L'impact du multitâche dans les magasins d'aujourd'hui

La disponibilité d'une variété de configurations de machines-outils multitâches permet aux ateliers de sélectionner la meilleure combinaison de composants et de capacités pour leurs applications spécifiques.

Les progrès continus de la technologie des machines-outils multitâches amènent les ateliers à des niveaux de productivité plus élevés que jamais. La capacité de produire des pièces de la plus haute complexité en une seule configuration, en limitant l'intervention humaine et en économisant un temps considérable, offre même aux petits ateliers une solution rentable pour être compétitif dans l'environnement de fabrication difficile d'aujourd'hui.

Avec une variété de configurations disponibles et des constructeurs continuant à proposer de nouvelles conceptions, les ateliers devraient être en mesure de trouver la bonne combinaison de composants et de capacités pour répondre à leurs besoins. Joe Wilker, chef de groupe de produits chez Mazak Corp., nous a fait part de ses réflexions sur l'état actuel de la technologie multitâche et sur la manière dont les magasins peuvent en tirer le meilleur parti.

Nouvelles fonctionnalités sur les machines multitâches

Parmi les nombreuses fonctionnalités que les ateliers recherchent dans le multitâche, citons les broches de tournage jumelées et les tourelles à outils multiples avec stations d'outils rotatives et capacité de décalage de l'axe Y, ainsi que les broches de fraisage à axe B inclinable/rotatif, les tables rotatives/inclinables et magasins d'outils de grande capacité. Selon M. Wilker, les nouveaux développements comprennent des tourelles de style came à galet à moteur intégré, des tourelles inférieures améliorées, des broches de fraisage à entraînement direct et des poupées mobiles de forage servocommandées. Les capacités avancées supplémentaires incluent le fraisage simultané à l'aide de tourelles de machine supérieure et inférieure et de longues opérations de perçage.

Les tourelles à moteur intégré qui utilisent des systèmes d'entraînement à came à engrenages à rouleaux anti-jeu offrent une indexation numérique fluide, à grande vitesse et de haute précision ainsi qu'une évolutivité. Ces tourelles polyvalentes abritent généralement 12 positions d'outils avec la possibilité d'étendre jusqu'à 24. Une capacité d'outils accrue équivaut à des temps de fonctionnement ininterrompus plus longs et à la possibilité d'utiliser des outils plus courants, ce qui permet de réduire l'inventaire global des outils. Cette conception de tourelle élimine le besoin de couplages curvic/index, et l'extensibilité est possible car la tourelle indexe numériquement n'importe quelle position sans modifier son logement. Et une fois en position, des systèmes de serrage hydrauliques intégrés sont généralement utilisés pour assurer une rigidité maximale.

Comme c'est le cas avec leurs homologues supérieurs, M. Wilker déclare que les tourelles inférieures sur les machines multitâches continuent également d'évoluer et de se développer en termes de capacités, ainsi que leurs capacités d'outillage. Les tourelles inférieures sont désormais plus robustes et puissantes et offrent généralement jusqu'à neuf positions d'outils avec des options pour les broches de fraisage en direct.

Certains constructeurs de machines configurent des tourelles inclinées à 45 degrés. Cette conception maximise les capacités de charge d'usinage de la tourelle et offre une grande accessibilité à la broche de la machine et de l'espace pour les transferts de pièces des broches de tournage principales aux broches de tournage secondaires.

Pour une productivité accrue et une polyvalence de traitement des pièces, les tourelles inférieures peuvent fonctionner simultanément avec les tourelles supérieures sur la même pièce. Ou, des tourelles inférieures peuvent fonctionner en combinaison avec la broche de fraisage d'une machine qui peut être appliquée de chaque côté de la poupée fixe de la machine pour réduire davantage les temps de cycle d'usinage.

Les tourelles de machines multitâches d'aujourd'hui sont équipées de broches d'outils rotatifs qui mettent en œuvre une technologie d'entraînement direct qui les rend plus rapides et plus puissantes que leurs prédécesseurs. Les moteurs de broyeur à entraînement direct offrent un régime de broche jusqu'à 24 % plus rapide, ainsi que des niveaux de couple jusqu'à 60 % plus élevés. Ces capacités se traduisent par une augmentation de la polyvalence de traitement, de la productivité et de la durée de vie de l'outil, ainsi que par une amélioration de la qualité de la finition de surface des pièces. Les ateliers peuvent acquérir des machines multitâches avec des broches d'outils rotatifs à tourelle qui délivrent 10 ch et 6 000 tr/min en standard. Ou ils peuvent opter pour ceux qui délivrent jusqu'à 10 000 tr/min et génèrent jusqu'à 52 livres-pied de couple.

Les dernières poupées mobiles servocommandées NC permettent des processus automatisés. Ces poupées mobiles sont entièrement programmables et fonctionnent sur leurs propres servomoteurs AC et vis à billes. Grâce aux programmes de pièces, les poupées mobiles peuvent s'étendre jusqu'à des positions connues et avec des vitesses d'avance d'approche spécifiées et entrer en contact avec les pièces à des pressions de maintien constantes. En raison de leurs systèmes d'entraînement indépendants positifs, ces poupées mobiles peuvent également percer des trous sur les lignes centrales des arbres, ajoutant ainsi de la polyvalence aux travaux qu'une machine multitâche peut traiter.

Dans la plupart des cas, les paramètres de poussée de la poupée mobile sont réglables par incréments de pieds-livres de force spécifiques. Cette fonctionnalité permet aux ateliers de définir des niveaux de poussée en fonction du matériau et de la forme de la pièce afin d'éliminer le risque d'endommagement de la pièce tout en offrant simultanément un maintien et un support sûrs et sécurisés. Ou, les ateliers peuvent ajuster les paramètres de poussée à la volée pendant que les poupées mobiles sont engagées, ce qui permet des opérations de perçage, d'alésage et de rodage qui impliqueraient autrement des outils dans la tourelle d'outils de la machine. Ainsi, les poupées mobiles dotées d'une telle capacité opérationnelle ouvrent à leur tour des positions dans les tourelles des machines-outils.

Alors qu'un nombre croissant d'ateliers sont confrontés à des pièces à usiner de type arbre plus longues, plus grandes et plus complexes, les machines multitâches peuvent offrir des longueurs de lit étendues associées à des innovations telles que les longs stockeurs de forets/outils. Ces machines augmentent considérablement la vitesse de traitement et l'efficacité de ces pièces difficiles.

Pour les opérations de trous profonds, les stockeurs d'outils longs permettent aux machines de manipuler et de stocker plusieurs outils, généralement jusqu'à trois, chacun d'environ 40 pouces de long. Les stockeurs sont situés au-dessus de la deuxième broche de la machine ou, selon la version de la machine, de sa contre-pointe pour garder les outils bien à l'écart, tout en étant rapidement et facilement accessibles.

Machines multitâches dans les applications médicales

Lowell Inc. a éliminé les opérations manuelles et augmenté le débit global grâce à trois machines multitâches qui offrent une capacité complète de traitement des pièces en une seule configuration.

Un atelier profite des avantages de l'usinage multitâche (éliminant les opérations manuelles et augmentant le débit global) dans la production de ses pièces les plus difficiles. Lowell Inc. est un fabricant médical sous contrat à Minneapolis, Minnesota, spécialisé dans les dispositifs implantables tels que les implants orthopédiques pour les marchés de la colonne vertébrale, des traumatismes et des extrémités et les pièces cardiovasculaires pour l'assistance circulatoire mécanique et la réparation des valves. Ces assemblages multi-composants généralement très complexes, tels que les vis pédiculaires, les plaques cervicales, les connecteurs croisés et les dispositifs d'assistance ventriculaire gauche (LVAD), sont presque tous des systèmes à plusieurs pièces dans lesquels les composants individuels doivent fonctionner correctement lorsqu'ils sont combinés les uns avec les autres. Les conceptions varient d'un client à l'autre, donc chaque travail chez Lowell est personnalisé.

La demande de personnalisation et d'ajustabilité, ainsi que des dispositifs plus petits pour la chirurgie mini-invasive, présente des défis d'usinage notables. Une fois que l'atelier a compris comment tenir ces petites pièces, il doit ensuite y usiner des éléments minuscules, complexes et très complexes, en utilisant régulièrement des outils de coupe de moins de 1 mm de diamètre.

Pour gérer ces pièces difficiles, Lowell a installé trois machines multitâches Mazak Integrex i-150, regroupées dans une configuration cellulaire. Les machines offrent une capacité complète de traitement des pièces en une seule configuration pour éliminer les opérations manuelles et augmenter le débit global. Ils simplifient le serrage aux seuls pinces et mandrins ; manipuler facilement des pièces qui varient d'un client à l'autre; et, dans de nombreux cas, réduire les temps de cycle d'usinage des pièces.

Chaque Integrex i-150 comprend une broche de tournage commandée par CNC sur l'axe C, une broche de fraisage verticale sur l'axe B et un étau/centre de support de pièces pour le tournage, le contourage multi-faces, multi-angles et complet sur cinq axes. Lowell a également opté pour les broches de fraisage à grande vitesse de 20 000 tr/min et les magasins à chargement frontal d'une capacité de 72 outils pour ses machines.

Les broches de fraisage s'inclinent de -10 degrés à +190 degrés, et les mandrins de l'axe C comportent de nombreux trous traversants qui acceptent des diamètres de barre allant jusqu'à 2,56 pouces. Pour les opérations décentrées, les machines offrent des plages d'axe Y de ± 3,94 pouces. Les courses d'axe de 14,57 pouces en X, 17,13 pouces en Z et le pivotement maximal de 15,75 pouces de diamètre permettent aux machines de traiter une gamme de tailles et de formes de pièces, le tout dans un encombrement de 91,3 pouces sur 99,6 pouces.

Avec les trois machines configurées de manière identique et disposées les unes à côté des autres, les machinistes peuvent facilement passer d'une machine à l'autre sans avoir à apprendre une machine ou un langage de programmation complètement différent.

Sur les Mazak, Lowell génère pratiquement toutes les pièces à partir de barres de 0,375 pouce à 1,250 pouce de diamètre. Les ravitailleurs de barres LNS Quick Load Servo 65 introduisent automatiquement des barres de 40 pouces de long dans les machines. L'atelier a choisi plusieurs options de machine qui améliorent encore les performances de la machine. Ceux-ci incluent des refroidisseurs de liquide de refroidissement, des balances sur tous les axes et des fonctions de contrôle CNC avancées pour l'usinage à grande vitesse.

La machine multitâche QTN350-II MSY est dotée de capacités de fraisage et d'axe Y ainsi que d'une deuxième broche de tournage, permettant à LCP Machine Inc. d'usiner des éléments très petits et très complexes sur des composants d'implants médicaux.

Les machines ont contribué à rationaliser l'ensemble du processus d'usinage des pièces, y compris la programmation et la configuration. La polyvalence du traitement des pièces et l'amélioration du débit permettent à l'atelier de continuer à se développer dans de nouvelles applications.

La défense prend également un tour

Un autre magasin, LCP Machine Inc. de Bunnell, en Floride, est un fournisseur de niveau II et III dans l'aérospatiale et la défense ainsi que de niveau I dans le pétrole et le gaz. Il traite actuellement plus de 200 travaux individuels différents par mois, avec des quantités allant de 1 à 10 000 pièces. Certaines tâches se répètent, mais la plupart du temps, elles sont uniques.

La société possède 14 machines Mazak, les plus récentes étant une machine multitâche Quick Turn Nexus (QTN) 350-II MSY et des centres d'usinage verticaux à cinq axes complets Vertical Center Universal (VCU) 400 5X et 300 5X. La machine multitâche comprend des capacités de fraisage et d'axe Y ainsi qu'une deuxième broche de tournage pour traiter chacune des pièces de LCP en une seule configuration.

Les autres machines de l'étage comprennent des QTN multitâches avec des capacités de fraisage, des centres d'usinage verticaux à trois axes Vertical Center Nexus (VCN) et un centre d'usinage vertical VCN Compact.

LCP fabrique la plupart de ses pièces à partir d'alliages d'aluminium, d'acier inoxydable et de nickel, ainsi que de laiton, de cuivre et de plusieurs types de plastiques courants. Les pièces mesurent entre 0,030 pouce et 18 pouces de diamètre et 60 pouces de long. Les tolérances peuvent aller de ±0,001 pouce à 0,0002 pouce, et les temps d'usinage varient de 10 secondes à 8 heures.

Utilisant des technologies telles que le multitâche et l'usinage complet à cinq axes, l'atelier complète souvent les pièces en une seule configuration. L'une de ces pièces est un boîtier pour un sonar militaire usiné sur le QTN, qui a été acquis spécifiquement pour ce travail et peut produire la pièce pour la moitié du coût des capacités précédentes de l'atelier. L'atelier produit environ 10 000 de ces pièces par an.

La partie sonar nécessite un tournage OD et ID et un peu de fraisage. Le véritable défi est la finition de surface ID, qui, selon LCP, nécessiterait que la pièce soit sous-traitée pour le rodage. L'opération de rodage aurait ajouté beaucoup de temps au travail. Mais connaissant les capacités du QTN, LCP a expliqué au client que l'acquisition de la machine permettrait de fabriquer la pièce en une seule opération tout en conservant l'état de surface requis uniquement dans les zones nécessaires, restant ainsi bien dans le prix du client tout en laissant LCP une marge bénéficiaire confortable. La machine peut terminer une de ces pièces en quelques minutes.

En tant qu'atelier de précision dans la production de composants pour l'aérospatiale et la défense, ainsi que ceux pour le pétrole et le gaz et d'autres industries, LCP sait que ses clients continueront d'exiger une meilleure qualité et des prix plus bas. Cela dépend de la technologie multitâche pour répondre à ces exigences.

Faire plus avec moins

Lorsque les constructeurs de machines-outils affinent et améliorent les conceptions de machines multitâches, la polyvalence de traitement augmente et les principaux avantages du multitâche sont encore améliorés. La combinaison des opérations réduit les imprécisions qui peuvent survenir lors du déplacement de pièces sur plusieurs postes de travail et élimine l'inventaire des travaux en cours qui pourraient autrement persister entre les machines-outils autonomes. Comme on le voit dans de nombreux cas, les machines multitâches permettent aux ateliers d'accomplir plus avec moins et d'accroître leur compétitivité.