Rationaliser la conception des pièces et composants améliore l'efficacité et la valeur

Milltronics Manufacturing Company, constructeur de machines-outils à commande numérique (CN) situé à Waconia, Minnesota, est un fabricant et commercialisateur majeur de centres d'usinage, fraiseuses d'atelier et fraiseuses à portique, et tours d'atelier de haute qualité et rentables, vendus aux États-Unis et à l'étranger.

Au cours de son histoire de près de 25 ans, Milltronics a changé sa philosophie marketing plusieurs fois pour survivre dans un secteur très concurrentiel. À l'origine, ils fabriquaient et commercialisaient des systèmes CN (un ordinateur programmé avec des informations dimensionnelles qui commande les mouvements des fraiseuses) aux constructeurs de machines-outils nationaux. À mesure que de plus en plus d'importations entraient sur le marché, les fabricants américains se retiraient, convaincus de ne plus pouvoir concurrencer.

Avec un nombre décroissant de constructeurs nationaux, Milltronics a commencé à vendre des produits clé en main, installant leurs propres CN sur des machines importées. Des sanctions gouvernementales supplémentaires ont presque épuisé leur source de machines, ainsi que la source de fonte pour les quelques clients restants. À ce stade, leur seul choix restant était de construire les machines eux-mêmes. C'était une voie que beaucoup avaient essayée plus tôt, et échouée. La différence était dans la manière dont ils l'ont fait. Milltronics attribue une grande partie de son succès au maintien du nombre de pièces dans leurs machines au minimum et à la conception de composants qui résolvent plusieurs besoins.

Ils ont nommé leur nouvelle gamme de produits « Partner », ce qui définit l'attitude globale de l'entreprise. Milltronics a développé des « partenariats » avec ses employés, fournisseurs et clients. Cette stratégie, à son tour, a influencé la capacité technique, la tarification compétitive et la redéfinition d'un segment entier de machines-outils.

C'est grâce à ce partenariat entreprise/fournisseur que Milltronics a résolu un problème d'ingénierie préoccupant qui menaçait la qualité et la conception future de l'une de ses gammes de produits les plus populaires — les centres d'usinage CNC. L'entreprise installait des servomoteurs DC à balais sur les machines qui ne pouvaient pas offrir la supériorité technique et de performance des servomoteurs AC.

Lorsque le constructeur a décidé d'installer des moteurs sans balais sur le centre d'usinage de série VM17, Robert Page, ingénieur électricien responsable des servovariateurs et moteurs, est devenu partie intégrante de ce changement d'ingénierie. « Nous avions déterminé au début de ce projet que le marché exigeait des systèmes sans balais », dit M. Page, « principalement en raison de leur vitesse et fiabilité. » Il y avait des moteurs DC à balais rapides sur le marché mais, comparés à la technologie sans balais plus récente, étaient considérés comme dépassés. « En général », note M. Page, « les moteurs sans balais sont plus rapides et le besoin de changer les balais ou de se soucier des limites de commutation est éliminé. »

L'entreprise a expérimenté diverses combinaisons de servovariateurs et moteurs de divers fabricants sur une période de 18 mois. Dans certains cas, ils ont testé des produits du même fabricant ; dans d'autres, ils ont mélangé et assorti. « Nos résultats n'étaient pas si bons », déclare M. Page. « Nous avions encore des problèmes et continuions à rechercher des options plus faciles à utiliser et plus fiables. »

L'entreprise a commencé à examiner le système Sigma Servo de Yaskawa Electric (Northbrook, Illinois), une combinaison compacte et haute performance de servomoteurs sans balais assortis d'amplificateurs tout-numériques flexibles. La famille de produits Sigma offrait un couple/inertie plus élevé, un couple par longueur et un couple par dollar plus élevés que les autres systèmes analysés.

Peter Gennuso, directeur des ventes régional, groupe ventes machines-outils Yaskawa, a organisé la livraison de servomoteurs sans balais, variateurs et câbles à Milltronics pour installation sur un centre d'usinage prévu pour le salon IMTS en septembre 1996. « J'ai été très impressionné par la vitesse et la performance globale de ce modèle prototype », déclare M. Page. « Il a généré un énorme intérêt de la part des clients au salon qui devenaient plus avertis à l'époque sur la technologie et la performance des moteurs AC numériques sans balais. »

Les représentants techniques de Yaskawa étaient également très soutenants. « Chaque fois que nous demandions de l'aide, ils se présentaient immédiatement pour travailler avec notre personnel. Je sais qu'un technicien a passé deux jours dans nos installations pour s'assurer que les variateurs étaient totalement adaptés », dit M. Page. « Le soutien a toujours été très bon — l'une des choses que nous avons aimées dès le début. Ils se sont démenés pour nous fournir différents modèles de servos Sigma Yaskawa pour tests dans nos unités prototypes, et n'ont pas hésité à reprendre ceux que nous ne choisissions pas. Yaskawa nous a donné les outils nécessaires pour faire la découverte initiale et lancer les choses. La courbe d'apprentissage a été rapide grâce à leur effort d'ingénierie et aux connaissances techniques qu'ils ont fournies dans l'usine. »

« Nos tests d'ingénierie utilisant les servomoteurs et variateurs sans balais ont montré d'excellents résultats », ajoute M. Page. « Ils ont performé exactement de la même manière à chaque mise en marche — d'une machine à l'autre. Cela a rendu ma vie beaucoup plus facile car maintenant je n'ai pas à affiner les servomoteurs et variateurs. Ils sont absolument uniformes et fonctionnent toujours. »

Récemment, Milltronics effectue des tests beaucoup plus rigoureux pour s'assurer que ses machines sont précises. L'un des plus rigoureux est le test de la boule-barres Renishaw. La machine est programmée pour couper un cercle qui est mesuré pour la circularité afin de voir à quel point il est proche de la perfection théorique. C'est une opération difficile pour les moteurs de machines-outils à entraîner et contrôler. C'est complet, car il mesure tous les aspects de la machine. Selon M. Page, les servomoteurs sans balais produisent des cercles ronds et lisses — à chaque fois.

La configuration du système, le réglage des paramètres, l'auto-réglage, la surveillance de performance et le dépannage sont rendus beaucoup plus faciles avec SVMON, le logiciel du système Sigma. « C'est très facile à utiliser », note M. Page. « SVMON permet de brancher un câble RS-232 sur l'avant du variateur, et de télécharger les paramètres en environ 15 secondes. Un fichier de paramètres est maintenu pour chaque axe de ces machines, donc nous mettons simplement les variateurs sous tension, téléchargeons les paramètres, et ils sont prêts. »

Tim Rashleger, directeur des opérations, pensait au début de la phase de test que les moteurs et variateurs sans balais Sigma Servo et, simultanément, le niveau technologique supérieur qu'ils fournissent, seraient trop chers — que cela coûterait trop cher, et que la courbe d'apprentissage pourrait être trop longue pour lancer le produit. Mais il s'est avéré que c'était tout le contraire. « Le coût de l'adoption des moteurs et variateurs Sigma Servo Yaskawa était en fait inférieur à l'effort précédent », dit-il. « Je pense que cela tombe dans quatre catégories. Premièrement, la courbe pour mettre le produit à niveau et prêt à partir a été très rapide. Deuxièmement, le prix était meilleur que nous le pensions. Lorsque le prix a été intégré à nos chiffres de volume, ils étaient faciles à justifier. Troisièmement, techniquement sur le terrain, les moteurs et variateurs Sigma Servo s'assemblent plus vite et testent plus vite. Le dépannage est minimal car ils fonctionnent. Et quatrièmement, quand ils sortent sur le terrain, nous n'avons pas de coûts de remplacement et de service et, par conséquent, de clients mécontents. Donc, il s'avère que le coût global d'utilisation des servos Sigma Yaskawa est favorable par rapport à ce qui pourrait être une technologie inférieure. »

La gamme de produits Milltronics est divisée en centres d'usinage et machines d'atelier. Deux tiers de son activité proviennent de la gamme des centres d'usinage et un tiers des produits d'atelier. Il y a six modèles de centres d'usinage Milltronics, allant de 635 × 406 mm à 2540 × 762 mm de courses de table, et jusqu'à 20 ch pour l'usinage lourd. Tous, à l'exception d'un modèle d'entrée de gamme, sont fabriqués avec des moteurs et variateurs Sigma Servo. « D'un point de vue fabrication, cela a été très productif pour nous de construire plusieurs modèles avec les mêmes servomoteurs », dit M. Rashleger. « Auparavant, nous devions acheter plusieurs tailles différentes de DC en plus grandes quantités pour obtenir de meilleurs prix, et ensuite porter un gros stock. Grâce à la valeur de Yaskawa dans la gamme 40-50 pouces, nous sommes en mesure de couvrir plusieurs modèles de machines avec un seul produit servo. »

Les avances rapides du VM16 avec servovariateurs DC sont de 10 160 mm/min (400 ipm). La plupart des autres centres d'usinage de la gamme qui utilisent Yaskawa sont substantiellement plus élevés — environ 20 320 mm/min (800 ipm) étant typique. « Quand vous vendez une machine avec 400 ipm versus une machine qui affiche 800 ipm, c'est la différence que font les servos AC Yaskawa comparés aux DC à balais », explique M. Rashleger. « Nous ne poussons pas vraiment l'une ou l'autre technologie au-delà du raisonnable, et la fiabilité des deux technologies, honnêtement, est très bonne. Cependant, un client qui a besoin de production d'une machine, ou fait du fraisage de coins à haute vitesse, regardera favorablement la caractéristique 800 ipm. »

« Aussi, l'avance en fraisage de coins lors de la coupe réelle de métal est étendue sur les servos AC numériques. Cela serait très exigeant pour les DC. D'autre part, les servos AC, en raison de leur inertie plus faible et de leur très haute performance, excellent dans les projets nécessitant un traitement haute vitesse et l'usinage tridimensionnel. »

« Nous avons des servos Sigma Yaskawa sur le terrain depuis plus de six mois maintenant, donc il y en a un nombre significatif en utilisation », note M. Rashleger, « et je n'ai jamais eu un seul rapport de l'un étant sous-dimensionné. Quoi qu'ils publient, la spécification tend à être très conservatrice. Parfois, il y avait des questions précédemment sur la poussée de la machine quand les mêmes tailles de DC étaient utilisées, mais cela n'a pas été une considération avec les servos et variateurs Sigma sans balais. Et c'est significatif. »

« La fiabilité de ces produits a été exceptionnelle — au-dessus de tout ce que nous avons jamais utilisé en termes d'utilisation. Notre service après-vente a signalé aucune défaillance sur le terrain dans les six premiers mois d'expéditions, ce qui, honnêtement, est phénoménal. »

« Nous avons remarqué que certains de nos concurrents ont commencé à fabriquer leurs propres servos », dit M. Rashleger. « Nous avons examiné cette option, et cela n'a tout simplement pas de sens. Apprendre cette technologie — la maîtriser et la maximiser — n'est tout simplement pas une expertise que nous pensons devoir dépenser nos ressources. Les produits sont très compétitifs. Yaskawa est bien plus versé dans la production techniquement correcte de ce produit qu'aucune entreprise privée de machines-outils ne pourrait l'être. À notre avis, il n'est pas faisable de concevoir et fabriquer cela nous-mêmes, et nous continuerons à sous-traiter cette partie de la machine-outil. Pour faire du cœur de nos centres d'usinage le meilleur possible, nous avons sélectionné les servos Yaskawa. »

« Nous avons déjà déterminé que le passage aux servos Sigma sans balais était une très bonne décision pour l'entreprise », déclare M. Rashleger. « Nous sommes très enthousiastes sur ce que cela a fait pour nous. Nous regrettons juste de ne pas avoir fait le changement six mois plus tôt, car nous payons le prix d'autres décisions. Le fait que 100 % de notre utilisation d'entraînements AC numériques soit Yaskawa exprime vraiment la confiance que nous avons dans le produit et la relation commerciale. »

Les machines d'atelier sont incroyablement compétitives, donc chaque dollar compte dans cette gamme de produits. Les exigences sur ces machines se situent généralement dans le domaine de la technologie DC.

« Milltronics fabrique ses propres systèmes CNC, donc les avancées techniques des produits Yaskawa sont vraiment appréciées », dit M. Rashleger. Milltronics a récemment introduit une commande Centurion haute vitesse avec technologie de pointe, incluant des graphiques 3D couleur et le contouring haute vitesse. Mais elle ne performerait toujours pas à sa performance maximale à moins d'être assortie à un servo avec la même technologie améliorée. L'incorporation des deux technologies a donné à Milltronics un avantage de performance de premier plan. Les centres d'usinage avec ce niveau de performance coûtent généralement le double. »

« Ce qui est excitant dans notre entreprise, c'est qu'il y a de la vraie fabrication qui se fait », dit M. Rashleger. « Nous prouvons que la technologie existe en Amérique pour qu'une entreprise blue chip fabrique avec succès des produits de qualité, orientés valeur, et les commercialise dans le monde entier. Nous pensons que la base de fabrication est la chose la plus excitante qui se passe. » MMS