Obstacles à l'extinction des feux dans l'usinage de précision

Qu'est-ce que l'usinage Lights Out – et dans quelle mesure est-il réaliste ?

Éclaire l'usinage est une méthode d'automatisation de la fabrication pour minimiser ou éliminer la quantité d'interaction humaine nécessaire. Cette idée de remplacer les humains par un gadget ou un processus qui fera le même travail plus rapidement, mieux ou moins cher n'est pas nouvelle.

Ces dernières années, l'attrait de la robotique et de l'automatisation n'a cessé de croître, y compris dans le domaine de l'usinage de précision. La production entièrement automatisée, avec son potentiel d'augmentation de la productivité, d'augmentation du débit, d'économies d'énergie et de réduction des coûts de main-d'œuvre, est probablement le rêve de tout propriétaire d'atelier d'usinage.

Mais la réalité est un défi, surtout dans le monde de l'usinage de précision. Même avec des opérations qui prétendent offrir une production entièrement automatisée et sans éclairage, il est un peu fantaisiste de dire qu'un service d'usinage de précision "fonctionne par lui-même" toute la journée et toute la nuit.

Critères pour un usinage viable des lumières éteintes

Toute opération de fabrication à faible intensité, qu'il s'agisse d'un usinage de précision CNC ou d'une autre méthode de production, doit disposer de certains principes fondamentaux pour réussir :

• Toutes les machines, y compris les outils, les périphériques et la programmation, doivent fonctionner parfaitement ensemble. L'équipement doit pouvoir résister à un fonctionnement continu, idéalement avec la capacité de s'auto-surveiller et de se corriger automatiquement ou de s'éteindre en cas de problème.
• Il en va de même pour les mécanismes utilisés pour alimenter l'équipement en matériau, fournir du liquide de refroidissement, éliminer les débris et décharger les produits finis.
• Et contrairement au rêve "aucun humain requis", la surveillance à distance par une personne — encore une fois, avec la possibilité de corriger des problèmes mineurs ou d'arrêter le système en cas de problème majeur — est un avantage supplémentaire.

Peut-être plus important encore, déterminer si une machine est capable de fonctionner en continu nécessite de déterminer si elle offre le plus haut niveau de fiabilité. L'objectif est un Cpk ≥1,67, c'est-à-dire la capacité de 99,9999 % des pièces à répondre aux exigences.

C'est (littéralement) un taux d'échec admissible de seulement un sur un million.

Et même si une machine peut gérer un fonctionnement sans éclairage, la référence acceptée est généralement que l'extinction n'est une solution viable que si elle offre un retour sur investissement en deux ans.

Où l'opération Lights Out est utilisée aujourd'hui

Il existe de nombreuses applications où la robotique est une aubaine, même si seule une partie du processus de fabrication est automatisée. Dans tous les domaines, du brassage de la bière à l'emballage, des hubs FedEx aux entrepôts Amazon en passant par la gestion des bagages dans les aéroports, l'automatisation joue un rôle important dans deux circonstances :

• Partout où il offre une fiabilité sur un million

OU

• Là où il est possible d'auto-corriger le processus de manière rentable

Quelques exemples courants

Les opérations d'emballage automatisées utilisent une dérivation marche/arrêt intégrée pour garantir la qualité pendant les opérations d'extinction. Par exemple, une caméra peut vérifier que le produit qui sort de la ligne est bon, et la machine peut écarter le mauvais produit ou s'arrêter en cas de problème.

Le soudage par points par résistance robotique est largement utilisé pour un fonctionnement continu dans l'industrie automobile. (Vous pouvez en savoir plus sur le soudage par points par résistance sur notre site Web.) En fait, c'est probablement l'image à laquelle les gens pensent le plus lorsqu'ils imaginent des robots travaillant sur une chaîne de production.

Cependant, contrairement à la fabrication d'une boîte en carton, ce type d'opération nécessite un niveau de contrôle qualité différent. Après tout, vous ne pouvez pas très bien écarter une voiture entière car une soudure est mauvaise. Comment vérifier qu'une électrode n'est pas tombée en panne quelque part sur une chaîne de montage très longue et complexe ?

Applications principales pour l'automatisation

Au Japon, FANUC Corporation gère ce qui est largement considéré comme le nec plus ultra en matière de fabrication automatisée et légère. Il dispose de robots fonctionnant 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 dans un complexe géant de 22 usines pour produire d'autres robots pour des clients tels que Tesla Motors et Apple. Selon Gary Zywiol, vice-président de FANUC Robotics America, "Non seulement les lumières sont éteintes, mais nous éteignons également la climatisation et le chauffage."

L'automatisation est également utilisée dans toutes sortes de processus hostiles à l'être humain. Cela inclut les étapes de fabrication où il y a des problèmes de qualité ou de sécurité, ainsi qu'où un être humain ne peut pas travailler au rythme rapide d'une machine, comme le soudage par points automobile décrit ci-dessus.

Ainsi, lorsque l'environnement de travail ou la tâche est à haute température ou à grande vitesse ou lorsqu'il implique des substances toxiques, la robotique est un énorme avantage.

Défis de Lights Out dans l'usinage de précision CNC

Tout est très intrigant. Mais bien que nous ne soyons pas contre l'usinage léger, nous restons sceptiques quant à sa viabilité dans l'atelier d'usinage de précision, où l'automatisation continue et non supervisée reste un défi.

Matériaux utilisés

Par exemple, dans notre monde, la capacité à effectuer un usinage léger dépend non seulement de la géométrie de la pièce, mais également du matériau utilisé. En règle générale, un matériau plus souple, qui n'usera pas l'outil aussi rapidement qu'un matériau plus dur ou ne créera pas beaucoup de copeaux filandreux qui s'enrouleraient autour de l'outil, est un meilleur candidat pour les tâches d'éclairage.

Cela signifie qu'avec un matériau plus doux approprié, vous pouvez régler votre machine à 17 heures pour qu'elle fonctionne toute la nuit, et le matin, vous reviendrez dans un panier rempli de pièces qui sont dans les tolérances, sans aucun outil cassé ou usé.

Cependant, un matériau plus dur tel que l'acier inoxydable n'est recommandé par personne pour l'usinage de précision CNC. En effet, un matériau aussi dur et résistant peut rapidement user ou casser les outils. Ou, vous arriverez le matin avec de nombreuses pièces non conformes aux spécifications, gaspillant la quantité de matériau que vous avez chargée dans la machine et perturbant votre calendrier de livraison.

Tolérances requises

Les tolérances sont une autre considération importante. Si vous avez une tolérance de ±0,005" (0,127 mm) et un matériau de confiance, l'usinage de précision léger n'est pas un problème. Mais si vous avez une tolérance de ±0,0005" (0,0127 mm) ou moins, vous cherchez des ennuis.

En effet, selon le matériau, le processus va user l'outil. Si vous tenez un diamètre extérieur (OD) de 0,0002" (0,00508 mm) et exécutez le processus sans surveillance, le matin, vos pièces seront probablement hors spécifications en raison de l'usure de l'outil.

À faire et à ne pas faire avec les matériaux dans l'usinage Lights Out

Certains matériaux sont naturellement plus appropriés pour l'usinage de précision CNC léger. Par exemple, le laiton, l'alliage d'aluminium 6061 et certains plastiques qui n'ont pas tendance à produire de longs copeaux filandreux pouvant s'enrouler autour de l'outil peuvent être utilisés.

Même l'acier inoxydable 303 peut être essayé pour l'usinage léger. Cependant, vous devez d'abord programmer l'équipement pour qu'il fonctionne pendant quelques heures afin de tester sa tolérance de maintien et de vérifier l'usure de l'outil.

Certains matériaux ne sont absolument pas adaptés à la production en éclairage éteint. Cela inclut le chouchou de l'industrie des dispositifs médicaux, l'acier inoxydable 304, qui est difficile à usiner, produit des copeaux filandreux et jette des bavures. De plus, le 316, le 17-4 et la plupart des autres aciers inoxydables sont difficiles à usiner et peuvent endommager vos outils.

Les super alliages ne peuvent pas être usinés à la lumière, et le titane ne doit jamais, JAMAIS, être laissé sans surveillance. (Nous avons vu des vidéos d'une machine prenant feu à cause d'étincelles émises par des pièces en titane - quelque chose de plutôt cool mais qui n'est certainement pas recommandé !)

Autres pierres d'achoppement dans le noir

Pour l'usinage de précision de milliers et de milliers de pièces, la gamme de machines à vis suisses CNC à la pointe de la technologie de Metal Cutting pourrait prendre en charge la production en panne, en ce sens que nous pouvons charger le ravitailleur de barres et régler la machine pour qu'elle fonctionne automatiquement. Selon le diamètre, nous pouvons charger jusqu'à douze barres de 0,630″ (16 mm) de diamètre; avec les plus petits diamètres de départ standard de 0,090" (2,25 mm), nous pouvons en charger encore plus.

Surveillance requise

Cependant, la nature de l'usinage de précision CNC est que pendant un quart de travail normal de huit heures, vous avez toujours besoin de quelqu'un pour surveiller le chargement et vous assurer que tout fonctionne correctement. Ainsi, même dans les ateliers d'usinage de précision qui disent que les lumières sont éteintes, vous pouvez être sûr que quelqu'un est là pour s'assurer que tout va bien.

Problèmes de chargement de barre

L'usinage de précision pose également des défis dans le chargement automatique des barres. Tout d'abord, vous devez toujours tenir compte de la tolérance de diamètre sur le matériau que vous allez usiner. De plus, ce n'est pas parce que vous avez un chargeur de barres qu'il va charger correctement le matériau, et il y a une courbe d'apprentissage pour pratiquement tous les projets entrepris.

Par exemple, lorsque vous travaillez avec des pièces de plus petit diamètre, si la machine n'est pas parfaitement réglée, elle peut essayer de charger deux barres de matériau à la fois, avec de très mauvais résultats.

Garder l'outil propre

Une autre exigence est que le processus d'extinction des lumières doit inclure de l'air à haute pression ou une autre méthode de haute qualité pour garder la zone de travail exempte de copeaux afin qu'ils ne recoupent pas et n'émoussent pas l'outil. Vous devez également réfléchir à la manière de décharger les pièces finies, en tenant compte de la fragilité de ces pièces, pour vous assurer qu'elles ne sont pas endommagées après l'usinage.

Fiabilité des lumières éteintes dans l'usinage de précision

Ne vous méprenez pas - nous ne disons pas que la production de lumière est une impossibilité dans l'usinage de précision CNC. Mais cela nécessite de rassembler et d'obtenir les commentaires de toutes les parties prenantes et de tous les fournisseurs au stade de la planification, pour vous assurer que vous avez :

• Le matériau parfait
• La taille et la géométrie appropriées des pièces
• Cpk ≥1,67 sur l'équipement
• Des tolérances qui ne sont pas si strictes qu'une fiabilité de processus de 99,9999 % n'est pas réalisable

Même l'usinage le plus précis aurait du mal à offrir une fiabilité sur un million pour l'outil, le chargeur de barres, l'arrosage et des tolérances serrées. Mais si toutes ces conditions SONT remplies, la production des lumières éteintes peut être déterminée.

Par exemple, chez Metal Cutting, nous pourrions tester quelle machine, quel outil et quel matériau atteindront les résultats spécifiés dans un processus d'extinction des feux. Ou nous pourrions tester un processus semi-éteint, où nous programmons une machine pour produire des pièces supplémentaires, non pas en fonctionnement continu pendant la nuit, mais en une demi-équipe supplémentaire après les heures.

Le problème du retour sur investissement dans l'usinage de précision

Pour les fabricants qui fabriquent le même produit encore et encore, il est possible de réaliser un retour sur investissement dans le délai de référence de deux ans pour la production en panne. Cependant, l'usinage de précision CNC consiste en grande partie à fabriquer de nombreuses pièces différentes à court terme.

Cela signifie que pour de nombreux ateliers d'usinage de précision, il n'y a tout simplement pas le temps de tester si leurs opérations peuvent être exécutées à fond. De plus, deux ans, c'est long pour ces ateliers d'attendre pour voir le retour sur investissement, ce qui rend le coût d'usinage des lumières hors d'usage prohibitif…

Chez Metal Cutting, nous citons chaque jour de nouveaux projets d'atelier d'usinage nécessitant entre 200 et 20 000 pièces. Bien que nous ayons des travaux qui durent des années, nous n'avons pas souvent de projets qui durent en continu pendant deux ans. Il est donc rare que toutes les planètes s'alignent et que nous ayons le temps d'explorer les options de production à l'arrêt.

En fin de compte, l'usinage à tolérances serrées comporte tellement de variables qu'il ne peut pas garantir une fiabilité sur un million, il n'est donc pas encore adapté à une production entièrement éteinte. Néanmoins, quels que soient les défis que votre projet peut impliquer, la technologie d'automatisation continuera certainement à jouer un rôle croissant dans la production de petites pièces.

En attendant, pour obtenir des conseils sur la façon de créer les meilleures spécifications pour vos petites pièces, téléchargez notre guide gratuit, Comment affiner votre demande de devis pour en tirer le maximum d'avantages :Foire aux questions sur l'approvisionnement en petites pièces.