Amener la CNC au niveau supérieur sur une multibroche

Technologie CNC a radicalement changé la nature de l'usinage sur une machine multibroche. Le mouvement des porte-outils et des glissières d'outils à chaque station d'indexation est contrôlé par des servomoteurs CNC sous commande programmée plutôt que par un système de cames mécaniques. Il est possible d'effectuer une gamme d'opérations non tournantes telles que le fraisage, le perçage, le taraudage et le taillage à chaque station, en plus de toutes les opérations de tournage pour lesquelles ces machines sont réputées. Une grande variété de pièces peut être achevée en une seule passe sur une multibroche CNC. De plus, les configurations et les changements sont grandement simplifiés car les mouvements d'outil peuvent être reprogrammés plutôt que modifiés en produisant et en installant un nouveau jeu de cames.

Des développements innovants sur la gamme TMZ de multibroches Mori-Say de ZPS America LLC (Indianapolis, Indiana) promettent de faire passer la CNC à un nouveau niveau sur ce type de machine-outil. L'un de ces développements est un nouveau système d'entraînement qui permet de programmer indépendamment la vitesse de rotation de l'axe C de chaque broche. Cette capacité permet aux utilisateurs d'optimiser les vitesses de broche pour des opérations d'usinage spécifiques. Il rend les opérations CNC plus flexibles et efficaces tout en simplifiant davantage la configuration et le changement. Plus important encore, selon les développeurs, de nouvelles catégories de pièces peuvent désormais être produites de manière efficace et économique sur une multibroche. La gamme comprend des pièces qui sont souvent produites sur des machines de tournage/fraisage ou des cellules de production multi-machines. Les pièces complexes nécessitant une variété d'étapes de tournage et de non-tournage de haute précision peuvent être finies en une seule passe, et les cycles à grand volume ne sont pas nécessaires pour réaliser cette opération économique.

Cette nouvelle génération de multibroches se compose de deux modèles distincts. Le Mori-Say TMZ642, une version à six broches, a été présenté sur le marché nord-américain lors de l'IMTS 2008 à Chicago en septembre dernier. Le Mori-Say TMZ867, une version à huit broches pour les pièces plus grandes et les coupes plus lourdes, sera présenté au Precision Machining Technology Show (PMTS) à Columbus, Ohio en avril 2009. (Voir l'encadré ci-dessous pour plus de détails sur cette machine .)

Un nouveau concept d'entraînement

Le nouveau système d'entraînement intégré à ces machines suit un concept de conception inhabituel. Selon Olaf Tessarzyk, associé directeur et président de ZPS America, c'est ce système d'entraînement qui distingue ces machines des autres conceptions multibroches. Le système d'entraînement utilise un arbre de transmission composite pour alimenter toutes les broches du tambour rotatif, mais chaque broche peut être réglée pour fonctionner à une vitesse différente. Les vitesses disponibles vont de 2 000 à 6 000 tr/min. L'utilisateur peut choisir la vitesse la mieux adaptée aux opérations effectuées à chaque poste, évitant ainsi les compromis sur les performances de l'outil de coupe, l'état de surface ou le temps de cycle global résultant de l'application d'une seule vitesse à chaque broche, comme le dictent les conceptions multibroches conventionnelles.

Avec un seul arbre de transmission disposé de l'arrière de la machine vers l'avant, comment plusieurs broches peuvent-elles fonctionner à des vitesses différentes, un exploit impossible sur d'autres machines comparables ? L'"arbre" qui entraîne les broches est en fait un assemblage de tubes télescopiques :un tube pour chaque broche, comme indiqué sur l'illustration de droite.

Les tubes sont de longueur inégale - le plus interne est le plus long et le plus externe le plus court. Du côté moteur de la machine, la différence de longueur d'un tube à l'autre est suffisante pour que les poulies, courroies et engrenages de chaque ensemble de moteurs d'entraînement soient fixés sans interférer avec le tube suivant. Ainsi, chaque tube peut être couplé à son propre système d'entraînement. Les moteurs d'entraînement sont asservis afin que la broche correspondante tourne à la vitesse définie dans le programme CNC pour les opérations effectuées. Les tubes sont également "étagés" en longueur du côté coupe de la machine, où l'engrenage à l'extrémité de chaque tube fournit un mouvement de rotation à sa broche particulière. Les roulements à l'intérieur de l'assemblage du tube permettent à tous les tubes de tourner avec un minimum de frottement.

D'un point de vue technique, ce système d'entraînement aurait plusieurs avantages. Le plus important est de garder la chaleur créée par la banque de moteurs d'entraînement loin du tambour de broche. Cela fournit une stabilité thermique sans système de refroidissement élaboré. De plus, cette conception garantit que les broches restent toujours connectées à leurs moteurs d'entraînement respectifs sans nécessiter de contacts d'alimentation complexes qui doivent être déconnectés ou reconnectés à la fin de chaque cycle d'indexation. Cela signifie que le tambour n'a pas à "se dérouler" jusqu'à sa position d'origine pour éviter d'enrouler des câbles d'alimentation autour de l'arbre d'entraînement à l'intérieur du tambour. En fait, les tambours de ces nouveaux modèles peuvent tourner dans les deux sens.

Non Un nom familier

La plupart des utilisateurs de machines-outils aux États-Unis ne connaissent pas bien Mori-Say en tant que marque de machines-outils. ZPS-America et sa société mère, le groupe TAJMAC, sont également susceptibles de ne pas être familiers. TAJMAC (prononcé TIE-mack) est un groupe multinational d'entreprises de construction, de distribution et d'approvisionnement de machines-outils dont le siège est situé près de Milan, en Italie. TAJMAC a été formé après la Seconde Guerre mondiale par Amedeo Tajariol. Son fils, Andrea, dirige maintenant l'équipe de direction au siège social. Le fils d'Andrea Tajariol, Michele, dirige l'usine TAJMAC-ZPS en République tchèque.

ZPS (un acronyme en tchèque qui se traduit par "Usines d'ingénierie de précision") est la principale usine de fabrication du groupe TAJMAC. Il est situé non loin de Zlin, une petite ville du centre de la République tchèque. Depuis des années, ZPS produit divers types de machines-outils pour l'étiquetage privé par un certain nombre de sociétés américaines et japonaises bien connues. Ainsi, bien que ZPS ne soit peut-être pas familier, il est probable que de nombreux clients américains connaissent ces machines sous une autre marque.

ZPS a une histoire de construction de machines-outils qui remonte au début des années 1900. La production d'équipements CNC a commencé dans les années 1980. Après la chute du rideau de fer, ZPS a subi plusieurs changements de propriétaire. TAJMAC a acquis la société en 2000.

Une partie du complexe ZPS comprend l'une des fonderies les plus modernes d'Europe. Cette fonderie produit des pièces moulées pour les machines multibroches ainsi que pour de nombreux autres modèles ZPS et de nombreux constructeurs de machines-outils externes. Disposer d'une fonderie particulièrement experte dans le coulage des pièces moulées de machines-outils est un atout majeur pour le groupe. Les nouvelles multibroches en sont un parfait exemple.

Plus précisément, la conception du bloc central, qui contribue de manière significative à la rigidité et à la précision de l'ensemble de la structure de la machine, nécessite une coulée assez complexe que peu de fonderies pourraient produire de manière fiable et économique, explique Michele Tajariol. Cette coulée permet d'assembler le tambour, le bloc central et l'accouplement du tambour dans une configuration qui permet au tambour d'être mis en rotation sous tension et de casser les engrenages et les roulements. Ces composants ne sont finis usinés comme un ensemble intégral qu'après cette période de rodage. Cela comprend les étapes finales sur les alésages de broche, qui sont finis dans une grande machine d'alésage de gabarit de haute précision tandis que le tambour avec son accouplement Hirth est en position dans la coulée. On dit que cette approche permet d'obtenir un centrage presque parfait des broches. Le résultat est un positionnement très précis en tant qu'index des broches, permettant aux machines d'effectuer un usinage de haute précision de pièces complexes.

ZPS produit des multibroches depuis les années 1950. L'entreprise avait prévu d'entrer sur le marché américain il y a environ 20 ans, mais ces efforts n'ont jamais vu le jour. Cependant, Tajmac-ZPS a récemment relancé ses plans de commercialisation aux États-Unis. ZPS-America, initialement formé à la mi-2000, a construit un nouveau centre technique à Indianapolis pour abriter une salle d'exposition, des installations de formation, un inventaire de pièces de rechange et une organisation de service. Ce centre a ouvert l'année dernière.

Machines époustouflantes

M. Tessarzyk pense que les machines multibroches avec une capacité CNC étendue vont inciter à repenser la façon dont cette classe de machines-outils peut être appliquée, mais elles doivent être compétitives et fiables. Selon lui, ce serait un exercice sain pour les entreprises américaines, qui ont une forte tradition d'adaptation aux nouvelles idées. concurrents. Cette agilité mentale et cette ingéniosité maintiennent les meilleurs magasins et usines en tête. Les nouvelles machines Mori-Say mettront à nouveau au défi les ateliers de réfléchir à de nouvelles possibilités de production efficace de pièces.

M. Tessarzyk dit que ces machines hallucinantes plairont à deux catégories distinctes d'utilisateurs potentiels. Tous deux seront mis au défi par ces machines. Une classe, évidemment, est la communauté des utilisateurs actuels de multibroches. Le défi pour eux sera de comprendre comment des pièces nécessitant de nombreuses opérations non tournantes peuvent être réalisées en une seule configuration sur ces machines. L'autre classe d'utilisateurs potentiels est constituée par les ateliers de production qui fabriquent aujourd'hui ce type de pièces sur des cellules multi-machines, des tours/fraiseuses ou des machines rotatives transfert. Le défi pour ces ateliers est d'envisager une machine multibroche en premier lieu. Ce type de machine a été largement négligé car les configurations sont supposées être compliquées et chronophages. La pensée conventionnelle a fixé ces multibroches pour des volumes élevés de pièces tournées.

De nouvelles stratégies sont possibles

Les profils de quelques premiers adaptateurs de la CNC Mori-Say TMZ642 montrent comment ces machines peuvent améliorer les stratégies de production. One est un fabricant d'accessoires de soudage qui a déplacé la production des multibroches mécaniques vers les machines de tournage/fraisage haut de gamme. L'autre est une usine de visserie traditionnelle qui s'est diversifiée dans des pièces plus complexes dans des matériaux difficiles à usiner.

Trafimet est une entreprise italienne qui fabrique des torches, des connecteurs d'alimentation, des pointes consommables et d'autres fournitures liées au soudage vendues dans le monde entier. Son usine principale se trouve à Vincenza, à environ une heure de route au nord de Milan. Cette usine produit des millions de pièces par an, dont la majorité sont des connecteurs, des douilles, des adaptateurs et des pointes de torche en cuivre ou en laiton.

Pendant des années, l'entreprise s'est appuyée sur deux types de machines-outils opposés pour atteindre ses objectifs de production. D'un côté, les machines multibroches, deux machines mécaniques à huit broches et quatre machines mécaniques à six broches, toutes dédiées à la fabrication de pièces complexes en grandes séries. De l'autre côté se trouvaient plusieurs machines de tournage/fraisage monobroches à trois tourelles, qui étaient utilisées pour les pièces moins complexes fabriquées en petites séries.

En 2006, la demande pour les prises et fiches d'alimentation de l'entreprise a considérablement augmenté. Ses ingénieurs ont initialement envisagé un tour automatique à huit broches pour la production de douilles, mais ils étaient préoccupés par la possibilité de passer rapidement d'une pièce à l'autre et ont décidé d'envisager une machine multibroche à commande numérique. Toutes les multibroches mécaniques de l'entreprise avaient été fournies par ZPS, il était donc naturel de considérer le TMZ642 de ce constructeur, qui venait d'être introduit en Europe. Il s'est avéré que c'était une machine appropriée pour gérer une gamme de produits diversifiée en séries de 10 000 à 50 000 pièces.

"TAJMAC nous a aidés à penser différemment nos processus, et donc à obtenir de meilleurs résultats", explique Ugo Simioni, ingénieur industriel chez Trafimet. Par exemple, l'indépendance de chaque broche permet de réaliser de nombreux types d'usinages, y compris des opérations nécessitant un arrêt de broche ou une broche d'axe C orientée indépendamment. "Cela fait de la machine un véritable centre de tournage et de fraisage complet", déclare M. Simioni.

« Dans les moments difficiles, nous constatons que nous pouvons déplacer certains produits vers le multibroche TMZ et gérer des tailles de lots inférieures tout en réduisant les temps de cycle par pièce », déclare M. Simioni. "L'une de nos pièces tournait/fraisait sur une seule broche avec un temps de cycle d'environ 1 minute. Avec un peu de planification, nous avons constaté que nous pouvions fabriquer la même pièce de manière économique par lots de 5 000 à 12 secondes de temps de cycle. — avec trois changements par semaine sur la nouvelle machine." Les ingénieurs de Trafimet avaient déjà déterminé qu'un temps de cycle de 15 secondes lui permettrait de produire économiquement des lots de 10 000 à 20 000 pièces. "Les entraînements de broche indépendants et le système d'entraînement avancé, l'utilisation d'axes supplémentaires et d'autres améliorations rendent la machine extrêmement polyvalente, et cela nous a permis de trouver de nouvelles façons de réduire les coûts des produits", souligne-t-il.

BRB, situé près de Bergame, en Italie, est un bon exemple d'atelier de décolletage traditionnel passant à des pièces complexes de haute précision faites de matériaux difficiles à usiner. Ce magasin a acquis son premier Mori-Say TMZ642 en septembre 2008.

La mise en place de cette machine a permis à l'atelier de remporter des commandes pour un manchon hydraulique complexe en acier inoxydable. La pièce nécessite le perçage de plusieurs trous transversaux de petit diamètre à différents angles par rapport à l'axe de la pièce. Parce que la tolérance sur ces trous transversaux inclinés est serrée, la rigidité de la machine est particulièrement importante.

Une autre caractéristique essentielle est la capacité de chaque broche à serrer la pièce en toute sécurité pour des opérations d'usinage efficaces à couple élevé sur l'acier inoxydable. Par exemple, un outil de fraisage à trois points est utilisé pour former des fentes sur une extrémité de la pièce. Typiquement, de telles caractéristiques seraient produites avec une lame de scie circulaire. Cependant, aucune lame de scie ne pouvait manipuler l'acier inoxydable aux vitesses de coupe nécessaires pour répondre aux exigences de temps de cycle. En fait, les temps de cycle sur ces pièces sont si courts que l'entreprise a développé une station de mesure spéciale afin que les opérateurs puissent effectuer un échantillonnage adéquat des pièces et documenter les nombres Cpk élevés spécifiés pour cette pièce.

BRB voit son avenir lié à la production de pièces comme celle-ci. Étant donné que ces pièces ne sont généralement pas produites sur des machines multibroches, l'atelier estime qu'il peut être très compétitif avec les entreprises qui cherchent à produire ce type de pièces sur des tours CNC.

Une opportunité historique

Les magasins d'emploi et les maisons de production peuvent être confrontés à un scénario remarquable. La hausse des coûts de production et d'autres facteurs rendent moins favorable l'approvisionnement de nombreux composants auprès d'usines offshore. Les acheteurs rechercheront chez eux des producteurs compétents qui peuvent tirer parti des nouvelles technologies, d'une logistique simplifiée, de coûts de transport réduits et d'une meilleure communication pour combler cette lacune. Cependant, ils devront encore se rapprocher du "prix chinois" pour rester compétitifs sur leurs marchés mondiaux.

M. Tessarzyk pense que cette situation actuelle présente une opportunité remarquable pour les entreprises qui adoptent rapidement de nouveaux développements d'usinage. Bien sûr, les stratégies de traitement de pièces qu'il a en tête tirent parti de la flexibilité et de la capacité des multibroches de son entreprise, mais ce n'est qu'un exemple d'un changement de technologie qui nécessite un changement de perspective et de réflexion. Les ateliers de décolletage devront devenir des fournisseurs de production CNC en petites séries avec des délais d'exécution courts. De même, les ateliers CNC devront passer d'une dépendance à des machines simples qui effectuent des manœuvres de coupe complexes à des machines plus complexes qui tirent le meilleur parti de mouvements simples.

Un modèle à huit broches pour les pièces volumineuses et résistantes

Bien que le Mori-Say TMZ867 fasse ses débuts nord-américains au PMTS (28-30 avril 2009, www.pmts.com ), un modèle est déjà exposé au showroom TAJMAC-ZPS à la région de Milan, en Italie. Cette machine est utilisée pour les démonstrations et pour tester les pièces des clients. Une pièce récemment testée illustre les capacités de cette machine et renforce le fait que les applications d'usinage multibroches évoluent dans une nouvelle direction.

La pièce est un élément de colonne de direction en acier inoxydable. La teneur élevée en nickel et en chrome du matériau de la pièce nécessite un couple élevé à la broche. La pièce était autrefois fabriquée sur un tour à poupée mobile robuste de type suisse. Sur cette machine « monopoint », le temps de cycle était de 60 secondes. Sur la multibroche, il est de 16 secondes. Les deux types de machines terminent la pièce en une seule passe. Selon M. Tessarzyk, la multibroche est aussi précise que le tour à chantourner.

Il s'agit d'une pièce exceptionnellement grande pour une production sur une multibroche. Le TMZ867, cependant, peut accueillir des barres d'un diamètre allant jusqu'à 72 mm et fonctionner comme un mandrin à face ouverte. Les caractéristiques standard incluent huit broches horizontales CNC indépendantes entraînées par courant alternatif ; huit diapositives composées indépendantes (X et Z); huit porte-outils indépendants avec huit outils entraînés à 12 000 tr/min; cinq outils de contre-travail (trois entraînés); et une gamme d'outils VDI standard et préréglables.

Le système d'entraînement suit les mêmes principes que son petit frère à six broches, le TMZ642. Chacune des huit broches de la machine est reliée par un arbre composite à son propre moteur dans le tambour de broche, qui utilise un accouplement Hirth précis. Cela rend inutile l'indexation inverse du tambour à la fin de chaque cycle de 360 ​​degrés; connecter et déconnecter les moteurs aux broches à chaque indexation ; ou pour refroidir le tambour pour dissiper la chaleur générée par les moteurs de broche.