Intégrer les dispositifs de bridage et de guidage dans la fabrication intelligente pour une production rapide

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Au sommet de la production moderne se trouvent les systèmes de fabrication intelligente. Ils sont optimisés pour une demande flexible de pièces à usiner et peuvent être reconfigurés rapidement pour répondre aux demandes changeantes des clients. La véritable usinage rapide n'est possible qu'avec ces systèmes. Cependant, l'installation et la configuration initiale de tous les composants sont très complexes. Aujourd'hui, nous allons discuter des systèmes de bridage et guidage (jigs & fixtures) pour les solutions de fabrication intelligente, mais regardons d'abord l'état actuel de cette technologie.

La fabrication intelligente aujourd'hui

La fabrication intelligente est l'une des parties inséparables de la théorie de l'Industrie 4.0. Le marché de la fabrication intelligente est encore à son stade de développement car le concept est encore en cours de perfectionnement. Cependant, on s'attend à ce que le marché explose dès que la technologie aura suffisamment de solutions. Les systèmes de fabrication intelligente répondent vraiment aux exigences du client moderne : usinage rapide de petites séries, voire de pièces uniques personnalisées, dans les plus brefs délais. Actuellement, il existe un certain nombre de solutions qui automatisent le module d'usinage rapide dans une large mesure. L'automatisation de la machine-outil est facile : il suffit de charger les programmes NC nécessaires dans le bon ordre.

Le vrai défi est le chargement/déchargement des pièces et leur fixation en position correcte. Si le chargement/déchargement est fait par des bras robotiques, la fixation de la pièce en position correcte pendant l'usinage relève des dispositifs de guidage (jigs). Le problème principal est que les pièces traitées par un système de fabrication intelligente doivent être différentes.

Pourquoi créer des systèmes de bridage intelligents est nécessaire

Un système de fabrication intelligent typique comprend : la machine-outil, l'outil de coupe, le brut (ou la pièce en fin de processus), les dispositifs de bridage et guidage, un mécanisme de chargement, des silos contenant pièces et bruts, et un ensemble de capteurs de contrôle pour coordonner l'ensemble.

Le cycle typique se déroule ainsi : le bras robotique prend le brut dans le silo et le place sur le dispositif de guidage. Les dispositifs de bridage serrent la pièce en place et la machine-outil démarre. Une fois l'usinage rapide terminé, les bridages desserrent et le bras robotique décharge la pièce pour la placer dans un autre silo. Le processus semble simple, pourquoi la phase de configuration est-elle considérée comme complexe ?

La raison principale est que le système peut devoir fabriquer des pièces complètement différentes. D'abord une pièce petite et cylindrique, puis une plaque, puis un vilebrequin. Chacune nécessite un bridage spécialisé. Les solutions de bridage intelligentes peuvent résoudre ce problème en partie. La robotique permet de créer des dispositifs de guidage et de bridage ajustables, capables de serrer toute une gamme de pièces similaires.

Dispositifs de guidage et de bridage pour la fabrication intelligente

Précisons d'abord la différence entre dispositif de guidage (jig) et dispositif de bridage (fixture) : les mouvements possibles. Les dispositifs de guidage limitent le brut dans la zone de travail de la machine-outil. Par exemple, ils incluent des butées empêchant le mouvement horizontal de la pièce sur la table d'une fraiseuse. Les dispositifs de bridage sont des outils spéciaux qui fixent la pièce en place. Par exemple, un boulon et un écrou spécial forment un dispositif de bridage s'ils servent à fixer le brut. Chez WayKen, nous sommes spécialisés dans l'usinage CNC de précision à délai court, idéal pour le prototypage rapide, les essais d'ajustement et de forme, les dispositifs de bridage et guidage, et les composants fonctionnels pour applications finales.

Il existe de nombreux types de mécanismes de guidage et bridage. Le plus simple et le plus flexible comprend un certain nombre de blocs standards assemblés par boulons. On peut les utiliser comme des LEGO pour obtenir de nombreuses configurations. Cependant, l'assemblage de tels dispositifs prend beaucoup de temps. Une autre méthode flexible est d'acheter des pinces, mandrins, etc. universels standards. C'est efficace pour l'usinage manuel car l'opérateur peut vérifier le montage et le corriger si besoin. Mais un système de fabrication intelligente a besoin d'un dispositif de guidage automatisé et flexible.

Principales étapes de la conception de dispositifs de guidage et bridage pour systèmes de fabrication intelligente

Concevoir des dispositifs de guidage et bridage pour la fabrication intelligente est un processus complexe. Il peut souvent être plus difficile que le développement du produit qui sera usiné sur ces dispositifs. Voici les principales étapes pour obtenir l'outil de bridage CNC souhaité.

1. Choix des surfaces de référence. Si possible, on peut avoir plusieurs jeux de surfaces de référence dans un même système, le rendant encore plus flexible.
2. Choix de l'intervalle d'ajustement. C'est ici que vous définissez le degré d'intelligence de votre système. Plus l'intervalle est variable et large, plus l'outillage sera sophistiqué.
3. Choix des dispositifs de bridage.
4. Choix du mécanisme de bridage. Les systèmes automatisés peuvent utiliser un entraînement électrique, pneumatique, hydraulique ou mixte. Le choix dépend principalement du type d'entraînement de la machine-outil. Cependant, certains outils spécifiques nécessitent leur propre entraînement. Par exemple, les dispositifs à vide ne fonctionnent qu'avec des entraînements pneumatiques et les dispositifs magnétiques doivent utiliser des entraînements électriques.
5. Conception de l'assemblage complet. C'est là que vous concevez toutes les pièces et déterminez le cycle exact de fonctionnement du dispositif.
6. Programmation de l'outillage. Pour être automatisé, les entraînements sont contrôlés par un programme NC spécial qui doit être créé pour chaque système.
7. Préparation à la fabrication.

Pourquoi le développement de dispositifs de bridage est important

Les systèmes de bridage intelligents et ajustables offrent de nombreux avantages qui justifient un processus de développement et de fabrication long et complexe.

1. Ils réduisent le coût de fabrication. Un dispositif de guidage intelligent bien conçu peut remplacer tout un ensemble de mécanismes de bridage plus simples.
2. Ils excluent l'opérateur du processus. C'est important pour que les systèmes de fabrication intelligente fonctionnent automatiquement et que même la reconfiguration du système pour un autre lot puisse être entièrement robotisée.
3. Ils font gagner du temps. Le processus le plus chronophage dans l'usinage rapide est la configuration du système pour un lot différent de pièces. Comme le système de bridage intelligent est ajustable, vous pouvez usiner de nombreuses pièces différentes sans changer l'outillage. Il suffit de vérifier que les pièces restent dans les limites d'ajustement.