Horlogerie :le point de vue d'un machiniste

Penché sur son bureau et regardant à travers un oculaire, Cameron Weiss prête peu d'attention aux machines-outils de la pièce voisine. Le maître horloger formé en Suisse est généralement beaucoup trop occupé à polir, brunir, vérifier l'ajustement et assembler les centaines de goupilles, engrenages, ressorts et leviers qui entrent dans les "mouvements" mécaniques qui alimentent chaque montre de luxe.

Cela ne veut pas dire que M. Weiss n'apprécie pas le rôle essentiel que ces machines-outils jouent dans la réalisation de son rêve :créer sa propre marque de montres-bracelets, basée sans vergogne sur ses propres idéaux artistiques. Tout comme l'emblème de son nom de famille sur le visage implique une certaine esthétique, l'étiquette "Los Angeles, Californie" implique un désir profond de redonner du prestige à une industrie nationale qui s'est en grande partie effondrée avec l'avènement de mouvements à quartz moins chers et plus précis dans le années 1960. Pour M. Weiss, restaurer ce prestige signifie non seulement assembler les pièces ici, mais aussi les fabriquer ici.

C'est pourquoi Weiss Watch Co. a besoin de machines-outils. Malgré toutes les compétences du fondateur, tirer parti de techniques séculaires pour fabriquer à la main des pièces telles que les plaques principales en laiton pour les mouvements, les ponts qui maintiennent ces mouvements en place et les boîtiers extérieurs coûterait trop cher et prendrait beaucoup de temps. Ce serait également contraire à l'objectif non seulement de faire de l'art, mais de rendre cet art accessible. Sans une technologie d'usinage moderne et flexible, il ne serait pas possible d'itérer plusieurs prototypes avant de finaliser et de produire une conception en quantités allant jusqu'à présent entre 5 et 500 par série, déclare M. Weiss.

Le VMC à trois axes et le tour de type suisse effectuant ce travail sont logés dans un garage attenant au parc de bureaux de 2 100 pieds carrés de l'entreprise à Torrance. Le seul programmeur et opérateur des machines est Grant Hughson, ancien ingénieur d'applications pour le fabricant d'outils de coupe Sandvik Coromant et partenaire commercial de M. Weiss dans une entité distincte :Pinion Precision Technology. L'objectif des partenaires pour Pinion Precision est ambitieux :produire des pièces pour des garde-temps au-delà de la marque Weiss. Plus précisément, ils espèrent profiter du vide laissé par Swatch, un fournisseur de pièces de premier plan en Suisse qui abandonne cette activité pour se concentrer uniquement sur la fabrication de montres complètes.

Il y a de bonnes raisons de faire confiance à la capacité de Pinion Precision à capturer ce travail, dit M. Weiss. L'une des leçons des débuts de Weiss Watch Co., alors qu'il assemblait encore des mouvements sur sa table de cuisine à partir de presque tous les composants suisses, est que les autres ateliers d'usinage ne sont généralement pas habitués à créer des œuvres d'art. « Chaque pièce que nous fabriquons doit non seulement respecter une tolérance très stricte ; il doit également être visuellement attrayant », dit-il.

Dans le passé, poursuit-il, les magasins acceptaient avec confiance le type de travail que M. Hughson effectue maintenant en interne, mais luttaient pour faire ce travail de manière rentable. Cela inclut certaines entreprises déjà habituées aux petites pièces (la plupart des pignons mesurent moins de 1 mm), à la haute précision (+0,0002/-0 pouce pour certaines intersections trou-pignon) et aux finitions de surface lisses (16 RA ou plus lisses sont typiques). En fait, il se souvient d'un cas où un fournisseur potentiel a été tellement humilié par le délai d'exécution inattendu d'une commande de prototype qu'il a offert les pièces gratuitement.

M. Hughson ajoute que la difficulté de ce travail va au-delà du respect de spécifications strictes. Après tout, on pourrait dire que les machinistes sont nés pour de tels défis. Ce qui peut être plus difficile, c'est de respecter des normes de qualité qui peuvent sembler subjectives. De même pour effectuer des opérations de manière non conventionnelle et contre-intuitive afin de prendre en charge des processus de finition manuels laborieux.

Pièces comme art

Peu d'ateliers d'usinage peignent avec leurs trajectoires d'outils, mais le travail de Weiss Watch Co. l'exige. Sur les composants de pont en laiton comme ceux illustrés dans le diaporama ci-dessus, il faut prêter attention à chaque tourbillon et ligne, et les trajectoires d'outils standard ne le coupent souvent pas, quelle que soit la tolérance mesurée ou la finition de surface. « Pour toutes les stratégies de finition, la plupart du temps, la géométrie est en train d'être dessinée », explique M. Hughson. "Le chemin de l'outil doit aller dans une certaine direction. Vous ne pouvez pas simplement cliquer sur une zone et dire :"Mettez ça dans la poche".

Il cite les motifs de rayures de Genève comme un exemple particulièrement bon de la façon dont l'esthétique peut rendre difficile l'externalisation de l'usinage. Visibles sur la photo d'ouverture du diaporama ci-dessus, ces larges bandes diagonales s'étendant sur la plaque principale et le pont tirent une grande partie de leur attrait visuel des marques d'outils internes parallèles qui se dirigent vers l'intersection avec une bande adjacente mais ne sautent jamais l'écart. Les lignes à l'intérieur sont formées d'une certaine manière à la fois pour l'attrait visuel et pour attraper la poussière à l'intérieur du mouvement, et le maintien d'une frontière claire entre chaque bande est essentiel, dit M. Hughson. La découpe de ces caractéristiques sur une fraiseuse plutôt que sur une machine à tracer dédiée à Genève nécessite ce qu'il dit être une approche non conventionnelle de la programmation. Par exemple, plutôt que d'utiliser un pas constant sur le FANUC Robodrill VMC de l'atelier, il utilise une coupe de fente pleine largeur, puis chevauche la moitié de cette coupe avec un autre chemin de fente pleine largeur.

A partir de là, aucune mesure spécifique ou série de mesures ne peut déterminer de manière définitive si le striping est correct. C'est une norme purement visuelle, M. Weiss utilisant un microscope pour évaluer le motif usiné par rapport à un idéal choisi. De plus, la largeur et l'espacement des bandes peuvent différer légèrement d'un mouvement à l'autre et d'un prototype à l'autre lors du développement d'un nouveau mouvement. Certaines caractéristiques de la pièce doivent également être coupées à partir de certaines parties du carré en laiton qui mesure 2 x 2 x 0,125 pouces pour assurer une bande cohérente une fois le mouvement assemblé. Pour compliquer davantage les choses, les éléments trop rapprochés ne laissent pas assez d'espace pour les outils de coupe, tandis que ceux trop rapprochés du bord de la pièce se heurtent à des marques d'entrée et de sortie d'outil disgracieuses.

Il est également important de garantir l'accès de l'outil aux différentes caractéristiques de la plaque principale et du pont pour chanfreiner les bords afin d'éviter la formation de bavures. M. Weiss préfère ébavurer à la main dans certains cas, mais de nombreuses pièces sont trop petites et fragiles. M. Hughson dit qu'il passe beaucoup de temps à élaborer des stratégies sur la façon de laisser une surface propre ou de s'assurer que des bavures se forment d'une manière qui ne perturbe pas le travail manuel. Par exemple, une certaine caractéristique peut être usinée à partir du côté opposé de la pièce à celui initialement prévu, ou une découpe de profil peut ne pas pénétrer complètement dans la pièce afin d'empêcher une bavure de passer de l'autre côté.

Rien de tout cela ne signifie que des processus d'usinage fiables et reproductibles sont impossibles à développer pour les composants horlogers, déclare M. Hughson. Pourtant, la capacité de le faire est limitée avec deux machines-outils et un seul programmeur/opérateur (le reste de l'équipe se compose de l'épouse de M. Weiss, Whitney, qui s'occupe du marketing; ainsi que de Lisa Odland, l'apprentie horlogère de M. Weiss, et une administratrice du front office Christy Broderson). Pendant ce temps, la complexité du travail peut être un défi de taille pour les ateliers extérieurs qui ne s'y consacrent pas. La mise à l'échelle de la production est l'objectif, mais l'art ne peut tout simplement pas être compromis.

Gagner du temps

Compte tenu des réalités de l'externalisation, M. Hughson gère la part du lion du développement des processus d'usinage. Les pièces plus grosses vont au Robodrill, provenant de Methods Machine Tools. Les composants les plus petits et les plus complexes vont généralement à ce qu'il appelle un tour de type suisse "paré":un Tornos Swiss Nano à neuf axes importé de Suisse avec un certain nombre de caractéristiques non standard bien adaptées à l'horlogerie. Par exemple, deux broches de fraisage à haute fréquence contrôlées individuellement offrent respectivement 60 000 et 80 000 tr/min, des vitesses suffisantes pour un fraisage efficace même avec les plus petits outils de coupe. Entre autres caractéristiques, la machine à outils multiples offre également la possibilité de synchroniser les broches de serrage et de fraisage pour les opérations de taillage d'engrenages, ainsi qu'un système de tubes avec aspiration pour retirer les petites pièces.

Pourtant, itérer des prototypes aussi rapidement que possible exige non seulement la bonne technologie, mais aussi une ingéniosité locale. Sur le Tornos, par exemple, même la capacité d'exécuter efficacement des outils comme une scie à refendre de 0,03 pouce ne va que si la configuration doit changer. « Vous ne pouvez même pas mettre votre poing entre la broche principale et la contre-broche », explique M. Hughson, expliquant qu'il peut parfois être difficile de voir si une minuscule fonction a réellement été usinée ou même si une pièce a réellement été transférée pour les opérations de contre-broche de la sous-broche. . De plus, une seule pièce peut nécessiter des opérations avec jusqu'à 10 outils de coupe différents, chacun avec son propre décalage, et avec des décalages pour le même outil différents en fonction de son vecteur d'approche. Le réglage de ces décalages en touchant chaque outil contre une feuille de papier contact (une étape critique pour éviter d'endommager non seulement les pièces fragiles et coûteuses, mais également les outils fragiles et coûteux) peut prendre du temps.

C'est pourquoi M. Hughson a décidé très tôt qu'il n'en aurait rien. Au lieu de cela, il définit les décalages visuellement, guidé par une image cristalline de la zone de travail sur un écran plat LCD suffisamment détaillée pour visualiser les puces individuelles collées aux pièces qui dépassent à peine de la bague de guidage de la broche principale ou du micro-mandrin de la broche secondaire. Cette image est générée par une minuscule caméra de microscope installée dans un porte-outil sur la glissière de groupe. « J'installe tous les outils, j'appelle le décalage de stock pour chacun, je le vérifie et je l'ajuste si nécessaire. Il n'est pas nécessaire de toucher à quoi que ce soit », dit-il. Ce système maison offre également la tranquillité d'esprit que les programmes sont solides et que tout a été configuré et usiné correctement.

Sur le VMC, le serrage a été au centre des progrès les plus significatifs vers l'accélération de l'itération du prototype. Plus précisément, M. Hughson préfère se concentrer sur la garantie d'une interface précise et reproductible entre le montage et la machine plutôt que de mettre trop d'efforts dans l'interface entre la pièce et le montage, comme ses conceptions originales l'ont fait avec leurs goupilles de positionnement de précision. Après tout, le prototypage nécessite souvent de retirer des pièces de la machine pour les examiner. Tant que l'emplacement de la fixation ne varie pas de plus de quelques millièmes de pouce par rapport à sa position d'origine, le palpage sur machine peut rapidement et automatiquement mettre à jour le décalage d'origine autour de la pièce.

En tant qu'ancien employé de Sandvik, il s'est naturellement tourné vers la modification des ébauches d'outillage à changement rapide Capto pour fournir l'interface critique entre le serrage de la machine et du prototype. Par rapport au fait de s'appuyer uniquement sur un ajustement reproductible, cette stratégie permet de s'assurer plus facilement que les caractéristiques des côtés opposés de la pièce sont correctement positionnées les unes par rapport aux autres. Les conceptions de fixations peuvent être plus indulgentes, les répercussions de l'usure ou des dommages de serrage sont moins graves et les problèmes sont plus faciles à résoudre.

En avant

Le premier mouvement de la société à être construit presque entièrement avec des pièces américaines est représenté sur la couverture de ce magazine :le CAL 1003 qui alimente l'American Issue Field Watch. Cette première version plaquée or était limitée à seulement 50 pièces. Maintenant, le mouvement en est à sa quatrième itération de production, qui présente un rythme de battement plus élevé que les versions précédentes ainsi qu'un mécanisme de "piratage" qui permet aux utilisateurs de la montre à 1 995 $ de la démarrer et de l'arrêter à volonté. À l'avenir, l'objectif est d'amener la production des derniers composants encore produits en Suisse - spiraux et bijoux - sur le sol américain. Bien que la capacité soit là, M. Weiss affirme que les fournisseurs ont besoin de pouvoir produire à certains volumes avant même d'envisager le travail. Lui et M. Hughson s'attendent à ce que la mise à l'échelle à partir d'ici soit un processus progressif, comme cela a été le cas depuis le début. "Nous apprenons au fur et à mesure", déclare M. Hughson.

C'est peut-être vrai, mais l'entreprise a parcouru un long chemin en quatre courtes années. Pour ce faire, il suit essentiellement le même modèle qui a donné naissance à la réputation de l'horlogerie américaine qu'il vise à restaurer. À partir du milieu du XIXe siècle, des entreprises américaines comme Waltham Watch Co. ont complété la technique des maîtres suisses avec des équipements de production qui ont rendu les montres moins chères et plus faciles à fabriquer sans compromettre l'artisanat, explique M. Weiss. L'industrie a décliné avec l'avènement des mouvements à quartz, mais les Suisses ont réussi à maintenir leurs traditions mécaniques, avec le succès continu de marques comme Rolex, largement porté par des passionnés qui apprécient l'ingénierie des montres assemblées à la main avec des centaines de pièces. En tirant parti d'une stratégie similaire à celle de Waltham - la fusion de l'artisanat de l'ancien monde avec la technologie et la technique de fabrication modernes - Weiss Watch Co. vise à attirer une clientèle similaire, mais avec une appréciation particulière pour une étiquette "made in America".

Ainsi parle l'horloger. Quant au machiniste, M. Hughson ne pourrait pas être plus heureux de faire un travail qui remet régulièrement en question les approches conventionnelles de l'usinage de pièces. Et la nouveauté n'est pas sa seule source de motivation ces temps-ci. "Dans une grande partie de la fabrication haut de gamme, c'est presque comme si vous aviez une double vie cachée parce que vous ne pouvez pas la montrer", dit-il. "En horlogerie, je peux dire :"Regarde cette petite machine à mon poignet :c'est ce que je fais !" Pour moi, cela a été une chose énorme :faire quelque chose de beau pour le plaisir."