins deviennent beaucoup plus flexibles, plus efficaces, et cela ouvre beaucoup de portes aux gens."

Droit et étroit

Syverson a reconnu que son client n'avait pas besoin d'une cellule de fabrication linéaire, mais ce n'est pas le cas pour tous les ateliers EDM. Fred Holzmacher, directeur régional chez Erowa Technology Inc. (Arlington Heights, IL), a déclaré qu'il y avait de bonnes raisons d'investir dans un tel système.

"Les grands ateliers de moulage et ceux qui souhaitent automatiser plusieurs équipements trouvent que les cellules linéaires sont plus rentables", a-t-il déclaré. "En supposant que vous ayez le travail nécessaire pour occuper le robot et que les temps de cycle soient suffisamment longs pour qu'il puisse entretenir chaque machine, l'investissement global est réduit. Vous pouvez commencer petit et ajouter au fur et à mesure que vos besoins augmentent en ajoutant quelques pieds de rail à une extrémité. Il est facile d'utiliser le même robot sur un plomb, un fil, un broyeur à électrodes - n'importe quelle machine qui utilise la même plate-forme d'outillage. Et les cellules linéaires sont généralement équipées d'un contrôleur de cellule, ce qui augmente considérablement la flexibilité de planification et la facilité d'utilisation. »

Ce dernier point est particulièrement important pour les magasins qui ont du mal à trouver des opérateurs qualifiés, ce qui est à peu près tous ces jours-ci ; comme les contrôleurs de cellule sont équipés de logiciels sophistiqués, l'adaptation aux charges de travail changeantes devient plus simple. « Supposons que votre client vient d'appeler et dit que sa ligne est en panne et qu'il souhaite savoir dans combien de temps il pourra obtenir une pièce de rechange », a-t-il expliqué. « Avec un contrôleur de cellule, il vous suffit de saisir la tâche suivante à l'écran et de la déposer où vous voulez. Le logiciel s'occupe du reste.”

Sans contrôleur de cellule, cette activité quotidienne doit être gérée par un humain - quelqu'un qui comprend quelles tâches peuvent être exécutées et où et qui se rend sur le lieu de production et reprogramme le robot. Avec un contrôleur de cellule, les files d'attente de production avec des dizaines voire des centaines de tâches différentes sont gérées facilement et des erreurs coûteuses sont évitées.

"Vous en avez vraiment plus pour votre argent avec un système linéaire", a déclaré Holzmacher. "Grâce au contrôleur, vous obtenez un niveau d'intelligence supérieur à celui d'un robot standard. Vous pouvez planifier des tâches plus longtemps et il est plus facile de décider quelles machines exécutent quelles tâches et quand. Cela ne veut pas dire que les robots autonomes n'ont pas leur place - nous en vendons encore beaucoup - mais les systèmes linéaires vous font passer au niveau supérieur."

Boire du Kool-Aid

Mark Cicchetti a été là et l'a fait. Avant de prendre son poste de directeur technique pour la division EDM chez Absolute Machine Tools Inc. (Lorain, OH), Cicchetti avait son propre atelier, où il faisait face à bon nombre des mêmes difficultés que ses clients actuels. Son conseil? Perfectionnez vos processus autant que possible avant de poursuivre l'automatisation.

"Nous avons commencé par installer le même système de serrage sur toutes les machines de l'atelier", a-t-il déclaré. "Vous pouvez amener une pièce ou une électrode du fil au plomb, de la fraise à la meuleuse, du tour à la MMT, et ce, sans la repositionner."

La tenue de travail standardisée a permis à Cicchetti et à son équipe de prérégler les quelque 600 travaux par mois hors ligne sur une MMT, sans plus toucher à la machine. Cela leur a permis de vérifier facilement que les caractéristiques des pièces correspondaient aux données CAO à n'importe quelle étape du processus de fabrication :plus de montages d'inspection, plus de temps perdu à relever les points de référence. Et parce qu'ils savaient maintenant où tout se trouvait, tout le temps, les processus pouvaient être simulés hors ligne, les programmes et décalages résultants regroupés dans un package soigné prêt à être téléchargé sur la machine-outil.

L'essentiel est le suivant :le serrage standardisé a permis à Cicchetti d'augmenter l'utilisation de l'EDM de 3 500 heures par an à plus de 5 000, sans automatisation.

"Au lieu de trois gars installant deux machines chacun, j'avais maintenant un gars qui installait six machines et le faisait en environ un cinquième du temps", a-t-il déclaré. "Nous avons fait tout cela sans robot. Si nous en avions eu un, les résultats auraient été encore meilleurs."

Tout d'abord

L'ironie de tout cela est que, maintenant que Cicchetti est de l'autre côté de la barrière, il se retrouve à défier les commerçants et les directeurs de repenser leurs processus pour améliorer l'utilisation des machines et travailler vers l'automatisation. "Il n'est pas rare que nous vendions une machine et que le client revienne pour une deuxième l'année suivante", a-t-il déclaré. "Quand ils me disent qu'ils n'ont enregistré que 3 500 heures, je suggère qu'il serait peut-être plus judicieux d'examiner attentivement leurs processus de fabrication."

En règle générale, l'utilisation moyenne baisse sur la deuxième machine, et encore plus sur la troisième, a expliqué Cicchetti. Mais en adoptant le bon outillage dès le départ, tout devient rationalisé. Il impose une discipline dans l'atelier, ouvrant la voie à une utilisation maximale de la machine. La répétabilité est assurée. Et si l'automatisation a alors un sens, le magasin et ses employés sont prêts.

"Vous pouvez ajouter des machines, vous pouvez ajouter des outils, mais si vous n'optimisez pas les processus et les responsabilités de toutes les personnes impliquées, vous ne réussirez jamais", a-t-il déclaré. « Toute la culture doit changer. Sans une vision, un changement de paradigme, la transition vers la fabrication automatisée sera beaucoup plus difficile. Mais pour ceux qui peuvent y parvenir, l'automatisation est un coup de circuit."