Créé le : 03/08/2009
UNE SOLUTION SEDUISANTE
L'usinage 5 axes simultanés a le vent en poupe : tous les constructeurs importants exposaient une telle machine à l'EMO.
L'objectif est toujours le même : améliorer la productivité en usinant complètement les pièces complexes et de plus en plus vite.
Des équipements sont désormais disponibles à des prix défiant toute concurrence, comme les petits centres d'usinage proposés par certains constructeurs à moins de 1,4 millions de francs. Sans aucune concession côté qualité d'usinage.
Les développements mécaniques, les moteurs-couple, l'intégration de moteurs linéaires, mais aussi les vis à billes capables de développer des vitesses atteignant les 160 m/min, les progrès des CN
sont quelques uns de secrets de cette prolifération.
Cette démocratisation comporte des risques. Attention donc à l'intégration d'un tel équipement dans l'atelier. L'usinage en 5 axes simultanés c'est un projet global qui comporte trois éléments aussi importants les uns que les autres : la CFAO, la machine et la CN.
Les machines 5 axes simultanés exposées à Hanovre étaient nombreuses (mais celles qui usinaient sur les stands étaient cependant rares, les très belles pièces usinées in situ par Matsuura, Hermle ou encore Mitsui Seiki méritent donc une mention).
Ce qui autorise d'emblée une première remarque : les équipements sont devenus des véritables solutions industrielles et l'ensemble CFAO/machine/CN constitue maintenant une offre prête à affronter les ateliers. Comment dès lors, faire son choix sans se tromper ? Il est impératif de partir de la pièce à fabriquer, de l'analyser sur toutes ses coutures pour choisir ensuite l'équipement idoine. De savoir aussi qu'il ne suffit pas d'acheter et d'installer la machine : l'usinage 5 axes simultanés, c'est un autre monde, une autre manière de travailler. Il doit s'aborder comme un projet global qui intègre la CFAO, la machine et la commande numérique. Ne pas oublier également la formation des opérateurs. Bref, l'utilisateur doit savoir qu'il devra mettre en uvre des ressources importantes.
Cette mise en garde faite, il faut dire que chacun peut trouver chaussure à son pied dans une offre abondante et performante qui se décline sous trois types de solutions en fonction de leurs dimensions : des machines grandes, moyennes ou petites. Chaque taille de machine correspondant à un domaine d'application bien précis.
Les machines de grandes dimensions (courses d'axes supérieures à 2,5 m) s'adressent surtout à la fabrication des pièces aéronautiques ou automobiles (fabrication de pièces de style ou outillages). Les modeleurs et autres moulistes choisiront, par exemple, une machine à portique et tête twist qui usine rapidement des pièces très complexes. Des machines comme la Linear Minumac de Forest Liné, la LinX de Jobs ou la Powermill TH de Henri Liné. La tête twist grande vitesse s'impose pour ce type de machines qui utilisent des broches horizontales (dans l'aéronautique surtout car cette configuration favorise l'évacuation des copeaux) ou verticales (aéronautique et la fabrication de pièces de style pour l'automobile). La Linear Minumac fait ses preuves par exemple, dans l'usinage à grande vitesse des maquettes de style grandeur nature et des outillages d'emboutissage pour les carrosseries (une dizaine de machines ont été installées à ce jour).
Le moteur linéaire est de plus en plus utilisé, même pour motoriser les axes liéaires des machines de grande taille (Linear Minumac de Forest Liné, la LinX de Jobs ou la Powermill TH de Henri Liné
). Dès lors, la dynamique de ces machines est améliorée : vitesse rapide de 60 m/min et accélération de 5 m/s2 pour la Linear Minumac par exemple.
Toutes ces machines utilisent des commandes numériques de dernière génération construites sur des plate-formes PC. Ouvertes, les CN proposées par Siemens, Heidenhain (la commande numérique pour l'usinage 5 axes de ce dernier dévoilée à l'EMO était attendue avec impatience par les utilisateurs) adoptent la convivialité du système d'exploitation Windows 2000.
Les dernières évolutions sur ce type de machine se situent au niveau des têtes twist qui adoptent la technologie des moteurs linéaires sur les axes rotatifs, appelés moteurs couple.
Les broches haute vitesse s'imposent sur les machines de grande taille également. Forest Liné exposait une telle tête twist dotée de moteurs couple destinée à ses machines Aeromill (un équipement doté de moteurs linéaires) dont les performances méritent une mention : 60 m/min sur l'axe X, 40 tr/min sur axe C et 25 tr/min sur l'axe B, puissance maximum de la broche de 70 kW (le volume de copeaux est impressionnant et l'évacuation doit être particulièrement soignée), accélération de 20 m/s2 à la pointe de l'outil. Cette configuration et ces caractéristiques répondent aux attentes du marché en fraisage des pièces de grande dimension : réduction des temps d'usinage et de déplacement des axes et amélioration de la qualité des pièces finies. Pour les constructeurs aéronautiques il s'agit de la précision en épaisseur des parois minces (donc précision du suivi de trajectoire), pour les stylistes de l'automobile il s'agit de l'état de surface (diminution sensible de la rugosité pour s'affranchir du polissage). Il faut donc assurer une grande vitesse d'usinage tout en améliorant la précision. Récemment mise à l'épreuve sur une maquette de carrosserie, la Linear Minumac l'a réalisée avec une vitesse d'avance en usinage de 30 m/min et une qualité de surface parfaitement satisfaisante pour l'utilisateur. L'Aeromill a usiné un panneau de voilure avec une vitesse de travail de 40 m/min et une qualité parfaite. Avec une puissance à la broche de 70 kW dans les deux cas.
Présent aussi dans cette catégorie de machines, Henri Liné dévoilait à l'EMO un centre d'usinage horizontal 5 axes : le Powermill H dispose d'une broche qui tourne à 24 000 tr/min et développe une puissance de 40 kW. La machine, dont le design est remarquable, est déjà utilisée à l'Aérospatiale Méaulte et en cours de livraison à l'usine de Nantes du constructeur aéronautique.
Si le moteur linéaire fait ses preuves, la vis à bille n'a pas dit son dernier mot. Certains fabricants comme Rexroth proposaient à l'EMO des vis à billes capables d'atteindre des vitesses de 160 m/min. La question du passage au moteur linéaire reste toutefois ouverte pour ces grands équipements quand on regarde de plus près les performances d'une machine comme la MultiContour de Waldrich qui a adopté la solution classique avec vis à billes : vitesse d'avance de 60 m/min, accélération de 5 m/s2 (10 m/s2 en option !), puissance à la broche de 40 kW. Étonnante aussi : la machine 5 axes simultanés d'Ingersoll (filiale de Waldrich), la HighVelocity dont les performances se passent de commentaire : broche hydrostatique (Ingersoll a été le premier au monde à mettre au point une telle broche) superpuissante et rapide (80 kW, 40 000 tr/min), modulaire (à changement automatique) et à coûts de maintenance réduits, vitesse d'avance de 120 m/min (moteurs linéaires), accélération de 10 m/s2
Le constructeur italien Parpas propose une machine portique (Omnia) performante dans l'usinage de précision des moules et modèles. Même constatation pour Breton dont les machines Matrix 800-1300 adoptent une architecture à portique à double entraînement qui permet d'optimiser une zone d'usinage étendue. En clair, ces machines tuent les temps morts en réduisant les trajectoires à vide de la tête d'usinage. La vitesse d'avance est de 40 m/min et celle de rotation de l'axe C, de 22 tr/min.
Pour clore ce chapitre, il faut remarquer que certaines machines de grandes dimensions faisaient leur première apparition à l'EMO, comme les fraiseuses KX 100 de HURON, la Dino de FPT, la DMC 165V de DMG et la K211 de FIDIA qui ouvrent de nouveaux champs d'applications en alliant grande dimension et haute précision.
Fortement représentées au salon de Hanovre, les machines moyennes et petites peuvent être classifiées en trois catégories :
- dédiées
- polyvalentes
- universelles
... s'adressent à un domaine d'utilisation précis, comme l'industrie énergétique (aube, rouet) qui fabriquent des pièces à haute valeur ajoutée. C'est le cas de Starrag, Liechti, CB Ferrari ou Yasda. La chaîne CFAO-CN-Machine est très sollicitée dans ce type d'application et la technique embarquée favorise des vitesses d'axes rotatifs supérieures à 100 m/min. Autre particularité, l'architecture de ces machines se décline en fonction du type de pièces réalisées : sous forme de diviseur + tête ou table + broche horizontale + diviseur. En se tournant vers Liechti et Starrag, on investit dans un savoir-faire et une technologie éprouvée. C.B Ferrari, se veut moins spécialiste mais il demeure une alternative de choix puisqu'il présente des machines plus accessibles. Yasda se caractérise avec des machines de très grande précision (0.001mm) entièrement refroidies.
A signaler aussi une nouvelle stratégie d'usinage, le Pmilling mis au point par Starrag. Grâce à cette méthode, on diminue le temps de cycle et l'on supprime le polissage de pièces de forme tendue. Une approche à suivre
...qui peuvent effectuer des opérations axiales et de fraisage, sont destinés à la mécanique générale de précision, très gourmande en équipements. Ces centres sont capables de produire en moyenne ou grande série. Impliquant une chasse impitoyable aux temps morts. Comme le temps de changement des palettes, inférieur à 30 secondes pour les équipements performants, ou une capacité du magasin d'outils supérieure en général à 30 postes. C'est le domaine réservé de constructeurs japonais, très présents dans ces applications avec des centres verticaux ou horizontaux : Mazak, Mitsui Seiki, Mori Seiki, Matsuura, Yasda, Makino
pour indiquer quelques noms. Tous retiennent la combinaison tilting (plateau berceau) pour les axes rotatifs. Permettant ainsi une compacité de l'ensemble. Pas mal de nouveautés sont à signaler lors du salon.
Le centre compacte GV-503/5AX présenté par Mori Seiki, se déplace à 42m/min, effectue un changement d'outil en moins d'une seconde et autorise une amplitude de +/- 105° pour l'axe A
Le centre Variaxis 630 présenté par Mazak se déplace à 50m/min, possède des vis à billes refroidies, d'un circuit d'eau à température constante autour de la broche et dispose d'une commande numérique FANUC
Le centre Matsuura MAM72-35V se déplace à 40m/min, intègre 32 palettes de Ø130mm, possède un magasin de 60 outils, un changement outil s'effectue en moins de 0.6s. Il présentait une belle pièce de démonstration .
Le centre HU40T de Mistui Seiki se déplace à 30m/min, intègre des glissières prismatiques garantissant une grande rigidité, les vis à bille sont refroidies, l'axe B a une amplitude de 90 à +180°.
... sont des variantes des machines 3 axes en intégrant 2 axes rotatifs. Ces machines s'adressent en priorité aux outilleurs. L'architecture la plus répandue est ici celle avec broche verticale. Facile à intégrer dans la production, cette machine est destinée surtout à la production des pièces unitaires. Beaucoup de constructeurs européens ont présenté des nouveautés cette année :
Le très compacte HSM 400U de Mikron intègre des moteurs linéaires pour le 4e et 5e axe, lui permettant d'atteindre une vitesse de 250 tr/min. Les axes linéaires se déplacent à 40m/min. Le berceau pivote de +/- 110°. Elle dispose d'un changeur de 20 palettes circulaires. La commande numérique proposée est une Heidenhain TNC430 ou la dernière TNC530.
a KX 8five de Huron se déplace à 50 m/min en linéaire, admet une charge de 250 kg sur la table, possède une broche de 24000 tr/min pour 18 kW
Le centre RFM 600DS de Röders se déplace à 30 m/min, intègre des palettes Erowa ou 3R, d'une cabine pressurisée, d'un système de mesure outil laser à un prix inférieur à 1,5 millions de francs.
Le centre Matsuura Vmax800 se déplace à 60 m/min, dispose de 1g d'accélération, change d'outil en moins d'une seconde.
Outre les nouveautés citées ci dessus, des machines universelles connues étaient présentes :
Les machines 5 axes simultanés possèdent une des cinq configurations suivantes :
tête twist (essentiellement machines grandes dimensions)
plateau-berceau ou tilting (principalement sur les centres polyvalents)
tête plus plateau
tête plus diviseur
configuration spéciale et nouvelle tendance (machines à mécanismes parallèles, machines dérivées d'un centre de tournage comme celles de Mazak , DMG, Réalméca ou Hermle. La machine S100 M de Hermle sera enrichie l'année prochaine d'un module de tournage).
Voir aussi :
- "Combien coûtent les machines 5 axes ?" - Note de veille
- "Comparaison de performances de 4 machines à 5 axes continus" - Synthèse technique
- "Quelques fournisseurs de machines 5 axes continus" - Sélection de sites Internet