Au-delà de la masse : Construire des machines haute performance dans un monde dominé par les semi-remorques

Pourquoi construire des machines pour la vitesse et l'efficacité signifie faire les choses différemment.

Je l'ai entendu des centaines de fois. Dans les salons, pendant les démonstrations, sur les forums en ligne, sur les réseaux sociaux… Ça va généralement comme ça :

La personne demande : « Combien pèse cette machine ? »

Je réponds : « Cette DATRON pèse (____) milliers de livres »

La personne réplique : « C'est tout ?! Ma (Marque CNC Ici) pèse deux fois plus ! » Ou quelque chose dans ce genre.

Honnêtement, ce n'est pas une question injuste. L'un des principes prédominants d'une machine CNC précise est d'avoir beaucoup de masse dans l'assemblage. Le raisonnement est assez simple – plus la machine est lourde, plus elle est stable. De plus, la masse supplémentaire sert à absorber les vibrations créées par le fraisage. C'est pourquoi il n'est pas rare de voir de grandes machines CNC avec des fontes, d'un poids si immense qu'il faut couler une fondation spéciale rien que pour supporter ce poids.

Beaucoup d'attention est aussi portée au fait que les machines DATRON sont des machines de type portique/pont, par opposition au style « C-frame » si couramment utilisé sur les centres d'usinage verticaux (VMC). Cela attire des comparaisons avec les routeurs CNC, qui sont généralement des machines légères et quelque peu fragiles construites pour l'usinage de base du bois et des matériaux tendres. Comment une machine similaire à un routeur peut-elle rivaliser avec la concurrence ? La réponse est simple : une DATRON est conçue avec un but précis.

Perplexe ? Permettez-moi d'expliquer. Votre VMC typique est conçue pour faire un peu de tout, de la coupe de petites pièces en plastique à l'usinage d'alliages aérospatiaux comme l'Inconel, en passant par l'usinage de grands moules en acier à outils. Bien que ce soit génial en termes de capacité large, ce n'est pas terriblement efficace. Une machine-outil qui peut tout couper, petit ou grand, tendre ou dur, n'est généralement pas la meilleure en rien. C'est là que DATRON est différent : nous concevons des machines destinées à faire des pièces DATRON (pour des exemples de bonnes pièces DATRON, consultez notre page Applications de fraisage CNC).

Il s'agit d'avoir les bons outils pour le travail. J'aime toujours faire des analogies pour faire passer ce message : Si vous êtes neurochirurgien, vous avez besoin d'un scalpel, pas d'une machette. Un charpentier a besoin d'un marteau de charpentier, pas d'une masse. Si vous êtes pilote de course, vous avez besoin d'une Porsche, pas d'un Peterbilt. Ce dernier est mon préféré, personnellement. Un camion semi-remorque est fantastique pour transporter de lourdes charges, mais misérable pour négocier des virages en épingle. Si vous avez les bonnes pièces, utiliser un VMC normal au lieu d'une DATRON, c'est comme conduire un camion semi-remorque sur un circuit de course : vous pouvez finir la course, mais vous ne rentrerez pas avec l'or.

Alors, voyons ce qui fait de DATRON une voiture de course dans le monde CNC.

Elle est aussi lourde qu'elle a besoin de l'être

Premièrement, il vaut la peine de dire qu'une DATRON n'est pas une machine légère, elle n'est juste pas aussi lourde qu'une machine comparable de votre fabricant VMC typique. Par exemple, malgré sa taille petite, une neo pèse plus de 1 500 lbs (680 kg). Un M8Cube pèse environ 3 000 lbs (1 360 kg), un MLCube près de 3 tonnes, et un MXCube pèse autant que les deux combinés. Peu peuvent arguer qu'une machine de 4 tonnes est « légère ». La majeure partie du poids de la machine est dans la coulée primaire. Pour la série Cube, c'est la table de la machine, tandis que pour la neo, c'est le portique. Soutenant cela, un cadre en acier haute résistance et rigide.

Sur les Cube, le portique est conçu de façon critique pour être aussi léger que possible, tout en maintenant une rigidité torsionnelle et une raideur élevées. Cet accent sur le maintien des composants aussi lourds que nécessaire porte ses fruits quand vient le temps d'usiner.

Peu le disent mieux que Tim Paul, Chef de produit Fusion 360 CAM chez Autodesk (@oneeartim sur Instagram),

Grâce au poids et à la rigidité des composants, une DATRON a d'excellentes capacités d'accélération qui surpassent souvent la concurrence. Bien qu'il ne soit pas impossible pour un VMC grand et lourd d'atteindre des vitesses similaires, cela nécessite ensuite des moteurs beaucoup plus gros, une maintenance plus fréquente et des quantités d'énergie électrique bien plus élevées. Au final, une DATRON est conçue autour du type de pièces qu'elle usine le mieux, et n'a donc pas besoin d'être si largement surdimensionnée.

Elle est faite des bons matériaux

Une autre décision de conception clé qui aide à rendre nos machines aussi rigides que possible est l'utilisation de béton polymère pour la coulée de la table/portique. Dans l'industrie des VMC, l'utilisation de fonte pour le matériau du cadre est courante. Cela a du sens, après tout, car la fonte est lourde et relativement stable thermiquement. Cependant, la fonte a un petit désavantage quand il s'agit d'amortissement des vibrations. L'amortissement des vibrations est essentiellement la capacité du matériau à absorber l'énergie vibratoire au lieu de transférer l'oscillation à travers la structure. Le béton polymère (parfois appelé granit époxy) est bien meilleur pour absorber les vibrations que la fonte ou d'autres matériaux de base courants.

Une bonne analogie pour cela est de penser à une cymbale sur une batterie. La raison pour laquelle elle est faite d'alliages de bronze est leur mauvaise capacité à absorber les vibrations – ainsi, elles résonnent quand on les frappe. Sur une batterie, c'est génial, mais sur une machine CNC, c'est terrible. Une vibration excessive peut mener à une mauvaise finition de surface, une imprécision de la pièce, et une durée de vie diminuée des composants de la machine. Pour surmonter ce problème sur un VMC traditionnel utilisant un cadre en fonte, il faut compter sur l'ajout de plus de masse pour contrer la vibration. Cependant, avec DATRON, la structure centrale est renforcée avec du béton polymère – ajoutant un poids considérable tout en ayant des propriétés d'amortissement des vibrations supérieures.

Utiliser des stratégies d'usinage grande vitesse

L'une des raisons importantes pour lesquelles une DATRON peut être construite ainsi vient de la façon dont vous l'utilisez. Sur une machine traditionnelle, les broches à bas RPM et haut couple sont courantes, et les forces de coupe immenses créées nécessitent une machine lourde pour gérer les vibrations et les contraintes. DATRON est intrinsèquement différente dès le départ – puisque les machines sont concentrées sur des pièces et matériaux spécifiques, le choix de la broche peut être adapté bien plus adéquatement, et ça change tout.

La broche DATRON la plus lente a une vitesse maximale de 30 000 tr/min, d'autres allant jusqu'à 60 000 tr/min. La raison est claire – une concentration sur les petits outils de coupe. Comme les outils n'excèdent jamais 1 pouce de diamètre, le besoin de basse vitesse et haut couple n'est tout simplement pas nécessaire. Plus un outil de coupe est petit, plus vous devrez le faire tourner vite pour être efficace. C'est un autre endroit où une DATRON fera des progrès considérables par rapport à un VMC traditionnel : quand les outils sont sous 1/4", l'efficacité commence à chuter rapidement. C'est aussi pourquoi DATRON développe sa propre gamme d'outils de coupe – pour être encore plus efficace et productif avec une broche grande vitesse.

Avec l'efficacité des petits outils, une DATRON peut exploiter son accélération rapide pour utiliser des stratégies d'usinage grande vitesse (HSM) devenues populaires avec les logiciels FAO modernes (par exemple – Dynamic Motion de MasterCAM, Adaptive Milling d'Autodesk). Ces stratégies de fraisage font un excellent travail pour réduire les forces de coupe générées par le fraisage de poches (surtout dans les coins serrés) ce qui peut être particulièrement utile pour maintenir la durée de vie des petits outils. Toutes les machines peuvent bénéficier de ces stratégies, mais les avantages sont encore plus grands sur une machine conçue pour l'usinage grande vitesse.

En résumé, il y a beaucoup de VMC typiques sur le marché, mais une DATRON n'en est pas une. C'est très intentionnel car nous les concevons dès leur concept initial pour un champ d'application réduit afin qu'elles excellent vraiment dans les bonnes applications. Comme je l'ai dit, c'est comme avoir une voiture de course dans un monde de semi-remorques. Êtes-vous prêt à courir ?