Chargeurs de barres modernes : interconnectivité pour économies et qualité

Le besoin de réduction des coûts

La nécessité de réduire le coût par pièce, améliorer la productivité, gérer la qualité produit et gagner un avantage concurrentiel pousse les fabricants à examiner tous les aspects de leurs processus. Pour ceux qui utilisent des tours pour faire des pièces à partir de barres, l'emploi de chargeurs de barres modernes peut avoir un impact majeur sur ces objectifs, surtout maintenant que les chargeurs de barres entrent dans l'ère de l'Internet Industriel des Objets (IIoT).

Pendant des années, le chargement de barres était purement manuel, ralentissant la production et ne faisant peu pour maintenir la qualité. Il y avait aussi un danger significatif de blessures pour les opérateurs pouvant être heurtés par des barres exposées tournant à haute vitesse. En fait, les premiers chargeurs de barres étaient simplement des dispositifs de maintien ou guidage qui limitaient les vitesses de broche, produisaient des vibrations importantes et endommageaient souvent pièces et machines.

Depuis, les chargeurs de barres ont évolué de dispositifs principalement mécaniques vers des systèmes sophistiqués intégrant servomoteurs, codeurs absolus et divers composants auto-ajustables automatiques. Ces avancées — parfois des bonds majeurs, parfois progressives — ont régulièrement amélioré la vitesse de chargement, le maintien, la sécurité et la fiabilité. Pour fournir les meilleures solutions pour diverses applications, les chargeurs de barres automatiques sont maintenant disponibles en versions acceptant barres de 12 pieds, 6 pieds et longueur de broche, et fonctionnant avec tours à broche fixe et mobile (type suisse).

La connexion Ethernet

L'un des bonds les plus spectaculaires en technologie de chargement de barres a été l'incorporation de la connectivité Ethernet pour permettre au chargeur de communiquer bilatéralement avec le contrôleur CNC de la machine. Ce partage de données apporte plusieurs avantages, dont la réduction du gaspillage matière et la possibilité de changements de programmes de pièces à la volée, automatiquement.

Permettre aux machines-outils de s'interconnecter avec d'autres équipements d'usine est un sujet brûlant depuis quelques années. Dans certains cas, les incursions dans l'interconnectivité ont eu des applications pratiques limitées. Cependant, le système de communication Ethernet e-Connect, développé par le fabricant de chargeurs LNS pour l'interconnectivité entre chargeur et machine-outil, est conçu pour fournir de vraies solutions IIoT pour tout fabricant, de la grande série au petit lot mixte.

Réduction des coûts matière et main-d'œuvre

Pour de nombreux ateliers, le coût de toutes les barres — surtout matériaux comme le titane et alliages exotiques — rend la réduction des rebuts cruciale. Jeter un rebut de ces matériaux coûteux, c'est jeter des billets dans la ferraille. Avec e-Connect, l'utilisation matière est surveillée en continu et communiquée au contrôle CNC. Quand les données partagées indiquent qu'il n'y a pas assez de matière pour la pièce suivante d'une série donnée, le système scanne le planning maître de production pour trouver une autre pièce dans la file qui peut être faite du rebut. Une fois la pièce identifiée, la machine-outil et le chargeur s'ajustent automatiquement pour faire la ou les pièces sélectionnées. Une fois la barre épuisée, le chargeur charge la suivante, et le système répète le processus jusqu'à faire toutes les pièces planifiées.

En plus de la meilleure utilisation matière, il y a aussi une économie substantielle de main-d'œuvre car le changement, dans la gamme de diamètres, se fait sans intervention opérateur. Moins de manipulations par l'opérateur améliore le débit, réduit les erreurs humaines et permet à un opérateur de surveiller plusieurs postes. Ce niveau d'automatisation — avec la surveillance à distance de la santé du chargeur — rend aussi possible la production sans surveillance (lights-out), même pour des lots de pièces mixtes.

Pour renforcer encore la production lights-out, le système e-Connect fournit une surveillance en temps réel d'autres périphériques LNS : convoyeurs de copeaux, systèmes haute pression, collecteurs huile/brouillard et autres dispositifs pour une production nocturne sans souci. Les données de tous ces dispositifs passent par e-Connect, pas besoin de lignes de données dédiées par produit.

Cas concret : American Punch

Exemple d'atelier CNC utilisant cette interconnectivité pour réduire le coût par pièce tout en respectant les livraisons just-in-time : American Punch (Cleveland, Ohio). L'entreprise fabrique des poinçons et matrices de précision pour applications fortes épaisseurs (ponts, châssis camions) et pièces plus légères (électroménager, pièces auto).

Comme les clients exigeaient des lots plus petits de 5, 10 ou 20 pièces au lieu de grandes séries, American Punch a dû repenser ses processus. Une approche était de continuer les grandes séries et stocker l'excédent pour livraisons futures. Bien que l'entreprise stockait déjà des pièces à forte rotation pour certains clients, ajouter des stocks de pièces à plus faible rotation immobiliserait du capital et de l'espace.

Cette cellule utilise le système de communication Ethernet e-Connect LNS, partageant données entre le chargeur automatique de barres à longueur de broche LNS Quick Load Servo 80 S2 et le planning maître du centre d'usinage Doosan.

Une solution plus attrayante serait de regrouper une famille de pièces similaires aux longueurs variées et les faire toutes en même temps avec un seul réglage. Le système e-Connect le permet en communiquant avec le planning maître de production embarqué du CNC. Une fois que la machine termine une série, elle examine le planning, sélectionne la pièce suivante, et envoie ces données au chargeur. Le chargeur consulte alors sa Bibliothèque de Pièces interne, où tous les paramètres de centaines de programmes de pièces sont stockés. Il y trouve les données du programme correspondant à celui choisi par le planning maître du CNC et s'ajuste automatiquement pour la nouvelle série.

Dans cette installation, le système e-Connect réside dans le chargeur LNS Quick Load Servo 80 S2 à longueur de broche, tout-électrique, servo-commandé, entièrement automatique, chargeant des barres de 350 mm à 1 600 mm (14 à 63 po, sans dépasser la longueur de broche) avec diamètres de 6 mm à 80 mm (1/4 à 3 1/8 po). L'opérateur charge le chargeur avec des barres d'acier à outils de 38 mm (1 1/2 po) et lance un programme macro permettant au contrôle CNC et au chargeur de changer d'une famille de pièces à l'autre à la volée.

Un réglage typique inclurait le chargement du diamètre de barre approprié pour faire diverses quantités de pièces de différentes longueurs. Par exemple, avec des barres de 38 mm pour produire 50 pièces de 63,5 mm (2,5 po), 10 pièces de 76,8 mm (3,025 po), 75 pièces de 88,9 mm (3,5 po), etc. Les pièces peuvent aussi varier en forme. Auparavant, l'opérateur chargeait les barres et restait près de la machine pendant qu'elle faisait un petit lot. Il réinitialisait ensuite le CNC et le chargeur pour la taille suivante. Maintenant, l'opérateur règle simplement la série, charge les barres et démarre les machines. Pendant que la cellule produit toute la série mixte sans surveillance, l'opérateur est libre pour surveiller d'autres cellules et effectuer d'autres tâches.

L'entreprise a actuellement quatre cellules utilisant le système e-Connect LNS et chargeurs pour produire plus de 300 000 pièces par mois. La plus récente cellule comprend un chargeur LNS Quick Load Servo 80 S2 chargeant des barres dans un centre de tournage avec fraisage, perçage et taraudage. En plus de l'interface avec le chargeur LNS, le CNC communique aussi avec un système haute pression programmable ChipBlaster pour appliquer la quantité précise de lubrifiant pour chaque opération.

Selon l'ingénieur production de l'entreprise : « Ces cellules ont significativement amélioré notre coût par pièce grâce à l'opération sans surveillance et l'ajout d'un quart de nuit sans main-d'œuvre. Également important : l'amélioration de notre capacité à respecter les délais clients. Sans e-Connect, on luttait constamment pour suivre les commandes. Maintenant, non seulement on a résolu le problème de délai, on a étendu notre capacité pour prendre du travail supplémentaire. »

Solutions personnalisées

Un composant clé du système e-Connect pour chargeurs est la fonction Bibliothèque de Pièces qui contient des centaines de programmes et suffit pour la plupart des utilisateurs. Cependant, dans certains cas, e-Connect peut être facilement personnalisé pour applications inhabituelles. Par exemple, un atelier CNC fait des milliers d'une famille de pièces toutes de même diamètre et forme, mais longueur variable de 63,5 mm à 1 245 mm (2,5 à 49 po) par incréments de 12,7 mm (0,5 po).

L'affichage e-Connect LNS montre le statut actuel de toutes les données échangées entre le chargeur LNS et la machine-outil CNC. Les données sont continuellement mises à jour pour tous les périphériques LNS connectés.

Typiquement, ces programmes seraient chargés dans la Bibliothèque de Pièces, qui ajuste automatiquement tous les paramètres du chargeur pour se conformer au programme machine à exécuter. Ici, comme la seule variable est la longueur de chaque pièce, e-Connect transmet simplement la donnée de longueur appropriée directement au chargeur lors du changement de programme. Puisque tous les autres paramètres sont identiques, éliminer l'accès aux données complètes du programme rationalise encore le changement. Multiplier cette économie de temps par des milliers de pièces a un impact significatif sur la productivité.

Aujourd'hui et demain

Ajouter ce niveau d'interconnectivité aux nombreux autres avantages des chargeurs de barres peut faire une différence substantielle pour toute installation produisant des pièces tournées. Cela permet des petits lots plus rentables et une production grande série sans souci. À l'avenir, cette interconnectivité couplée à l'Intelligence Artificielle (IA) pourrait ouvrir encore plus d'opportunités pour réduire temps, matière et coûts de main-d'œuvre.

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