Quand entretenir, reconstruire ou remplacer votre centre d'usinage horizontal

De nombreuses machines-outils sont conçues pour durer. Cependant, il vient un moment dans la vie de chaque machine-outil où quelque chose doit être fait pour améliorer sa capacité de fonctionnement.

Examinons certaines des décisions que les ateliers doivent prendre au sujet des centres d'usinage horizontaux (HMC) vieillissants, y compris la maintenance lourde, les mises à niveau, les reconstructions et le remplacement de la machine par un nouveau modèle.

La première chose qui doit être dite sur l'entretien des horizontaux est aussi oubliée bien trop souvent : Vous devriez faire de la maintenance préventive (MP) dès le début. Les constructeurs de machines-outils fournissent des directives. Parfois, comme c'est le cas avec Doosan Machine Tools America, Pine Brook, N.J., il y a littéralement un tableau sur la machine. Naturellement, ces plannings varient selon combien vous faites tourner la machine, mais même un atelier à un seul quart avec une nouvelle machine doit faire attention à la MP, a dit Ragen Hunsucker, responsable du service pour Tulsa, Oklahoma-based Machine Tool Specialties, un distributeur Doosan couvrant l'Oklahoma, le Kansas et le sud-ouest du Missouri. Malheureusement, a-t-il ajouté, de nombreuses entreprises connaissent une « lutte de pouvoir entre maintenance et production », et le besoin de « pièces, pièces, pièces » l'emporte au point qu'elles ne font aucune maintenance pendant des années.

À leur crédit, la plupart des grands constructeurs de machines et leurs partenaires de distribution offrent d'effectuer la MP pour leurs clients, mais l'adoption est inégale. Jeff DeLaughter, propriétaire de Machine Tool Specialties, a dit que les grandes corporations sont plus susceptibles de signer un contrat de MP, bien que les demandes de production puissent encore rendre difficile la planification du travail. Et en ce qui concerne les ateliers de taille moyenne et plus petits, le nombre suivant un plan de maintenance recommandé est « presque zéro. »

Bernie Otto, directeur du support technique chez Methods Machine Tools Inc., Sudbury, Mass., a dit qu'il y a deux types de clients qui s'inscrivent aux programmes de MP. Le premier est une entreprise qui n'en avait pas et qui a été « brûlée trop de fois » par des pannes de machine coûteuses quand ils pouvaient le moins se le permettre. Le second est une entreprise qui reconnaît d'emblée qu'« ils gèrent des pièces d'équipement uniques qui sont difficiles à remplacer », surtout s'ils ont besoin de ces machines pour produire à des niveaux plus élevés. Il a cité un client Methods qui coupe un matériau très abrasif et peu commun sur une machine spécialisée qui doit continuer à tourner. « Ils investissent dans un programme de maintenance préventive cohérent. Tous les six mois, nous nettoyons les zones autour de la vis à billes et des guides, vérifions le flux de lubrification, et vérifions la fonctionnalité globale de la machine. »

Otto a observé que la pandémie a poussé de nombreux techniciens de maintenance à prendre leur retraite tôt. « Donc nous voyons une augmentation des contrats de service parce que [les clients] n'ont plus de personnel de maintenance », a-t-il dit. « Tous les vieux sont partis à la retraite. Les nouveaux pourraient mettre de la graisse de voie dans la machine, mais chez Methods, nous nous préparons à faire des programmes plus complets. De plus en plus de clients commencent à réaliser que s'ils structurent et organisent leur service, ils peuvent mieux planifier les temps d'arrêt. Nous pouvons corriger beaucoup plus de petits problèmes en amont avant qu'ils ne deviennent de gros problèmes. »

Tâches et tests au fur et à mesure que votre machine vieillit

Le vice-président du service de Doosan, YB Lee, a souligné qu'un haut pourcentage d'utilisateurs de HMC fonctionnent 24/7, ou près de cela, avec des normes élevées de disponibilité. Lee a divisé la maintenance de routine en tâches trimestrielles, semestrielles et annuelles, cette dernière étant des choses comme retirer les caches de guides et nettoyer les copeaux, nettoyer le réservoir de liquide de refroidissement, changer le fluide hydraulique, vérifier le niveau de la machine, ajuster le jeu, et vérifier le faux-rond de la broche.

Hunsucker a dit qu'une fois qu'un HMC a environ 10 000 heures, Doosan commence aussi à utiliser un mégohmmètre pour détecter une éventuelle rupture dans les enroulements du moteur ou la dégradation des câbles (rupture de l'isolation dans les câbles allant aux moteurs). Il a aussi mis en garde que les glissières à boîte nécessitent plus d'attention que les guides linéaires. « Avec les guides linéaires, ce n'est pas tout à fait aussi critique de prêter attention aux guides, au système de lubrification, aux distributeurs d'huile, et ce genre de chose que vous le feriez sur une machine à glissières à boîte. » Mais les glissières à boîte offrent une rigidité et un amortissement des vibrations supérieurs, les rendant populaires pour l'usinage lourd. (Doosan offre les deux types de HMC.)

Si vous avez maintenu la MP, et à l'exception de toute défaillance évidente de composant, comment savez-vous s'il est temps de considérer une révision majeure, ou peut-être de remplacer un HMC ? Bill Malanche, COO pour Mitsui Seiki USA, Franklin Lakes, N.J., a dit que ce n'est pas quelque chose que vous pouvez planifier de manière réaliste. Au lieu de cela, « les temps d'arrêt de la machine et le taux de rebut sont probablement une meilleure indication de comment la machine se comporte », a-t-il offert. « Bien sûr, de mauvaises pièces peuvent être causées par un certain nombre de facteurs, mais si vous avez un processus de production éprouvé et que vous commencez à voir une détérioration dans des choses comme la rectitude, la perpendicularité et la précision des composants, alors vous avez une idée que quelque chose commence à faillir. »

Otto a fait écho exactement à ce point, disant « à bien des égards, la pièce est le pouls de la machine horizontale. Si vous voyez des inexactitudes dans vos pièces, ou vous obtenez de mauvaises finitions, c'est généralement une indication que la machine a des problèmes. Cela pourrait être n'importe quoi, d'un composant usé comme un guide linéaire. Cela pourrait être du Turcite qui se détériore sur une machine à glissières à boîte. Cela pourrait être des barres de tirage faibles. Cela pourrait être un mécanisme de serrage de palette faible. »

« Il y a quelques tests simples que la plupart des machinistes peuvent effectuer pour cibler la zone qui pourrait causer le problème », a-t-il continué. « Par exemple, « mettez un outil dans la broche, retirez les clés, et faites-le tourner pour voir si vous avez du jeu entrant ou sortant sur la machine, ce qui pourrait indiquer que la barre de tirage s'affaiblit. Certains mettent même un tournevis dans la broche pour le forcer un peu. Si ça bouge, les ressorts de la barre de tirage sont probablement usés. »

Un autre test simple est d'attacher un indicateur à la broche et de puiser sur le dispositif tout en essayant de déplacer la palette manuellement. « Si ça bouge, très probablement vous avez du jeu dans l'un de vos axes et vous devrez probablement appeler un technicien de service. »

Dans le même ordre d'idées, Hunsucker a dit qu'un test de barre à billes régulier est une méthode rapide et facile pour « attraper les problèmes de précision avant qu'ils ne surviennent, ou au fur et à mesure qu'ils surviennent progressivement. » Et, pour le meilleur ou pour le pire, il est plus facile de convaincre un client de faire un test de barre à billes périodique que de s'inscrire à la MP. Après avoir établi une ligne de base, les tests périodiques fournissent des instantanés de la précision géométrique de la machine. À chaque étape, le client peut juger si le degré d'erreur est acceptable ou source d'inquiétude. Il pourrait décider, par exemple, que bien que la machine sorte de tolérance, il continuera à la faire tourner parce que les pièces sont encore acceptables. D'un autre côté, un atelier aérospatial pourrait regarder les mêmes données et conclure que le risque de produire de mauvaises pièces est maintenant assez élevé pour justifier une évaluation complète et probablement un travail de réparation.

Si une machine qui performait bien est maintenant inacceptablement imprécise, Malanche a recommandé d'engager un contractant qualifié ou le constructeur de machine-outil pour « réinstaller » la machine avant de considérer toute réparation majeure comme le remplacement de vis à billes. « La machine a bougé d'avant en arrière pendant des années et la fondation s'affaisse. Cela cause un couple sur la machine. Nous voulons libérer ce couple. … Je n'ai pas à déplacer la machine, mais je vais la libérer des coussinets d'inertie, la remettre là où elle était, et essentiellement la réinstaller, la réaligner, faire une nouvelle calibration laser, ce genre de choses. » Dans l'expérience de Malanche, cela résout le problème plus de la moitié du temps si les erreurs en question ne sont pas énormes. « Par exemple, prenez une machine qui tenait les dixièmes pendant des ans, vous l'avez crashée et maintenant elle tient un millième. Vous pourriez être capable de corriger cela avec une remise en service. »

Mises à niveau intelligentes

Disons que votre machine tient les tolérances requises, mais vous avez besoin de plus de débit. Tous les interviewés pour cet article ont dit que la mise à niveau du contrôle n'a presque jamais de sens. Mais Otto, aussi gestionnaire de produit de Methods pour les machines OKK et Kiwa, a dit que deux autres mises à niveau devraient être sérieusement considérées.

« Nous pouvons installer sur site des pools de palettes supplémentaires pour permettre à la machine de fonctionner plus d'heures sans surveillance avec un mélange de pièces plus élevé. Et nous pouvons ajouter une capacité d'outils supplémentaire à une machine pour qu'elle puisse gérer plusieurs pièces qui sont en file d'attente. » En fait, Otto a dit, environ 60 % des ventes multi-palettes de Methods pour Kiwa et OKK sont pour des machines qui étaient à l'origine équipées d'un arrangement standard à deux palettes. C'est parce que, bien que les ateliers soient souvent promis un contrat pour « 40 000 pièces, la commande initiale sera pour 3 000. Les clients ont compris qu'il est plus sage d'attendre avant de tout miser sur le système d'automatisation plus grand. »

La plupart des horizontaux sont équipés de deux palettes qui pivotent à 180°, basculant entre la zone de travail et la station de chargement/déchargement. Methods et d'autres fournisseurs offrent des options d'automatisation qui prennent des palettes supplémentaires vers et depuis le côté de chargement du changeur rotatif de la machine. Otto a décrit des pools autonomes avec un nombre fixe de palettes servant une machine, une tour servant une machine (une approche gain de place devenant populaire), et des systèmes linéaires utilisant un robot pour servir une ou plusieurs machines. DeLaughter a dit que Doosan construit ses systèmes de palettes linéaires de sorte que vous puissiez ajouter jusqu'à six machines au fil du temps, « et étendre vos palettes avec, tant que vous commencez avec la base appropriée. » Et Otto a ajouté que « la plupart de ces systèmes ont un planificateur, certains pouvant gérer des défis complexes dans le routage de travaux divers. »

Otto a référencé un client qui a reçu un contrat d'urgence pour fabriquer des pièces de respirateurs pendant la pandémie de COVID-19 au moment où il avait perdu la moitié de son personnel à cause de la maladie. Methods stocke des kits d'automatisation pour une rénovation rapide sur site, et a équipé l'atelier avec un pool de palettes à six stations pour un Kiwa KH-45 existant, plus un nouveau Kiwa KH-4500 avec un autre pool de palettes à six stations. Les deux machines utilisent les mêmes palettes.

« En quelques semaines, il est passé d'environ six heures par jour, parce que c'est tout ce que vous obtenez d'un opérateur, à environ 16 heures. Il est finalement monté à environ 22 heures par jour, légèrement surveillé », a dit Otto. « Nous avons pris les exacts mêmes travaux, vitesses, avances, tout ce qu'il faisait avant. Tout ce que nous avons fait a été d'ajouter deux pools de palettes et cela a prolongé ses journées et doublé sa production avec le même nombre de personnes. »

L'augmentation de l'usinage sans surveillance nécessite souvent d'augmenter la capacité du changeur d'outils automatique, surtout si vous automatisez une variété de travaux. Otto a expliqué que « différents fabricants ont différentes façons d'étendre leurs carrousels d'outils », et certains sont conçus pour le rendre facile dès le début. Par exemple, Methods peut simplement ajouter des magasins à une machine OKK, et dans certains cas passer de 60 à 170 outils. « Nous pouvons rénover sur site le changeur d'outils d'un Kiwa de 120 à 240 outils en environ un jour et demi. »

Otto a suggéré plusieurs autres mises à niveau qui s'avèrent souvent rentables, comme l'ajout d'une sonde (pour une configuration plus facile, automatisée), et un extracteur de brouillard pour une meilleure santé et sécurité. Une filtration de liquide de refroidissement améliorée et un convoyeur de copeaux pourraient aussi être nécessaires si vous avez augmenté le débit. Et « des mises à niveau logicielles pour surveiller les charges d'outils et ce genre de choses » peuvent être très utiles.

Choix difficile : Réparer, reconstruire ou remplacer ?

Si votre HMC a un problème majeur, vous faites face à un choix difficile : le réparer, le reconstruire ou le remplacer ? Et ce n'est pas purement une question de coût en argent pour chaque option. D'une part, même si vous pouvez reconstruire l'ancienne machine pour significativement moins qu'une nouvelle machine, vous devez considérer à quoi vous pourriez utiliser cet espace et les avantages que la technologie plus récente apporterait.

Klaus Miller, vice-président des ventes chez Absolute Machine Tools Inc., Lorain, Ohio, a rapporté que de nombreux clients remplacent des HMC de 15 à 20 ans parce qu'ils sont usés et beaucoup plus lents à tous égards que la technologie plus récente.

« Certaines machines de cette époque ont des broches à courroie capables de tourner seulement à 8 000 à 10 000 tr/min », a dit Miller, « versus les broches intégrées d'aujourd'hui tournant à 15 000. Le temps de changement d'outil sur les machines plus anciennes est probablement de cinq à six secondes – au moins le double de ce que vous verriez aujourd'hui. »

De plus, les clients sont souvent forcés de réduire davantage les vitesses sur les machines plus anciennes. « J'ai beaucoup de clients qui font tourner leurs machines de 15-20 ans à demi-vitesse rapide parce que la machine ne peut plus prendre la vitesse rapide complète. » En plus de cela, a dit Miller, « les horizontaux 400 mm plus anciens étaient des porcs, ils étaient énormes. Gros et carrés, beaucoup de tôle, avec un changeur d'outils construit sur le côté et un convoyeur de copeaux étendu à l'arrière de cinq ou six pieds de plus. Maintenant, tout est enfermé et vraiment compact. »

Lee a dit que les HMC Doosan sont conçus pour fonctionner 40 heures par semaine pendant 20 ans sans nécessiter de réparation majeure, ce qui correspond au marché des ateliers de travaux. « Mais, » a ajouté Lee, « les clients horizontaux font souvent tourner 24/7. Ces clients auront besoin de travaux de réparation majeurs dans cinq à sept ans. » Pourtant, même après seulement cinq ans, Lee a souligné, ils peuvent augmenter leur productivité de 15 à 25 % – ou jusqu'à 30 % selon l'application – en obtenant une nouvelle machine. Ainsi, un client à haut volume, qui a probablement aussi des normes élevées pour la disponibilité requise, devrait remplacer une machine usée. D'un autre côté, a dit Lee, ils ont des clients ateliers de travaux qui font tourner leurs HMC depuis 40 ans. « Donc cela dépend de l'utilité », a-t-il dit.

Malanche a noté que les machines Mitsui Seiki sont construites pour durer 75 000 heures. Il s'est souvenu avoir visité un client automobile qui possédait 25 machines mais n'en gardait aucune au-delà de cinq ans.

« Il aimait vraiment notre équipement et était extrêmement satisfait de la disponibilité, la fiabilité et la qualité des pièces. Mais il m'a dit franchement que l'idée d'avoir des machines prenant de l'espace au sol dans son installation pendant plus de cinq ans, peu importe leur condition, était impraticable. Le gentleman m'a expliqué que les avancées technologiques par rapport à la vitesse et la production changeraient significativement d'année en année. Et une machine-outil capable de faire, disons, 40 m/min en vitesse rapide aujourd'hui, serait capable de faire 60 m/min dans cinq ans. Donc la sortie des machines prenant de l'espace au sol allait être augmentée juste par les avancées technologiques. Pourquoi avoir des machines produisant 100 % des pièces nécessaires si vous pouvez avoir le même nombre de machines produisant 133 % ? »

Il y a des arguments pour réparer ou même reconstruire un HMC plus ancien. Premièrement, si la machine est solide mais a besoin d'une réparation spécifique (par ex., un remplacement de vis à billes), cela pourrait très bien valoir la peine. Si le retrait et le remplacement de la machine seraient extrêmement perturbateurs, il pourrait être préférable de la reconstruire sur le plancher de l'atelier. La même chose vaut si la livraison d'un remplacement prendrait trop de temps.

Plus la machine est chère, plus la reconstruction semble attrayante. Comme l'a dit Hunsucker, « une machine à glissières à boîte avec une boîte de vitesses à engrenages … sont difficiles à remplacer. C'est assez coûteux de refaire les guides et le ruban de guide, mais c'est aussi assez facile pour un technicien formé. Tant que l'électronique n'est pas ancienne, reconstruire ces machines et les remettre en production est une option viable. »

Il y a une quatrième option, a ajouté Hunsucker : réaffecter la machine. Par exemple, si une machine ne maintient plus des tolérances serrées, vous pouvez encore la réparer suffisamment pour la faire tourner et l'utiliser pour l'ébauche.

Enfin, si vous avez décidé d'investir dans une nouvelle technologie, demandez une reprise. Si votre machine n'est pas un épave totale, votre distributeur local amical trouvera un nouveau foyer pour elle, et vous économiserez de l'argent sur la nouvelle machine. DeLaughter a dit qu'ils reprennent une machine environ la moitié du temps.