Robotique CNC : 5 conseils clés pour augmenter la productivité et la sécurité dans votre atelier

À un moment ou à un autre, nous avons tous besoin d'aide pour le levage de charges lourdes.

Pour les ateliers d'usinage CNC, cela peut signifier des robots pour soulever, positionner et emballer des pièces moulées en métal, certaines pesant des centaines de kilos. Cela signifie aussi moins de stress physique et mental pour les employés, l'atout le plus précieux de tout atelier d'usinage.

Travailler aux côtés d'un robot peut améliorer la productivité des opérateurs en prenant en charge les tâches répétitives et physiquement exigeantes. La robotique CNC augmente la vitesse, améliore l'efficacité et garantit la répétabilité, ce qui se traduit par une meilleure qualité.

Les robots de fabrication CNC peuvent effectuer de nombreuses tâches, réduisant ainsi le stress physique sur les travailleurs de l'atelier.

Conseil n°1 : Explorer les fonctions assurées par les robots

Grâce à la robotique, de nombreux processus de fabrication peuvent être modernisés pour automatiser le travail à haut volume. Que peuvent faire les robots d'usinage ? Eh bien, avec la bonne conception et une programmation adéquate, ils sont incroyablement polyvalents. La robotique industrielle dans un environnement d'atelier CNC s'attaque généralement à des tâches simples mais essentielles.

9 tâches. 1 seul robot.

Voici un exemple de neuf tâches, toutes effectuées dans cet ordre (et de la même manière à chaque fois) par un seul robot :

1. Localiser et orienter une pièce moulée dans un conditionnement à l'aide d'un système de vision
2. La saisir et la soulever
3. Souffler le dispositif de fixation pour éliminer les copeaux avant le chargement
4. La charger dans une machine CNC pour l'usinage
5. Après usinage, souffler la pièce et évacuer le liquide de refroidissement vers la machine
6. Décharger la pièce usinée
7. Ébavurer la pièce (éliminer les arêtes vives et les bavures laissées par l'usinage)
8. Laver la pièce en la chargeant et la déchargeant dans une machine de lavage
9. Placer la pièce sur un convoyeur de sortie

Bien qu'il s'agisse de neuf étapes individuelles, c'est un exemple très simple. Un robot peut également appliquer une matrice de données sur une pièce pour la traçabilité ; peut échantillonner des pièces pour des audits qualité ; et, s'il y a plusieurs pièces, le robot assure leur suivi sans les mélanger.

Examinons les différentes fonctions d'un robot :

• Prise de pièces — Les pièces peuvent être prélevées dans des conditionnements, sur des convoyeurs, des supports et des dispositifs. Lorsque les pièces ne sont pas placées de manière répétitive, comme dans un conditionnement ou sur un convoyeur, des systèmes de vision sont utilisés pour les localiser et les orienter avant qu'elles ne soient saisies et soulevées
• Retournement/manipulation/déplacement de pièces — Un robot peut retourner une pièce, la poser sur un support et la reprendre par l'arrière avec un autre préhenseur/outil
• Chargement et déchargement — Les robots chargent et déchargent des pièces dans/sur de nombreux emplacements : dispositifs dans une machine CNC, supports de file d'attente, laveuses, équipements d'essai sous pression, convoyeurs, conteneurs de produits finis, postes opérateur, machines à mesurer tridimensionnelles (MMT), etc.
• Soufflage — Certains robots soufflent les copeaux métalliques et le liquide de refroidissement hors d'une pièce et d'un dispositif ; les copeaux sont éliminés et recyclés, le liquide de refroidissement revient dans la cuve pour être réutilisé
• Ébavurage — Les robots peuvent éliminer les arêtes vives qui subsistent après l'usinage
• Dérivation de pièces — Si deux pièces similaires sont fabriquées, le robot les maintient séparées et échantillone également la N-ième pièce pour un contrôle qualité ; les pièces défectueuses (suite à un essai sous pression échoué, par exemple) peuvent être automatiquement isolées pour être retirées, analysées et mises en quarantaine
• Traçabilité des pièces — Les robots maintiennent une pièce face à un marqueur direct (DPM) pour recevoir une marque de matrice de données et la maintiennent face à un lecteur pour vérifier la marque et suivre la pièce
• Emballage — Les robots emballent les pièces et manipulent les matériaux d'emballage. À l'aide de ventouses, les robots prennent et placent des intercalaires en plastique entre les couches verticales de pièces. Pour les pièces plus grandes (couvertures de moteur, par exemple), un séparateur en contreplaqué est placé à l'aide d'une préhension mousse-air plus résistante
• Mise en file d'attente — Les robots mettent en file d'attente les pièces d'entrée, en cours et finies, maintenant les machines en fonctionnement et éliminant le besoin pour les travailleurs d'emballer une pièce à la fois

Conseil n°2 : Maîtriser la programmation des robots

Comment les robots savent-ils comment et quand effectuer toutes ces fonctions ? Les robots sont « enseignés » des mouvements et des comportements sous forme de séquence de points et de fonctions ; ils sont programmés. Par exemple, un opérateur CNC guide le bras du robot tout au long d'une opération, enseignant les points, puis le robot répète l'opération encore et encore. Les opérations peuvent mettre à jour les robots pour s'adapter aux changements et aux problèmes sans dépendre de l'ingénierie.

La partie la plus difficile est la mise en place d'une toute nouvelle cellule de fabrication robotisée, qui implique une expertise en logique, de nombreuses fonctions et sous-fonctions, entrées et sorties, suivi et manipulation des pièces... et beaucoup d'ingénierie et d'expérience de programmeur expert.

Tout ce travail fait que le coût d'implémentation initial de l'utilisation de la robotique d'usinage est assez élevé : le robot lui-même, la conception en amont, le choix des bons préhenseurs, la programmation du robot, la détermination de la façon dont le robot va s'intégrer aux processus établis, etc. Cela nécessite un travail important en amont pour accomplir ces tâches.

La programmation de la robotique CNC requiert une expertise en logique et une expérience d'ingénierie experte.

Conseil n°3 : Examiner votre situation unique avant d'ajouter un robot

Regardez vos objectifs pour rester compétitif. Pour les atteindre, devez-vous réduire les coûts de production et/ou augmenter la productivité ? Réfléchissez à la façon dont l'ajout d'un robot — par rapport à l'embauche de nombreux employés — peut y parvenir.

Ensuite, anticipez. Vos projections à venir incluent-elles de nombreux projets répétitifs et physiquement exigeants (levage de charges lourdes, comme le chargement et le déplacement de pièces moulées) ?

Soyez patient et planifiez correctement. Le délai de livraison d'un robot pourrait être de 8 mois ou plus. Ce n'est pas significativement plus long que pour une machine CNC, mais cela pourrait tout de même créer un goulot d'étranglement dans vos plans.

Un atelier d'usinage CNC avec une expertise en ingénierie en interne est le mieux adapté pour travailler avec un distributeur de robotique et introduire la robotique dans l'atelier. Avoir des tâches bien définies — l'atelier gère les défis d'ingénierie ; le fournisseur de robotique gère les problèmes directement liés au robot — permet de maintenir la production en marche.

Enfin, quelles autres nouvelles technologies peuvent améliorer les processus de production d'usinage CNC ? L'intelligence artificielle (usinage CNC par IA) peut-elle travailler main dans la main avec la robotique CNC pour des gains de productivité supplémentaires ?

En savoir plus sur l'importance des pièces usinées de précision grâce à notre ressource : Guide de l'industrie de l'usinage CNC.

Conseil n°4 : Comprendre la différence entre machines CNC et robots

Comparons brièvement les centres d'usinage CNC aux robots de fabrication CNC.

Les machines CNC sont des machines de coupe hautement automatisées et standardisées, conçues pour l'usinage de précision : fraisage, perçage, alésage, réamorçage, filetage, etc. utilisant des broches tournant jusqu'à 15 000 tr/min. Un robot n'a pas de broche et ne peut pas atteindre une précision exacte, mais il effectue définitivement des actions répétables de manière efficace et fiable, généralement à l'aide de préhenseurs, d'outils d'ébavurage, de vision et d'air comprimé.

Les robots utilisent des bras à 6 axes et sont excellents pour déplacer une pièce du point A au point B, tandis que la géométrie de la pièce et de l'outil de travail d'une machine CNC utilise 3, 4, 5, voire 6 axes.

Avoir un robot dans une cellule de travail offre une flexibilité pour l'opérateur. Le robot peut travailler à partir d'une file d'attente de pièces, maintenant l'équipement en fonctionnement pour plusieurs cycles de machine. Bien fait, les robots simplifient le travail de l'opérateur CNC, ce qui signifie que les opérateurs franchissent la courbe d'apprentissage plus rapidement. Au final, cela améliore la flexibilité de la planification de l'équipe de production.

Parlant de main-d'œuvre, ni les robots CNC ni les machines CNC ne sont performants seuls ; ils nécessitent des opérateurs et des programmeurs qualifiés. Et, même avec l'afflux de l'IA, ils ne peuvent pas penser de manière créative ni résoudre des problèmes, et ils n'apportent rien à la culture d'un atelier d'usinage CNC. Ainsi, bien que la robotique CNC soit constamment productive et ne nécessite pas de congés maladie, elle ne peut pas tout faire.

Conseil n°5 : Choisir un atelier d'usinage CNC qui utilise des robots

Tous les ateliers d'usinage CNC n'utilisent pas de robots. Les petits ateliers et ceux qui se spécialisent dans les pièces à faible volume et hautement personnalisées n'utilisent généralement pas de robots. Les ateliers d'usinage CNC utilisant des robots peuvent soumettre des devis compétitifs pour des projets à haut volume dans le cadre de contrats à long terme. Un autre avantage est la façon dont les robots aident à éliminer l'épuisement professionnel du personnel, tant physiquement que mentalement. Préféreriez-vous utiliser un palan pour soulever lentement une pièce de 40 kg ou utiliser un robot pour la déplacer rapidement et en toute sécurité ?

Sans aucun doute, un atelier d'usinage CNC doit donner la priorité à l'usinage de précision ; cela doit rester le cœur de métier. Ce n'est qu'ensuite que les robots doivent être envisagés pour rendre la fabrication plus rapide, moins coûteuse et plus constante.

En général, les gens deviennent de plus en plus favorables aux robots au fil du temps. Avec la formation et l'éducation, de nombreux opérateurs CNC sont également devenus des experts en robots de fabrication CNC. Certains sont devenus ingénieurs et superviseurs, aidant à maintenir, former et améliorer les systèmes robotiques.

Les robots effectuent de nombreuses actions répétables dans un atelier d'usinage, mais ils ne peuvent pas reproduire la précision d'une machine CNC.

Réflexions finales sur les coûts, l'implémentation et Stecker

Les robots de fabrication CNC ne sont pas chers, mais l'intégration l'est, le processus initial étant souvent long et coûteux. Même de petits changements sur une ligne signifient reconcevoir et réaffecter les cellules de travail robotisées.

À titre d'exemple, un projet chez Stecker s'est décomposé ainsi :

• 4 centres d'usinage CNC = 75 % des coûts externalisés
• 2 robots = 10 % des coûts externalisés
• Automatisation (équipement, programmation) = 15 % des coûts externalisés

Les robots étaient en fait l'aspect le moins coûteux de ce projet.

Autant bénéfiques soient-ils, les robots CNC sont peu flexibles, la mise en place d'un nouveau système prenant 3 à 6 mois, et la technologie n'est pas facilement réutilisable. Une fois une ligne prête, vous voulez en tirer pleinement parti. Par exemple, chez Stecker, nous travaillons à améliorer la façon dont les robots fonctionnent en « lights out » (sans opérateur), jusqu'à huit heures d'affilée.

Parce que notre objectif est de produire des pièces de haute qualité le plus rapidement possible, nous devons souvent repenser nos conceptions pour qu'elles soient à la fois rapides et robustes. Notre processus général consiste à mettre les machines CNC en route, produire des pièces, valider l'usinage, puis automatiser.

Les ateliers d'usinage CNC haut de gamme utilisent la robotique CNC à son plein potentiel, mais comment savoir quand un partenariat est le bon ? Consultez notre guide (et neuf scénarios) pour voir quand travailler avec un expert CNC est le meilleur choix. Cliquez ci-dessous pour obtenir votre exemplaire.

À propos de l'auteur

Matt dirige les équipes Ressources Humaines et Marketing de SMC. Il a travaillé pour Stecker Machine sur des projets couvrant la fabrication CNC, la robotique, le marketing entrant et le leadership. Il aime appliquer son parcours d'ingénieur à tout défi commercial.