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Quotidien des Usines

Les ressources insoupçonnées de l'usinage

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Alors que les machines-outils atteignent un plafond de performances, des gisements de productivité existent grâce à l’automatisation, à l’intégration des robots et à une réinvention de la production.

Les ressources insoupçonnées de l'usinage © Chez Pok, un fabricant de matériel de lutte contre l’incendie, trois robots polyarticulés servent le parc de machines de l’usine.

L’usinage, c’est le mouvement perpétuel ! Les entreprises en profitent et investissent sérieusement pour améliorer leurs systèmes de production. « Il y a des tendances majeures dans le domaine de la machine-outil, résume Jean-Camille Uring, un membre du directoire de Fives. Des améliorations incrémentales en vitesse et en précision, le travail de nouveaux matériaux et le développement de l’usinage robotisé. Sans oublier la fabrication additive, qui se développe réellement dans l’industrie. » Dans le domaine de la vitesse, les machines atteignent un palier. « La course à la vitesse est dépassée, constate Lionel Cancade, le responsable du pôle procédés performants et innovants du Centre technique des industries mécaniques (Cetim). Toutes les machines sont rapides. L’important, c’est l’automatisation et l’autonomie. » Il faut chercher ailleurs les gains de productivité, et les gisements sont encore très importants.

L’objectif est de tendre vers une utilisation 24 heures sur 24. La chasse aux temps morts est une activité hautement rentable. Pour y parvenir, la machine doit gérer un plus grand nombre de paramètres, en récupérant puis en analysant les informations fournies par des capteurs pour mesurer les déformations, la température… Elle peut alors réagir automatiquement, appeler un opérateur, voire se réparer seule en changeant un outil qui vient de se casser. Des fonctions déjà mises en place chez des sous-traitants de l’aéronautique, qui se diffusent dans tous les secteurs de l’industrie.

Connectées, les machines-outils bénéficient de l’assistance des robots qui viennent apporter les pièces, les rendant toujours plus autonomes sur des durées longues. « Si le coût de la main-d’œuvre est inférieur à 20 % du coût de revient total, les entreprises françaises sont à l’abri de la compétition mondiale, analyse Éric Teisseire, le directeur général de Mazak France. Les machines robotisées permettent de réduire les coûts de main-d’œuvre et je constate qu’aujourd’hui même des PME de quelques dizaines de personnes s’équipent. »

Usiner en un seul passage

Les logiciels de simulation d’usinage, tels que Vericut de CGTech et NCSimul de Spring Technologies, apportent des gains de temps dans les réglages de la machine et une réduction des risques de casse d’outils. Leurs interfaces simplifiées les rendent accessibles aux PME, qui disposent là d’un nouveau levier pour augmenter la productivité de leurs machines. « Il y a quelques années, l’usinage se concentrait sur la finition, avec des enlèvements de matière très importants, rappelle Lionel Cancade. Désormais, les industriels cherchent à minimiser les enlèvements en recourant à des phases de simulation pour se rapprocher le plus possible des cotes finies et usiner en un seul passage, sans phase d’ébauche. » À la clé, un temps d’usinage et des pertes de matière réduits.

De leur côté, les robots collaboratifs, les « cobots », s’intègrent davantage dans l’usine. Grâce à leurs systèmes de sécurité, inutile de les mettre en cage. Ce qui réduit la surface occupée et le coût de leur mise en place. Ils apportent aussi plus de souplesse que les classiques porte-outils. Ces derniers peuvent cependant se montrer d’une redoutable efficacité. Renishaw, un fabricant britannique de systèmes de mesure et de machines de fabrication additive, a développé le Ramtic, un carrousel qui fournit les pièces à usiner et reçoit celles usinées, avec une contenance suffisante pour alimenter la machine une journée durant. Dans l’usine de Miskin, au pays de Galles, l’équipe de nuit est réduite au minimum. Trois personnes surveillent le bon fonctionnement des 72 centres d’usinage Mazak, qui travaillent 24 heures sur 24.

Dans différents secteurs de la production, les investissements dans l’automatisation portent leurs fruits. Pok, le premier fabricant français de matériel de lutte contre l’incendie, a mis en place trois « cobots » polyarticulés RoboJob pour servir des machines-outils. Cette PME d’une centaine de personnes, sise à Nogent-sur-Seine (Aube), possède un parc de 24 machines Mazak. « Le robot soulage l’opérateur, souligne Stéphane ­Brochot, le directeur de production. Un homme suffit pour surveiller quatre machines, ce qui permet d’affecter les opérateurs à des tâches à plus forte valeur ajoutée. »

La mise en place d’un robot et la formation qui l’accompagne ne demandent qu’une semaine. De plus, son interface de programmation en langage conversationnel a facilité la mise au point. L’investissement est important, le prix d’un robot représentant entre 40 % et 45 % de celui de la machine qu’il sert. Stéphane Brochot estime le temps de retour à environ trois ans grâce à un taux d’utilisation réel des machines de l’ordre de 70 % de copeau à copeau, avec 15 changements de série par jour pour 24 machines. Si le directeur de production garde pour lui les chiffres précis, il reconnaît que « l’on se rend compte rapidement de l’efficacité de la robotisation ».

Efficacité de la robotisation

L’ETI Aldes, qui fabrique des systèmes de ventilation, a installé un robot 6 axes équipé d’un système de contrôle par vision, de soudure par ultrasons et de marquage laser. Le nombre d’opérateurs de la ligne est passé de cinq à trois, entraînant un gain de productivité et de main-d’œuvre de 50 %, mais aussi une réduction de matière première de 22 %. Dans le Nord, les Établissements Callewaert ont acquis deux machines entre 2011 et 2012, un investissement important pour cette PME de 40 salariés spécialisée dans la mécanique industrielle. La seconde est équipée d’un robot palettiseur qui alimente automatiquement la machine durant une nuit entière, pour un gain de productivité d’environ 50 %.

Les robots vont plus loin et deviennent eux-mêmes de véritables machines. Ils sont mis à contribution pour le travail des composites. « Auparavant, on usinait les composites comme les métaux, en adaptant la vitesse et les réglages, rappelle Jean-Camille Uring. Avec l’usinage des grandes pièces utilisées par l’aéronautique, les industriels ont été amenés à trouver de nouvelles solutions robotisées pour le perçage et le fraisurage. » Fives vient ainsi de livrer une solution de fraisurage pour des pièces de peau en composite constituée d’une petite fraise installée au bout d’un bras robotisé qui se déplace sur une longueur de 30 mètres. Ce système ne consomme que quelques centaines de watts et son coût d’installation est moitié moindre comparé à celui d’une installation traditionnelle. Efficacité, adaptation, intégration de la robotique, l’usinage entre dans l’ère d’une nouvelle productivité. 

La fabrication additive a aussi besoin de finition

Si la fabrication additive bouleverse la manière d’envisager l’usinage, elle n’est pas la solution miracle. « Quand vous pouvez faire autrement, faites-le », affirme Cyrille Vue, pourtant PDG d’Erpro, l’un des plus anciens prestataires en fabrication additive. « La 3D, c’est lent et cher. Pour faire une rondelle, il faut utiliser un tour… » Et, surtout, une pièce réalisée en fabrication additive doit être reprise pour en assurer la finition. Supprimer un support, polir… « La fabrication additive est rarement utilisée pour fabriquer l’intégralité d’une pièce. On a souvent intérêt à ne pas utiliser toute la précision de la fabrication additive pour gagner en vitesse de fabrication », précise Jean-Camille Uring, un membre du directoire de Fives. Quitte à passer la pièce en usinage pour obtenir le niveau de finition souhaité. La reprise en usinage peut cependant se heurter à des contraintes résiduelles, à des déformations. Un traitement de stabilisation peut se révéler nécessaire. L’industriel doit donc développer ses propres gammes pour choisir la meilleure solution et tirer au mieux parti des deux technologies. Partant de ce constat, les deux principaux fabricants de machines-outils, DMG Mori et Mazak, ont lancé une machine hybride. S’appuyant sur un tour pour l’un et un centre d’usinage Index pour l’autre, ils ont ajouté une tête de fabrication additive pour réaliser une pièce sur une seule machine, ce qui évite les recalages. Séduisante, cette solution n’est pourtant pas adaptée à toutes les fabrications, car elle se heurte à plusieurs difficultés. Une pièce réalisée par un procédé additif doit, selon la matière utilisée, subir un traitement qui prend en compte la déformation due au refroidissement. La cohabitation des deux technologies se heurte aussi à des problèmes d’atmosphère. À l’intérieur de la machine, l’huile de coupe se diffuse, ce qui peut gêner le processus additif, tout comme la présence éventuelle de minuscules copeaux. Un risque que ne peuvent prendre les sous-traitants de l’aéronautique, mais qui ne posera pas de problème pour fabriquer des moules destinés à l’injection plastique, par exemple. Il y a, enfin, l’immobilisation de la machine. La fabrication additive est lente et monopolise une coûteuse machine. Autant d’éléments à prendre en compte au moment d’opter pour une machine hybride ou pour deux machines différentes. Il n’existe pas de réponse universelle. 

Bucci conçoit l’embarreur intelligent

Bucci Industries, un distributeur à valeur ajoutée d’outils et de périphériques pour machines-outils, a lancé le développement de systèmes de communication pour périphériques de machines-outils. « Nous allons nous intéresser aux phénomènes vibratoires », résume Didier Bouvet, son directeur général. Cette filiale d’une ETI italienne s’est appuyée sur son propre bureau d’études, en collaboration avec le Cetim-Ctdec, pour concevoir un banc de contrôle de rectitude de barres équipé de capteurs. Il sera présenté au mois d’octobre. L’objectif est de mettre en évidence la corrélation entre la rectitude de la barre associée aux phénomènes vibratoires et son influence sur la qualité de la pièce. Bucci s’est appuyé sur des méthodes partagées avec les fournisseurs de matières premières et avec les usineurs. Les données seront exportées vers la machine, qui pourra alors modifier éventuellement des réglages, grâce aux logiciels développés par Bucci pour assurer les communications entre le périphérique et la machine. 

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