Optimiser la production avec l'usinage sur axe Y : réduire les temps de préparation et les coûts

L'une des méga-tendances manufacturières des dernières décennies est de simplifier et minimiser le nombre de préparations d'usinage nécessaires pour produire un composant spécifique. Les marchés exigent des délais plus courts et des stocks réduits, ce qui crée un incitatif clair pour les OEM et peut-être encore plus pour leurs fournisseurs de chercher des moyens de rationaliser la production de composants autant que possible.

La rentabilité d'une pièce donnée peut même dépendre de la capacité à combiner plusieurs préparations sur une seule machine.

Un aspect de la tendance à la préparation unique est l'ajout d'« outillage vivant », ou outils rotatifs, aux centres de tournage. Pour y parvenir, les machines tour-fraise à axe Y ont été introduites à la fin des années 1990. Les premiers types simples d'outils vivants dans les centres de tournage avaient une limitation significative. Comme les fraises rotatives étaient dans la plupart des conceptions de machines simplement ajoutées à la tourelle, elles ne pouvaient être entraînées que sur les mêmes deux axes de mouvement que les outils de tournage, en d'autres termes sur les axes X et Z. Pour améliorer la portée, un jeu de guides supplémentaire a été ajouté pour déplacer l'outil vivant à travers la face de la broche. Cela a été accompli en montant les outils vivants sur les côtés du revolver ou sur sa face, en installant les guides d'axe Y sur un lit incliné, ou en utilisant une tête de fraisage indépendante. Les constructeurs de machines-outils et les fabricants ont rapidement reconnu les avantages de cette approche. Aujourd'hui, environ deux décennies plus tard, l'axe Y est devenu une caractéristique standard dans presque toutes les machines multi-tâches et optionnel dans de nombreux nouveaux centres de tournage.

L'ajout de l'axe Y dans un centre de tournage fournit une angularité de 90 degrés entre les trois axes linéaires, d'une manière très similaire à un centre d'usinage 3 axes.

Défis dans les opérations de tronçonnage

Le tronçonnage est une étape cruciale dans tout processus de tournage où il est requis. Il ne prend qu'un petit pourcentage du temps total de coupe mais c'est généralement la dernière opération avant que la pièce ne soit finie. Une casse de l'outil de tronçonnage peut facilement entraîner un temps d'arrêt machine et des problèmes de qualité, et dans le pire des cas, la pièce peut devoir être mise au rebut et toute la valeur ajoutée pendant les étapes de travail précédentes est perdue. Le coût du matériau est un autre facteur majeur. Particulièrement quand on travaille des matériaux coûteux, comme les superalliages résistants à la chaleur (HRSA), il y a un fort incitatif à utiliser les inserts les plus étroits possibles.

Ces facteurs résultent en deux exigences diamétralement opposées pour les outils de tronçonnage : ils devraient être aussi étroits et élancés que possible pour minimiser la perte de matériau et optimiser la portée de l'outil pour des diamètres de travail maximaux. Pourtant, les outils élancés souffrent facilement d'une mauvaise stabilité et par conséquent de vibrations et de bruit. La finition de surface et les tolérances dimensionnelles ruinées par le chatter sont généralement des risques inacceptables dans les opérations de tronçonnage. Alors que l'axe Y a substantiellement élargi les possibilités d'utiliser des outils rotatifs dans les machines multi-tâches et centres de tournage, maintenant cette capacité a inspiré une innovation majeure dans l'une des missions originales de ces types de machines-outils : le tronçonnage sur axe Y.

Ce nouvel outil et méthode de tronçonnage offrent des améliorations significatives de productivité et de sécurité de processus dans potentiellement toute opération de tronçonnage. L'innovation de Sandvik Coromant, le tronçonnage sur axe Y, est basée sur un principe extrêmement simple. Alors que les outils de tronçonnage conventionnels s'alignent sur l'axe X de la machine-outil, l'outil sur axe Y a simplement été pivoté de 90° dans le sens inverse des aiguilles d'une montre pour s'aligner sur l'axe Y. Dans la configuration d'outil de tronçonnage conventionnelle, la lame et le porte-outil relativement longs et élancés sont avancés à un angle de 90° dans la pièce tournante et la plus grande force de coupe est générée par la vitesse de coupe, et le reste par le mouvement d'avance.

Avantages du tronçonnage sur axe Y

En tournant le siège de pointe de 90 degrés et en utilisant l'axe Y, l'outil peut couper son chemin dans la pièce essentiellement avec son extrémité avant, ce qui aligne presque le vecteur de force de coupe résultant avec l'axe longitudinal de la lame. La distribution de forces plus favorable élimine les contraintes critiques typiques des lames conventionnelles et augmente la rigidité en flexion à une profondeur de coupe maximale (CDX) de 60 mm (2,36 pouce) de plus de six fois. Ou, inversement, la susceptibilité aux déformations plastiques et à l'instabilité est aussi basse que un sixième dans le design sur axe Y comparé aux déformations typiques des lames de tronçonnage conventionnelles. L'augmentation de plus de 500 % de la rigidité de la lame permet des avances substantiellement plus élevées et des porte-à-faux plus longs sans perte de stabilité, ce qui améliore par conséquent la productivité de l'outil dans la même mesure. La recommandation générale pour le tronçonnage de barres est de minimiser le porte-à-faux (OH) ou, à un OH long, d'utiliser une géométrie de coupe légère ou de réduire l'avance. Une valeur seuil commune pour l'avance réduite est un OH dépassant 1,5 fois la hauteur de la lame. Avec l'outillage sur axe Y, des porte-à-faux plus longs peuvent être atteints sans se contenter de moins que des avances optimales, des géométries de coupe ou des dimensions d'outil.

Grâce à la rigidité accrue et par conséquent à la flexion réduite, l'outillage sur axe Y peut éliminer le besoin de réglages hors-centre et prévenir les inconvénients associés tels que les casses prématurées d'insert en passant par le centre et l'usure rapide du flank. D'autres avantages incluent des niveaux de bruit plus bas, une meilleure finition de surface et un processus plus fiable ainsi que la capacité de tronçonner des diamètres plus grands que ce qui est actuellement possible.

Aspects machine-spécifiques du tronçonnage sur axe Y

Centres de tournage : Généralement utilisés pour la production de masse à partir de barres, typiquement 65 mm (2,56 pouce) de diamètre. Dans ce type d'usinage, les plus grands avantages du tronçonnage sur axe Y sont la productivité améliorée et la qualité de surface. Les opportunités d'optimisation de la qualité peuvent aussi être intéressantes, puisque le tronçonnage est typiquement la dernière étape pour un composant. Une opportunité supplémentaire est d'améliorer l'économie d'usinage en réduisant la largeur de tronçonnage.

Machines multi-tâches : Les lames de tronçonnage sur axe Y offrent principalement une accessibilité et une capacité accrues pour des diamètres plus grands. Un pré-test a confirmé une augmentation de 50 % du porte-à-faux lors de la coupe d'une barre conventionnelle de 120 mm de diamètre à la capacité d'avance maximale de l'insert. Une augmentation de 300 % de la productivité a été atteinte sans complications de sécurité de processus. Dans un cas client, le tronçonnage sur axe Y a remplacé avec succès le sciage à ruban pour une barre Inconel de 180 mm de diamètre, résultant en une amélioration significative de la productivité grâce à des temps d'usinage dramatiquement plus courts.

Machines à lit incliné : Typiquement, l'axe X crée une pente « en montée » vers l'avant de la machine, avec des broches sur une ou les deux extrémités du lit incliné, et la course de l'axe X est généralement substantiellement plus longue que la course de l'axe Y. Les limitations d'espace de travail résultantes doivent être considérées lors de l'évaluation de l'utilisabilité du tronçonnage sur axe Y pour un composant spécifique. Dans une machine multi-tâche, qui pourrait essentiellement être caractérisée comme un centre d'usinage avec option de tournage, les assemblages d'outils typiques, tels que Coromant Capto® C6 ou adaptateur de lame HSK63T, sont souvent relativement longs pour permettre une portée suffisante entre le mandrin principal et le contre-mandrin. À cause de cela, la configuration totale est faible dans la direction X comparée à la charge sur l'axe Y, où la force de coupe est dirigée dans l'assemblage d'outil et dans la broche de la machine. Les assemblages d'outils sur axe Y typiques, habituellement basés sur un adaptateur VDI ou un adaptateur de lame boulonné pour l'unité de serrage adaptée à la machine (MACU), sont longs et élancés pour atteindre entre mandrin principal et contre-mandrin et permettre le tronçonnage près du mandrin.

Commencer

Un investissement dans le tronçonnage sur axe Y est avant tout un changement dans l'approche des opérations de tronçonnage et les façons de travailler associées. Il offre un moyen d'utiliser plus pleinement les capacités des machines déjà équipées d'un axe Y. Alternativement, c'est une option qui peut substantiellement augmenter la productivité des opérations de tronçonnage dans une nouvelle machine ou une configuration de processus modifiée. Le tronçonnage sur axe Y peut même offrir une chance de réduire l'inventaire d'outils car il y a moins besoin de lames dédiées puisque les nouvelles lames sur axe Y s'adaptent dans des adaptateurs standard et utilisent des inserts standard CoroCut® QD.

Comme considération pratique, il convient de noter que le tranchant est à 7 mm (0,276 pouce) au-dessus de la position Y = 0 quand il est monté sur un adaptateur de lame standard. L'opérateur doit s'assurer que cette saillie est compensée dans le programme CNC.

Regardez les coulisses de l'axe Y et Demo Axe Y.