La technologie VMC étend les applications et la productivité

Les modèles avancés continuent d'étendre la portée de VMC dans l'atelier.

Les centres d'usinage verticaux dotés de caractéristiques et de fonctions avancées gagnent leurs galons en tant que membres plus productifs de l'arsenal d'équipements CNC des ateliers d'usinage. Les VMC d'aujourd'hui remettent en question l'idée qu'ils doivent être consignés dans un coin sombre rarement visité de l'atelier, ou limités à l'usinage secondaire. Les VMC ont traditionnellement été moins chers que les centres d'usinage horizontaux, mais sans la capacité de production.

Dans une certaine mesure, les ajouts les plus récents de technologies de pointe ont permis aux VMC de combler l'écart de productivité et de s'assurer un avantage concurrentiel dans des applications à grande vitesse et de haute précision aussi diverses que l'aérospatiale, la médecine, l'énergie et les industries exigeantes similaires. La fonctionnalité des VMC a été considérablement augmentée avec l'ajout de configurations table sur table et de tourillon de quatrième et cinquième axes, de plusieurs changeurs de palettes, de plus d'outils et de broches à grande vitesse. Les VMC sont capables d'usiner les pièces les plus complexes, telles que les rotors à aubes pour les moteurs à réaction, les aubes de turbine pour la production d'énergie, les grands composants aérospatiaux et les travaux de précision dans les moules et les matrices.

Étude de cas sur les moules et matrices VMC

Werkzeugbau Leiss GmbH est considéré comme l'un des principaux fabricants mondiaux de moules d'extrusion-soufflage et de moules d'étirage-soufflage. En étroite collaboration avec ses clients, l'entreprise de Ludwigsstadt, Haute-Franconie, Allemagne, développe de nouveaux modèles d'emballages pour les industries alimentaire, pharmaceutique, chimique, automobile et cosmétique, ainsi que des matrices et des moules conçus et fabriqués par quelque 65 Leiss qualifiés. employés.

"En tant que prestataire de services dans la conception et la construction d'outils, nous nous considérons comme un partenaire pour nos clients", a déclaré Daniel Leiss, expliquant la stratégie de l'entreprise. Il dirige l'entreprise avec son père Fritz Leiss. Les partenariats étroits avec les clients commencent souvent par le développement de nouveaux designs d'emballage. "Plus tôt nous aidons le processus avec notre expérience, plus la fabrication des matrices est économique pour tous les concernés."

Cela permet à Werkzeugbau Leiss de fabriquer 250 nouvelles matrices par an avec un total d'environ 1 000 cavités, ainsi que des composants périphériques, tels que des broches de soufflage, des masques/poinçonnages ou des matrices/broches.

Werkzeugbau Leiss gère sa production à haut volume dans ses grandes installations modernes. L'usinage de précision est réalisé par un puissant parc de machines, dont dix machines CNC de DMG Mori. Outre deux tours CTX, le parc de machines comprend cinq centres d'usinage verticaux de la série DMG Mori DMC V. Cela inclut le DMC 1150 V, le DMC 1450 V et aussi le nouveau DMC 1850 V.

Les machines fonctionnent à pleine capacité, usinant les moules d'extrusion-soufflage de haute précision, qui représentent 80 % de la production de Leiss. Leurs processus de fabrication vont du perçage et du fraisage des systèmes de refroidissement à l'ébauche et à la finition. « Nous bénéficions de la stabilité et de la précision élevées des machines, ce qui nous a permis de réduire au minimum les travaux de finition, notamment dans le domaine des grands moules pour les machines à longue course », a déclaré Daniel Leiss, évoquant le polissage ultérieur des moules.

Le plus grand modèle de la série DMC V a été installé en juillet 2018 en tant que machine d'essai sur le terrain, ce que Daniel Leiss considère comme le complément parfait :« Avec le DMC 1850 V, DMG Mori a adapté un concept de machine éprouvé à la exigences de qualité croissantes lors de l'usinage de pièces plus grandes et plus lourdes. Le centre d'usinage vertical s'étend jusqu'à des courses de 1 850 mm sur l'axe X et de 700 mm et 550 mm respectivement sur l'axe Y et l'axe Z. La capacité de charge maximale est de 3 000 kg.

Selon Daniel Leiss, le DMC 1850 V répond parfaitement aux exigences des fabricants de moules et de matrices. « La stabilité de la machine s'applique aussi bien à l'usinage et au perçage 2,5D qu'à l'ébauche 3D. Avec sa précision et sa dynamique, la machine est également impressionnante pour la finition fine 3D et convient donc à toutes les phases de la production d'outils », a-t-il déclaré. Après seulement quelques mois d'essais sur le terrain, le DMC 1850 V était utilisé en deux équipes et fonctionne de manière fiable depuis.

VMC avec table inclinable

Mazak Corp., Florence, Ky., continue d'étendre sa gamme VMC conçue et construite dans le Kentucky avec le centre d'usinage vertical VC-500A/5X doté d'une table inclinable de type tourillon. Le VMC est conçu pour un traitement précis et économique de petites pièces complexes via un usinage complet à cinq axes. Le VC-500A/5X rejoint les VMC Mazak qui incluent des capacités d'usinage à trois, quatre et cinq axes avec un palpage intégré pour la localisation des pièces et l'inspection des caractéristiques. Le VC-500A/5X est doté de la CNC Mazatrol SmoothX, ce qui facilite la génération de programmes pour la production de pièces complexes.

Les fonctions avancées du VC-500A/5X lui permettent d'assurer les temps de cycle d'usinage les plus courts possibles, en particulier dans les programmes d'incrémentation fine pour les opérations simultanées à cinq axes et l'usinage de moules de forme libre, a déclaré la société. Ces fonctions comprennent une commande anticipatrice à gain élevé, des vitesses d'axes rotatifs rapides, une commande d'accélération variable et un fraisage de poche intelligent. Un logiciel spécial de conception d'engrenages et une unité de métrologie peuvent être intégrés dans un processus d'usinage d'engrenages en boucle fermée.

Les courses d'axe du VC-500A/5X s'adaptent à des tailles de pièces allant jusqu'à 19,88″ (505 mm) de diamètre et 12″ (305 mm) de hauteur. Les vitesses de déplacement rapide pour ces trois axes linéaires sont de 1 181 ipm (30 m/min). Le VC-500Z/5X est équipé d'une broche CAT-40 hautes performances de 12 000 tr/min pour l'usinage de tous les matériaux courants, y compris l'acier, l'aluminium et la fonte. Des vitesses de broche optionnelles de 15 000 tr/min et 20 000 tr/min sont disponibles.

Un ATC de 60 outils aide à réduire le temps de configuration, permet des outils redondants et offre une augmentation des opérations sans personnel et ininterrompues. Ce processus offre aux ateliers de travail une option de haute précision et rentable pour usiner des engrenages en petits et moyens lots avec un outillage standard.

Automatisation d'une seule machine

L'espace au sol de l'atelier étant limité, les machines à faible encombrement sont largement appréciées, tout comme l'automatisation qui peut optimiser l'espace au sol disponible. Les systèmes d'automatisation à une seule machine pour les centres d'usinage verticaux offrent une solution productive pour les petits ateliers avec la capacité de répondre à l'évolution des demandes de production avec des systèmes extensibles et rentables. Ils nécessitent un minimum d'espace au sol et offrent un fonctionnement sans éclairage, gardant les broches de la machine dans la coupe tandis que les opérateurs sont libres de charger de nouvelles pièces, d'effectuer des contrôles de qualité ou de s'occuper de diverses autres tâches d'atelier.

En matière d'automatisation, les équipementiers de machines-outils, tels que Mazak, réalisent qu'il n'y a pas de solution unique et continuent de développer des systèmes d'automatisation évolutifs. De tels systèmes sont évolutifs en termes de taille, de coût et de capacité, mais offrent les avantages typiques de toute forme d'automatisation :augmentation de la production des machines et de la main-d'œuvre, c'est-à-dire faire plus avec moins.

Voici comment Mazak évalue les avantages de l'automatisation d'une seule machine. Comparés à des systèmes d'automatisation plus étendus, les systèmes d'automatisation à machine unique ont un encombrement considérablement réduit et, dans de nombreux cas d'ateliers, c'est tout ce qui est nécessaire.

Les systèmes d'automatisation à machine unique d'aujourd'hui sont généralement des solutions standardisées, mais flexibles et évolutives. Par exemple, le système d'automatisation Multi Pallet Pool (MPP) de Mazak offre aux magasins l'option de trois configurations différentes, contenant 6, 12 ou 18 palettes. Le système fonctionne sur différentes méthodes de production et l'opérateur peut configurer le système MPP pour qu'il traite des pièces à faible mélange/grand volume ou des pièces en petite série avec des changements fréquents.

Initialement, un magasin pouvait démarrer avec un MPP à six palettes composé de deux rangées de trois palettes. Ce système à deux niveaux pourrait s'étendre à six palettes sur chaque rangée pour un pool total de 12 palettes. Pour un système à 18 palettes, le MPP passerait à trois rangées de six palettes. Quelle que soit la configuration, la taille du MPP en termes d'encombrement reste faible, ce qui permet d'économiser un espace précieux dans l'atelier.

Un changeur à six palettes MPP associé à un VMC à cinq axes Mazak Variaxis i-600, par exemple, utilise 29 % d'espace au sol en moins qu'un système de type linéaire à six palettes tout en offrant la même capacité. Par rapport à un système à 12 palettes, le MPP réduit l'encombrement au sol de 44 %. Et lorsqu'il est utilisé avec un VMC à cinq axes Mazak Variaxis i-700, un MPP à six palettes est 44 % plus petit qu'un système à six palettes disposées linéairement, et les systèmes à 12 et 18 palettes du MPP nécessitent moins de la moitié de l'espace.

Contrairement à d'autres systèmes d'automatisation, le MPP utilise des palettes de machine réelles au lieu de palettes supplémentaires placées au-dessus de la palette existante d'une machine. Le MPP de la Variaxis i-600 comprend une palette de 400 mm² pouvant supporter une charge maximale de 300 kg à des dimensions allant jusqu'à 600 mm de diamètre et 425 mm de hauteur.

La palette Variaxis i-700 MPP a un carré de 500 mm et une capacité de charge de 400 kg. Le MPP fonctionne avec le même système de serrage de palette qu'un changeur à deux palettes typique installé sur une machine-outil. Dans le MPP, un robot à servocommande prend et place les palettes dans et hors de la machine.

Le MPP utilise le même logiciel Smooth PMC qui contrôle le vaste système d'automatisation Palletech multi-machines de Mazak. La commande de la machine-outil affiche le logiciel qui s'exécute sur une unité de contrôle de cellule séparée. Le logiciel Smooth PMC facilite la surveillance du système d'usinage automatisé de presque n'importe où à l'aide d'un smartphone, d'un PC ou d'une tablette. Le logiciel permet également aux ateliers de modifier les horaires à la volée, de gérer les fichiers de programme de pièce, de suivre la durée de vie/la casse de l'outil ainsi que de donner des instructions à l'atelier.

Passer plus rapidement de l'impression à la pièce

Vous vous attendriez à ce que Hurco Companies Inc., qui a inventé la programmation conversationnelle, soit un leader dans la rationalisation du processus de passage plus rapide de l'impression à la pièce avec les centres d'usinage CNC. Et ça l'est.

Les VMC Hurco couvrent toute la gamme, du modèle de valeur d'encombrement compact VM CNC VMC aux machines de la série VMX à cinq axes, et pour les plus grandes pièces aérospatiales, la série DCX de centres d'usinage à double colonne avec axes X de 2 et 3 m. Les VMC de Hurco sont utilisées pour fabriquer des pièces pour les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale, de l'équipement médical, de l'énergie, des outils d'injection et des moules, du transport et de l'électronique.

Sur ses centres d'usinage CNC haut de gamme, Hurco propose un contrôle à double écran pour un traitement plus rapide et plus facile. Une recherche de bloc de données aide les opérateurs à modifier un programme de pièces pour corriger une fonction, par exemple. Au lieu de chercher dans les lignes de code, le programmeur utilise l'écran graphique pour sélectionner la fonction de pièce qui doit être modifiée et la ligne de code correspondante apparaît sur l'autre écran afin que la modification puisse être effectuée rapidement.

La fonction de programmation simultanée de Hurco est améliorée avec le contrôle à double écran. Pendant que le centre d'usinage exécute une pièce, l'opérateur peut programmer la pièce suivante sans interrompre le cycle d'usinage.

Le transfert DXF permet à l'opérateur d'importer l'image CAO, de sélectionner les caractéristiques souhaitées et la commande CNC WinMax crée automatiquement le programme. Le programme de pièce peut être vérifié à l'écran avec le système graphique de vérification de Hurco, qui comprend un rendu solide 3D du parcours d'outil avec rotation dynamique et affichage de l'outil en temps réel afin que la pièce puisse être visualisée sous n'importe quel angle sans être obligée de la redessiner. .

Les fonctionnalités récentes de contrôle et de logiciel Hurco sont conçues pour tout rationaliser, de l'optimisation du temps de cycle à la capture des informations d'outillage. UltiMotion réduit le temps de cycle jusqu'à 30 %, ce qui, selon Hurco, améliore considérablement la qualité de la finition de surface.

UltiMonitor permet la surveillance à distance de la machine à partir de n'importe quel navigateur Web, ou il est possible de voir l'écran de contrôle ou la vidéo d'une caméra USB sur la machine. La longueur d'outil absolue permet à la configuration de l'outil d'être indépendante de la pièce et de la machine. Par conséquent, les informations sur l'outil ne doivent être capturées qu'une seule fois, ce qui permet d'utiliser l'outil sur d'autres centres d'usinage, ce qui facilite l'utilisation d'un préréglage d'outil hors ligne. De plus, Tool Change Optimization analyse le programme de pièces et réduit automatiquement le nombre de changements d'outils en réorganisant le programme pour une efficacité optimale.

Capacité VMC à part entière

Le FANUC RoboDrill familier imite la capacité d'un centre d'usinage vertical à effectuer le fraisage, le perçage, le taraudage, le surfaçage, le pochage et le rainurage - tout ce qu'un VMC peut faire, a déclaré Ken Corklin, chef de produit RoboDrill, Methods Machine Tools Inc., Sudbury, Mass.

«Le RoboDrill rivalise très bien avec les VMC 20 x 30″ et 20 x 40″ et peut effectuer la même quantité de travail qu'un VMC 20 x 30″ à cône 40 et le faire 15 à 50% plus rapidement. Les raisons sont le changement d'outil rapide, la mise en marche et l'arrêt rapides de la broche et les moteurs à taux d'accélération élevé. Même si un cône de 40 peut effectuer des ébauches plus lourdes, le RoboDrill les bat en rainurage, taraudage, perçage, poche et interpolation circulaire. Avec l'ébauche, le RoboDrill est généralement 15 % plus rapide; sans ébauche jusqu'à 20 à 40 % de plus », a-t-il déclaré.

Il y a plus de 7 000 RoboDrills installés en Amérique du Nord, dont environ la moitié dans des ateliers de travail et l'autre moitié dans des ateliers spécifiques à l'industrie. Les applications incluent l'usinage à grande vitesse de l'aluminium pour les pièces aérospatiales, les chromes de titane et de cobalt pour les pièces médicales et les pièces d'armes à feu ainsi que l'ingénierie générale.

"La technologie de broche BIG Plus a donné au RoboDrill de style C à cône 30 la surface de contact qui lui permet de prendre des coupes plus lourdes et de haute qualité et de le faire à des vitesses fulgurantes, ce que les machines à cône 40 ont du mal à faire correspondre", a déclaré Corklin. "Par exemple, RoboDrill est capable d'effectuer des travaux de moules et de matrices typiques ou des applications médicales avec une fraise à billes à grande vitesse avec des vitesses d'alimentation de 200 ipm (50 m/min) ou plus en raison de ses taux d'accélération/décélération rapides."

RoboDrill est disponible en trois tailles :lit court, lit moyen et lit long avec la dernière commande CNC FANUC 31i-B5 Nano. Les courses X/Y/Z dans le modèle à lit court sont de 300 x 300 x 300 mm; 500 x 400 x 330 mm dans le modèle moyen; et 700 x 400 x 330 mm dans le lit long. Les vitesses de déplacement rapide sont de 2 125 ipm (54 m/min) dans les trois modèles. Les broches BIG Plus tournent à 10 000 tr/min et 24 000 tr/min avec un ATC à 21 outils.

Les derniers ajouts au RoboDrill incluent un servomoteur pour la tourelle, qui réduit le temps de cycle, ainsi que des fonctionnalités telles que Ai Overlap, qui permet des mouvements de rayon d'arc dans l'axe Z pour un temps de cycle réduit au lieu des coins à 90º nécessitant un arrêt. Une commande iHMI à écran tactile de FANUC permet une utilisation croissante des applications, telles que Go Probe de Renishaw.

Les RoboDrills sont conçus pour s'adapter parfaitement aux robots FANUC pour les packages d'automatisation standard ou pour les solutions d'automatisation personnalisées. Methods propose un certain nombre de solutions d'automatisation standard « boulonnées » dans la nouvelle série Plus, y compris le Plus K.

Le Plus K permet au RoboDrill de fonctionner sans surveillance grâce à un changeur d'outils automatique étendu et à un changeur de palettes automatisé. Selon l'entreprise, les solutions d'automatisation personnalisées sont au centre des préoccupations de Methods Automation depuis des années.

Avec la commande FANUC 31iB5, le RoboDrill est capable de cinq axes. Des options telles que AICCII et l'anticipation de milliers de blocs lui permettent de réaliser des contours et des usinages à grande vitesse. Sa taille et son accélération de 1,5 g le rendent très maniable et capable de réduire le temps de cycle de 15 à 50 % par rapport aux VMC standard, selon Corklin.

VMC linéaires et en caisson

De nombreux constructeurs de machines-outils se tournent désormais exclusivement vers les machines à guidage linéaire. Mais Doosan Machine Tools America, Pine Brook, N.J., propose à la fois des VMC linéaires et en caisson, offrant une large gamme d'options d'usinage.

La série DNM comprend des guidages linéaires, des broches BIG Plus à cône 40 et 50 (fournies en standard sur les Doosan VMC) et des vitesses de broche de 8 000 à 15 000 tr/min. Le modèle S est équipé de 15 000 tr/min et de rapides plus rapides. Les courses de l'axe X vont de 20,5″ à 85″ (520-2 160 mm) dans la gamme de modèles.

Pour un usinage plus lourd dans des matériaux plus durs, la série Mynx est dotée d'une conception en caisson, de broches BIG Plus à cône 40 et 50 avec tête à engrenage ou entraînement direct, selon le modèle, et plage de 6 000 à 12 000 tr/min.

Pour les ateliers de production, les modèles incluent la série VC avec changeurs de palettes rotatifs et le DMP 500/2SP avec double broche et deux changeurs d'outils. La DMP dispose d'une table de 47,2 x 20,5″ (1 200 x 520 mm) et d'un magasin pouvant contenir jusqu'à 40 outils accessibles par chaque broche dans à peu près le même encombrement qu'une machine monobroche. Chaque broche peut être légèrement ajustée avec l'axe W pour éviter le besoin d'un alignement parfait des hauteurs de serrage ou de montage.

Les verticales à cinq axes de Doosan incluent le DNM avec des tables à tourillons à deux axes intégrées dans la plate-forme de la machine. Avec une table rotative associée à une broche à entraînement direct, cône 40 et 12 000 tr/min, la machine offre une avancée par rapport à une VMC standard.

Enfin, les machines à cinq axes DVF offrent une solution plus entièrement intégrée, avec une table à cinq axes en porte-à-faux ou une table à tourillon. Les VMC à table fixe à cinq axes de la série VCF offrent plus de gamme de pièces puisque les courses de la machine et la taille de la table sont plus grandes. Les axes supplémentaires se trouvent dans la broche de tête rotative de l'axe B ou dans l'axe rotatif intégré au-dessus de la table.

Liste de contrôle pour l'évaluation des VMC avancés

Les derniers modèles de centres d'usinage verticaux qui arrivent sur le marché ont des caractéristiques avancées, des attributs de construction et des composants qui contribuent à des niveaux de fiabilité et d'efficacité jamais crus possibles sur un VMC. Selon Ellison Technologies, un fournisseur de solutions d'usinage pour les opérations de coupe de métaux nord-américaines et leurs filiales mondiales, voici quelques-unes des nouvelles caractéristiques et capacités que vous voudrez intégrer à votre prochain VMC.

Pour une discussion sur les caractéristiques favorables des VMC, reportez-vous à « New Generation VMCs Are More Productive and Efficient Than Ever », Manufacturing Engineering, juin 2017, qui comprend ces informations :« Revoyez comment la machine est construite de sorte que dans 10, 15 peut-être même 20 ans , il fonctionne toujours aussi précisément que le jour où vous l'avez installé. Vérifiez que le fabricant utilise l'analyse par éléments finis (FEA) pour concevoir les pièces moulées pour sa tête de broche, sa base, sa colonne et sa selle. L'idée est d'obtenir les harmoniques naturelles de la structure en dehors de la plage de fonctionnement de la machine.

"Assurez-vous également que la méthode de moulage utilisée est autorisée par l'organisation Meehanite Worldwide. Ce processus breveté exige des procédures de production de fer de la plus haute qualité, offrant une rigidité à long terme, une capacité de coupe intensive et un amortissement approprié des vibrations tout au long de la durée de vie de la machine.

"Les autres points forts de la construction d'une machine de qualité incluent une colonne pyramidale arquée qui est raclée à la main sur le lit, ce qui fait que les deux pièces moulées se comportent presque comme une seule, garantissant également une géométrie de machine serrée qui reflète en partie la précision. Les roulements de broche en céramique de haute qualité, les vis à billes précontraintes à double ancrage et les guides de mouvement à rouleaux linéaires sont parmi les autres aspects de construction à prendre en compte. Les guides à rouleaux ont trois fois la rigidité et deux fois la durée de vie des guides de mouvement à roulement à billes.

« Sur une structure solide, examinez les composants supplémentaires, tels que les broches, le système de refroidissement et le mécanisme de transport des copeaux. Tout cela contribue à l'efficacité. Recherchez des fonctionnalités telles qu'une broche à double contact (cône/face) telle que BIG Plus, la surveillance de la charge de l'outil, l'arrosage à travers la broche et le contrôle adaptatif de la vitesse d'alimentation pour une application d'outillage et un temps de cycle optimaux. En outre, comprenez comment la machine est conçue pour gérer la chaleur. La plus grande avancée de ces dernières années est sans doute l'application d'une variété d'améliorations de la stabilité thermique."