Élevez vos opérations de rectification : du bon au excellent avec logiciels avancés et automatisation

Comment les logiciels, l'automatisation et les avancées en abrasifs envoient la rectification de pièces et d'outils en surrégime.

Peut-être que votre entreprise se spécialise dans les composants aérospatiaux ou médicaux, et vous avez besoin de produire des géométries complexes dans des métaux trop durs pour être coupés via des méthodes d'usinage conventionnelles. Ou peut-être que vous travaillez dans ou possédez un atelier d'outils et de fraises, et cherchez des façons plus rapides, plus rentables de produire des forets, fraises en bout, et outils de forme. Quelle que soit la raison, et quelle que soit l'exigence, vous avez de la chance. Comme avec la plupart des technologies de travail des métaux, la rectification — plus proprement appelée usinage abrasif — s'est grandement améliorée ces dernières années.

Comment ? Pour commencer, les fabricants de meules ont développé de nouveaux liants et superabrasifs qui méritent clairement le titre « super », capables d'enlever plus de matière en moins de temps que jamais auparavant. Et les fabricants de machines de rectification livrent des équipements toujours plus capables, assez rigides et puissants pour tirer plein avantage de ces abrasifs avancés, tout en ajoutant des fonctionnalités intelligentes comme l'automatisation, la surveillance à distance et des systèmes logiciels intelligents à leurs machines-outils.

Simplement dit, la rectification a entré une nouvelle ère de productivité et de précision de pièce ; si vous n'en tirez pas avantage, vous pourriez manquer des opportunités significatives pour l'amélioration de processus, l'augmentation de la qualité de produit, et un coup de pouce au résultat net.

Un meilleur contrôle est critique

Un moteur clé pour ceci est une pénurie de machinistes qualifiés. C'est selon Shane Farrant, gestionnaire national produit pour rectifieuses chez JTEKT Toyoda Americas Corp., Arlington Heights, Ill., qui a ajouté que rendre l'interface homme-machine (IHM) plus facile à comprendre est une première étape nécessaire vers la minimisation des effets d'une main-d'œuvre moins qualifiée.

« Une IHM plus simple, plus intuitive est une des nombreuses améliorations de machine que nous avons développées pour notre gamme d'universelles, cylindriques, d'arbres à cames et de vilebrequins », a-t-il dit. « Cela signifie un format convivial, avec une plus grande dépendance sur les images et autres graphiques pour aider les procédures de configuration et de programmation. »

Il y a aussi eu une grande poussée vers un environnement de travail basé sur l'Internet des objets (IdO). Par exemple, la page de diagnostics sur le contrôle tactile TOYOPUC de Toyoda affiche les niveaux de liquide de refroidissement, la vibration de machine, la température d'huile — n'importe quoi qui pourrait se traduire en mauvaise qualité de pièce ou créer un problème de production enverra une alerte immédiate à qui est responsable pour le réparer. En plus, il est possible de collecter cette information du contrôle de machine et de la pousser vers une base de données en réseau pour analyse historique.

Une autre fonctionnalité gain de temps est la génération automatique de programmes alternatifs, qu'un opérateur peut appeler s'il y a un problème lié au processus. Le gestionnaire ingénierie proposition JTEKT Toyoda Steve Earley a dit que cette option de contrôle conversationnel est disponible sur la rectifieuse à rouleaux GE6 de l'entreprise, une machine qui a aussi bénéficié de certaines modifications à la coulée, moteurs, et autres composants, tous conçus pour réduire la vibration et augmenter la précision de machine dans cette application spécialisée.

Les matériaux utilisés pour faire les batteries lithium utilisées dans les véhicules électriques sont assez minces, a-t-il expliqué, et les rouleaux produisant ce matériau doivent donc être extrêmement précis, avec des finitions de surface très fines. « Quand un opérateur configure la machine, le contrôle présentera un programme généralisé pour commencer, ainsi que deux alternatifs — un qui est plus agressif pour des temps de cycle plus rapides, et un programme plus conservateur qui produit de meilleures finitions de surface », a dit Earley. « Basé sur les résultats initiaux, l'opérateur peut facilement décider de basculer vers quel ensemble de paramètres d'usinage fournit la meilleure pièce dans le temps le plus court possible. »

Moins d'opérations requises

Larry Marchand, vice-président du groupe profil chez United Grinding North America Inc., Miamisburg, Ohio, a été d'accord avec le besoin de contrôles faciles à utiliser, surtout alors que les machines de rectification deviennent plus capables. Mais il a dit qu'il y a aussi une demande tremende à travers la communauté de fabrication pour réduire le travail en cours et moins d'opérations d'usinage, menant United Grinding et d'autres entreprises à adopter l'approche dite « fait-en-un » pour réduire le temps de contact opérateur et augmenter la valeur par opération.

Pour soutenir ceci, United Grinding a introduit « des processus, opérations, et fonctionnalités additionnels » aux rectifieuses de profil qui étaient autrefois très mono-but. « Les clients veulent ajouter plus de valeur en une seule manipulation de pièce », a dit Marchand. « Nous avons vu une grande demande pour des machines avec changeurs d'outils automatiques, rendant possible de rectifier la pièce et puis d'amener un foret ou fraise pour compléter la pièce. Cela élimine les opérations secondaires, réduit le délai de pièce et améliore la qualité. »

Est-ce que cela veut dire que les ateliers d'usinage devraient échanger leurs machines-outils CNC pour une super rectifieuse qui fait tout ? Pas du tout. Tout comme les machines multitâches font un bon travail de fraisage d'une rainure ou rectification d'un journal, une rectifieuse multitâche peut maintenant effectuer des tâches autrefois réservées aux centres d'usinage et machines perçage-taraudage — cela dit, aucun style de machine-outil ne peut remplacer l'autre. Comme Marchand l'a souligné : « Si vous avez une pièce qui est intensive en rectification, vous êtes toujours mieux avec une rectifieuse dédiée. »

Il y a plusieurs raisons pour ceci, a-t-il dit. La rectification requiert substantiellement plus de fluide de coupe que les opérations de fraisage et tournage, visé précisément à l'intersection de la pièce et de la meule. Entraîner une meule qui mesure quelques pieds de diamètre nécessite beaucoup de cheval-vapeur, bien plus que ce qui est disponible sur une machine à copeaux moyenne. Finalement, maintenir des dixièmes et des finitions de surface à chiffre unique toute la journée est quelque chose que la plupart des rectifieuses CNC excellent parce qu'elles sont conçues pour optimiser ces opérations. Centres d'usinage ? Pas tant.

S'attaquer aux trucs durs

Ces capacités sont particulièrement pertinentes avec les métaux riches en nickel, chrome, et cobalt, a dit Marchand. « Beaucoup de notre affaire vient de clients produisant des pièces à partir d'Inconel et Rene, des matériaux qui — au moins dans leur état durci — sont presque non-usinables. Leur seule option est l'électroérosion ou la rectification, et grâce à la rigidité, la puissance, et la précision des machines de rectification modernes, plus la disponibilité de superabrasifs qui n'étaient pas disponibles jusqu'à récemment, la plupart optent pour cette dernière. »

Un des fabricants leaders de superabrasifs est Norton|Saint-Gobain Abrasives, Worcester, Mass. Alfredo Barragan, ingénieur d'application senior corporate pour superabrasifs Amérique du Nord, a dit que la rectification était une fois considérée comme un processus « finition seulement », mais, avec le développement de technologies de rectification de plus en plus capables, a évolué en un processus d'usinage principal. Pour atteindre le plus grand succès avec ce processus, cependant, des abrasifs tout aussi modernes doivent être appliqués.

« Les meules à matrice diamant à liant résine ou métal traditionnelles tendent à être vraiment denses », a dit Barragan. « Être dense est une bonne chose parce que ça vous donne une structure robuste et aide à fournir un lien fort qui tient cette structure ensemble, mais ça soulève une considération : la meule a tendance à charger plus vite, ce qui à long terme réduit la productivité. Les meules à liant hybride Norton Winter Paradigm résolvent ce problème. »

Les meules sont dites fournir une combinaison de rétention de grain améliorée avec des niveaux élevés de porosité, réduisant ainsi les forces de coupe. Une porosité plus élevée réduit aussi le chargement — la meule rectifie plus froid, plus librement, avec moins de temps d'arrêt, ultimement produisant plus de pièces par jour. Selon l'abrasif utilisé, les meules à liant hybride rectifient efficacement le carbure, les céramiques avancées, les aciers à outils trempés, et les alliages haute température que Marchand de United Grinding vient de mentionner.

Il y a plus que la technologie abrasifs, toutefois. Comme les machines-outils auxquelles elles sont attachées, les meules elles-mêmes deviennent plus intelligentes, avec des étiquettes RFID intégrées pour une meilleure gestion d'actifs, approvisionnement rationalisé, suivi d'information d'utilisation et dressage, et protection contre l'erreur d'opérateur.

Norton|Saint-Gobain ne restreint pas non plus ses efforts aux produits abrasifs. Son système de surveillance et diagnostic de processus 4Sight fournit une fonctionnalité IdO similaire à celle discutée plus tôt, avec une surveillance en temps réel agnostique à la marque de valeurs de machine de rectification comme charge de broche et utilisation de machine, et la capacité de stocker des données pour analyse de tendance ou envoyer des alertes comme nécessaire. « C'est une des plus grandes initiatives de l'année pour nous, et ensemble avec nos systèmes d'étiquettes intelligentes, sert comme fondation de notre solution Industrie 4.0 », a dit Barragan.

Venant sur votre écran : V@dison

Ils ne sont pas seuls. Vollmer of America Corp., Carnegie, Pennsylvanie, ensemble avec sa société mère, le Groupe Vollmer, travaille sur un certain nombre d'outils et services conçus pour « transformer numériquement » les opérations de rectification. Marqués comme V@dison, ceux-ci incluent l'écran V@ pour visibilité améliorée des paramètres de machine, V@ check pour simulation de processus, V@ boost pour optimiser la performance de machine selon la pièce, et V@ guide pour une maintenance préventive plus consistante.

Vollmer est encore aux premiers stades de cette initiative, mais le gestionnaire des ventes nord-américain Shannon Fox a dit qu'il y a encore beaucoup de fruits d'amélioration à portée de main disponibles pour la communauté de rectification. Chef parmi ceux-ci est l'automatisation — Fox a pointé vers les capacités de chargement de pièces robotique et changement de meule de son VGRIND 360 rectifieuse outils et fraises comme un exemple, des options que Vollmer et en effet la plupart des fabricants de machines-outils installent sur une base routinière alors que leurs clients travaillent vers la fabrication sans surveillance.

La simulation est une autre demande routinière. Bien que le système V@ check de Vollmer soit encore en développement, Fox a noté que le logiciel NUMROTOplus offert sur les équipements de rectification Vollmer et d'autres marques est une alternative mature, bien acceptée. « La simulation devient plus importante alors que les rectifieuses grandissent en capacité », a-t-il dit. « Les quartiers sont plus serrés, les géométries d'outils sont de plus en plus complexes, et beaucoup de machines — les nôtres incluses — permettent l'utilisation de multiples paquets de meules dans un seul travail, soulevant des préoccupations d'interférence. Sans simulation, vous risquez de faire planter une machine-outil très chère. »

Voir c'est croire

La simulation est importante pour d'autres raisons aussi. ANCA CNC Machines, basée à Melbourne, Australie, par exemple, l'utilise pour prédire le déséquilibre d'outil dans les fraises en bout à pas variable. « C'est un des compromis avec les coupeurs haute performance — parce que l'espacement des goujures est irrégulier, ils sont inhérentement hors d'équilibre », a dit Lucas Hale, gestionnaire marketing global. « Pour combattre ceci, nous avons développé un logiciel de simulation qui calcule le déséquilibre et ajuste le programme NC pour l'offsetter en enlevant du matériel additionnel dans des emplacements stratégiques. L'outil sort de la rectifieuse parfaitement équilibré, livrant une durée de vie d'outil étendue et une meilleure finition de surface sur la pièce usinée. »

Hale a été d'accord sur l'appel pour l'automatisation, incluant la manipulation robotique de pièces et meules, mais a offert un certain nombre de façons additionnelles de pomper la productivité. Là où le « collage » routinier de la meule pour enlever le chargement était une fois fait manuellement, ANCA l'a automatisé, réduisant les coûts de main-d'œuvre et étendant la vie de meule. Les logiciels et machines d'ANCA sont dits fournir « une facilité d'utilisation significative », réduisant le temps de configuration. Et les systèmes de mesure basés laser fournissent une vérification en cours de processus de la précision et géométrie d'outil de coupe, suivie par des offsets automatisés ou dressage de meule pour compenser l'usure.

Et ANCA a poussé ce processus une étape plus loin. À travers la collaboration avec des entreprises comme Zoller Inc., un fournisseur leader d'équipements de pré-réglage d'outils, ANCA a développé une interface qui supporte l'inspection automatisée et la rétroaction à la rectifieuse CNC — un robot place le coupeur dans le pré-régleur, qui le mesure et envoie les résultats à un système logiciel qui ajuste la machine comme nécessaire. Cela « ferme la boucle », a expliqué Hale, et ensemble avec des systèmes de gestion de bruts intégrés, permet aux clients de « charger des centaines d'outils, appuyer sur go, et revenir le lendemain à des outils de coupe complétés », a-t-il dit.

« La construction de machine de base s'est aussi améliorée au cours des cinq dernières années environ », a continué Hale. « Par exemple, les moteurs linéaires sont devenus bien plus communs dans notre industrie. Ils non seulement contribuent à la qualité des outils de coupe et donc la qualité des pièces étant faites avec eux, mais les machines linéaires bougent bien plus vite que celles avec vis à billes, réduisant les temps de cycle. Et parce qu'il y a moins d'usure sur les composants de machine, la vie d'équipement est étendue. C'est pourquoi les moteurs linéaires sont pretty much devenus un composant standard de toute machine de rectification haute précision, haute performance. »

Première pièce, bonne pièce

Tout comme JTEKT Toyoda s'adresse à la pénurie de machinistes qualifiés avec un logiciel de contrôle plus intuitif, Rollomatic Inc., Mundelein, Ill., travaille à rendre les configurations de machine à la fois plus faciles et plus rapides. C'est parce que la plupart des fabricants d'outils et fraises ne sont pas différents de n'importe quel atelier de coupe de métal ; ils font face à des tailles de lots plus petites et des délais plus courts, faisant du temps de configuration un pourcentage plus grand de toute série de production. Une partie de la solution ? Un meilleur logiciel.

« Depuis des décennies, les ateliers ont brûlé à travers trois, quatre, cinq bruts de pièce par configuration, ajustant graduellement la machine jusqu'à ce qu'ils obtiennent une bonne pièce », a dit Eric Schwarzenbach, président de Rollomatic Inc. « Mais en utilisant un logiciel intelligent, c'est très possible de réduire le nombre de pièces brutes rebutées, avec zéro étant l'objectif ultime. Non seulement cela réduit les coûts de matériel, mais le temps de configuration aussi. »

Le logiciel assiste l'opérateur en faisant une représentation 3D de la machine-outil, pièce, et meule de rectification, a dit Schwarzenbach, éliminant le besoin d'un essai à sec. L'opérateur peut accélérer l'animation, la ralentir, reculer ou zoomer sur les zones problématiques, l'aidant à éviter les collisions potentielles entre le paquet de meules et la pièce. Et quand l'animation est finie et que la machine fait réellement des pièces, le logiciel travaille à éliminer les « mouvements vides » et raccourcit les distances de sécurité au minimum.

Un logiciel intelligent c'est bien, mais Schwarzenbach a été rapide à souligner que la machine-outil et ses systèmes connexes sont tout aussi importants. La plus précise et stable la machine-outil, le plus facile c'est de frapper la dimension cible du premier coup. Aussi, la technologie de dressage de meule améliorée, les procédures de calibration automatisées, les contrôles plus rapides qui traitent les calculs plus rapidement, et les liants de meule hybrides qui sont résistants à l'usure, à coupe libre, et retiennent les coins aigus plus longtemps sont critiques. Ces facteurs jouent un grand rôle dans des configurations plus rapides et une capacité améliorée à faire la première pièce une bonne pièce, avec des temps de cycle plus courts en prime.

Comme d'autres l'ont mentionné, le changement de meule automatisé est un autre changeur de jeu en rectification — Schwarzenbach a dit que les changeurs haute vitesse de Rollomatic peuvent échanger un paquet de meules en cinq secondes, arbre-à-arbre, et atteindre des temps rectification-à-rectification de 11 secondes. L'avantage va au-delà des temps de cycle plus courts, cependant. « Si vous avez un paquet avec quatre meules dessus, le potentiel de collision est plus haut qu'avec un avec une ou deux meules. Cela complique la configuration. Donc, si vous pouvez diviser un grand paquet de meules et vous permettre les 11 à 12 secondes de temps de changement de meule, alors c'est la façon préférée d'y aller de nos jours. »