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Des concentrés de hautes technologies pour acquérir une précision extreme

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Machine-outil

DES CONCENTRES DE HAUTES TECHNOLOGIES POUR ACQUERIR UNE PRECISION EXTREME

Pour répondre aux exigences des industriels, les machines-outils mutent vers des concentrés de haute technologie. Un défi constant, en partie résolu par l'emploi croissant de composants mécatroniques.



Toujours plus. Pour réaliser en série, parfois à raison de milliers d'unités, des pièces ajustées au centième de millimètre, les industriels poussent à l'extrême leur exigence de précision. " Les constructeurs d'automobiles appliquent des coefficients d'aptitudes des moyens. Pour une tolérance dimensionnelle de ± 17 micromètres (µm), ils en demandent ± 6, sur trente pièces prises au hasard parmi mille ", explique Olivier Vidal, responsable recherche et développement usinage, rodage, parachèvement chez le français PCI. Une tendance qui ne se limite pas à l'automobile et aux tolérances dimensionnelles. Les états de surface doivent suivre. " Seule une machine très précise, comme la Boxer D 418, que Fidia a développée pour nous, peut réaliser une matrice et un poinçon parfaitement complémentaires de façon répétable ", explique Jean-Marc David, responsable de la maintenance au groupe Duarte. A condition d'atteindre un niveau de finition équivalant à celui d'un polissage manuel. Possible, puisque le japonais Mitsui Seiki, par exemple, annonce sur sa VL 30 une précision de positionnement de ± 1 µm. A ce niveau d'exigence, il faut totalement repenser les machines, par exemple en réduisant le nombre de pièces mécaniques utilisées, afin d'éviter toute source de jeu inutile. " Sur la gamme KX, nous utilisons des entraînements directs encore inusités il y a cinq ans, sans organe de transmission intermédiaire ", explique Gilbert Fisher, P-DG du français Huron-Graffenstaden. Pour éliminer les effets d'usure et d'inertie tout en travaillant à grande vitesse, certains constructeurs, comme l'allemand DMG, montent en série sur leurs machines des moteurs linéaires fondés sur un fonctionnement magnétique sans contact. Une technologie que le franco- italien Renault Automation Comau a mise au point à la demande des constructeurs d'automobiles, ou qu'un autre français, Forest Liné, a installée pour la première fois sur une machine destinée à Figeac Aéro, pour atteindre les caractéristiques demandées. Une technologie que l'on retrouve également sur les électrobroches à contrôle vectoriel de flux assurant une grande précision dans les vitesses de rotation.

Contrôle et mesure doivent suivre

Dans cette course à la précision, le contrôle et la mesure doivent suivre. Pour tirer le meilleur parti de ces composants, les concepteurs les associent à des systèmes de mesure de très haute résolution et au temps de réponse inférieur à la milliseconde. Règles de mesure optique sur les axes linéaires, encodeurs digitaux sur les axes rotatifs, mais aussi dispositifs de mesure des outils et des pièces, accéléromètres fixés à la broche : autant de capteurs installés au coeur de la machine afin de fournir en temps réel des informations capitales à la commande numérique. Une commande numérique qui devient ainsi capable d'aligner ses repères sur celui de la pièce quand celle-ci est difficile à déplacer. Mais permet aussi de corriger les trajectoires et les accélérations programmées, grâce à de nouveaux algorithmes tels que le super hi-NC d'Okuma, et d'aboutir à des erreurs de profil nulles. Pour atteindre le micromètre, les concepteurs de machines sont désormais aussi confrontés à deux sources d'erreurs jusqu'ici sans grandes conséquences : les vibrations et la chaleur. Les vibrations qui incombent à l'environnement immédiat de la machine (autres machines, passage de chariots de manutention, etc.) sont généralement amorties par de plus ou moins importants ouvrages de génie civil. Il en va autrement pour les vibrations inhérentes au contact outil-pièce et au contenu même de la machine, et en particulier au fonctionnement des organes en rotation. A tel point que " les moteurs à courroies interdisent l'emploi de certains outils ", explique Guy Abens, de DMG France, sous peine, au mieux, de générer des états de surface déplorables. Le fonctionnement à grande vitesse complique aussi largement les choses. " Les fréquences propres des machines sont passées de 12 à presque 50 Hz en dix ans ", déclare Gilbert Fischer, de Huron- Graffenstaden. Outre l'utilisation de revêtements synthétiques au niveau des guidages de broches, comme le préconise l'allemand Röders, l'emploi d'organes électriques, d'entraînements directs, voire de moteurs linéaires ne mettant en oeuvre aucun mouvement de rotation deviennent alors un grand atout. Surtout s'ils sont combinés avec des architectures de plus en plus complexes et à l'emploi de matériaux à fort pouvoir d'amortissement, comme la fonte ou les bétons polymères (Granitan chez le suisse Mikron, Mineralite chez l'allemand Boehringer...). Les machines s'apparentent de plus en plus à des " pianos de concert dont il faut maîtriser les moindres vibrations, explique Guy Batherosse, de Forest Liné. Leur conception doit désormais impérativement s'accompagner d'une étude de comportement vibratoire sur ordinateur ". Quant à la chaleur, elle devient, à ce stade de précision, tout aussi handicapante. A pleine vitesse, tous les organes d'une machine se dilatent, à commencer par les entraînements et la broche. " Pour garantir un fonctionnement optimal de nos machines, il est impératif de stabiliser la température dans une plage de 5 °C ", explique Guy Abens, de DMG France. Une gageure, lorsque, en production, dans le secteur de l'automobile, l'amplitude de température diurne peut atteindre 20 °C !

Les solutions contre la chaleur se multiplient

D'abord, optimiser l'architecture de la machine de façon à prévoir ses déformations par une struc-ture thermosymétrique, ou uniformiser les coefficients de dilatation de ses composants. Ensuite, assurer une circulation de fluide (eau, huile ou air) maintenu à température constante dans les organes les plus sensibles. L'italien Fidia complète ce dispositif par une ventilation de l'enceinte de travail afin d'en homogénéiser la température. Le japonais Makino, quant à lui, le combine avec le circuit de lubrification de la broche, et, sur son modèle J66, a également isolé les parties structurelles des sources de chaleur. Sur de grandes machines, comme celles que Forest Liné a mises au point pour les sous-traitants de premier rang d'Airbus et de Boeing, entre autres, c'est une isolation complète, voire un travail dans un atelier climatisé, qui peuvent être recommandés. Mais la solution la plus pratique consiste à compenser informatiquement les dilatations thermiques de la machine à partir de courbes de référence ou encore d'informations délivrées par des sondes de température disposées à dif-férents endroits critiques de la structure. " L'idéal serait d'installer un capteur sur la pointe de l'outil et de corriger les paramètres de la machine en conséquence ", explique Claude Carbon, directeur de Forest Liné. Cela permettrait de compenser l'ensemble des défauts de la machine. Une solution séduisante, mais qui est encore en devenir.



DES SYSTEMES DE MESURE À LA COMMANDE NUMÉRIQUE, LES AVANCÉES DES CONSTRUCTEURS (exemple sur un centre d'usinage)






 

 

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