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

APERÇU DE L'USINAGE ET DE LA TENDANCE MACHINE

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

La tendance machine fait référence à l'exploitation automatisée de machines-outils industrielles dans une usine de fabrication, principalement en utilisant des systèmes d'automatisation robotique. Si le chargement et déchargement est la fonction principale des systèmes de tendance machine

Souvent, un robot effectue d'autres fonctions précieuses au sein du système d'automatisation telles que la livraison et l'enlèvement autonomes de pièces de véhicule depuis la cellule. D'autres tâches peuvent être automatisées et intégrées dans la vision holistique de la fabrication incluse CMM / inspection de pièces, jaugeage, soufflage, lavage, ébavurage & finition, tri, marquage laser ID, emballage et expédition.

Avantages des systèmes de tendance machine :

1. productivité accrue
2. main-d'œuvre directe diminuée
3. fonctionnement machine plus long — 24/7
4. utilisation machine améliorée
5. coûts de production globaux diminués
6. qualité produit améliorée
7. sécurité machine renforcée
8. flexibilité opérationnelle
9. optimisation des stocks

En raison de la sophistication, fonctionnalité et coûts associés aux systèmes de tendance machine, la plupart des fabricants exigent un processus d'approbation capital avant d'investir dans ces systèmes où la direction doit approuver l'achat. Typiquement, un ROI (retour sur investissement) est calculé pour justifier l'achat. Futura Automation est équipé pour assister avec la capture des coûts actuels et le calcul du ROI.

Vidéo de démonstration

FREISAGE 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'avance fournit X, Y dans une fraiseuse 3 axes et une dimension Z dans une fraiseuse 4 axes. La broche est un axe rotatif et peut généralement être abaissée (ou la table relevée, donnant le même effet relatif d'approcher l'outil plus ou moins profondément dans la pièce), permettant des fraisages en plongée et du perçage. Il y a deux sous-catégories de fraiseuses verticales : la fraiseuse à lit et la fraiseuse à tourelle.

Quand un axe « B » est également rotatif, il y a 5 axes de mouvement. Une machine 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 5 axes, l'outil de coupe se déplace sur les axes linéaires X, Y et Z ainsi que tourne sur les axes A et B pour approcher la pièce sous n'importe quelle direction. En d'autres termes, vous pouvez usiner cinq faces d'une pièce en une seule configuration.

FREISAGE HORIZONTAL —

Une fraiseuse horizontale a le même genre mais les fraises sont montées sur une broche horizontale (voir fraisage sur arbre) à travers la table. De nombreuses fraiseuses horizontales comportent aussi une table rotative intégrée permettant le fraisage à divers angles ; cette caractéristique est appelée table universelle. Bien que les fraises en bout et autres types d'outils disponibles pour une fraiseuse verticale puissent être utilisés dans une fraiseuse horizontale, leur réel avantage réside dans les fraises montées sur arbre, appelées fraises de côté et de face, qui ont une section transversale plutôt comme une scie circulaire, mais sont généralement plus larges et de plus petit diamètre.

Principaux fabricants de machines :

• Mazak : HC, MEGA, UN
• Toyoda : 400, 500, 630, 850, 1000, 1250, 1600 mm palettes
• Hurco : HM1700i
• Haas : 40-Taper, 50-Taper
• DMG Mori : NH, NHX, DMC, DMU
• Okuma : LB, LT, MULTUS
• Matsuura : H-Plus

TOURNAGE —

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

Principaux fabricants :

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

ROUTAGE —

Un routeur à commande numérique (CNC) est une machine de coupe commandée par ordinateur qui monte généralement un outil de routeur comme broche utilisé pour couper divers matériaux : bois, composites, aluminium, acier, plastiques, verre, mousses. Les routeurs CNC peuvent effectuer les tâches de nombreuses machines de menuiserie comme la scie à panneaux, la mouleuse à broche, et la perceuse. Ils peuvent aussi couper des assemblages comme mortaises et tenons.

MACHINES DE MOULAGE PAR INJECTION ET DE COULÉE SOUS PRESSION

Le moulage par injection est le processus de forçage de plastique (ou métal dans le processus similaire de « coulée 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. « Canaux d'injection », « Portes » et « Bavures » nécessiteront aussi un enlèvement. Les moules de 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 comme le moulage par insertion, permettant à la machine de tirer parti de la gravité. Certaines machines verticales ne nécessitent pas non plus que le moule soit fixé. Il y a de nombreuses façons de fixer les outils aux plateaux, la plus courante étant les pinces manuelles (les deux moitiés boulonnées aux plateaux) ; cependant, pinces hydrauliques (calés utilisés pour maintenir l'outil en place) et pinces magnétiques sont aussi utilisées. Les pinces magnétiques et hydrauliques sont utilisées là où des changements d'outils rapides sont requis.

STOCKAGE AUTOMATISÉ ET CONVOYAGE DE PALETTES

Les systèmes de gestion de palettes sont un moyen de stocker les pièces pendant le processus d'usinage et de les alimenter automatiquement à la machine-outil par convoyeur et finalement un bras robot (appelé « tendance ») avec outillage approprié qui alimente la pièce avec outils de maintien de travail, comme OMIL, dans la machine-outil.

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

Trinity Automation : AX1, AX2, AX5

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

L'AX2 est un système de gestion de palettes de taille moyenne, avec une plage de taille jusqu'à 16" de diamètre par 9" de haut. Bien adapté pour le chargement latéral du Haas UMC-500, ou centres d'usinage verticaux comme Haas VF2 ou YCM NXV1020A.

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

FINITION : ÉBAVURAGE ET POLISSAGE

Les pièces usinées nécessitent le plus souvent un certain degré de finition avant application ou vente. L'ébavurage peut être considéré comme une finition grossière et pourrait impliquer meulage ou tumbler dans des médias. Le polissage est un autre moyen de finir une pièce, surtout pour des raisons esthétiques. Pour les pièces moulées par injection / coulées sous pression, il y a aussi un processus de dé-gating, enlèvement de bavures ou canaux d'injection. Les palettes utilisées pour transporter les pièces dans le processus d'usinage peuvent aussi transporter les mêmes pièces usinées vers une station d'ébavurage ou polissage.

INSPECTION QUALITÉ ET CMM

De nombreux fabricants seront aussi tenus d'inspecter à 100 % les composants fabriqués pour la qualité ou l'adhérence à des spécifications de fabrication strictes. Il y a un certain nombre d'outils pour accomplir l'inspection automatisée, parmi eux la vision industrielle et les Machines à Mesurer Tridimensionnelles (MMT/CMM). En tous cas, la manipulation des pièces dans et hors des outils d'inspection peut être accomplie automatiquement avec un bras robot. Les pièces peuvent être transportées vers une station d'inspection par les mêmes palettes utilisées pour l'usinage.

ÉTIQUETAGE D'IDENTIFICATION AUTOMATISÉ

Il y a plusieurs techniques pour marquer les pièces finies avec numéros de modèle et de série. Parmi celles-ci : impression laser, micro-percussion, étiquetage RFID et impression encre, dans l'ordre inverse de popularité.

ROBOTS MOBILES AUTONOMES (AMR)

Un autre outil pour rationaliser la fabrication et réduire les coûts de main-d'œuvre est le Robot Mobile Autonome (AMR). C'est une technologie encore en développement pour transporter des produits sur le plancher d'usine sans besoin de convoyeurs ni de chariots élévateurs manuels. Un AMR peut déplacer le produit vers la machine depuis un autre processus ou de la machine vers le stockage, l'emballage ou l'expédition.

COMMENT CHOISIR UN SYSTÈME ?*

Le succès en fabrication sera toujours question de profits, autrement dit de Retour sur Investissement (ROI). Il y a deux éléments de Retour ou Profit : Revenus moins Dépenses. Les dépenses peuvent aussi être divisées en deux : Directes et Chargées (Overhead). La dépense directe se produit sur le plancher d'usine et est le coût réel de fabrication d'un composant. La dépense directe peut aussi être divisée en deux : main-d'œuvre et capitalisation (amortissement). La main-d'œuvre inclut non seulement le salaire horaire, mais aussi avantages, taxes d'emploi et coûts de support additionnels incluant risques de sécurité. Le travail répétitif et simple qui peut être remplacé par une machine devrait l'être pour la compétitivité mondiale.

Certains ateliers restent attachés à leurs méthodes traditionnelles, croyant que les technologies familières les verront à travers les nouveaux défis. Ce ne sera pas le cas — du moins pas dans le marché mondial d'aujourd'hui. Reconnaître les nouvelles technologies, comme les avancées en CNC, est une décision stratégique qui assure la compétitivité future d'une entreprise.

Justifier une nouvelle technologie est un processus en plusieurs étapes :

Étape 1 : Comprendre vos coûts
Utilisez un système de coûts transparent, évaluez tous les facteurs de coûts incluant la main-d'œuvre directe « tout compris » ou pleinement chargée, évaluez comment la nouvelle technologie peut améliorer le flux de trésorerie, et calculez le coût par pièce et l'influence de l'investissement dans la nouvelle technologie sur le coût de production et le retour sur investissement.

Étape 2 : Comprendre les bénéfices potentiels de la technologie CNC
Certains bénéfices mesurables incluent productivité accrue, temps de configuration et changement d'outil réduits, disponibilité améliorée, débit, taux de rebut et coûts d'outillage, tout en allégeant le fardeau des coûts de maintenance et de préparation de travail.

Tout aussi importants, certains bénéfices intangibles du CNC incluent qualité, précision, et finition de surface améliorée, sans dépendre de la compétence de l'opérateur. Cela peut aussi améliorer la flexibilité du processus, avec outillage à changement rapide prédéfini avec inserts standardisés et tournage à pointe unique plutôt que coûteux outils formés.

Étape 3 : Comprendre les coûts de l'équipement plus ancien
L'équipement plus ancien signifie des efficacités plus modestes, des temps de configuration plus longs que prévu, nécessitant des compétences qui disparaissent pour configurer et opérer. Également important, l'équipement plus ancien ne peut pas statistiquement maintenir les tolérances, et produit des pièces rebut excessives, nuisant à l'efficacité et ajoutant au coût des matériaux.

Calcul du retour sur investissement
Il y a plusieurs façons d'évaluer le retour sur investissement de la nouvelle technologie. Faire une analyse de Retour sur Investissement (ROI) peut vous aider à prendre une bonne décision sur l'achat d'une machine plus ou moins chère.

L'analyse ROI indique comment l'investissement impactera le flux de trésorerie d'une entreprise, basé sur les revenus et dépenses associés au projet. Le ROI est donné en pourcentage de taux de retour.

L'entreprise effectuant l'analyse ROI doit déterminer le taux de retour pour l'investissement basé sur le coût du projet et l'impact qu'aurait l'investissement sur son flux de trésorerie. Une fois le taux de retour déterminé, l'entreprise doit déterminer s'il est un taux acceptable. Typiquement, un taux de 20 % ou plus est considéré acceptable.

Il y a plus
Cependant, cette méthode de justification ne considère pas d'aspects techniques et stratégiques importants pour maintenir la compétitivité. La qualité, par exemple, est une des priorités principales des utilisateurs finaux aujourd'hui. Ce facteur est un bon exemple de ce qui n'est pas pleinement reconnu dans une analyse ROI. La qualité dépend non seulement du type d'équipement utilisé mais aussi du processus, comme faire des pièces complètes en une seule étape.

En plus de la qualité, il y a un certain nombre d'autres bénéfices — bénéfices intangibles — qui auront un impact sur la compétitivité de l'entreprise. Ceux-ci peuvent être aussi importants que l'impact de l'investissement sur le flux de trésorerie. Considérer ces autres bénéfices est une approche à plus long terme de l'investissement qui peut assurer la survie de l'entreprise.

Bien que la méthode d'analyse ROI ait traditionnellement été utilisée pour analyser des projets multi-annuels à haut volume, elle peut aussi être utilisée pour analyser la sagesse d'acheter une machine pour la production à faible volume d'une grande variété de pièces sur plusieurs années. L'exemple montré était très simple, et il y a de nombreux facteurs additionnels que vous pourriez vouloir considérer, comme les implications fiscales concernant les nouvelles machines.

Enfin, le ROI n'est pas nécessairement la même chose que la rentabilité et la compétitivité. La rentabilité dépend du taux de coût par heure de la machine considérée pour l'achat et de l'impact des bénéfices intangibles. Selon la décision d'investissement capital de l'entreprise, l'impact sur le flux de trésorerie peut être très différent de la compétitivité et rentabilité à long terme.

Il est possible d'avoir un ROI élevé et une faible rentabilité, et l'inverse est aussi vrai.

Regardez un nouvel achat de machine sous les deux angles. Effectuez une analyse ROI, et regardez aussi l'impact à long terme de l'investissement. Bien que la rentabilité puisse initialement être plus élevée en regardant une machine moins chère ; en raison des bénéfices à long terme, l'achat de la machine de plus haute qualité peut être le choix le plus favorable pour le producteur de pièces de précision.

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