Un autre type de centre d'usinage

Comme toute personne impliquée dans la fabrication métallurgique le sait parfaitement, la bataille entre la technologie d'usinage dédiée et la technologie d'usinage flexible continue d'être menée dans les ateliers d'usinage du monde entier. L'afflux de volumes élevés et faibles dans la fabrication de produits métalliques est indubitable et, plus que probablement, imparable. Il semble imprégner tous les aspects des opérations d'usinage.

Ces termes généraux - mix élevé, volumes inférieurs - sont relatifs. Pour un atelier de moulage, par exemple, une quantité de cinq lots peut être considérée comme un "volume élevé". Chez un fournisseur de niveau 2, un volume élevé peut être considéré comme 500 000 pièces ou plus. Et relativement parlant, le fournisseur de niveau deux avec 500 000 pièces a peut-être ajusté sa production par rapport à 1 000 000 de pièces précédentes en fonction des tendances de fabrication globales des dernières décennies. Aujourd'hui, ce même "grand volume" pourrait être plus proche de 5 000 pièces. C'est relatif.

Dans la recherche de biens d'équipement permettant à un atelier d'optimiser sa production pour refléter les réalités des exigences de fabrication d'aujourd'hui, il existe de nombreuses configurations de machines-outils parmi lesquelles choisir. L'un de ces modèles que nous présentons ici. C'est ce qu'on appelle le multicentre et a été développé pour être une sorte de pont entre une production flexible et à haut rendement et une capacité d'usinage dédiée à grand volume.

Transfert rotatif Morphing

Pour en savoir plus sur le concept derrière le Multicenter, nous avons discuté avec Maurizio Porta, propriétaire de deuxième génération de Porta Solutions, basé à Brescia, en Italie. Son siège social nord-américain est à Newington, Connecticut. Fondée en 1958 par son père, Oscar, l'entreprise de M. Porta a commencé à construire des machines-outils spécialisées pour diverses applications et a vu les changements dans les exigences de production dédiées par rapport aux exigences de production flexibles.

« À l'origine, nous fabriquions des machines-outils à transfert rotatif », explique M. Porta. « Ces machines reflétaient une époque où une machine était construite pour fabriquer une pièce. La pièce était reine, et créer des outils dédiés conçus pour optimiser sa production était le nom du jeu.”

Traditionnellement, dans la technologie de transfert rotatif, un atelier obtenait un emploi et concevait ensuite un système de production autour de la pièce. Certains emplois peuvent fonctionner pratiquement inchangés pendant des années. Comme les cycles de vie des produits se sont raccourcis, les machines de production dédiées sont devenues moins justifiables en termes de coûts dans de nombreuses applications, principalement parce que les rééquiper pour un nouveau travail est difficile, coûteux et ne vaut généralement tout simplement pas la peine.

En 2005, Porta a présenté sa solution à la machine dédiée par rapport à une machine flexible sous la forme du Multicenter. L'idée était de relier la technologie d'usinage dédiée conçue autour d'une pièce spécifique avec une plate-forme de centre d'usinage qui pourrait facilement être rééquipée à mesure que les mélanges de pièces changeaient.

Centrée sur un carrousel à quatre stations, la machine, dans sa configuration la plus populaire, comprend trois modules de centre d'usinage horizontaux. Le quatrième poste sur la table de travail est un poste de chargement/déchargement qui peut être habité ou automatisé.

Chacun des modules HMC est capable d'effectuer un usinage à trois ou quatre axes à chaque poste. Les modules du centre d'usinage fonctionnent progressivement, mais sont contrôlés indépendamment. Avec la machine produisant une pièce, une pièce en plusieurs opérations ou plusieurs pièces différentes en même temps. Les quatre pièces différentes seraient travaillées par les trois broches avant de revenir à la station de chargement/déchargement terminée.

Avec trois broches, les opérations d'usinage peuvent être variées selon les besoins, ajoutant à la flexibilité de la machine. Une rotation du porte-palettes à quatre stations peut produire une pièce complète, quatre pièces complètes ou une variante des quatre. Cependant, selon M. Porta, la plupart des applications utilisent une séquence d'usinage progressif.

M. Porta parle d'une application où le client a produit trois pièces différentes sur un cycle du Multicenter. « Ces pièces sont entrées dans un assemblage, de sorte que chaque cycle de la machine produisait un ensemble complet de pièces », explique M. Porta. « Après usinage, les pièces étaient assemblées et expédiées au client. C'était une application très efficace."

Multicentrique par rapport aux consoles HMC

Les HMC commencent à voir des investissements accrus dans les magasins qui traitent des travaux à haut volume et à faible volume. Ils ont une flexibilité inhérente et s'adaptent facilement à l'automatisation en utilisant des systèmes de navette de palettes pour transporter le travail dans et hors de la machine-outil. De plus, la capacité d'outil de coupe de la conception horizontale est supérieure à celle de son plus grand concurrent, le VMC.

Enquête menée par Production Machining l'entreprise d'études de marché interne de Gardner Intelligence, montre une augmentation significative des projections d'achat de HMC ; 85 % de plus que les chiffres de 2017.

Cependant, M. Porta fait remarquer que si les volumes et la complexité des pièces exigent plus d'un HMC, le Multicenter trouve sa place. « C'est un pont entre la production très élevée d'une machine spéciale et le faible volume avec la flexibilité d'un HMC », dit-il. "Le multicentre se situe entre ces deux classes de machines, et c'est une machine-outil standard, pas une spéciale, ce qui rend les délais beaucoup plus courts."

La machine est conçue pour un cube de travail de 10 pouces, bien que la conception soit évolutive pour les pièces plus grandes. Chacun des trois centres d'usinage est desservi par son propre changeur d'outils, avec une capacité de 12 outils en standard sur chacun. Une plus grande capacité d'outils, jusqu'à 40 outils chacun, est disponible si nécessaire. Chaque broche de machine a trois axes à la pointe de l'outil et un quatrième axe rotatif est situé sur chaque table de travail. Tous les axes sont contrôlés par la CNC FANUC ou Siemens de la machine.

Encombrement réduit, puissance réduite

Selon M. Porta, l'avantage de la conception du multicentre est qu'un client typique de cette machine, qui a besoin de trois ou quatre consoles HMC pour atteindre ses chiffres de production, peut les obtenir sur une seule plate-forme. Il est plus facile de faire fonctionner la machine, elle consomme moins d'énergie et prend moins d'espace au sol.

Les exigences d'espace au sol d'un HMC, avec ses zones de chargement et de déchargement associées, ne sont pas négligeables. "Maintenant, multipliez cette surface au sol par trois et les choses deviennent assez grandes", dit M. Porta. « Parce que le Multicenter est essentiellement composé de trois consoles HMC sur une seule plate-forme, il n'occupe que 87 mètres carrés. Nous calculons que trois HMC typiques, avec l'automatisation associée, occuperaient 240 mètres carrés."

Comparé à trois centres d'usinage horizontaux autonomes, le Multicenter consomme 50 % d'énergie en moins, selon M. Porta. Il cite des consommations de 51 kWh pour le Multicenter contre 120 kWh pour trois centres d'usinage, à production équivalente.

Ces tarifs se justifient par la réduction des accessoires redondants, précise-t-il. Par exemple, les centres d'usinage pilotent trois systèmes d'automatisation, 3 convoyeurs à copeaux et trois changeurs de palettes. De plus, il y a plus de maintenance associée à trois plateformes qu'à une.

Deux clients cibles

Selon M. Porta, le Multicentre a deux clientèles cibles. Comme l'entreprise a été construite sur des machines spéciales à grand volume, le multicentre est conçu pour être un centre de production en volume.

« Certains de nos clients dédient le Multicenter à une seule pièce, comme une machine spéciale », explique M. Porta. «Ces ateliers fabriquent des quantités automobiles de l'ordre de 700 000 à 1 000 000 de pièces par an dans certains cas. Les avantages inhérents aux trois centres d'usinage sur une seule plate-forme (réduction des coûts grâce à moins d'espace au sol, moins d'énergie et moins de main-d'œuvre) s'appliquent toujours à ces applications."

Là où le Multicenter diffère de ses ancêtres de machines spéciales, c'est sa capacité à être compétitif dans les applications à faible volume. "Certains de nos clients utilisent le Multicenter pour exécuter des commandes de production qui ne sont pas de gros volumes, mais plutôt un mix élevé", déclare M. Porta.

Pour ce deuxième groupe cible, les lots de 500 à 5 000 sont typiques. Ces ateliers ne fabriquent généralement pas de pièces pour l'inventaire, mais traitent plutôt des commandes "sur place".

Ces ateliers ont tendance à utiliser la capacité du multicentre pour répondre aux commandes au fur et à mesure qu'elles arrivent. Les machines de ces ateliers sont conçues pour une production flexible plutôt que pour une production dédiée.

Blocage à changement rapide

La structure du multicentre est assez différente de celle d'une console HMC. La base de la machine est un ensemble soudé que M. Porta décrit comme une structure en boîte fermée. A l'intérieur de la caisse, une table rotative à quatre postes porte les palettes d'usinage. La boîte a trois parois avec un module de centre d'usinage sur chacune des parois avec son propre ensemble de guidages linéaires. Le quatrième mur est ouvert pour que la station de chargement/déchargement accède à la zone de travail.

Lors du développement du Multicenter, Porta a conçu le système de serrage pour qu'il soit flexible. Sur chacune des trois palettes de la machine est monté un récepteur qui peut être indexé en position ou en continu pour le contournage dans l'axe B par la palette. Les récepteurs sont standardisés et restent en place sur la palette.

Les pinces pour les pièces spécifiques se montent sur le récepteur et s'ouvrent ou se ferment sous la CNC et l'hydraulique est constamment surveillée par la commande. Le changement s'effectue en remplaçant simplement les pinces sur le récepteur. Il en résulte un temps de changement de 30 secondes.

Pour accéder au cinquième côté d'une pièce, le dispositif est conçu pour indexer 90 degrés afin d'exposer ce côté de la pièce à la broche. Bien que cette opération soit généralement effectuée sur la broche trois, elle peut être effectuée sur toutes les broches si nécessaire. Les fixations sont également capables d'une option d'axe U si un tournage en un seul point est nécessaire pour finir la pièce.

Exécuter le programme

La programmation du multicentre à trois broches est relativement simple. Chaque module de centre d'usinage a sa propre page dans le contrôle FANUC ou Siemens, de sorte que sa programmation est essentiellement une machine à trois axes, avec un axe B, à la fois. La programmation progresse de la broche un à deux à trois.

Même s'il y a effectivement trois programmes distincts exécutés simultanément, il n'est pas nécessaire d'avoir une commande de synchronisation distincte. Les deux marques de CNC utilisées par Porta opèrent la synchronisation des programmes en arrière-plan de la commande.

Parce que la machine a trois broches et exécute généralement des opérations séquentielles, il est important d'équilibrer le temps de cycle pour éliminer les temps morts. Porta a développé un progiciel avec Microsoft qui s'appelle Energy Characterization.

En lisant la consommation d'énergie des moteurs de broche, le logiciel réduit efficacement la puissance pour les coupes plus légères et la transfère, via le freinage régénératif, à la broche utilisant plus de puissance. Le résultat net est une consommation d'énergie optimisée.

Porta est compatible avec la capacité de connectivité de l'Industrie 4.0. Certains de ses programmes de développement sont relativement avancés. Les informations disponibles, que la production soit de 1 000 000 de pièces ou de 500 pièces, sont précieuses pour tout fabricant. Les données rejoignent les puces en tant que monnaie de la fabrication métallurgique.