Adoptez l'usinage haute performance : augmentez vitesse, précision et ROI

L'usinage haute performance n'est pas quelque chose à craindre, mais quelque chose à accueillir. Plongez dans le grand bain avec ce guide HPM pour un regard plus proche sur la technologie, les bénéfices et l'état d'esprit nécessaires pour en faire un succès.

Quiconque a lu une publication spécialisée en travail des métaux ou fabrication a entendu les termes usinage haute performance et usinage haute vitesse, mais vous pouvez être réticent à adopter les idées qui les rendent bénéfiques. Pour de nombreux ateliers, on peut avoir l'impression de produire des pièces très bien avec les fraises, trajectoires d'outils et équipements CNC existants.

Pourquoi faire des vagues ?

Il y a de bonnes raisons d'en apprendre plus sur l'HPM, surtout si vous voulez grandir vers l'avenir. De nombreux ateliers qui ont adopté l'HPM profitent de niveaux de débit plusieurs fois supérieurs à ce qui n'était possible que quelques années plus tôt. La durée de vie d'outil est meilleure, la qualité de pièce s'est améliorée et il y a une flexibilité nouvelle pour répondre aux demandes clients tout en faisant croître l'entreprise.

Qu'est-ce que l'usinage haute performance ?

Alors, qu'est-ce que l'HPM exactement, et qu'est-ce qui est nécessaire pour l'adopter ? Un système CAO coûteux ? Un tas de nouvelles fraises à la mode ? Une machine-outil avec plus de lettres d'axes que le mots croisés du dimanche ? Une implémentation HPM pourrait inclure certains, aucun ou tous ces avancées technologiques. Voici comment une entreprise de logiciels FAO définissait l'HPM dans un passé lointain :

« L'HPM est un paquet complet qui prend en considération la machine entière, » disait Dan Horn, ingénieur d'application senior chez DP Technology, dans un article de MachineDesign. « Cela inclut les caractéristiques mécaniques, la performance de la commande et des servomoteurs, l'outillage, les porte-outils, les dispositifs, le traitement des pièces et même les stratégies d'usinage. »

Une façon importante de penser à l'HPM est comme une stratégie d'usinage — pas comme une technologie en soi. Qu'est-ce que cela signifie ? L'HPM est un état d'esprit qui tire parti de la technologie pour faire ce qui a le plus de sens pour le travail — pour produire le meilleur résultat et la meilleure production — et atteindre un objectif d'affaires désiré. La technologie d'aujourd'hui peut vous aider à devenir un atelier HPM, mais cela demande plus que la machinerie.

« Le centre d'usinage peut ne pas être la meilleure machine pour le travail, par exemple, » opine Peter Zelinski, rédacteur en chef de Modern Machine Shop, dans l'article « High Speed Machining: The Next Decade. » « Les machines de tournage multitâches font plus aujourd'hui, et il en va de même pour les systèmes d'usinage qui auraient pu être considérés comme trop dédiés. »

Zelinski argue que ce n'est pas exclusivement une question de vitesse ou de type de machine. Il soutient plutôt que c'est une question de changements organisationnels nécessaires dans l'atelier ou de communication avec les clients. Alors que Zelinski a écrit cet article en 2006, son point reste vrai aujourd'hui. À la base, l'HPM peut aider les fabricants et ateliers à prendre plus de travail avec moins de main-d'œuvre et une plus grande efficacité.

Voici les composants clés d'une opération HPM.

Les machines de la haute performance

Il est important pour tout atelier de rester à jour sur la technologie machine, mais parfois ce n'est tout simplement pas dans les cartes d'investir dans un centre d'usinage 5 axes, un tour multitâche ou un système de fabrication flexible. Pour une chose, vous n'avez peut-être pas le bon type de travail pour ces machines. Aussi, cela peut sembler un risque d'investissement financier plus grand qu'il n'est possible d'en prendre (bien que cela devrait s'améliorer une fois la transformation HPM commencée).

Oui, il est vrai qu'une nouvelle machine-outil produira souvent des pièces plus vite et tiendra de meilleures tolérances qu'une achetée dans les années 1990 ou avant. Mais il est aussi possible d'appliquer des aspects de l'HPM à des machines plus anciennes et d'améliorer la production. Par exemple, un centre d'usinage vertical à tête à engrenages pourrait être limité à 6 000 tr/min, mais cela ne veut pas dire que vous ne verrez pas de grandes améliorations dans la durée de vie de fraise et la qualité de pièce en adoptant des techniques d'amincissement de copeau et d'engagement de fraise sur toute la longueur. Vous pourriez aussi réduire les temps de réglage en installant du bridage à changement rapide.

Les outils de coupe de l'HPM

Pensez aux avantages d'utiliser des outils de coupe modernes. Si vous utilisez encore des forets affûtés à la main et êtes frustré par la progression majestueuse d'une fraise à corncob HSS, il est peut-être temps de repenser votre stratégie d'outillage. Les fabricants d'outils de coupe ont introduit des grades de carbure, revêtements et géométries incroyablement robustes ces dernières années, et il n'y a simplement aucun moyen d'augmenter la production machine sans les utiliser.

Dans certains cas, vous pouvez payer plus par outil, mais vous verrez aussi des améliorations dramatiques du résultat net en adoptant cette pièce critique de l'HPM. Les outils technologiquement avancés peuvent avoir une durée de vie plus longue et aider à réduire le coût total de possession en nécessitant moins de remplacements et de main-d'œuvre pour maintenir.

Vous avez déjà adopté des aspects de l'HPM, mais voulez pousser vos niveaux de production plus haut tout en gardant les machines maintenues et à des niveaux optimaux ? Apprenez comment l'efficacité globale de l'équipement peut aider à se rapprocher des objectifs élevés de zéro défaut et aucun temps d'arrêt non planifié.

Les dispositifs de bridage dont vous avez besoin pour l'HPM

Les porte-fraise à vis de pression et étaux de machiniste de 6 pouces ont leur place, mais il y a des moyens bien plus efficaces de serrer les outils de coupe et les pièces. Les porte-outils shrink-fit et hydrauliques offrent les caractéristiques de concentricité et d'équilibre supérieures nécessaires pour les régimes et avances élevés de l'HPM. Le bridage zéro-point et autres technologies d'outillage à changement rapide doivent être adoptés pour atteindre des taux de disponibilité de broche dans les 90 % élevés (oui, c'est possible même dans un environnement haute variété, bas volume).

Si vous ne réglez pas les outils hors ligne et n'adoptez pas une approche d'outillage standardisée à l'échelle de l'atelier, vous manquez de grandes opportunités d'amélioration. Chaque centre d'usinage a une fraise carbure 1/2 pouce dans le godet 7, par exemple, et chaque tour a un diamant 80 degrés en station trois. Utilisez ces meilleures pratiques standard pour réduire les temps de réglage et de programmation. Elles fourniront une plus grande flexibilité pour déplacer les travaux vers n'importe quelle machine disponible.

Le code dont vous avez besoin pour l'HPM

Quand la plupart des gens entendent HPM, ils pensent aux trajectoires trochoïdales, l'effet d'amincissement de copeau, grandes profondeurs de passe axiales et faibles radiales. Ils ont raison. Les systèmes FAO modernes offrent une variété de façons d'augmenter les taux d'enlèvement de matière tout en améliorant la durée de vie d'outil et la qualité de pièce. Adoptez-les. Ces stratégies de trajectoire d'outil font briller même une vieille machine-outil ou un import bas de gamme. Vous devrez investir dans les outils de coupe et porte-outils ainsi que le système FAO lui-même. Vous devrez aussi envoyer machinistes, opérateurs et ingénieurs en formation et leur donner le temps d'expérimenter et d'apprendre le nouveau système.

En plus, vous voudrez probablement investir dans un logiciel de simulation de trajectoire d'outil, parce que votre nouvelle façon de penser est toute axée sur la réduction des temps d'arrêt. Passez le temps nécessaire à modéliser en 3D outils et dispositifs, ce qui nécessitera de la programmation. Oui, cela peut sembler beaucoup de tracas, mais vous risquez d'être laissé pour compte si vous ne le faites pas.

Les données nécessaires pour devenir vraiment haute performance

Voici les mots à la mode que vous attendiez : fabrication intelligente, Industrie 4.0, l'internet industriel des objets ou « IIoT. » La fabrication est ou sera bientôt tout au sujet des données. Les données vous disent quand vous pouvez augmenter les avances de fraise et quand vous subirez des temps d'arrêt imprévus parce que vos roulements de broche sont sur le point de lâcher. Les données vous disent aussi combien de minutes vous perdez chaque heure à cause des changements d'outil et de l'évacuation des copeaux.

En fin de compte, les données concernent l'atteinte du plus haut taux de disponibilité et de la plus grande pile de pièces à la fin de chaque quart. Vous devez collecter les données, les analyser et agir sur ce qu'elles vous disent. C'est l'essence de l'Industrie 4.0.

Commencez à mesurer votre production HPM

Des avances plus élevées et du bridage à changement rapide sont clairement une bonne idée si vous allez vers l'HPM, mais il y a un point plus large à souligner. Que vous soyez le fier propriétaire d'une machine-outil à la pointe de la technologie bourrée de capteurs ou que vous vous demandiez où trouver un remplacement pour votre lecteur de bande perforée, vous ne pouvez pas améliorer ce que vous ne pouvez ou ne voulez pas mesurer.

C'est pourquoi la première étape sur la route de l'usinage haute performance est d'établir une base de référence, puis de travailler continuellement pour l'améliorer. Mettez votre atelier en réseau, installez des capteurs et logiciels de surveillance machine — et désignez un champion pour suivre la performance. Une fois qu'une opportunité d'amélioration a été identifiée, concentrez-vous sur en faire une réalité quotidienne, mensuelle et trimestrielle. Documentez clairement quelles étapes ont été utilisées pour améliorer un processus ou une production.

Commencez avec un seul centre d'usinage ou tour, puis fixez des objectifs spécifiques, comme une augmentation de 10 % de la disponibilité de broche au troisième trimestre ou l'établissement du préréglage hors ligne d'ici juillet — et travaillez continuellement vers ces objectifs. Aucune quantité d'usinage haute performance ne signifie grand-chose sans objectifs de performance et mesure vers eux.

Avez-vous essayé d'adopter une partie de l'HPM dans votre atelier ? Qu'est-ce qui marche ? Qu'est-ce qui ne marche pas ? Partagez votre expérience dans les commentaires ci-dessous.