Tronçonnage avec usinage sur l'axe Y

L'une des mégatendances de fabrication des dernières décennies est de simplifier et de minimiser le nombre de configurations d'usinage nécessaires pour produire un composant spécifique. Les marchés exigent des délais de livraison plus courts et des stocks réduits, ce qui incite clairement les équipementiers et peut-être encore plus leurs fournisseurs à rechercher des moyens de rationaliser autant que possible la production de composants.

La rentabilité d'une pièce donnée peut même dépendre de la capacité à combiner plusieurs configurations dans une seule machine.

L'un des aspects de la tendance à la configuration unique consiste à ajouter des "outils en direct" ou des outils rotatifs aux centres de tournage. Pour ce faire, des machines de tournage-fraisage à axe Y ont été introduites à la fin des années 1990. Les premiers types simples d'outils motorisés dans les centres de tournage présentaient une limitation importante. Comme les fraises rotatives étaient dans la plupart des conceptions de machines simplement ajoutées à la tourelle, elles ne pouvaient être entraînées que dans les deux mêmes axes de mouvement que les outils de tournage, en d'autres termes sur les axes X et Z. Pour améliorer la portée, un ensemble supplémentaire de moyens a été ajouté pour déplacer l'outil en direct sur la face de la broche. Cela a été accompli en montant les outils en direct sur les côtés du revolver ou sur sa face, en installant les voies de l'axe Y sur un lit incliné ou en utilisant une tête de fraisage indépendante. Les fabricants de machines-outils et les fabricants ont rapidement reconnu les avantages de cette approche. Aujourd'hui, environ deux décennies plus tard, l'axe Y est devenu une fonctionnalité standard dans presque toutes les machines multitâches et en option dans de nombreux nouveaux centres de tournage.

L'ajout de l'axe Y dans un centre de tournage fournit une angularité de 90 degrés entre les trois axes linéaires, à la manière d'un centre d'usinage à 3 axes.

Défis des opérations de tronçonnage

Le tronçonnage est une étape cruciale dans tout processus de tournage où il est nécessaire. Cela ne prend qu'un petit pourcentage du temps de coupe total, mais c'est généralement la dernière opération avant que la pièce ne soit finie. Une rupture de l'outil de tronçonnage peut facilement entraîner des temps d'arrêt de la machine et des problèmes de qualité, et dans le pire des cas, la pièce peut devoir être mise au rebut et toute la valeur ajoutée au cours des étapes de travail précédentes est perdue. Le coût des matériaux est un autre facteur important. En particulier lors de l'usinage de matériaux coûteux, tels que les superalliages résistants à la chaleur (HRSA), il existe une forte incitation à utiliser les plaquettes les plus étroites possibles.

Ces facteurs se traduisent par deux exigences diamétralement opposées pour les outils de tronçonnage :Ils doivent être aussi étroits et fins que possible pour minimiser la perte de matière et optimiser la portée de l'outil pour les diamètres de travail maximaux. Pourtant, les outils fins souffrent facilement d'une mauvaise stabilité et par conséquent des vibrations et du bruit. L'état de surface et les tolérances dimensionnelles gâchées par le broutage sont généralement des risques inacceptables dans les opérations de tronçonnage. Alors que l'axe Y a considérablement élargi les possibilités d'utilisation des outils rotatifs dans les machines multitâches et les centres de tournage, cette capacité a maintenant inspiré une innovation majeure dans l'une des missions originales de ces types de machines-outils :le tronçonnage de l'axe Y.

Ce nouvel outil et cette nouvelle méthode de tronçonnage offrent des améliorations significatives de la productivité et de la sécurité des processus dans potentiellement n'importe quelle opération de tronçonnage. L'innovation de Sandvik Coromant, le tronçonnage en Y, repose sur un principe extrêmement simple. Alors que les outils de tronçonnage conventionnels s'alignent sur l'axe X de la machine-outil, l'outil de l'axe Y a simplement été tourné de 90° dans le sens inverse des aiguilles d'une montre pour s'aligner sur l'axe Y. Dans la configuration de l'outil de tronçonnage conventionnel, la lame de coupe et le support relativement longs et minces sont introduits à un angle de 90 ° dans la pièce en rotation et la plus grande force de coupe est générée par la vitesse de coupe, et le reste par le mouvement d'avance.

Avantages de la séparation de l'axe Y

En tournant le siège de la pointe de 90 degrés et en utilisant l'axe Y, l'outil peut se frayer un chemin dans la pièce essentiellement avec son extrémité avant, ce qui aligne presque le vecteur de force de coupe résultant avec l'axe longitudinal de la lame. La répartition plus favorable des forces élimine les contraintes critiques typiques des lames conventionnelles et augmente la rigidité en flexion à une profondeur de coupe maximale (CDX) de 60 mm (2,36 pouces) de plus de six fois . Ou, à l'inverse, la susceptibilité aux déformations plastiques et à l'instabilité est aussi faible que un sixième dans la conception de l'axe Y par rapport aux déformations typiques des lames de séparation conventionnelles. L'augmentation de plus de 500 % la rigidité de la lame permet des vitesses d'avance sensiblement plus élevées et des porte-à-faux plus longs sans perte de stabilité, ce qui améliore par conséquent la productivité de l'outil dans une égale mesure. La recommandation générale pour le tronçonnage des barres est de minimiser le porte-à-faux (OH) ou, à un long OH, d'utiliser une géométrie de coupe légère ou de réduire l'avance. Une valeur seuil courante pour une alimentation réduite est un OH supérieur à 1,5 fois la hauteur de la lame. Avec l'outillage de l'axe Y, des porte-à-faux plus longs peuvent être obtenus sans se contenter de vitesses d'avance, de géométries de coupe ou de dimensions d'outils moins qu'optimales.

Grâce à la rigidité accrue et par conséquent à la flexion réduite, l'outillage de l'axe Y peut éliminer le besoin de réglages décentrés et éviter les inconvénients associés tels que les ruptures prématurées de la plaquette lors de la poussée au centre et l'usure rapide des flancs. D'autres avantages incluent des niveaux de bruit plus faibles, une meilleure finition de surface et un processus plus fiable ainsi que la capacité de tronçonner des diamètres plus grands que ce qui est actuellement possible.

Aspects spécifiques à la machine du tronçonnage sur l'axe Y

Centres de tournage : Généralement utilisé pour la production de masse à partir de barres, généralement de 65 mm (2,56 pouces) de diamètre. Dans ce type d'usinage, les principaux avantages du tronçonnage sur l'axe Y sont l'amélioration de la productivité et de la qualité de surface. Les possibilités d'optimisation de la qualité peuvent également être intéressantes, car le tronçonnage est généralement la dernière étape pour un composant. Une opportunité supplémentaire est d'améliorer l'économie d'usinage en réduisant la largeur de séparation.

Machines multitâches : Les lames de tronçonnage à axe Y offrent principalement une accessibilité et une capacité accrues pour les diamètres plus grands. Un pré-test a confirmé une augmentation de 50 % dans le porte-à-faux lors de la coupe d'une barre conventionnelle de diamètre 120 mm à la capacité d'alimentation maximale de la plaquette. Une augmentation de productivité de 300 % a été réalisé sans complications de sécurité de processus. Dans un cas test client, le tronçonnage sur l'axe Y a remplacé avec succès le sciage à ruban pour une barre Inconel de 180 mm de diamètre, ce qui a entraîné une amélioration significative de la productivité grâce à des temps d'usinage considérablement plus courts.

Machines à lit incliné : En règle générale, l'axe X crée une "montée" inclinée vers l'avant de la machine, avec des broches sur une ou les deux extrémités latérales du lit incliné, et la course de l'axe X est généralement beaucoup plus longue que la course de l'axe Y. Les limitations d'espace de travail qui en résultent doivent être prises en compte lors de l'examen de la facilité d'utilisation de la séparation de l'axe Y pour un composant spécifique. Dans une machine multitâche, qui pourrait essentiellement être caractérisée comme un centre d'usinage avec option de tournage, des assemblages d'outils typiques, tels que Coromant Capto® C6 ou adaptateur de lame HSK63T, sont souvent relativement longs pour permettre une portée suffisante entre le mandrin principal et le sous-mandrin. De ce fait, la configuration totale est faible dans la direction X par rapport à la charge de l'axe Y, où la force de coupe est dirigée dans l'ensemble de l'outil et dans la broche de la machine. Les assemblages d'outils typiques de l'axe Y, généralement basés sur un adaptateur VDI ou un adaptateur de lame boulonné pour l'unité de serrage adaptée à la machine (MACU), sont longs et minces pour atteindre entre le mandrin principal et le sous-mandrin et permettent de tronçonner près de mandrin.

Commencer

Un investissement dans le tronçonnage selon l'axe Y est avant tout un changement dans l'approche des opérations de tronçonnage et des méthodes de travail associées. Il offre un moyen d'utiliser plus pleinement les capacités des machines déjà équipées d'un axe Y. Alternativement, c'est une option qui peut augmenter considérablement la productivité des opérations de séparation dans une nouvelle machine ou une configuration de processus modifiée. Le tronçonnage sur l'axe Y peut même offrir une chance de réduire l'inventaire d'outils car il y a moins besoin de lames dédiées puisque les nouvelles lames de l'axe Y s'adaptent aux adaptateurs standard et utilisent des plaquettes standard CoroCut® QD .

Pour des raisons pratiques, il convient de noter que le tranchant est à 7 mm (0,276 pouce) au-dessus de la position Y =0 lorsqu'il est monté sur un adaptateur de lame standard. L'opérateur doit s'assurer que cette saillie est décalée dans le programme CNC.

Regardez les coulisses de l'axe Y et la démonstration de l'axe Y.