Maximiser l'efficacité avec les machines multitâches

On peut dire que l'équipement capable d'effectuer à la fois fraisage et tournage est plus précieux pour les ateliers qui usinent de grosses pièces que pour ceux qui produisent des pièces plus petites. Les ateliers utilisant des machines multitâches pour produire des pièces de taille conventionnelle réalisent les avantages habituels de moins de mises en place, d'une meilleure précision caractéristique-à-caractéristique et d'une réduction des encours. Cependant, avoir une machine qui effectue la plupart, sinon la totalité, des opérations pour des pièces vraiment énormes atténue également les tâches plus redoutables impliquées dans l'exécution de pièces massives sur plusieurs machines.

Magna Machine, située à Cincinnati, Ohio, est bien consciente de ces défis. L'atelier a commencé en 1947 comme une installation de réparation et de maintenance pour équipements industriels. Il effectue toujours ce travail 66 ans et un nouveau bâtiment de 11 600 m² plus tard. Mais à mesure que Magna Machine a évolué, il s'est taillé une niche dans le traitement de pièces pesant jusqu'à 90 tonnes pour des industries telles que les plastiques, l'exploitation minière, l'énergie, l'acier, la chimie et les machines-outils. Cette vaste expérience d'usinage à grande échelle a conduit l'atelier à reconnaître la valeur des machines multitâches, réalisant que leur potentiel de production est maximisé avec d'énormes pièces.

Elliot Adams, vice-président des ventes et du développement commercial de Magna Machine, note une variété de raisons pour lesquelles le multitâche est particulièrement précieux pour le type de travail que cet atelier sous-traitant effectue. La plus notable est la réduction de la manipulation de pièces encombrantes sur le sol de l'atelier qui n'ont plus besoin d'être transférées vers plusieurs machines. Les mises en place sont souvent plus faciles aussi, car les pièces peuvent être orientées de manière à ce que la gravité soit plus une amie qu'une ennemie. (Cela signifie aussi que le serrage est plus robuste pour supporter des coupes plus lourdes.) Enfin, les délais de livraison aux clients peuvent être considérablement raccourcis. Les mises en place pour de gros forgés, pièces moulées et assemblages soudés peuvent prendre un quart entier ou plus, comparé à seulement quelques heures pour des pièces plus conventionnelles.

C'est pourquoi le président de l'entreprise, Scott Kramer, investit massivement dans l'équipement multitâche. Mais comme le souligne M. Kramer, l'entreprise sœur de Magna Machine, l'importateur de machines-outils United Precision Services (UPS), a certainement aidé à faciliter le passage au multitâche.

Avant le lancement d'UPS en 1999, Magna Machine était devenu un bon client d'Union, un constructeur allemand de grands tours à aléser et centres d'usinage. Finalement, l'atelier a permis à Union d'amener des acheteurs potentiels de machines à l'installation pour voir comment l'équipement performait dans un environnement d'atelier sous-traitant réel. Le sol de l'atelier de Magna Machine a effectivement doublé comme centre technologique américain d'Union. Par conséquent, l'atelier a établi UPS comme importateur et fournisseur de services et pièces des machines Union pour le marché nord-américain. UPS s'est depuis étendu, ajoutant des lignes des constructeurs espagnols Bost, Ibarmia et Machine Tool Engineering (MTE). M. Kramer dit que la relation étroite que Magna Machine a établie avec ces constructeurs a permis à l'atelier d'intégrer efficacement la gamme de plateformes multitâches qu'il utilise actuellement à son avantage.

Multitâche dans la « Super Baie »

Magna Machine a déménagé à son emplacement actuel à Forest Park, une banlieue nord de Cincinnati, en 1985. Depuis, il a étendu son installation à plusieurs reprises pour abriter des machines de grande échelle supplémentaires. L'ajout le plus récent est la « super baie » nommée informellement, qui a été construite sur mesure pour abriter une poignée de très grandes machines multitâches. Terminée en janvier 2012, cette baie dispose de deux ponts de 40 tonnes qui fournissent 72 500 kg de capacité de levage combinée avec une traverse. Elle a également une porte de 6 × 6 m que l'atelier envisage déjà d'élargir pour mieux accueillir des pièces plus grandes comme le composant minier de 7 m de diamètre montré à gauche.

Il y a actuellement trois plateformes multitâches différentes dans cette baie : un tour à aléser horizontal avec table rotative, un centre de tournage vertical avec mouvement de table en Y, et un tour/fraisage horizontal avec tête à axe B. Chacune offre des avantages particuliers selon l'application, et avoir une variété d'options d'équipement est précieux car le travail qui traverse l'atelier change tout le temps. De plus, cela donne à Magna Machine l'option de faire tourner certaines pièces sur plus d'un type de machine.

La plus grande machine multitâche de l'atelier est son tour à aléser horizontal Union PCR 160, installé sur une fondation remplie de 460 m³ de béton. L'enveloppe de travail XYZ de la machine mesure 15 × 6 × 1,5 m avec des glissières hydrostatiques sur chacun de ces axes. De plus, elle offre une course d'axe W de 700 mm. La machine de 80 ch est un modèle au sol, ce qui signifie que la colonne se déplace pendant les opérations de fraisage, pas la pièce. Plusieurs têtes automatiquement interchangeables sont disponibles pour accommoder une gamme d'opérations, y compris le tournage.

Le tournage, le surfacage et l'alésage sont possibles avec l'ajout d'une table rotative Bost HT-120 installée à une extrémité de la course de l'axe X de la machine. Cette configuration met en évidence l'avantage de la relation étroite de l'atelier avec ses fournisseurs de machines-outils via UPS. Une personnalisation de machine atypique est possible en combinant la technologie des différentes marques que UPS représente.

La table rotative a une capacité de charge de 113 400 kg et peut effectuer des opérations de tournage à des vitesses allant jusqu'à 20 tr/min. Un dispositif spécial que Magna Machine a développé pour la table de 4 × 4 m permet à la machine de tourner des diamètres aussi grands que 8 m. La pièce minière de 7 m de diamètre mentionnée précédemment est un excellent candidat pour la production sur cette machine. Non seulement le serrage de cette pièce à plat sur la table rotative permet d'effectuer des opérations de tournage, fraisage, perçage et alésage en une seule mise en place, mais cette orientation de la pièce est également beaucoup plus sûre que de la dresser verticalement contre des genouillères sur la fraiseuse (bien que ce soit encore une option). En utilisant la table rotative, cette pièce peut être usinée avec une tolérance de rondeur OD de 0,025 mm, une cylindricité de ±0,05 mm et une finition de surface de 0,8 µm Ra. De plus, plusieurs alésages pour bagues peuvent être usinés avec précision autour de la circonférence concentriques à l'OD à 0,05 mm, ce qui serait difficile à réaliser en effectuant le tournage et l'alésage sur un tour et une fraiseuse séparés.

Plateforme de tournage vertical

Le centre de tournage vertical multitâche de Magna Machine est un Bost VTL 60 CY. Cette machine a une table rotative de 102 ch et peut tourner des pièces aussi hautes que 3,6 m avec des diamètres allant jusqu'à 6 m. La table offre jusqu'à 104 tr/min pour les opérations de tournage. Comme l'Union PCR 160, la machine a des têtes automatiquement interchangeables pour permettre à la fois le tournage et le fraisage sur le dessus et sur le côté. C'est une option plus efficace pour les pièces qui seraient normalement tournées sur un tour vertical puis fraisées sur une machine à aléser horizontale.

Une caractéristique distinctive de cette machine est sa course en Y de la table, qui est inhabituelle pour la plupart des tours verticaux avec outillage tournant. Les tours verticaux conventionnels avec outillage tournant peuvent effectuer des opérations de fraisage sur le dessus des pièces via la rotation de la table. Cependant, l'axe Y de la machine Bost utilisé en conjonction avec une tête de fraisage latéral permet également des opérations de fraisage, y compris le contouring, le long des côtés des pièces. La course en Y donne à la machine une enveloppe X-Y de 6 × 4 m pour un tel travail.

Plateforme de tournage horizontal

La troisième et plus récente machine multitâche de Magna Machine est son tour/fraisage horizontal Bost T4F. Le T4F peut effectuer des opérations de tournage, fraisage et alésage pour de grandes pièces, offrant un balayage de 2 032 mm et une distance de 9 m entre pointes. Il dispose d'une tête à axe B de 50 ch qui peut être positionnée en positions infinies tout au long de ±90 degrés de rotation. Cette tête est desservie par un changeur d'outils automatique à 60 positions.

Le T4F a été conçu à l'origine pour tourner et fraiser des vilebrequins à partir de barres pleines. En synchronisant le mouvement linéaire de la tête à axe B en X avec l'axe C de la broche principale, un outil de fraisage peut suivre la rotation excentrique d'un maneton de vilebrequin autour de la ligne centrale de la broche. Une tolérance de diamètre de ±0,013 mm sur les manetons est possible. Magna Machine produit couramment des vilebrequins, mais a également vu un potentiel dans cette machine pour produire d'autres pièces, telles que des tuyaux et des mandrins expansibles.

Bien que la tête à axe B puisse être utilisée pour le travail de tournage, le tournage brut est couramment effectué en utilisant la lame « guillotine » de la machine avec interface d'outil Capto C6. Cette lame haute et robuste est conçue pour résister aux forces de coupe vers le bas pendant le tournage, permettant à la machine de prendre des coupes plus lourdes pour maximiser les taux d'enlèvement de matière.

Craig Lewis est le programmeur principal pour cette machine et les autres machines multitâches de la super baie. Bien qu'il soit essentiellement un « gars de fraisage » avec 20 ans d'expérience précédente dans un atelier d'outillage et de matrices, M. Lewis dit que la courbe d'apprentissage pour le T4F n'était pas raide. En certains aspects, la machine agit plus comme une fraiseuse 5 axes que comme un centre de tournage, note-t-il. Cela a aidé, cependant, que Bost ait envoyé l'un de ses programmeurs à l'atelier après l'installation de la machine pour fournir quatre mois de formation. De plus, Sandvik, le principal fabricant d'outillage pour cette machine, est également venu sur site pour offrir des cours de formation tour/fraisage.

Pour accélérer les mises en place, une sonde tactile Renishaw RMP 60 est utilisée pour localiser les diamètres, les faces, etc. M. Lewis estime que les mises en place peuvent être effectuées 50 % plus rapidement en utilisant la sonde, en particulier pour les travaux complexes. Dans certains cas, la sonde est utilisée pour l'inspection en cours de processus, bien que l'atelier utilise principalement un traceur laser Faro Vantage pour mesurer les grandes pièces sur le sol de l'atelier.

Nouvelle arrivée

La prochaine machine multitâche à être installée dans la super baie sera un tour/fraisage vertical 5 axes Ibarmia THC-1600. Cette machine offre un balayage de 2,5 m et peut effectuer du fraisage 5 axes dans une zone de travail de 1,5 × 2 m. Elle est capable de changer automatiquement à la fois les outils de fraisage et de tournage et dispose d'une fonction spéciale de « blocage » dans sa tête pour permettre des opérations de tournage lourdes. Bien que le marché européen soit familier avec cette plateforme de machine multitâche, c'est la première de ce type d'Ibarmia à être installée aux États-Unis. Elle donnera à Magna Machine une option de production de plus alors que l'atelier continue d'adopter l'équipement multitâche à grande échelle, devenant plus réactif et précieux pour ses clients au fil du temps.