L'avenir de l'usinage automatisé :améliorer la précision et l'efficacité

APERÇU DE L'USINAGE ET DE L'ENTRETIEN DES MACHINES

L'usinage est le processus d'enlèvement de matière d'un « flan » métallique afin de produire une forme complexe souhaitée.

Entretien des machines fait référence au fonctionnement automatisé de machines-outils industrielles dans une usine de fabrication, principalement à l'aide de systèmes d'automatisation robotisés. Alors que le chargement et le déchargement sont la fonction principale des systèmes de maintenance des machines

Souvent, un robot remplit d'autres fonctions utiles au sein du système d'automatisation, telles que la livraison autonome de pièces de véhicule et le retrait de la cellule.  D'autres tâches peuvent être automatisées et intégrées dans la vision holistique de la fabrication, notamment l'inspection des MMT/pièces, le calibrage, le soufflage, le lavage, l'ébavurage et la finition, le tri, le marquage d'identification laser, l'emballage et l'expédition.

Les avantages des systèmes d'entretien des machines incluent :

1. productivité accrue
2. diminution du travail direct
3. fonctionnement de la machine plus long – 24h/24 et 7j/7
4. amélioration de l'utilisation des machines
5. diminution des coûts de production globaux
6. amélioration de la qualité des produits
7. sécurité améliorée des machines
8. flexibilité opérationnelle
9. optimisation des stocks

En raison de la sophistication, de la fonctionnalité et des coûts associés aux systèmes d'entretien des machines, la plupart des fabricants exigent un processus d'approbation du capital avant d'investir dans ces systèmes, où la direction doit approuver l'achat. Généralement, un ROI (retour sur investissement) est calculé pour justifier l’achat.  Futura Automation est équipé pour vous aider à capturer les coûts actuels et à calculer le retour sur investissement

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FRAISAGE VERTICAL – 4 ou 5 AXES ?

Dans la fraiseuse verticale, l'axe de la broche est orienté verticalement. Les fraises sont maintenues dans la broche et tournent sur son axe fournissant une dimension « A ».  Une table d'alimentation fournit une dimension X, Y dans une fraiseuse à 3 axes et une dimension Z dans une fraiseuse à 4 axes. La broche est un axe rotatif et peut généralement être abaissée (ou la table peut être relevée, donnant le même effet relatif de rapprochement ou de profondeur de la fraise dans le travail), permettant des coupes plongeantes et des perçages. Il existe deux sous-catégories de broyeurs verticaux :le broyeur à lit et le broyeur à tourelle.

Lorsqu’un axe « B » tourne également, il y a alors 5 axes de mouvement.  Une machine à 5 axes offre des possibilités infinies quant aux tailles et formes de pièces que vous pouvez traiter efficacement. Le terme « 5 axes » fait référence au nombre de directions dans lesquelles l'outil de coupe peut se déplacer. Sur un centre d'usinage à 5 axes, l'outil de coupe se déplace sur les axes linéaires X, Y et Z et tourne sur les axes A et B pour s'approcher de la pièce dans n'importe quelle direction. En d'autres termes, vous pouvez traiter cinq côtés d'une pièce en une seule configuration.

FRAISAGE HORIZONTAL –

Une fraiseuse horizontale a le même type mais les fraises sont montées sur une broche horizontale (voir Fraisage par arbre) en travers de la table. De nombreuses fraiseuses horizontales disposent également d'une table rotative intégrée qui permet de fraiser sous différents angles; cette fonctionnalité est appelée table universelle. Bien que les fraises en bout et les autres types d'outils disponibles pour une fraiseuse verticale puissent être utilisés dans une fraise horizontale, leur véritable avantage réside dans les fraises montées sur arbre, appelées fraises latérales et à surfacer, qui ont une section transversale plutôt semblable à celle d'une scie circulaire, mais sont généralement plus larges et de plus petit diamètre.

Les principaux fabricants de machines sont :

• Mazak : HC, MEGA, ONU
• Toyoda :palettes de 400, 500, 630, 850, 1 000, 1 250, 1 600 mm
• Hurco :HM1700i
• Haas : cône 40, cône 50
• DMG Mori :NH, NHX, DMC, DMU
• Okuma : LB, LT, MULTUS
• Matsuura : H-Plus

CENTRE DE TOURNAGE –

Le tournage est un processus d'usinage utilisé pour fabriquer des pièces cylindriques dans lequel l'outil de coupe se déplace de manière linéaire tandis que la pièce tourne. Généralement effectué avec un tour, le tournage réduit le diamètre d'une pièce à une dimension spécifiée et produit une finition lisse.  Un centre de tournage est un tour doté d'une commande numérique par ordinateur (CNC). Les centres de tournage sophistiqués peuvent également effectuer diverses opérations de fraisage et de perçage.  Les fraiseuses 5 axes peuvent être configurées comme centre de tournage, c'est pourquoi la plupart des fabricants de machines 5 axes proposent une version centre de tournage.

Fabricants clés :

• Mazak :HQ, INTEGREX, MULTITEX, ORBITEC, QT
• Okuma :GENRE, MULTUS, LB, LT, LU, V40R
• Hurco : TM, TMX, TMM
• Matsuura : CUBLEX
• DMG Mori : NT, NTX, NZX, CTX, WASINO

ROUTAGE –

Un routeur à commande numérique par ordinateur (CNC) est une machine de découpe contrôlée par ordinateur qui monte généralement un outil de routeur comme une broche utilisée pour couper divers matériaux, tels que le bois, les composites, l'aluminium, l'acier, les plastiques, le verre et les mousses.  Les routeurs CNC peuvent effectuer les tâches de nombreuses machines d'atelier de menuiserie telles que la scie à panneaux, la toupie et l'aléseuse. Ils peuvent également couper des menuiseries telles que des mortaises et des tenons.

MACHINES DE MOULAGE PAR INJECTION et DE COULÉE SOUS PRESSION

Le moulage par injection est le processus consistant à forcer du plastique (ou du métal dans un processus similaire de « moulage sous pression ») dans un moule.  Les deux moitiés d'un moule sont serrées en place avec une force suffisante pour résister au processus d'injection.  Une fois l'injection terminée, les moules sont séparés et les pièces retirées.  « Sprue », « Gates » et « Flash » devront également être supprimés.  Les moules des machines d’injection peuvent être fixés en position horizontale ou verticale. La majorité des machines sont orientées horizontalement, mais les machines verticales sont utilisées dans certaines applications de niche telles que le moulage par insert, permettant à la machine de tirer parti de la gravité. Certaines machines verticales ne nécessitent pas non plus de fixation du moule. Il existe de nombreuses façons de fixer les outils aux plateaux, la plus courante étant les pinces manuelles (les deux moitiés sont boulonnées aux plateaux) ; cependant, des pinces hydrauliques (des cales sont utilisées pour maintenir l'outil en place) et des pinces magnétiques sont également utilisées. Les pinces magnétiques et hydrauliques sont utilisées là où des changements d'outils rapides sont nécessaires.

STOCKAGE AUTOMATISÉ ET TRANSPORT DE PALETTES

Les systèmes de gestion de palettes sont un moyen de stocker les pièces au fur et à mesure qu'elles sont dans le processus d'usinage et d'alimenter automatiquement ces pièces vers la machine-outil par le biais d'un convoyeur et, finalement, d'un bras robotique (appelé « tending ») avec un outillage approprié qui alimente la pièce avec des outils de maintien de pièce, tels que OMIL, dans la machine-outil.

Trinity Automation a développé trois niveaux différents de gestion des palettes pour une variété de cas d'utilisation et de volumes d'usinage.

Automatisation Trinity : AX1, AX2, AX5

L'AX1 est un système compact de gestion de palettes à grande vitesse conçu pour transformer les petits centres d'usinage CNC en systèmes de production entièrement automatisés, idéal pour les séries Haas DT &DM, Fanuc Robodrill et les systèmes similaires.

L'AX2 est un système de gestion de palettes de taille moyenne, avec une gamme de tailles allant jusqu'à 16" de diamètre sur 9" de haut. Bien adapté au chargement latéral du Haas UMC-500 ou aux centres d'usinage verticaux tels que le Haas VF2 ou le YCM NXV1020A

L'AX5 est un système de gestion de palettes plus grand, bien adapté au chargement latéral du Haas UMC-750 ou aux centres d'usinage verticaux tels que le Haas VF4. L'AX5 est la solution ultime pour faire passer votre activité d'usinage au niveau supérieur.

FINITION : ÉBAVURAGE ET POLISSAGE

Les pièces traitées nécessitent le plus souvent un certain degré de finition avant leur application ou leur vente.  L'ébavurage peut être considéré comme une finition grossière et peut impliquer un meulage ou un culbutage dans un support.  Le polissage est un autre moyen de finition d’une pièce, notamment pour des raisons esthétiques.  Pour les pièces moulées par injection/moulées sous pression, il existe également un processus de déblocage, de retrait des bavures ou des carottes de coulée.  Les palettes utilisées pour transporter les pièces dans le processus d'usinage peuvent également être utilisées pour transporter les mêmes pièces usinées vers une station d'ébavurage ou de polissage

INSPECTION QUALITÉ et CMM

De nombreux fabricants seront également tenus d’inspecter à 100 % les composants fabriqués pour vérifier leur qualité ou leur respect de spécifications de fabrication strictes.  Il existe un certain nombre d'outils utilisés pour réaliser une inspection automatisée, parmi lesquels la vision industrielle et les machines à mesurer tridimensionnelles (MMT).  Dans tous les cas, la manipulation des pièces entrant et sortant des outils d’inspection peut être réalisée automatiquement à l’aide d’un bras robotisé.  Les pièces peuvent être transportées vers un poste d'inspection par les mêmes palettes utilisées pour l'usinage

ÉTIQUETAGE D'IDENTIFICATION AUTOMATISÉ

Il existe plusieurs techniques pour marquer les pièces finies avec des numéros de modèle et de série.  Parmi celles-ci figurent l'impression laser, le dot peening, le marquage RFID et l'impression à l'encre, dans l'ordre inverse de leur popularité.

ROBOTS MOBILES AUTONOMES (AMR)

Le robot mobile autonome (AMR) est un autre outil permettant de rationaliser la fabrication et de réduire les coûts de main-d'œuvre.  Il s'agit d'une technologie encore en développement permettant de transporter des produits dans l'usine sans avoir besoin de convoyeurs ou de chariots élévateurs manuels.  Un AMR peut déplacer un produit du côté machine à partir d'un autre processus ou du côté machine vers le stockage, l'emballage ou l'expédition.

COMMENT CHOISIR UN SYSTÈME ?*

Le succès dans le secteur manufacturier sera toujours une question de profits, autrement appelé retour sur investissement (ROI).  Il existe deux éléments de rendement ou de profit, qui sont les revenus moins les dépenses.  Les dépenses peuvent également être divisées en deux parties, directes et chargées (frais généraux).  Les dépenses directes se produisent dans l’usine et correspondent au coût réel de fabrication d’un composant.  Les dépenses directes peuvent également être divisées en deux parties :le travail et la capitalisation (amortissement).  Le travail ne comprend pas seulement le salaire horaire, mais également les avantages sociaux, les taxes sur l’emploi et les coûts de soutien supplémentaires, y compris les risques pour la sécurité.  Le travail simple et répétitif qui peut être remplacé par une machine doit être remplacé pour la compétitivité mondiale.

Certains magasins restent attachés à leurs méthodes traditionnelles, croyant que les technologies familières les aideront à relever de nouveaux défis. Ce ne sera pas le cas – du moins pas sur le marché mondial actuel. Reconnaître les nouvelles technologies, telles que les progrès de la CNC, est une décision stratégique qui garantit la compétitivité future d'une entreprise.

Justifier une nouvelle technologie est un processus en plusieurs étapes :

Étape 1 :  Comprenez vos coûts
Utilisez un système de calcul des coûts transparent, évaluez tous les facteurs de coût, y compris la main d'œuvre directe « tout compris » ou entièrement chargée, évaluez comment les nouvelles technologies peuvent améliorer les flux de trésorerie et calculez le coût à la pièce et l'influence de l'investissement dans les nouvelles technologies sur le coût de production et le retour sur investissement.

Étape 2 :  Comprendre les avantages potentiels de la technologie CNC
Certains des avantages mesurables incluent une productivité accrue, une réduction du temps de configuration et de changement d'outils, une amélioration de la disponibilité, du débit, du taux de rebut et des coûts d'outillage, tout en réduisant le fardeau des coûts de maintenance et de préparation des travaux.

Tout aussi important, certains des avantages intangibles de la CNC incluent la qualité, la précision et une finition de surface améliorée, sans dépendre des compétences de l'opérateur. Il peut également améliorer la flexibilité du processus, avec des outils à changement rapide prédéfinis avec des plaquettes standardisées et un tournage à point unique plutôt que des outils de forme coûteux.

Étape 3 :  Comprendre les coûts des équipements plus anciens
Un équipement plus ancien signifie des efficacités plus modestes, des temps de configuration plus longs que prévus, nécessitant des compétences en voie de disparition pour être installé et exploité. Tout aussi important, les équipements plus anciens ne peuvent pas statistiquement respecter les tolérances et produisent un nombre excessif de pièces de rebut, ce qui nuit à l'efficacité et augmente le coût des matériaux.

Calcul du retour sur investissement
Il existe plusieurs façons d’évaluer le retour sur investissement d’une nouvelle technologie. Effectuer une analyse du retour sur investissement (ROI) peut vous aider à prendre la bonne décision quant à l'achat d'une machine chère ou moins chère.

L’analyse du retour sur investissement indique l’impact de l’investissement sur les flux de trésorerie d’une entreprise, en fonction des revenus et des dépenses associés au projet. Le retour sur investissement est donné sous forme de taux de rendement en pourcentage.

L'entreprise effectuant l'analyse du retour sur investissement doit déterminer le taux de retour sur investissement en fonction du coût du projet et de l'impact que l'investissement aurait sur ses flux de trésorerie. Une fois le taux de rendement déterminé, l’entreprise doit alors déterminer s’il s’agit d’un taux de rendement acceptable. Généralement, un taux de rendement de 20 % ou plus est considéré comme acceptable.

Il y a plus
Cependant, cette méthode de justification ne prend pas en compte les aspects techniques et stratégiques importants pour maintenir la compétitivité. La qualité, par exemple, est aujourd’hui l’une des principales priorités des utilisateurs finaux. Ce facteur est un bon exemple de ce qui n’est pas entièrement reconnu dans une analyse du retour sur investissement. La qualité dépend non seulement du type d'équipement utilisé, mais également du processus, comme la fabrication de pièces complètes en une seule étape.

Outre la qualité, il existe un certain nombre d’autres avantages – des avantages intangibles – qui auront un impact sur la compétitivité de l’entreprise. Ceux-ci peuvent être aussi importants que l’impact de l’investissement sur les flux de trésorerie. La prise en compte de ces autres avantages constitue une approche d'investissement à plus long terme qui peut assurer la survie de l'entreprise.

Bien que la méthode d'analyse du retour sur investissement soit traditionnellement utilisée pour analyser des projets pluriannuels à grand volume, elle peut également être utilisée pour analyser l'opportunité d'acheter une machine pour la production en faible volume d'une grande variété de pièces sur plusieurs années. L'exemple présenté est très simple et il existe de nombreux facteurs supplémentaires que vous pourriez vouloir prendre en compte, tels que les implications fiscales concernant les nouvelles machines.

Enfin, le retour sur investissement n’est pas nécessairement synonyme de rentabilité et de compétitivité. La rentabilité dépend du coût horaire de la machine envisagée à l'achat et de l'impact des avantages immatériels. En fonction de la décision d'investissement en capital d'une entreprise, l'impact sur les flux de trésorerie peut être très différent de la compétitivité et de la rentabilité à long terme.

Il est possible d'avoir un retour sur investissement élevé et une faible rentabilité, et l'inverse est également vrai.

Considérez l’achat d’une nouvelle machine sous les deux angles. Effectuez une analyse du retour sur investissement et examinez également l’impact à long terme de l’investissement. Bien que la rentabilité puisse être initialement plus élevée si l’on considère une machine moins chère ; en raison des avantages à long terme, l'achat d'une machine de meilleure qualité peut être le choix le plus avantageux pour le producteur de pièces de précision

*Merci à Jeff Reinert d'Index Systems dans l'article publié dans :https://www.americanmachinist.com/cad-and-cam/article/21892337/justifying-investment-in-cnc-technology