Les avantages des centres d'usinage verticaux

Les fournisseurs de centres d'usinage verticaux envisagent 2022 avec optimisme. Ils s'attendent à une utilisation accrue de l'automatisation et à une prise de conscience accrue des avantages de l'usinage avec plus d'équipements à trois axes.

Selon les fabricants d'équipements, accéder à plusieurs côtés d'une pièce en une ou deux configurations n'est qu'une partie de la proposition de valeur des VMC. L'automatisation avec un robot devant la machine ou l'ajout d'un axe rotatif contribue à garantir la productivité, tandis que la compréhension de la cinématique de la machine (comment la machine se déplace dans le temps) est essentielle à la reproductibilité.

Un large éventail de choix, allant des machines à trois axes plus simples aux machines à cinq axes, à la fois 3 plus 2 et, dans une moindre mesure, des versions continues, offre aux ateliers une multitude d'opportunités d'utiliser les VMC pour les tirages à faible et à haut volume. . Et les opportunités de production de pièces relocalisées offrent encore une autre incitation.

Les affaires de VMC vont bien

Tout d'abord, malgré l'incertitude et la politique confuse entourant la pandémie de COVID-19 alors qu'elle s'enfonce dans une troisième année de tumulte, la demande de VMC est forte. Cependant, l'approvisionnement est, sans surprise, une préoccupation.

"L'industrie est assez chaude", a affirmé Jeff Wallace, directeur général, ingénierie nationale pour DMG Mori USA à Hoffman Estates, Illinois. "Nous vendons tout ce qui n'est pas vissé. Nous vendons des choses qui sont vissées. Le bon problème est que nous vendons tout ce que nous avons; le mauvais problème est que les délais de livraison de quatre à six semaines se sont étendus à quatre à six mois. »

Les VMC sont populaires dans de multiples applications, a déclaré Wallace, même avec «certains centres de production à faible volume où nous fabriquons des pièces prismatiques simplistes. Même les machines verticales à trois axes sont très demandées. »

Compte tenu des pénuries de main-d'œuvre qui n'ont été qu'exacerbées par la pandémie, l'automatisation des VMC est devenue une préoccupation majeure.

"Fréquemment, nous voyons avec les verticales que nous pourrions moderniser un axe rotatif afin que nous puissions accéder à plus d'un côté de la pièce. Les clients cherchent à automatiser autant qu'ils le peuvent, voire à automatiser certains des centres d'usinage verticaux à trois axes. Ajout d'un axe rotatif ou même d'un axe rotatif double pour pouvoir retourner la pièce et passer de l'autre côté afin que nous n'ayons pas à la sortir d'un étau et à l'emmener dans un autre étau, que ce soit dans cette machine ou une autre machine—est très populaire en ce moment. Les clients cherchent à optimiser ces VMC et à en tirer plus de productivité.

« Ce qu'il y a de bien avec les VMC, c'est qu'ils sont relativement peu coûteux et qu'ils sont faciles à mettre en place. Vous les déposez sur le sol et la plupart ont un système de mise à niveau à trois points. Pour un client, entrer dans un VMC, en particulier pour la production à court terme, est très rentable. La demande est élevée dans tous les domaines pour presque tous nos produits, et c'est bon pour l'industrie. Nous ne sommes pas les seuls; tous les autres constructeurs voient des conditions similaires. Le gâteau est assez gros et je suis content que l'industrie soit en bonne santé. »

À l'aide de son calculateur de retour sur investissement, DMG Mori aide à illustrer comment ses VMC peuvent aider les magasins à améliorer leurs résultats, en particulier « avec toutes les relocalisations en cours. Nous voyons de nombreux produits revenir aux États-Unis - des pièces prismatiques à faible coût que nous avons achetées outre-mer au cours des 20 dernières années. Les ateliers de petite et moyenne taille sont devenus très efficaces pour fabriquer ces composants de base, ce qu'un VMC est tout à fait adapté à faire.

"La mise en garde est la main-d'œuvre et si vous souhaitez automatiser :est-ce que c'est coller un simple robot devant la machine ou mettre l'axe rotatif ? Nous avons un groupe d'automatisation interne à DMG Mori, et les cobots commencent à décoller sur ces plateformes VMC. Nous n'avons même pas besoin d'ajouter quelque chose d'aussi simple qu'un cylindre à air à la porte ; nous laisserons le robot ouvrir la porte. En prenant ces mesures, a déclaré Wallace, les clients constatent des gains de production de 5 à 6 %.

Les VMC multi-axes prennent de plus en plus d'ampleur aux États-Unis, a-t-il conclu, explosant en fait, DMG Mori ayant vu ses ventes décupler au cours des deux dernières années. L'Europe avait initialement l'avantage en matière d'adoption, a-t-il dit, mais "à la manière typiquement américaine, une fois que nous nous réveillons, c'est comme" OK, écartez-vous ". L'Amérique s'est réveillée, encore une fois principalement motivée par les problèmes de main-d'œuvre. Comme les gens ne veulent pas faire le travail ou que nous ne trouvons pas de talents, comment minimisez-vous cette interaction avec la machine pour fabriquer une pièce ? C'est là que le multiaxe brille. Si je peux préparer ma barre correctement, je n'aurai peut-être plus jamais à toucher cette partie jusqu'à ce qu'elle soit terminée. »

Faciliter l'automatisation est le contrôle d'interface homme-machine Celos de l'entreprise, qui permet aux opérateurs de machines de manipuler rapidement une gamme de robots pour effectuer diverses tâches. "Nous avons développé des applications qui, si vous placez un robot devant une machine, l'opérateur n'a pas besoin d'être un programmeur de robot. Il existe une interface utilisateur graphique par glisser-déposer pour aider les opérateurs à programmer. Notre objectif est de mettre cette technologie entre les mains des gens afin qu'ils ne se méfient pas autant de l'automatisation mais qu'ils soient à l'aise avec elle. »

L'avantage VMC

Généralement plus faciles à installer, les VMC "sont généralement opérationnels dans un délai plus court et offrent moins d'interruptions dans les activités quotidiennes", a expliqué Bill Malanche, directeur de l'exploitation de Mitsui Seiki. "Ils sont également généralement plus petits que de nombreux horizontaux, ce qui réduit l'utilisation globale de l'espace au sol précieux de l'usine. La conception de nos machines donne aux magasins et aux grandes usines plus de capacité dans une plate-forme plus petite. Dans notre gamme Vertex de VMC, l'axe Y offre une course plus grande que l'axe X, ce qui réduit la largeur totale de la machine. La plupart des VMC sont généralement plus larges que profondes. »

Au cours de sa carrière, a rappelé Malanche, il a installé des dizaines de machines verticales dans des entreprises aux États-Unis et à l'étranger. "À ce jour, je rencontre encore occasionnellement un client lors d'un salon professionnel qui se souvient que j'ai installé sa machine et dit qu'il l'a toujours, et qu'il détient encore quelques dixièmes."

Mitsui Seiki met l'accent sur les machines de type jig bore conçues pour avoir une précision ultra élevée dans une enveloppe de travail étroite, a-t-il noté, ce qui les rend idéales pour la production à gros volume et à faible volume.

"Nous avons un client qui produit des composants aérospatiaux complexes qui nécessitent des tolérances extrêmement strictes", a expliqué Malanche. « Les machines verticales qu'ils utilisent produisent une famille de pièces conçues non seulement pour la production, mais aussi pour l'assistance continue sur le terrain. Cet environnement signifie que les machines pourraient un jour être utilisées à des fins de production de pièces, mais qu'elles pourraient de manière inattendue être remplacées pour compenser les besoins d'assistance sur le terrain.

« Ce client a des machinistes qualifiés qui produisent les pièces, mais le niveau de travail n'est pas adapté pour appuyer simplement sur le « démarrage du cycle » ; les pièces ont de nombreux alésages intégrés et des contrôles de processus qui doivent être effectués au fur et à mesure de la production des pièces. Ce client a commencé avec cinq VMC Mitsui Seiki et en compte maintenant 16 dans son exploitation.

Dans les cas où les pièces doivent sortir des machines pour l'inspection CMM "en cours" pour passer d'une opération à l'autre, a déclaré Malanche, "nous avons aidé le client à semi-automatiser les processus, où ils pouvaient organiser les machines avec une base de montage" point zéro " plaques pour permettre aux mêmes pièces d'être transférées d'une machine à l'autre et vers la MMT avec un minimum de temps de configuration et de vérification."

Parfois, des améliorations facultatives plutôt mineures peuvent être apportées aux VMC de base pour faciliter l'automatisation. Des éléments tels que des palpeurs d'outils et des palpeurs de broche peuvent être utilisés pour accélérer les changements, et l'incorporation de plaques de base de point zéro hautement reproductibles peut ajouter de la polyvalence.

"Mais je pense que le plus grand avantage réside dans le fait d'avoir des machines équipées pour l'usinage cinq axes", a affirmé Malanche. « Même si l'ajout d'un cinquième axe à la plupart des VMC est généralement coûteux au départ, l'investissement en vaut la peine et est parfois rentabilisé rapidement avec des applications critiques. L'avènement de l'équipement de tables rotatives à cinq axes de haute précision intégrées à la structure de la machine offre aux fabricants l'avantage d'une polyvalence encore plus grande dans le flux de processus. »

Mitsui Seiki a conçu ses plates-formes VMC pour gérer de nombreux défis de fabrication uniques, a-t-il poursuivi. Les séries Vertex à cinq axes de base de la société sont proposées en trois tailles pour traiter des pièces de 500 mm à 1200 mm de diamètre. « Nous les avons construits avec des adaptations visant à relever de nombreux défis de fabrication et de nouvelles méthodologies. Nos machines ne sont pas construites sur une plate-forme commune avec juste des vis à billes allongées pour des courses plus importantes; ceux-ci sont construits sur des pièces moulées en fer individuelles conçues pour des années de service et de durée de vie. Notre plus petite version, le Vertex 550-5X avec une table rotative de 400 mm, pèse 20 000 livres, et le Vertex 100X est le triple de ce montant. Ce ne sont pas des machines VMC « jetables ».

Les machines Vertex sont construites avec des options telles que des moteurs à axe rotatif à entraînement direct nécessaires pour un meilleur contrôle des contours sur le marché des profils aérodynamiques, a-t-il ajouté. "Nous avons des machines à plate-forme combinées conçues pour des capacités multi-processus telles que le dépôt de métal additif/soustractif, le fraisage et le meulage et le processus d'électroérosion à grande vitesse appelé Blue Arc, qui est sous licence de General Electric." Avec ces options, les utilisateurs coupent des matériaux tels que la céramique, le graphite, l'aluminium, le titane, l'Inconel et bien plus encore.

Ce type de flexibilité aide les VMC à réaffirmer leur place sur le marché, où au fil des ans, les exigences d'une production plus élevée, associées à une capacité de main-d'œuvre réduite, ont fait place aux HMC pour prendre le relais. "Dans ce qui semblait relativement court, le besoin de VMC a pris le pas sur les HMC avec des changeurs d'outils plus grands, des changeurs de palettes et des systèmes de fabrication flexibles à part entière", a déclaré Malanche. "Il y a trente ans, la plupart des ateliers de production moyenne à semi-élevée dépendaient fortement des VMC pour de nombreuses raisons, notamment le calendrier d'installation, la facilité d'accès, la facilité d'entretien, la disponibilité de travailleurs qualifiés et la gamme de produits. Les VMC ont retrouvé une nouvelle vie sur le marché de la fabrication de pièces de haute précision. »

Machines en mouvement

Le concept critique de la cinématique, ou la façon dont une machine se déplace, est quelque chose que YCM Technology USA à Carson, en Californie, souligne avec son étalonnage cinématique intégré pour le marché nord-américain. Ces packages, comprenant des sondes tactiles, des mesures de longueur d'outil et des billes d'outillage, seront standard sur les machines YMC 3 plus 2 ou à cinq axes continus, a déclaré Brian Huff, responsable du développement commercial pour le Midwest.

Au fur et à mesure qu'une machine remplit ses fonctions, la précision peut changer, a noté Huff, et "il est courant qu'un opérateur pense que la machine n'est pas précise ou que le ramassage n'est pas précis". Adressage qui nécessite de définir des centres de rotation pour le quatrième et le cinquième axe et de pouvoir les calibrer. Historiquement, les fabricants pouvaient définir le centre de rotation dans le cadre de l'installation de la machine, a-t-il déclaré. « Si le client a des difficultés avec la précision, cela nécessiterait un appel de service, et il reviendra pour redéfinir ces centres de rotation, ce qui peut être coûteux. Des événements se produisent, des machines bougent, le poids de la pièce change et d'autres dynamiques entrent en jeu. Certains fabricants ont plus facilement compris l'importance de l'étalonnage de la cinématique. Par conséquent, notre intérêt est de faciliter la tâche de nos utilisateurs et opérateurs ; cela ne nécessitera pas d'appel de service, et vous avez la machine au plus haut niveau de précision."

À quelle fréquence les VMC doivent-ils être calibrés ? Cela peut être une fois par semaine, une fois par mois ou même quotidiennement selon l'application, a conseillé Huff.

"Nous disons à nos clients que si vous avez un travail plus critique et que vous remarquez plus d'écart, exécutez le programme cinématique. Si vous exécutez un travail à tolérance étroite, exécutez la cinématique ; exécutez-le avant le travail, exécutez-le quotidiennement pour être sûr. Si vous constatez un écart de 0,0005" au cours d'une semaine, exécutez-le peut-être une fois par semaine. » Cela se traduit par 0,0127 mm.

Idéalement, Huff aimerait « faire de la cinématique une conversation normale » et tenter de combler le fossé entre les entreprises qui définissent les centres de rotation lors de l'installation et celles qui pensent que l'étalonnage de la cinématique doit être facilement accessible et exécuté rapidement. "Cela devient un mode de vie pour tous les fabricants."

Une autre façon dont YCM aborde la précision est son partenariat avec Kessler, dont les broches et les têtes apparaissent sur les machines verticales YCM pour traiter la force de serrage pour les axes A et C ou B et C et maintenir la rigidité à la pointe de l'outil de coupe. "Notre broche standard sur notre machine de moulage sous pression à cinq axes à double colonne culmine à 54 ch", a déclaré Huff, soit 40,2 kW. "C'est un HSK 100, avec 16 000 tr/min, qui produit toute la puissance à 2 500 tr/min. Une rigidité, un couple, un régime et une puissance élevés en font une configuration de broche et de tête vraiment polyvalente. Notre version aéronautique monte jusqu'à 18 000 tr/min, avec une broche HSK 63 de 94 ch [70 kW], destinée à l'usinage de l'aluminium. De plus, le partenariat avec Kessler offre à YCM une ressource du Midwest pour la réparation des broches.

YCM Technology met un accent particulier sur ses machines cinq axes. Alors que les configurations 3 plus 2 sont plus populaires, la demande de cinq axes complets augmente, a noté Huff. Lui aussi voit les demandes d'automatisation augmenter.

"Nous voyons constamment des demandes d'automatisation dans le cadre du package de la machine. Ce n'est pas seulement la palettisation; nous constatons une acceptation et un intérêt accrus pour l'automatisation pick-and-place. C'est un ajustement naturel avec cinq axes car dans de nombreux cas, vous êtes capable, en une ou deux configurations, d'usiner la totalité de la pièce. Le maintien des pièces dans ce cas est essentiel et vous n'avez aucune interférence de fixations ou de pinces sur le chemin de la fraise. Si vous pouvez tenir une pièce par le bas et permettre l'accès à cinq côtés, c'est l'idéal. Pour le serrage par le bas, il existe des fabricants qui ont conçu des systèmes qui font un excellent travail; nous travaillons actuellement avec des entreprises qui proposent ce type de solutions. De plus, nous proposons des packages d'automatisation palettisés avec les machines YCM et développons des packages d'automatisation collaboratifs et pick-and-place. »

Viser une production élevée

Au cours des deux ou trois dernières années, la plupart des déploiements de VMC par Chiron ont été des plates-formes de production robustes à haut volume conçues pour répondre aux exigences d'usinage des grands composants automobiles et aérospatiaux, a déclaré Simon Knecht, directeur du développement commercial de Chiron America à Charlotte, N.C.

"Avec ces centres d'usinage établis avec succès et largement disponibles pour nos clients nord-américains, nous renforçons encore notre portefeuille de produits à l'opposé du spectre de fabrication :composants micro-usinés de haute précision", a déclaré Knecht.

Cette année, Chiron lance son centre d'usinage Micro5, développé en Suisse et conçu pour les petites pièces, de l'ordre de 50 × 50 × 50 mm, a-t-il déclaré. « La vitesse et la dynamique de ce concept d'usinage sont conçues pour aider les clients avec une productivité accrue. Outre les références de vitesse élevée et de masse mobile minimale, la machine est une plate-forme modulaire et peut être équipée d'une automatisation intégrée. De plus, le Micro5 a été conçu pour une évolutivité flexible, ce qui donne aux fabricants la possibilité de créer des lignes de production homogènes avec plusieurs machines. »

Les VMC sont généralement basés sur un concept modulaire, a-t-il expliqué; il est courant de passer de la disposition du quatrième au cinquième axe. "Plusieurs fois, nos clients ont changé la configuration de la machine pour un réglage de table différent en utilisant le quatrième ou le cinquième axe sur la table."

Comme d'autres fournisseurs, Chiron America comble le manque de compétences des opérateurs. L'automatisation intelligente "est une partie d'une solution qui garantit le débit pendant les heures de production planifiées", a déclaré Knecht. « Les technologies d'automatisation, en particulier les robots, ont généralement une disponibilité technique élevée et fonctionnent avec une grande fiabilité. Avec des processus et des cellules conçus pour des lots plus petits, nos solutions d'automatisation sont même capables de changer les fixations de la machine. Contrairement à une configuration manuelle, qui peut souvent prendre plus d'une heure pour changer les fixations, l'automatisation du VMC avec un système de serrage zéro améliore le débit et ramène la machine à ce pour quoi elle est conçue :l'usinage. Nos configurations d'axes de table d'usinage sont conçues pour s'adapter à ces méthodes de serrage. »

Des tendances telles que le passage à l'e-mobilité et aux chaînes d'approvisionnement stressées par la pandémie exigent plus de flexibilité de la part des équipements, ce qui fait de la VMC, qui réduit la configuration, un outil essentiel. "La possibilité de passer rapidement à une pièce différente sur une machine conduit à l'approche visant à réduire le nombre de configurations et à terminer autant d'opérations que possible dans la même machine", a déclaré Knecht. Le changement de pièce intégré de Chiron a permis le chargement et le déchargement des pièces pendant le fonctionnement de leurs VMC à cinq axes.

Tirer parti de cette flexibilité et utiliser un VMC pour de nombreuses pièces différentes "conduira à des avantages tangibles en termes de retour sur investissement", a conclu Knecht. "Trop de fois j'ai vu des machines et des équipements dédiés qui restent immobiles après la perte d'un emploi ou d'un projet, alors que le fabricant est incapable d'utiliser la machine au maximum."