Ce nouveau tour CNC multibroches est-il le bon choix pour votre atelier ?

Davenport Machine Company a trouvé un bon design de machine multibroches juste après le tournant de ce siècle. Il était assez bon, selon Don Firm, président, pour que de nombreuses pièces soient interchangeables entre un modèle DA 1908 exposé au siège de Rochester, New York, et le modèle B 1996 en construction dans l'usine.

Cependant, le monde qui abrite les Davenport, et les tours automatiques multibroches en général, change rapidement. Les pressions du marché, sous forme de tailles de lots plus petites et d'exigences de tolérance plus élevées, ajoutées à une pénurie de personnel de configuration qualifié, soulèvent des questions sur l'augmentation des vénérables automatiques multibroches.

M. Firm dirige un effort de Davenport pour créer une machine multibroches pour le prochain siècle. La technologie servo CNC a évolué jusqu'à un point d'application pratique aux multibroches.

Il voit cette nouvelle machine, désignée LS 522, comme une réponse aux problèmes des ateliers de tours automatiques et comme une alternative de processus pour les ateliers non-spécialisés. Lors d'une visite récente, nous avons eu un aperçu de cette machine avant son introduction à l'IMTS 96.

Bases du multi Les machines multibroches produisent des pièces rapidement car leur design permet plus d'une opération de coupe à la fois. En général (car il y a de nombreuses variations), chaque broche sur un multi est intersectée par deux axes indépendants de mouvement d'outil.

L'un est le chariot transversal, qui déplace un outil de coupe perpendiculairement à la ligne de centre de la broche. Le second chariot porte les outils de bout et se déplace sur l'axe depuis l'extrémité poupée mobile. Respectivement, l'outillage sur ces chariots équivaut aux outils OD et ID sur un tour monobroche. Mais une machine multibroches peut utiliser un outil OD et un outil ID sur chaque broche, en même temps. Les machines Davenport ont cinq broches, donc elles peuvent mettre au moins dix outils en coupe à la fois.

Les broches sur un multi sont montées sur la périphérie d'un tambour indexable. Comme toutes les opérations de coupe sur une machine multibroches se produisent simultanément, chaque index du tambour produit une pièce finie. Sur un Davenport à cinq broches, ce sont cinq pièces pour chaque rotation du tambour.

Quantité ou Qualité

Depuis aussi loin qu'on se souvienne, le tour automatique multibroches a tenu le titre de production de grand volume pour petites pièces de révolution. Mais il ne tourne pas les pièces plus vite que d'autres designs. Parce que beaucoup de multis sont des machines à barres, les vitesses de broche sont conservatrices comparées aux tours à mandrin et lentes comparées aux capacités des centres de tournage CNC monobroche.

Le secret de la vitesse de traitement multibroches est le temps de cycle cumulatif versus additif. Elles font cela en divisant le cycle de traitement de la pièce en nombreuses petites opérations, puis en exécutant ces opérations simultanément sur plusieurs broches.

Les temps de cycle sur un multi sont déterminés par l'opération de coupe la plus longue à une station. Voici un exemple. La station trois a une opération de perçage sur chariot de bout qui prend 0,75 seconde (incluant l'index). La suivante plus longue est une rainure sur chariot transversal à la station quatre à 0,65 seconde. Comme le multibroches peut utiliser toutes les stations en même temps, le temps de cycle reflète l'opération la plus longue, ici 0,75 seconde.

En général, les automatiques multibroches sont mieux connus pour la vitesse que pour la précision. Les mécaniques avec leurs cames, arbres, leviers et autres dispositifs d'actionnement empilent trop d'imprécisions pour produire de façon constante les nombreuses spécifications de tolérance serrée demandées par les clients.

Pour des tolérances plus serrées, beaucoup d'ateliers se tournent vers les centres de tournage CNC monobroche. "Leur programmabilité et contrôle servo du contourage permettent des tolérances plus serrées d'un ordre décimal par rapport à la plupart des automatiques", dit M. Firm.

Comme le tournage monobroche est un processus séquentiel, ces machines ne peuvent pas produire les volumes d'une machine multibroches. Une passe d'ébauche est suivie d'une passe de finition. Une opération de surfacage précède un perçage ou alésage.

Donc, le temps de cycle sur un centre de tournage est additif. Le temps requis pour chaque opération est additionné et la somme devient le temps de cycle. Les vitesses et avances peuvent réduire le temps global en effectuant chaque coupe plus vite, mais le processus reste séquentiel.

Presse automatique

Les automatiques multibroches sont parmi les derniers domaines de contrôle de mouvement purement mécanique. La plupart se trouvent dans des ateliers spécialisés dans la fabrication de "pièces de tour automatique". Parmi ces ateliers, beaucoup sont plus connus pour la marque de machines qu'ils utilisent que pour les produits qu'ils produisent. Il y a des ateliers Davenport, New Britain, Acme, etc.

Il y a une bonne raison pour laquelle les ateliers se spécialisent dans une marque donnée. C'est un technicien très qualifié qui peut configurer un de ces tours automatiques. Chaque machine a des caractéristiques spécifiques.

Configurer et faire tourner un multibroches est une opération manuelle. Il faut beaucoup de compétence et d'expérience pour "ajuster" les mécaniques qui font fonctionner ces machines. Malheureusement, il y a une pénurie croissante de personnel capable de le faire.

Ce manque de personnel est exacerbé par un besoin croissant de configurer les machines multibroches plus fréquemment. Les travaux de longue série, le pain quotidien de l'industrie du tour automatique, raccourcissent.

Les ateliers trouvent la concurrence pour les contrats traditionnels féroce car il y a moins de tels contrats. Les clients commandent des pièces en petits lots mais plus fréquemment, répondant en partie aux exigences de stock juste-à-temps et partly aux cycles de vie des produits plus courts.

Certains ateliers gardent une machine configurée en permanence pour des travaux récurrents. Quand une commande est finie, la machine reste inactive. Les ateliers doivent décider entre le coût de configuration et démontage et ne pas faire tourner la machine. Avec l'augmentation des pressions sur les marges, ne pas utiliser pleinement les ressources devient difficile à justifier.

Nouveautés

De la base up, le nouveau LS 522 de Davenport est une nouvelle machine. La base est une pièce unique coulée dans un mélange époxy-granit. Ce matériau composite a d'excellentes caractéristiques d'amortissement des vibrations et de stabilité thermique.

Le design de la base laisse l'extrémité poupée mobile ouverte. Un convoyeur à copeaux avec bac de récupération de fluide peut glisser dans cette ouverture et se positionner directement sous la zone de coupe. Copeaux et fluide sont dirigés vers le convoyeur par des gorges moulées dans la base.

La technologie habilitante pour cette nouvelle machine est son système de contrôle de mouvement. "La technologie servo est maintenant à un point où son application à un multibroches est pratique", dit M. Firm. "Il y a cinq ans, juste l'électronique utilisée sur le LS 522 coûterait plus que le prix de base projeté de la machine."

En excluant le moteur d'entraînement de broche principal, il y a dix axes linéaires programmables sur le LS 522. Chaque chariot transversal et chariot de bout a son servomoteur dédié. Le fonctionnement de ces moteurs électriques est significativement plus silencieux qu'un système d'actionnement mécanique.

Pour émuler le mouvement de course généré par une came, ces servos compacts utilisent un réducteur intégré qui transforme le mouvement rotatif du servomoteur en mouvement linéaire créant la course sur un arbre de sortie. Le moteur linéaire se couple directement à son chariot d'outil respectif, éliminant le besoin de vis à billes. La course de ces moteurs est entièrement programmable.

Le réducteur fournit un avantage mécanique qui donne à l'arbre de sortie une poussée suffisante évaluée à 800 livres par chariot — pour enfoncer des outils de forme dans la plupart des matériaux.

Le positionnement d'index du porte-broche est critique pour la précision dimensionnelle de la pièce. Un accouplement multi-dents Hurth est utilisé pour asseoir le porte-broche. Temps d'index : 0,4 seconde. Capacités barre : 0,875 pouce pour rond, 0,625 pour carré, 0,75 pour hexagone.

L'entraînement principal est un moteur AC 14 ch qui entraîne les cinq broches par un système planétaire. Les vitesses sont programmables via le CNC et vont de 250 à 6 000 tr/min. Les broches individuelles peuvent être programmées pour s'arrêter pour fraisage en travers, perçage transversal ou taraudage transversal.

Le contrôle du nouveau Davenport est un PC 486. Pour actionner les axes, une carte de contrôle de mouvement communique entre l'ordinateur et les servos. Une boucle de rétroaction SERCOS, utilisant des câbles à fibre optique pour lier les servos à la carte, transporte les données de position vers et depuis les servomoteurs.

Précision ?

"Les capacités de précision dimensionnelle des multibroches mécaniques Davenport s'épuisent quand des tolérances supérieures à 0,002 pouce sont nécessaires", dit M. Firm. "Ils n'étaient simplement pas conçus pour délivrer de meilleures tolérances."

C'est une autre motivation pour créer le LS 522. L'application de servomoteurs à la place des cames et l'utilisation d'un accouplement Hurth sur le tambour augmentent la précision de la nouvelle machine à ±0,0002 pouce.

Accélération de la configuration

"Les multibroches mécaniques traditionnels, Davenport inclus, peuvent prendre de 12 à 48 heures pour configurer la machine pour un nouveau travail", dit M. Firm. "Le changement complet pour ce nouveau multibroches sera d'environ deux heures, et bien moins pour une famille de pièces. Avec des configurations si courtes, il n'y a pas de raison de limiter l'utilisation des ressources en dédiant des machines à des travaux spécifiques."

La clé pour réduire le temps de changement est la programmabilité des servomoteurs. Le mouvement des chariots transversal et de bout sur une machine mécanique est créé par une came. L'ajustement fin de la course (compensation d'axe) est un processus chronophage d'essais-erreurs avec ajustements mécaniques habituellement requis sur chacun des dix chariots mobiles.

La technologie servo, à la place des cames, modifie dramatiquement ce processus. Avec course programmable, mouvements rapides et avances sont réglés par frappes. La compensation de déport d'outil est réalisée sur la commande.

Deux points de référence sont utilisés pour chaque broche. Zéro longitudinal est le point de départ pour le chariot transversal. La ligne de centre de la broche est le point zéro radial pour le chariot de bout. Tous les mouvements d'axe sont des nombres positifs depuis ces points de départ. Comme les machines à cames, chaque mouvement d'axe est une plongée. L'outillage de forme standard est utilisé sur le nouveau Davenport pour que les ateliers n'aient pas à jeter leur outillage de stock.

Un opérateur/programmeur entre simplement une dimension de départ et de fin. Une base de données résidente calcule les avances entre 0,0002 et 0,050 pouce par tour. L'entrée est répétée pour chaque chariot. L'affectation et la séquence d'opérations se font via une feuille de planification de processus.

Les forces qui façonnent les opérations de tournage de production demandent aux ateliers de regarder le traitement des pièces sous un jour différent. Le temps de cycle a été presque exclusivement la mesure de productivité et un benchmark important pour soumissionner avec succès.

Clients et ateliers sont encore très conscients du temps de cycle. Son importance ne doit pas être sous-estimée. Cependant, le temps de cycle total pour une série ne doit pas être ignoré non plus. Avec le raccourcissement des séries et le besoin de répondre rapidement à l'ordonnancement JIT, le temps de cycle total — ce qui se passe avant et après la coupe — est un indicateur d'efficacité de plus en plus important. La vitesse à laquelle un atelier peut changer de travail est clé pour presser plus de marge d'une série. Et la capacité de débit global d'un atelier est plus souvent qu'autrement le facteur clé pour gagner ou perdre un contrat.

Conquérir de nouveaux mondes

C'est pratiquement acquis que le nouveau Davenport LS 522 trouvera un marché d'accueil dans les ateliers de tours automatiques. Le système d'actionnement servo duplique fidèlement la fonctionnalité et la vitesse des machines mécaniques.

L'expérience de traitement acquise sur les multibroches mécaniques est directement transférable à la machine CNC. L'outillage aussi est applicable sans modification.

"L'efficacité du traitement simultané est incontestée", dit M. Firm. "Libérer les ateliers du fardeau des longs changements, permettre la production de tolérances plus serrées, simplifier l'opération tout en maintenant des vitesses de traitement aussi bonnes ou meilleures que les mécaniques est la promesse de cette nouvelle machine."

Dans le domaine du tournage de production non-spécialisé, Davenport s'attend à ce que le LS 522 fournisse une alternative de traitement aux centres de tournage monobroche, monobroche. Ces ateliers connaissent la programmation mais beaucoup sont moins familiers avec les outils de forme et la planification de processus pour opération simultanée.

Si ces ateliers font la transition du tournage contour à deux axes, monobroche, vers le tournage à outil de forme à axe unique, M. Firm voit des ateliers de tournage de production moyenne à forte appliquer ces nouvelles machines multibroches pour augmenter dramatiquement leur débit.

Est-ce pour vous ?

Il y a essentiellement deux types d'ateliers qui pourraient considérer ce nouveau multibroches. Ce sont les ateliers de tours automatiques et les ateliers avec applications de tournage à volume moyen/élevé, mélange élevé, actuellement faites sur centres de tournage monobroche.

Les ateliers de tours automatiques devraient reconnaître les exigences de configuration réduites sans perdre la fonctionnalité mécanique comme un atout de production. Étendre la capacité de l'atelier pour inclure économiquement des séries plus courtes et des tolérances plus serrées a du sens dans l'environnement de fabrication d'aujourd'hui.

Pour les ateliers utilisant le tournage monobroche monobroche, une transition vers plusieurs broches et outillage de forme représente un changement significatif de technique. "Changer la façon dont vous traitez les pièces n'est jamais facile", dit M. Firm. "Il faut considérer les coûts de l'outillage de forme par rapport aux outils monobroche. C'est une façon différente de tourner les pièces qui doit être apprise."

Mais cela peut valoir le changement si les exigences de qualité peuvent être maintenues tout en réalisant une augmentation significative de la production. Plus de débit par machine signifie plus de travaux sur chaque machine.

Donc, si tourner un mélange élevé de pièces de précision en volume moyen à élevé est votre affaire, les ateliers qui n'ont pas considéré les machines multibroches CNC avant pourraient trouver ce nouvel outil machine digne d'un regard comme complément de traitement aux centres de tournage monobroche ou alternative aux automatiques.