Quotidien des Usines

Machine-outil : Les clients dictent l'envolee des performances

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Dans les grands secteurs de la mécanique, ce sont désormais les utilisateurs qui font progresser les moyens de production en taille, en rapidité et en précision. En commandant des machines " prototypes " adaptées à leurs besoins propres.

Quarante mètres de long et 10 mètres de large. Un seul panneau de voilure de l'Airbus A380 couvre presque deux terrains de tennis ! Un changement d'échelle pour les concepteurs de l'appareil, un casse-tête pour les entreprises chargées de produire ces pièces gigantesques. Il y a encore trois ans, aucune d'entre elles ne possédait de machine assez grande pour usiner de tels éléments. D'autant que, pour ce projet, la taille est loin d'être la seule contrainte nouvelle. L'emploi de matériaux plus durs pour les trains d'atterrissage oblige ainsi les usineurs à disposer de machines plus robustes et fonctionnant à des vitesses plus élevées.

Une obligation de résultats technologiques

L'aéronautique n'est pas le seul secteur à lancer de nouveaux défis aux constructeurs de machines-outils. Dans l'automobile, la multiplication des modèles et la réduction des délais poussent sans cesse les ateliers à perfectionner leurs équipements. Depuis cinq ans, " les machines utilisées dans les ateliers d'automobiles doivent être plus rapides, très précises, et surtout flexibles et reconfigurables ", commente Jean-Robert Passemard, directeur marketing et produit du franco-italien Renault Automation Comau. Dans l'industrie du moule et de l'outillage pour l'automobile, le flaconnage et le soufflage de bouteilles en plastique, c'est la réactivité qui prime. En réduisant les retouches manuelles grâce à des usinages plus précis, et surtout en usinant plus vite. Ces nouvelles demandes conduisent de plus en plus les concepteurs de machines-outils, eux aussi, à franchir de véritables sauts technologiques en termes de taille d'équipements, de précision et de rapidité. Ces qualités, certaines machines standards les possèdent. Mais les grands industriels veulent des moyens de production en parfaite adéquation avec leurs besoins propres. " Ils n'achètent plus des moyens, mais des résultats ", explique Claude Boisson, directeur de PCI Scemm, à Saint-Etienne. Les matériaux compo-sites, qui ont fait leur apparition sur certains éléments de struc-ture de l'A340-600, impliquent même l'investissement dans de nouveaux procédés. Pour réaliser ce type de pièces, le site de Nantes d'EADS a dû faire concevoir de nouvelles machines de nappage (découpe et dépose de bandes de fibre de verre sur un outil de forme avant cuisson) qui n'existaient pas auparavant. A la manière des constructeurs d'automobiles, qui commandent depuis toujours des ateliers entiers à des spécialistes, tous les grands comptes de la machine-outil passent désormais commande de machines sur mesure à des constructeurs, qui s'engagent en retour sur un prix, un délai et certaines performances.

Des machines revues à 95 %

Tous les cas de figure se présentent. Le plus simple fait intervenir un cahier des charges complet rédigé par le client. " Souvent, de grands noms, comme EADS, Dassault Aviation ou Figeac Aéro, définissent précisément leurs besoins et nous font totalement confiance sur la conception ", explique Guy Batherosse, de Forest Liné. Ce n'est pas toujours le cas. Parfois, le cahier des charges est moins fourni, mais le futur utilisateur fixe ses choix technologiques. C'est par exemple en observant les performances d'une machine sur mesure à deux têtes trois axes fonctionnant chez Grau, en Allemagne, que le groupe Duarte a demandé à l'italien Fidia de lui concevoir une machine cinq axes sur le même principe. Certains commanditaires ne s'encombrent même plus de spécificités techniques. " Quand les responsables de la moulerie de Sidel nous ont contactés, ils nous ont simplement fourni une pièce. A nous de définir la machine qui la réaliserait ", témoigne Dino Paganelli, directeur général d'Alltec France, qui a construit pour cela cette année la première machine laser cinq axes de gravure et grainage. Grâce à un rayon laser à la puissance parfaitement contrôlée, celle-ci est capable de reproduire l'aspect granuleux des bouteilles d'Orangina ou de Gatorade et de réaliser des gravures très fines sur une pièce cylindrique en une seule opération. Et de remplacer ainsi plusieurs processus de grainage chimique, d'usinage et d'électroérosion. Si les approches sont différentes, tous les projets novateurs de ces dernières années possèdent un point commun : ils poussent les constructeurs de machines-outils à reconcevoir leurs équipements. " Nos machines destinées aux nouvelles générations de panneaux de voilure ont été revues à 95 % ", commente Guy Batherosse, de Forest Liné. Pour conserver des vitesses élevées sur de longues courses, le constructeur de Capdenac (Lot) a été parmi les premiers à mettre en oeuvre les moteurs linéaires, en 1998, en partenariat avec Siemens. Pour Dassault Aviation, c'est un ensemble de trois machines à tables verticales accompagnées d'un système flexible de grande taille qu'il a fallu développer. Fidia, pour concevoir les Boxer de Duarte, a dû, lui aussi, imaginer de nouveaux algorithmes de synchronisation sans collision des deux têtes d'usinage. Aux Etats-Unis, Cincinnati a conçu en collaboration avec Boeing, l'Hyper-mach, une machine non seulement gigantesque, mais aussi capable de travailler à grande vitesse. C'est également suite à la demande d'un client que Renault Automation a mis au point sa future Urane 2 25, une machine à deux broches horizontales indépendantes permettant d'effectuer des changements d'outils en temps masqué. Une première !

La coconception facteur de progrès

Sans forcément mettre en oeuvre de tels partenariats, même les machines dites standards naissent aujourd'hui souvent grâce à l'impulsion de clients. " Le cahier des charges de la KX 100 a été rédigé en grande partie grâce à l'expression des besoins de plusieurs constructeurs d'automobiles européens ", explique Gilbert Fischer, P-DG du constructeur français de centres d'usinage Huron Graffenstaden. De la même façon, si la rectifieuse S 32 CNC du suisse Stüder a été développée, c'est avant tout parce que le constructeur allemand de poinçonneuses Trumpf était séduit par son concept permettant de réaliser en une seule opération des outils de poinçonnage de grande précision. Que ce soit en matière de rapidité, de précision ou de taille, les résultats sont au rendez-vous. " Avec la Boxer, nous divisons les temps d'usinage de certains moules par huit et les temps d'ajustages nécessaires après usinage par trois ", s'enthousiasme Jean-Marc David, responsable de la maintenance chez Duarte. " La LGM 50 que nous a fabriquée Alltec atteint en deux heures et demie (hors temps de calcul sur ordinateur) le résultat obtenu auparavant en plusieurs jours ", explique Robert Do Dinh, directeur des mouleries de Sidel. Et le nombre de textures applicables sur les pièces est bien plus grand qu'avec les anciennes méthodes. Le succès d'une opération ouvre aussi la porte à de nouvelles collaborations. Duarte a passé commande à Fidia d'une troisième machine plus perfectionnée encore. La coconception est surtout un formidable facteur de progrès pour les constructeurs. " Il y a un an, le développement de la Boxer n'était pas envisageable sans le concours du groupe Duarte ", avoue Roland Farant, directeur de Fidia France. Sans compter l'aspect commercial. " Nous n'aurions même pas pu sortir la LGM 50 sans la commande de Sidel ", confesse Dino Paganelli, d'Alltec France. Ces développements de pointe, une fois mis au point pour une application donnée, participent ensuite au progrès de matériels plus standards. Au Bourget-du-Lac (Savoie), Alltec décline déjà la gravure laser multi-axe à d'autres modèles. De la même façon, Renault Automation Comau et Forest Liné montent désormais des moteurs linéaires sur la presque totalité de leurs gammes. Mais, au bout du compte, ce sont surtout les modestes PME qui se frottent les mains. Car, après leur fiabilisation sur des machines prototypes, ces nouvelles technologies sont généralement adoptées par l'ensemble des constructeurs. Les petites entreprises en tirent alors avantage sur des machines " catalogue ", donc moins chères, et dont les performances augmentent à grands pas.



Les records d'aujourd'hui au service des machines standards de demain : Trois réalisations exemplaires

LES AÉROMILL DÉVELOPPÉES PAR FOREST LINÉ POUR DASSAULT AVIATION

La performance Distribution par un système flexible de pièces brutes de plusieurs tonnes sur trois machines à portique inclinées à 90 degrés usinant à grande vitesse des panneaux de voilure de 14 mètres de long grâce à l'emploi d'électrobroches haute puissance et de moteurs linéaires sur tous les axes des machines.

Les conséquences sur les machines standards Multiplication des machines de plus grande dimension dans les catalogues des constructeurs et généralisation des moteurs linéaires sur l'ensemble des machines-outils de nouvelle génération.

LA LGM 50 DÉVELOPPÉE PAR ALLTEC POUR SIDEL

La performance Réalisation de gravures de précision (0,1 millimètre) et d'un grainage sur un moule de bouteille en une seule opération, permettant d'éliminer l'emploi de procédés successifs de fraisage, grainage chimique et électroérosion.

Les conséquences sur les machines standards Montée en puissance de l'emploi du fraisage laser pour des gravures très fines. Pour Alltec, naissance d'un nouveau modèle dans la gamme et déclinaison du concept sur une machine quatre axes.

LA BOXER Y2 D 418 DÉVELOPPÉE PAR FIDIA POUR DUARTE

La performance Synchronisation selon un principe " maître-esclave " de deux têtes d'usinage cinq axes pouvant travailler à grande vitesse sur une pièce de grande dimension (et ainsi de diviser les temps d'usinage par deux, voire par huit) ou sur deux pièces distinctes montées sur la même table.

Les conséquences sur les machines standards Mise sur le marché de machines à deux têtes synchronisées susceptibles de remplacer les modèles à portique.



CONCEPTION : LES CONSTRUCTEURS MISENT SUR LES MÉTHODES NUMÉRIQUES

Un an. C'est le délai moyen de développement d'un nouveau modèle de machine-outil. Un délai jugé trop court par des constructeurs qui " doivent réaliser des études très poussées avant de construire un prototype, afin d'éviter toute remise en cause tardive ", commente Gilbert Fischer, P-DG de Huron Graffenstaden. Mais une période trop longue pour les industriels, dont les besoins évoluent de plus en plus rapidement et tendent vers plus de complexité. Pour concevoir et fabriquer des machines dans des délais aussi courts, certains constructeurs, les japonais Mori Seiki ou Mazak, par exemple, profitent d'une structure totalement intégrée et produisent la quasi-totalité des composants de leurs machines. En Europe, l'approche est différente et s'apparente davantage à celle des constructeurs d'automobiles. " Depuis 1993, nous sommes devenus des assembleurs de machines-outils ", explique Gilbert Fischer, de Huron Graffenstaden. Des assembleurs qui se recentrent sur leur coeur de métier et concentrent leur énergie sur les éléments principaux de la machine. Pour ses composants (broches, entraînements, carénages, armoires électriques...), ils s'appuient désormais sur leurs fournisseurs dans le cadre de partenariats très étroits.

La phase de conception n'échappe pas à cette tendance. Mais, malgré cette vague d'externalisations, parce que la conception des seules structures des machines est devenue complexe, les bureaux d'études ont subi une profonde mutation. " Notre travail fait désormais intervenir quantité de nouveaux métiers ", explique Claude Fioroni, responsable " recherche-développement usinage " chez Renault Automation Comau. Calcul de structure, analyses vibratoires, mécatronique, voire mécanique des fluides, sont autant de disciplines capitales qui poussent les constructeurs à investir dans de nouveaux moyens. Humains, bien sûr, mais aussi matériels ! " Pour assurer la suite du processus, nous utilisons des logiciels (comme le Mecano du belge Samtech) capables de nous fournir une carte d'identité complète de chacune de nos machines ", expose Guy Batherosse, " responsable avant-projets " chez Forest Liné. Et la numérisation du travail n'en est qu'à ses débuts. Des constructeurs d'automobiles comme Renault prévoient déjà d'exiger des constructeurs des fichiers numériques et des post-processeurs qui leur permettront à l'avenir de réaliser les programmes d'usinage " hors ligne ", en virtuel, avant même que leurs nouveaux moyens soient installés.

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