Parcours d'outil plus rentables

Fraisage adaptatif. Mouvement dynamique. hyperMILL. Profit Milling. Volu Mill. Usinage de forme d'onde. Si vous êtes l'une des personnes chanceuses qui usinent des pièces pour gagner leur vie, il y a environ 50 à 50 chances que vous utilisiez l'une de ces technologies ou une technologie de programmation haute performance comparable pour générer un amincissement des copeaux, un engagement continu, un axe élevé et parcours d'outils à faible profondeur radiale pour les centres d'usinage de votre atelier.

Nous n'allons pas peser sur les avantages d'un système CAM par rapport à un autre, car ils sont tous sacrément bons - bien mieux, en fait, que ce qui était disponible il y a encore dix ans (comme c'est le cas avec la plupart de tout dans l'industrie de l'usinage). Cela dit, donnez-leur une chance et chaque fournisseur de FAO énumérera une poignée de fonctionnalités qui font de leur logiciel le meilleur, avec une facilité d'utilisation, une plus grande productivité et une précision de la trajectoire d'outil parmi les avantages. Lequel a raison ? La réponse est assez simple :cela dépend.

Aucun argument ici

Encore une fois, nous n'essaierons pas de régler l'argument aujourd'hui. Seules des coupes d'essai soigneusement construites ou peut-être des années d'utilisation quotidienne mettront fin à cette discussion souvent animée, et même dans ce cas, votre kilométrage peut varier. Une question plus importante est la suivante :appliquez-vous correctement la technologie ? Le package FAO que vous avez choisi offre-t-il les plus grands avantages possibles à ses utilisateurs, ou est-il freiné par une mauvaise sélection d'outils de coupe, une tenue de travail faible, des porte-outils fatigués ou même la machine-outil elle-même ?

Il y a de très bonnes raisons de le savoir. John Giraldo, ingénieur aérospatial chez Sandvik Coromant Co., Fair Lawn, N.J., a déclaré qu'un fabricant aérospatial de niveau II avec lequel il a travaillé a récemment augmenté la productivité d'usinage de 198 % sur un composant Waspaloy LPT (turbine basse pression) après avoir adopté un parcours d'outil à haute efficacité. stratégie en utilisant l'une des fraises en bout Plura HFS de Sandvik Coromant. Et un fournisseur de sport automobile de niveau IV a utilisé une approche similaire pour doubler la durée de vie de l'outil et tripler le débit lors de l'usinage des moyeux de roue en titane.

"Il y a eu une demande croissante dans l'industrie aérospatiale pour le fraisage latéral à grande avance dans les alliages à base de titane et de nickel", a-t-il déclaré. "Les parcours d'outils traditionnels ne fonctionnent pas bien dans ces matériaux difficiles à usiner, d'où la nécessité de développer de nouvelles stratégies de programmation qui non seulement maintiennent l'efficacité et la productivité, mais réduisent également tout impact négatif sur l'usure des outils."

Cependant, il n'y a pas que les fabricants d'avions et de vaisseaux spatiaux qui sont à la recherche de trajectoires d'outils nouvelles et plus efficaces. Giraldo a noté que l'industrie automobile pousse continuellement ses fournisseurs à réduire les coûts de production, une poussée qui se répercute aussi bien sur les fournisseurs d'outils de coupe que sur les fournisseurs de CAO/FAO. Et bien que les fournisseurs aient largement relevé le défi, il est souvent difficile pour les ateliers d'adapter ces technologies d'usinage avancées à des équipements plus anciens, sans parler de trouver le temps de tester et de valider de nouveaux procédés.

Explorer les synergies

Jay Ball, chef de produit nord-américain pour le fraisage solide chez Seco Tools LLC, Troy, Michigan, a accepté. Il a déclaré qu'au moins la moitié de tous les magasins restent fidèles à leurs méthodes de programmation éprouvées et vieilles de plusieurs décennies, soit parce qu'ils ne croient pas encore aux techniques de programmation d'aujourd'hui, soit parce que leur équipement est tout simplement incapable d'atteindre des niveaux nettement plus élevés. taux d'alimentation nécessaires pour les mettre en œuvre.

"C'est vraiment dommage lorsque vous recevez un appel de quelqu'un qui a lu un article de magazine ou regardé une vidéo sur l'usinage à haut rendement et qu'il est ravi de l'essayer, mais que vous arrivez ensuite à l'atelier et constatez que son équipement CNC est désuet , leurs porte-outils ont dix ans et vous savez qu'il y a peu de chances d'appliquer efficacement l'une de ces stratégies », a-t-il déclaré. "Pire encore, peut-être que vous essayez quand même et que cela laisse le client déçu, et il évitera de réessayer une fois qu'il aura une nouvelle machine."

La relation de co-dépendance impliquant le parcours d'outil, l'outil de coupe, le porte-outil et le centre d'usinage est une relation que beaucoup dans l'industrie négligent, bien que toutes les personnes interrogées pour cet article aient convenu qu'elle est bien réelle. Malgré cela, la pression est forte pour développer de nouvelles trajectoires d'outils efficaces. Ball a déclaré que "presque tous les fournisseurs de FAO" ont aujourd'hui une forme d'usinage à haut rendement dans leur offre et qu'ils ne peuvent pas rivaliser sans elle, ce qui oblige Seco Tools et ses concurrents à développer des outils de coupe tout aussi performants.

Pour Ball, cela se présente sous la forme d'un nombre de cannelures bien au-delà des fraises traditionnelles à quatre cannelures, avec des versions à cinq, six, sept ou neuf cannelures facilement disponibles. Les fraises à grande vitesse, à grande avance, à haut rendement et hautes performances conçues et optimisées pour les stratégies de fraisage avancées sont également de plus en plus courantes, souvent avec des conceptions à pas variable et à hélice variable pour réduire les harmoniques produisant des broutages qui pourraient se produire lors de la coupe à travers acier et superalliages à des centaines de pouces par minute.

Mise à l'échelle

Malgré la suggestion de Ball selon laquelle un pourcentage malheureusement élevé de magasins n'a pas encore sauté dans le train à haute efficacité, il a affirmé que ces stratégies deviennent de plus en plus populaires à mesure que les machinistes et les programmeurs se familiarisent avec le concept et comment l'appliquer. "De plus en plus de personnes sont exposées à la technologie chaque jour, et une fois qu'elles reconnaîtront que des réductions de temps de cycle de 40 % ou plus sont assez typiques, vous verrez encore plus d'entre elles embarquer."

Quelqu'un qui sait tout à ce sujet est Ben Mund, analyste de marché senior pour le développeur Mastercam CNC Software Inc., Tolland, Connecticut. Il a déclaré que la technologie Dynamic Motion de Mastercam mentionnée précédemment continue de gagner en popularité et en capacité, ajoutant que "nous avons introduit une grande variété de nouvelles trajectoires d'outils ainsi que des améliorations de celles existantes au cours de l'année écoulée, toutes visant soit à augmenter les taux d'enlèvement de métal, soit à améliorer nos capacités de fusion et de surfaçage."

Mund a noté que les gains de productivité sont toujours disponibles, quel que soit l'âge d'une machine et le style de fraise utilisé, et il a déclaré que Dynamic Motion est presque universellement applicable. "Cela ne va pas faiblir parce que vous utilisez un outil de coupe moins cher ou des machines CNC bas de gamme, mais les avantages diminueront certainement à mesure que la configuration deviendra moins qu'optimale."

Plus d'un baril

Il n'a pas tardé à souligner que, bien que sa déclaration soit vraie lors de l'utilisation du fraisage dynamique pour l'ébauche, l'usinage 2D et le travail de semi-finition 3D, la "finition accélérée" de Mastercam est une tout autre situation. Dans ce scénario, les trajectoires d'outil nécessitent généralement une géométrie de fraise spécifique pour obtenir les résultats souhaités.

Un exemple de ceci est la coupe en tonneau, également connue sous le nom de coupe d'outil à segments de cercle. Mund a noté que Mastercam a travaillé de manière agressive avec les fabricants d'outils de coupe pour définir et tester ces « fraises en forme » et d'autres pour une utilisation dans la fabrication de moules, l'usinage médical et les applications de finition aérospatiale. Ces outils donnent aux utilisateurs la possibilité de produire "des finitions de très haute précision en moins de temps" que les méthodes de surfaçage traditionnelles.

Il a expliqué que cette politique de porte ouverte s'étend à tous les produits logiciels de Mastercam. "Par exemple, nous avons également travaillé avec un fournisseur d'outils de coupe de premier plan il y a quelques années lors du développement de notre moteur de parcours d'outils Dynamic Motion", a-t-il déclaré. "Nous avions des problèmes de contrôle des copeaux et d'accès rapide à la profondeur lors de certains tests internes, nous leur avons donc suggéré d'apporter quelques modifications à la géométrie de leur fraise."

En fin de compte, le fournisseur d'outils de coupe a fini par ajouter une pointe à grande vitesse à sa gamme de fraises en bout sans broutage. Mund et son équipe ont également appris quelques choses, qu'ils ont depuis intégrées aux fonctionnalités de Mastercam. "Ce sont deux excellents exemples des synergies qui existent entre les fournisseurs de matériel et de logiciels, où chaque participant se retrouve avec un bien meilleur produit en conséquence", a déclaré Mund.

Le grand va-et-vient

Thomas Raun, chef de produit national pour le fraisage chez Iscar Metals Inc., Arlington, Texas, est un autre fervent partisan des partenariats entre entreprises fabriquant des produits complémentaires.
« Il devrait y avoir un va-et-vient continu », a-t-il déclaré. « Parfois, ce sont les capacités de leur logiciel qui guident notre développement en tant que fabricant d'outils de coupe, et parfois c'est l'inverse. Quoi qu'il en soit, nous sommes tout à fait disposés à travailler avec des développeurs FAO et des constructeurs de machines-outils si cela signifie améliorer la productivité de nos clients."

Comme l'a mentionné Ball de Seco, Raun a déclaré que l'un des développements les plus récents dans la géométrie des outils de coupe - plus de cannelures - découlait directement de l'engagement radial léger du fraisage trochoïdal et des vitesses d'avance élevées. Iscar a poussé cette idée un peu plus loin en proposant des fraises en bout en carbure monobloc avec une goujure pour chaque millimètre de diamètre, des outils qui, à la manière classique "de la poule ou de l'œuf", ne sont pour la plupart efficaces qu'avec le fraisage trochoïdal.

"Bien sûr, une fois que vous avez fait ce premier pas vers le fraisage à haut rendement, la prochaine chose que vous recherchez est un meilleur engagement axial, afin de maximiser l'enlèvement de métal", a-t-il déclaré. « Pour cette raison, nous voyons des fraises en bout avec des longueurs de coupe de quatre à six fois le diamètre. Ces outils étaient disponibles auparavant, mais étaient principalement destinés à des applications de niche. Maintenant, ils sont assez courants. Le défi ici, cependant, est que les puces peuvent mesurer plusieurs pouces de longueur; ils s'empilent très vite et sont difficiles à éliminer de la zone d'usinage, nous avons donc dû développer des fraises en bout à cannelures crantées, qui divisent les copeaux en morceaux gérables. »

Iscar travaille également avec des développeurs de logiciels d'autres manières. Raun a souligné la création il y a des années de bibliothèques contenant des géométries d'outils et des paramètres de coupe à inclure dans une variété de packages de FAO populaires. Cela place les données d'application importantes à quelques clics de souris, a-t-il dit, et comme il n'est plus nécessaire de saisir manuellement ces valeurs, cela « poka yokes » essentiellement le processus de sélection d'outil et de détermination de l'avance et de la vitesse.

Malgré cela, Raun a suggéré de prendre ces valeurs avec un grain de sel. "Les programmeurs comprennent généralement les vitesses d'alimentation plus élevées nécessaires pour un fraisage à haut rendement, mais ont tendance à négliger le potentiel d'augmentation des vitesses de surface", a-t-il déclaré. « Une bonne règle empirique consiste à doubler la vitesse de coupe recommandée lors de l'utilisation d'un pas de 10 %, et même de la tripler à 5 %. Bien sûr, cela dépend de la machine-outil, car beaucoup d'entre elles ne peuvent pas atteindre les vitesses d'avance nécessaires pour maintenir une épaisseur de copeaux appropriée à ces vitesses de broche plus élevées, en particulier sur les petites pièces et les géométries complexes. Dans cette situation, vous finirez par sous-alimenter l'outil, ce qui entraîne des frottements et une usure prématurée."

Devenir fou

Lorsqu'il s'agit d'acheter des machines-outils en fonction uniquement de leurs vitesses d'alimentation et de leurs vitesses de déplacement rapide, il est avantageux de regarder au-delà de la feuille de calcul, selon Wade Anderson, responsable des spécialistes des produits pour Okuma America Corp., Charlotte, N.C. Il a déclaré que le Raun d'Iscar était absolument correct. sur les vitesses d'avance, c'est pourquoi cela le rend "absolument dingue" lorsque les acheteurs de machines-outils fondent leurs décisions d'achat uniquement sur un tableau qui compare des valeurs telles que la vitesse d'avance maximale et les vitesses d'avance rapide. "Vous ne pouvez en aucun cas prouver quelle machine-outil est la meilleure en consultant une feuille de calcul", a-t-il déclaré.

Certes, la comparaison des spécifications des équipements est une étape essentielle dans le processus d'évaluation des machines-outils, mais ce n'est que lorsque les puces commencent à voler que le courage d'une machine peut vraiment être testé. Cela n'est possible que par des coupes d'essai réalistes, de préférence en utilisant votre matériau, mais pas nécessairement avec vos outils de coupe et vos parcours d'outils. À moins que votre atelier ne soit parfaitement au courant de la courbe de fraisage à haut rendement, toute démonstration de machine introduira probablement (et espérons-le) des méthodes de programmation, des porte-outils et des outils de coupe avec lesquels votre atelier peut ne pas être familier - des technologies qui sont absolument nécessaires si vous ' re réussir.

Vous pouvez le considérer comme un triangle, a expliqué Anderson, avec le constructeur de la machine, le système de FAO et les outils de coupe comme trois composants d'égale importance. "De toute évidence, il existe d'autres variables telles que les fluides de serrage et de coupe qui entrent dans l'équation de l'usinage, mais ce sont ces trois-là qui ont tendance à susciter des innovations que les autres doivent ensuite poursuivre et finalement dépasser", a-t-il déclaré.

Pour toute application qui utilise des vitesses d'avance élevées, des stratégies d'amincissement des copeaux et de fraisage trochoïdal, Anderson recommande un centre d'usinage doté d'une conception de broche supérieure avec une connexion conique et frontale à double contact, une structure de machine avec les caractéristiques d'évacuation de masse et de copeaux appropriées nécessaires pour des taux élevés d'enlèvement de métal et une commande capable de supporter des vitesses de traitement extrêmes.

Cette dernière partie réitère ce à quoi Raun a fait allusion plus tôt, à savoir que ce n'est pas parce que vous programmez une certaine vitesse d'avance que la machine-outil l'atteindra un jour. "Pour Okuma, il est important que nous fournissions une plate-forme capable de gérer toutes les innovations que les fournisseurs de FAO et d'outils de coupe apportent sur le marché", a déclaré Anderson. "Cela signifie une commande de machine et des systèmes d'asservissement capables de gérer les énormes quantités de données qui accompagnent le contrôle de mouvement dynamique, et des courbes acc/dec et jerk avancées qui permettent à la machine d'atteindre son potentiel maximum."

Il y a aussi la longévité à prendre en compte. C'est une chose de voir une démonstration de fraisage dynamique à grande vitesse ; c'en est une autre de gérer ce type de travaux sur plusieurs années. Selon Anderson, « Si la machine n'a pas assez de masse, ou si la connexion de la broche n'est pas correcte, ou si la commande ne peut pas suivre, les résultats seront moins qu'optimaux. Toutes les variables doivent être équilibrées pour réaliser pleinement le potentiel des dernières technologies, et ce, à long terme. »

Bonjour vieil ami

Avoir la bonne machine-outil ouvre également la porte à des outils de coupe autrefois considérés comme adaptés uniquement à des applications spécialisées. Martin Dillaman, responsable de l'ingénierie des applications et chef de projet chez Greenleaf Corp., Saegertown, Pennsylvanie, a déclaré que la céramique entre dans cette catégorie.

"La semaine dernière, nous discutions de la façon dont, au cours des cinq à dix dernières années, les machines-outils ont finalement rattrapé les outils de coupe en céramique", a-t-il déclaré. « Grâce à des vitesses de broche plus élevées et à une plus grande rigidité de la machine, nous pouvons appliquer ces outils plus efficacement que par le passé. Ainsi, non seulement davantage de magasins sont désormais en mesure d'utiliser nos produits, mais nous avons également la possibilité de nous développer davantage. »

Dillaman a souligné plusieurs de ces développements, dont beaucoup ont été engendrés par le travail de Greenleaf avec ses clients et leurs fournisseurs de FAO. Il s'agit notamment de céramiques à trempe en phase qui peuvent mieux absorber les chocs associés aux opérations de fraisage, de fraises indexables à cisaillement élevé, d'une gamme de fraises en bout Excelerator à pas fin lancées plus tard cette année, et même d'une incursion dans les outils de coupe au carbure avec le Hushcut de la société. géométries réduisant le broutage.

"Nous constatons sans aucun doute une augmentation du nombre de clients qui adoptent des stratégies de fraisage hautes performances, et nous nous efforçons de les soutenir de toutes les manières possibles", a-t-il déclaré. « Nous rencontrerons leurs programmeurs et leurs machinistes pour les aider à développer la meilleure approche d'usinage pour le matériau qu'ils découpent et le logiciel qu'ils utilisent, même si cela signifie demander à notre service d'ingénierie une solution personnalisée. De nombreux magasins repoussent les limites ces jours-ci, et c'est notre travail de leur donner le plus grand succès possible."