Améliorer la productivité de la programmation CNC grâce aux logiciels et interfaces avancés

Des commandes rapides et intelligentes font bref travail des tâches ardues.

La fabrication connectée et les technologies de numérisation stimulent beaucoup des innovations majeures dans les commandes de machines CNC qui aident les ateliers à couper le métal et créer des pièces aussi vite et efficacement que possible. Dans la plupart des cas, le logiciel ouvre la voie pour aider à la fois les programmeurs CNC et les opérateurs sur le plancher d'atelier à fabriquer facilement des pièces avec la plus haute précision possible.

L'équipement CNC d'aujourd'hui fourmille virtuellement des dernières avancées matérielles, y compris des processeurs plus rapides, plus de RAM embarquée pour les tâches gourmandes en calcul, plus des options de disques SSD plus récents qui permettent des temps de démarrage quasi immédiats ainsi qu'un fonctionnement sans souci dans des environnements d'atelier rudes.

Les dernières avancées logicielles, cependant, avec des fonctionnalités incluant des applications de fabrication connectée, des simulations 3D avancées et des interfaces utilisateur tactiles, continuent de donner aux constructeurs de CNC les meilleures avenues pour se différencier de la meute.

« Le logiciel de commande est vraiment le seul endroit où les constructeurs de machines-outils peuvent introduire l'innovation qui change la donne », a dit Michael Cope, spécialiste technique produit, Hurco Cos. Inc., Indianapolis. « Puisque les solutions mécaniques nouvelles et innovantes sont rares, surtout sans l'introduction de quelque nouvelle technologie de métallurgie ou similaire, offrir un logiciel de pointe et des changements d'interface utilisateur graphique qui rendent les commandes CNC plus puissantes, plus polyvalentes et plus faciles à utiliser doit être le domaine où chaque constructeur se distingue de la concurrence. »

On peut parler ?

Alors que l'industrie manufacturière subit sa transformation de numérisation, les développeurs de commandes CNC et les constructeurs de machines-outils continuent d'ajouter de nouvelles fonctionnalités avec les derniers capteurs, processeurs et logiciels. À l'IMTS, les développeurs de commandes FANUC et Siemens, en particulier, ont présenté de nouveaux équipements et stratégies pour connecter leurs commandes et automatisation pour l'Internet Industriel des Objets (IIoT) et permettre l'Industrie 4.0.

Au stand IMTS de FANUC America Corp. basé à Rochester Hills, Michigan, l'entreprise a démontré ses dernières technologies IIoT, incluant le système de collecte et surveillance de données FANUC Intelligent Edge Link and Drive (FIELD) et son Zero Down Time sur ROBOT-LINKi (ZDT), qui utilise l'analytique prédictive pour aider à prévenir les temps d'arrêt dus aux pannes inattendues.

FANUC a aussi affiché de nouvelles fonctionnalités CNC, incluant une simulation d'usinage de modèle 3D haute résolution améliorée pour les fonctions 5 axes et usinage composé ; sa dernière Série 0i-Model F Plus, la prochaine génération de ses commandes Série 0i ; et sa fonctionnalité Quick and Simple Startup of Robotization (QSSR) pour lier les CNC de FANUC avec les robots de l'entreprise. En plus, FANUC a ajouté des capacités de vision intégrées directement dans ses CNC.

« Nous voyons beaucoup de poussée vers l'utilisation de systèmes de vision intégrés sur les CNC », a dit Paul Webster, responsable ingénierie pour l'unité CNC de FANUC America basée à Hoffman Estates, Illinois. « C'est juste en train d'être publié ; la technologie matérielle est la même que du côté robot, mais elle est implémentée différemment. » Le système, qui utilise un logiciel différent des systèmes de vision utilisés dans les robots FANUC, « permet une implémentation flexible de la vision à travers le CNC », a dit Webster.

La dernière tendance de connecter les machines-outils CNC ensemble peut offrir aux fabricants une productivité plus élevée et une qualité plus fiable, a noté Tiansu Jing, chef de produit Sinumerik CNC pour l'unité Machine Tools Business Unit de Siemens basée à Elk Grove Village, Illinois. « Siemens offre des innovations techniques variables pour tous les domaines de fabrication, y compris les majeurs comme l'aérospatial et l'automobile », a-t-il dit. « Les innovations ne se concentrent pas seulement sur l'amélioration de la vitesse d'ingénierie des constructeurs de machines en introduisant un nouveau portail TIA puissant et Safety Integrated Plus, mais aussi sur l'"art" des produits de numérisation de la date, qui offrent aux clients finaux des façons de connecter, surveiller, analyser et optimiser leurs machines. »

« La Fabrication Intelligente/Industrie 4.0, aussi appelée "numérisation", est le game-changer dans la fabrication », a continué Jing. « En connectant les machines ensemble, il y a beaucoup de nouvelles possibilités qui arrivent, ainsi que de nouveaux modèles d'affaires. Pour offrir un meilleur service à leurs clients, les fabricants doivent augmenter leur productivité et qualité pour offrir de meilleurs produits en délais plus courts. Similairement, pour renforcer leur position concurrentielle sur le marché, les entreprises doivent raccourcir le temps qu'il faut pour concevoir de nouveaux produits. »

Les machinistes cherchent toujours à rendre les opérations de coupe plus faciles et plus rapides, a ajouté Jing. « Pour différents types de machines, ils ont besoin de différentes fonctionnalités pour réaliser cet objectif, ex. "Top Surface" pour le moulage et matrices pour une meilleure qualité de surface en moins de temps, et "Tool Manager" pour gérer facilement tous les outils pour réduire les temps d'arrêt machine dus à la casse d'outil, etc. », a-t-il dit.
Les éléments logiciels des commandes CNC ont permis l'ajout facile de routines et macros spécialisées qui boostent la productivité chez les grands fabricants comme les petits ateliers.

« Les fabricants cherchent une productivité plus élevée et une meilleure qualité tout le temps », a noté Jing.

« Limité par le matériau d'outil et la mécanique de la machine, il est dur de raccourcir dramatiquement la vitesse de coupe, donc le nouveau potentiel pour augmenter la productivité est par une meilleure gestion de la chaîne de valeur de production complète, incluant la distribution des tâches à différentes machines, l'arrangement optimisé d'outils, la simulation avant coupe réelle pour vérifier la conception, et l'analyse en ligne des composants de machine, incluant outils, etc. »

« Siemens offre des lignes de produits complètes pour aider les grands fabricants et les plus petits à mettre en place leur jumeau virtuel et analyser leur production pour optimiser la production de la conception du produit à la livraison », a continué Jing. Le logiciel Siemens inclut Manage MyMachine, Analyze MyPerformance, Analyze ToolPath et Run MyVNCK pour vérifier la conception, optimiser le programme de pièce, simuler la coupe et maintenir les machines à des niveaux de performance optimaux, a-t-il ajouté.

En connectant les machines avec l'Industrie 4.0 et la Fabrication Intelligente, l'industrie peut changer la donne et combler le fossé des compétences qui existe dans la fabrication aujourd'hui, selon Cope de Hurco. « Ces nouvelles normes fournissent la capacité d'avoir des machines et commandes qui interagissent entre elles et ont des machines qui deviennent des "aides" au sein d'une grande cellule de fabrication, où un travail ou programme particulier peut être envoyé à la machine-outil disponible suivante et ne pas être contingent sur une machine particulière devenant disponible. Elles peuvent aussi envoyer un retour de travail ou de machine à des destinataires email ou texte spécifiés. »

« Avoir la puissance et la polyvalence de travailler avec l'automatisation deviendra de plus en plus inestimable pour les ateliers de toutes tailles dans les années à venir », a continué Cope. « En raison du nombre réduit d'employés, les petits ateliers pourraient bénéficier de cette technologie encore plus que les grands ateliers car cela leur permet de profiter de plus d'heures dans la journée — même sans avoir de quarts de travail secondaires et tertiaires étendus. »

À son stand IMTS, Hurco a présenté l'automatisation avec robots collaboratifs, robots sériels multi-axes et systèmes de palettes démontrant l'automatisation pour la production de pièces grands mélanges/faibles volumes trouvée dans de nombreux ateliers, a dit Cope, notant que l'exposition d'automatisation était un effort collaboratif entre Hurco et Erowa, Universal Robots, FANUC, Online Resources, et Industrial Controls & Automation.

« Hurco a dédié d'importantes ressources d'ingénierie pour inventer notre système de contrôle de mouvement piloté par logiciel breveté, appelé UltiMotion », a dit Cope. « Avec UltiMotion, d'énormes quantités de mémoire et de look-ahead de blocs NC (toutes fonctionnalités standard sur notre commande), toutes les industries bénéficient mais ce sera particulièrement bénéfique pour nos fabricants de moules et ateliers aérospatiaux. La vitesse combinée, le débit et la réactivité d'axe aideront à garantir que le client produit les meilleures pièces possibles, avec des temps de cycle plus courts et des finitions de surface exceptionnelles. »

Prises uniques, simulation prisées

Travailler plus efficacement avec des prises uniques sur machines multi-axes est une tendance dans les CNC aujourd'hui, a noté Gisbert Ledvon, responsable développement commercial TNC, Heidenhain Corp., Schaumburg, Illinois. « Les gens veulent faire plus sur une machine s'ils peuvent, donc évidemment le 5 axes est venu loin, pas seulement pour le 5 axes complet mais de plus en plus pour le 3+2 [usinage] parce que les gens ont besoin de rester compétitifs », a dit Ledvon. « S'ils continuent de faire ce qu'ils font, ils ne seront pas compétitifs. »

Alors que certains travaux d'usinage reviennent aux États-Unis, le plus facile ne revient pas, a-t-il ajouté.

« Les choses complexes reviennent. Il y a une tendance de gens voulant faire plus dans une machine-outil, donc c'est soit 5 axes soit ils veulent faire une application tour/fraisage sur une fraiseuse. Ils veulent commencer l'automatisation un peu plus, donc ils veulent une fonctionnalité facile sur leur commande pour gérer peut-être un changeur de palette simple, et définir des priorités à partir de cela. »

Les opérations d'usinage pour le skiage et la coupe d'engrenages complexes ont fait un retour, aidées par des logiciels plus récents dans la commande TNC de Heidenhain, a-t-il ajouté. Les opérations d'usinage complexes nécessitent une modélisation 3D hautement précise dans un logiciel de simulation comme ce que Heidenhain a récemment ajouté à la boîte à outils du TNC, incluant sa Surveillance Dynamique de Collision.

« Même si vous pouvez avoir une surveillance de collision à l'extérieur, comme avec un programme FAO ou Vericut, par exemple, qui vérifie votre programme pour que vous n'ayez pas de collisions, les gens veulent aussi le faire sur la machine [commande], s'ils peuvent », a dit Ledvon. « Si la machine peut leur montrer visuellement s'ils ont un problème de collision, ils veulent voir le modèle 3D de la cinématique de la machine, et juste revérifier que s'ils font la programmation — ils veulent toujours cette vérification sur la machine. »

La simulation de pièces sur la commande CNC devient plus courante, avec de nouvelles simulations basées sur CNC introduites à l'IMTS par FANUC et d'autres. La simulation de FANUC offre une simulation complète de pièce en 3D, a noté Webster, montrant le corps solide de la pièce pendant qu'elle subit des opérations d'usinage.

L'utilisation de modèles solides grandit aussi dans les offres des développeurs de CNC, a noté Cope de Hurco. « Une tendance que certaines commandes commencent à adopter, et que nous verrons certainement croître, est la capacité d'importer des modèles solides directement dans la commande — et de créer des programmes à partir d'eux. Bien que nous ayons pu importer des fichiers STL à utiliser comme géométrie de brut pendant plusieurs années, Hurco a introduit une nouvelle fonctionnalité, Importation 3D avec 3D DXF amélioré à l'IMTS 2018, qui a été très bien reçue par les participants au salon », a ajouté Cope. « Puisque de nombreux utilisateurs reçoivent des fichiers de modèles solides de leurs clients, c'est un avantage significatif de pouvoir simplement charger ce fichier dans la commande et créer un programme de pièce sans avoir besoin d'un système FAO. »

Ce qui compte le plus pour les machinistes

La facilité d'utilisation se classe très haut sur la plupart des listes de souhaits des machinistes, et les développeurs de CNC font des progrès constants dans ce domaine, avec FANUC remaniant son interface utilisateur ces dernières années et de nombreux autres développeurs incluant des interfaces tactiles plus faciles à utiliser.

« Ils veulent de la vitesse, ne veulent pas attendre, et ils veulent de la précision », a dit Robin Cave, ingénieur logiciel pour Mazak Corp. basée à Florence, Kentucky. « Les graphiques sur notre machine Windows sont très bons, et ils aident les machinistes à vérifier le code avant que la coupe commence avec une simulation assez bonne qui montre tout. »

La ligne Mazatrol Smooth de CNC de Mazak, qui inclut les SmoothX, SmoothG et SmoothC, a été remaniée par Mazak au Japon il y a environ trois ans en utilisant du matériel Mitsubishi et incorporant le système d'exploitation Windows 8 embarqué. Ces CNC offrent une opération intuitive pour les utilisateurs avec écrans tactiles qui permettent l'ajustement d'un processus de pièce, a noté Cave, en utilisant des barres coulissantes et d'autres entrées graphiques.

« C'est une commande qui crie de vitesse », a dit Cave des CNC Smooth, notant que Georgia Tech a testé les commandes. « Elle traite plus vite que tout ce qu'on a fait avant, et les disques SSD aident vraiment avec la vitesse. Vous n'avez pas toujours besoin de beaucoup de vitesse, mais quand vous interpolez une fraise à bout hémisphérique, vous devez manger beaucoup de code rapidement », a dit Cave. « Vous rencontrez ce genre de choses plus dans le travail moule et aérospatial. »

« Une autre chose vraiment grande avec nos clients est notre SMC — notre Configuration de Machine Smooth », a continué Cave. « Ce que les clients voulaient, c'était que nos machines soient plus flexibles. Parfois ils ont besoin d'être vraiment précis, parfois non. » Le SMC permet aux machinistes d'ajuster facilement des curseurs pour rendre la machine plus ou moins précise selon les conditions d'usinage, a-t-il noté, aidant à faciliter les tâches de programmation sur machine.

Plateforme unique pour tout

La polyvalence d'usinage est une tendance clé pour les utilisateurs de CNC aujourd'hui, a noté Todd Drane, responsable marketing pour Fagor Automation-USA, Elk Grove Village, Illinois. « Les fabricants veulent une seule plateforme CNC qui puisse s'attaquer à n'importe quelle application qu'ils ont sur le plancher de fabrication », a dit Drane, notant que cela permet un meilleur échange de personnel d'atelier. « Une fois qu'ils apprennent une plateforme CNC, l'intégration à un nouveau processus pour cet individu est bien plus facile si la plateforme d'exploitation reste la même avec le nouveau processus. »

Parmi ses derniers développements, la plateforme CNC 8065 de Fagor a été conçue avec des fonctionnalités avancées propriétaires nécessaires pour l'usinage haute vitesse, tout en maintenant la meilleure finition de surface d'usinage et la précision maximale, a dit Drane. La fonctionnalité Adaptive Real-Time Feed and Speed (ARFS) de Fagor permet au CNC d'analyser les conditions d'usinage telles que la charge de broche, la puissance servo et la température de la pointe d'outil, et adapte à la fois l'avance d'axe et la vitesse de broche pour une performance de productivité d'usinage maximale, a ajouté Drane. « Le résultat est une réduction du temps de cycle, couplée avec une finition de pièce supérieure. La durée de vie prolongée de la broche et du moteur servo est aussi accomplie ainsi qu'une utilisation d'outil améliorée. »

Le CNC Fagor 8065 est aussi équipé de la fonctionnalité d'usinage High Speed Surface Accuracy (HSSA) spécifique à l'aérospatial qui offre une contrainte mécanique réduite sur la machine, ce qui augmente la durée de vie de la machine-outil. Aussi, en raison de la vibration de machine plus faible, la machine est capable de mouvements plus fluides et d'avances plus élevées, a dit Drane. « En plus, l'outil de diagramme de Bode embarqué permet la mesure de la réponse en fréquence de la machine, permettant ainsi la possibilité de filtrer réellement les vibrations de machine produites par les diverses conditions d'exploitation et l'environnement. »

Fagor propose aussi son application Fagor Machining Calculator (FMC), disponible sur les plateformes CNC 8060 et 8065. La fonctionnalité consiste en une base de données de matériaux à usiner et d'opérations d'usinage (fraisage et tournage) et une interface pour choisir des conditions de coupe appropriées (avance d'usinage d'axes et vitesse de broche pour chaque opération). Une autre avancée dans les CNC Fagor est le design matériel compact de la ligne de commande, a dit Drane. « Dans la fabrication d'aujourd'hui, comme l'a dit un client, l'espace c'est de l'argent », a-t-il noté. « Donc, Fagor a créé non seulement des CNC compacts, mais aussi des variateurs compacts et même des moteurs. L'idée est de fournir des solutions lean qui correspondent au besoin vs. une approche coupe-biscuit. »