Machine-outilDES COMPOSANTS OPTIMISES POUR USINER PLUS VITE DES PIECES PLUS COMPLEXESAfin d'atteindre des niveaux de performance croissants, les constructeurs développent désormais des machines sans aucune comparaison avec celles du début des années 90.

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DES COMPOSANTS OPTIMISES POUR USINER PLUS VITE DES PIECES PLUS COMPLEXES

Afin d'atteindre des niveaux de performance croissants, les constructeurs développent désormais des machines sans aucune comparaison avec celles du début des années 90.



A peine plus d'une seconde pour réaliser un perçage et un taraudage, soit un temps d'usinage divisé par deux ou trois, selon les applications. C'est le pari tenu par le franco-italien Renault Automation Comau avec son Urane SX. Une performance, mais surtout une réponse à de nouvelles exigences industrielles. " C'est la rentabilité qui prime. Il faut effectuer les réglages et les usinages le plus vite possible ", explique Stéphane Prats, responsable des ventes de Mori Seiki France. Conséquence, les machines-outils crèvent les plafonds : 120 m/min de vitesse de déplacement rapide pour le XHC 241 de l'allemand ex-Cell-O et des accélérations de 1, 2, voire 3 g en usinage. Des performances impensables sur des machines de série il y a seulement cinq ans et dont " certaines ont même été multipliées par cinq en trois ans ", commente Olivier Vidal, responsable recherche et développement usinage, rodage parachèvement chez le français PCI.

De véritables ruptures technologiques

Chez les constructeurs, pour atteindre ces résultats, un mot d'ordre prime, augmenter la dynamique des machines. En optimisant d'abord les composants actuels. Emploi de commandes numériques à base de PC plus puissantes qu'auparavant, généralisation de changeurs d'outils ultrarapides, de guidages linéaires à recirculation de billes, de roulements céramiques ou hybrides sur les broches ou passage de 1 500 à 3 000 t/min pour les vitesses de rotation des vis à billes. Toutes les voies classiques sont exploitées pour faire évoluer les performances. En optimisant les traditionnelles vis à billes, la RP 800 de l'allemand Röders atteint 60 m/min de vitesse rapide et 1,3 g d'accélération. Mais les technologies classiques ont leurs limites : " On ne peut imposer des conditions de fonctionnement extrêmes aux composants traditionnels sans poser de sérieux problèmes de fiabilité ", commente Olivier Vidal, de PCI. Pour aller plus loin et atteindre les niveaux désormais exigés par l'industrie, il faut de véritables ruptures technologiques. " Il faut croire aux nouvelles technologies et se donner les moyens de les industrialiser ", déclare Guy Abens, directeur de DMG France. Ces nouvelles technologies, ce sont des composants d'un nouveau type. Comme les moteurs linéaires, qui, employés en nombre suffisant sur les axes linéaires des machines, sont capables de les entraîner sans contact, ni inerties tournantes ni vibrations à des vitesses de plus de 100 m/min, sous des accélérations de plusieurs " g ". De la même façon, les nouveaux moteurs montés sur les broches atteignent des vitesses de rotation de plus de 60 000 t/min, toujours sans vibrations. Et sans usure s'ils sont montés, comme il est prévu pour un proche avenir, sur des paliers fluides ou magnétiques. Si certains contestent encore la nécessité des moteurs linéaires sur tous les axes des machines ou mettent en exergue la difficile gestion des efforts sur des paliers sans contact, les performances de ces composants progressent à pas de géant. " En six ans, nous sommes passés du stade de prototype à un montage en série des moteurs linéaires sur vingt modèles de machines entièrement nouveaux - dont les premiers étaient destinés à l'aéronautique (Figeac Aéro) et à l'automobile (Audi) " - déclare Claude Carbon, directeur de Forest Liné. La mise en oeuvre n'est cependant pas sans difficulté. " Il est impensable d'essayer d'adapter ce genre de systèmes sur des machines existantes ", explique Guy Abens, de DMG France. Pour répondre aux nouvelles sollicitations qu'engendre l'UGV et ces nouvelles technologies, il est nécessaire de reconcevoir les architectures des machines. " En reprenant tout à partir de zéro, de la pointe de l'outil jusqu'au bâti ", expose Gilbert Fischer, P-DG de Huron Graffenstaden. Un constructeur français qui développe des machines pour les moulistes, l'avionique ou l'automobile - avec Volkswagen, notamment. Premier impératif, échanger les matériaux classiques contre de nouveaux. Comme le béton polymère, associé à de la fonte pour réduire le poids du coulisseau de 30 % chez Huron, ou de la fonte d'aluminium pour les éléments mobiles de Forest Liné.

Vers des architectures alternatives

A grande, voire très grande vitesse, les performances intrinsèques d'une machine reposent également sur sa structure. Elimination des porte-à-faux, positionnement des glissières en fonction des directions des efforts principaux, tout doit être repensé. La structure de la machine doit alors disposer d'une rigidité très importante tout en privilégiant la dynamique. Sur les machines à portique, une partie des problèmes est résolue par l'emploi d'une table fixe. Les mouvements sont alors concentrés sur la machine. Mais il reste impératif de réduire les masses en mouvement. Une opération difficile quand une machine comme la Minumac de Forest Liné est pourvue d'une tête de plus de 10 tonnes. La solution d'avenir ? Employer des architectures alternatives. Pour usiner rapidement des pièces de moyenne et grande dimension chez Duarte, Fidia a opté pour l'association de deux machines à bélier aux têtes synchronisées plutôt que sur un portique aux performances dynamiques moindres. D'autres, comme Renault Automation Comau, misent sur les structures parallèles. L'Urane SX, fondée sur une structure à trois bras commandés par des moteurs linéaires, n'accuse une masse en mouvement que de 95 kilos, contre 800 kilos pour une Urane classique. " Une solution qui permet d'atteindre des accélérations de 3,5 g ", précise Claude Fioroni, responsable recherche-développement usinage. Mais, si les constructeurs trouvent des parades particulièrement efficaces, " une solution nouvelle met toujours en évidence de nouveaux obstacles ", explique Guy Batherosse, responsable " avant-projets " chez Forest Liné. Et les limites s'imposent d'elles-mêmes. " Une broche à haute vitesse met environ six secondes pour atteindre 24 000 t/min et s'arrêter de nouveau. On exclut donc ce genre de solutions lorsqu'on doit prévoir un changement d'outil toutes les dix secondes ", explique Olivier Vidal, de PCI, en parlant d'applications sur des usinages de culasses d'automobiles. De la même façon, lorsqu'on veut appliquer une vitesse de coupe de 2 000 m/min en perçage de production, on doit théoriquement employer une broche tournant à 80 000 t/min. Mais " les outils ne tiennent généralement pas ces conditions de coupe ", expose Claude Fioroni, de Renault Automation Comau. Il faut alors limiter la vitesse de rotation de la broche.

Une maintenance pointue

Pour les commandes numériques, les mêmes limites apparaissent. " On peut programmer la vitesse que l'on veut. C'est le calculateur qui se bridera de lui-même ", constate Guy Abens. Une difficulté qui pousse constamment les fabricants de commandes numériques à développer de nouveaux algorithmes gérant mieux les accélérations des mouvements. " Les machines fonctionnent toujours au maximum des possibilités des composants ", constate Guy Batherosse, de Forest Liné. Plus complexes, celles-ci nécessitent alors une maintenance plus pointue. Et des délais d'intervention de plus en plus courts. " Grâce à notre service de télémaintenance, nous sommes en mesure d'assurer des diagnostics fiables immédiatement et de garantir une réparation sous quarante-huit heures ", annonce Guy Abens, de DMG France. Encore peu utilisée en France, cette solution s'imposera d'elle-même.



DU BATI À LA POINTE DE L'OUTIL, LES DERNIERES AVANCÉES DES CONSTRUCTEURS (exemple sur un tour)







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