Elburg Engineering utilise une cellule spéciale pour manipuler, orienter et usiner des composants de DAF

Objectif : 
Pour produire des cadres de cabine pour DAF, de lourdes pièces coulées doivent être automatiquement traitées à travers les process de fraisage, de perçage, de taraudage et d'ébavurage, sans intervention humaine.

Solution :
Les robots de manutention FANUC R-2000iB/165F, dotés respectivement d'un système de vision et d'un système laser, visualisent, positionnent et orientent les pièces coulées, puis les chargent et les déchargent d'une machine à l'autre de la cellule.

Résultat :
Un seul serrage suffit. La rationalisation de l'interaction entre les robots et les machines-outils a considérablement réduit la durée totale d'usinage et augmenté la capacité de la cellule.


Automatisation dans le secteur de la fonderie 

L'unité d'ingénierie d'Elburg est bien connue des utilisateurs de produits métalliques haut de gamme

La rectification de pièces de fonderie est l'une de leurs spécialités. Il ne s'agit pas d'une tâche aisée pour une unité d'ingénierie : le coulage n'est pas une tâche de haute précision et les composants peuvent présenter des variations dimensionnelles importantes. Il est donc important de bien s'entendre avec la fonderie concernant les tolérances et de disposer d'une bonne connaissance du process de base afin d'usiner convenablement les composants.

Cadres de cabine

Parmi les composants actuellement usinés dans l'usine d'Elburg, des cadres de cabine pour des véhicules commerciaux produits par DAF. Les pièces coulées produites en version côté gauche et côté droit sont fraisées, percées, taraudées et ébarbées. Maarten Dijkshoorn, employé aux ateliers d'ingénierie d'Elburg, explique que pour répondre aux exigences de DAF, il a fallu développer une cellule active 24 h/24, 7 j/7. Les robots n'ont jamais été aussi demandés. Ceci non seulement parce qu'ils permettent de réduire les coûts dans un processus continu mais aussi parce qu'ils constituent une meilleure solution en matière de santé et de sécurité. Les supports pèsent lourd mais restent les plus simples à soulever. La charge est ici trop importante pour que le personnel la soulève manuellement. De plus, la planification du personnel pourrait poser problème. Le parc machines et le nombre d'employés s'appuient toujours sur un programme standard, de sorte que d'autres projets pourraient manquer de main d'œuvre s'il fallait placer ici des employés provenant d'autres postes.

Process de fabrication

Les pièces coulées sont introduites dans la cellule sur une euro-palette standard. Les versions gauche et droite sont appariées. Les pièces coulées sont ensuite collectées par un robot FANUC R-2000iB/165F, qui les porte jusqu'à une table de visionnement. Ceci s'effectue à l'aide d'un préhenseur magnétique. Sur la table de visionnement, le système définit la position et l'orientation précises et vérifie que les deux pièces sont bien présentes. Dans la négative, une intervention a lieu. Si tout est correct, un second robot (également un FANUC R-2000iB), placé entre trois machines et une unité de perçage/taraudage (BTU), les saisit sur la table de visionnement et les place dans une position intermédiaire libre, face à l'une des machines. Si une machine est libre, le même robot place la pièce dans l'étau de fixation et attend qu'une des machines soit prête pour l'usinage. Si la machine est prête, le robot la décharge et place le composant dans la station intermédiaire, afin d'être en mesure de placer un nouveau composant directement dans la machine vide. L'usinage dure environ vingt minutes et la pause qui suit est censée être aussi courte que possible. La machine fonctionne de nouveau et les composants usinés précédemment sont retirés de la station intermédiaire et ramenés vers une unité de perçage/taraudage. Les axes asservis de l'unité de perçage/taraudage sont commandés par le robot lui-même, de sorte que l'unité BTU fonctionne en fait comme une extension (septième et huitième axes) du robot. Si l'ensemble du traitement est exécuté sur l'unité BTU, le robot apporte le composant à une table de montage. Le premier robot maintenant équipé d'un préhenseur mécanique (la combinaison d'un préhenseur magnétique et d'un étau n'est en général pas idéale) apporte le composant jusqu'à la station d'ébavurage. Il s'agit en fait d'une simple brosse en acier montée sur moteur, de sorte que le mouvement du robot compense l'usure de la brosse. Après l'ébavurage, le composant est placé sur une euro-palette et le cycle complet recommence.

Solution clés en main

« Le système comprend de nombreux dispositifs qui rendent la cellule unique », explique Stefaan Poppe de Gibas. En tant qu'intégrateur de robots et fournisseur des machines CNC, il a été très impliqué dans la conception de la cellule. « Premièrement, des réglages individuels ont été effectués sur les machines, afin de pouvoir gérer une taille de composant acceptable, en combinaison avec des moules intelligents et une machine relativement petite. La faisabilité économique du projet a été prise en compte en permanence. La qualité a également joué un rôle important : Nous voulions usiner les cadres avec un seul serrage. Il était également essentiel de gérer l'interaction entre les robots et les machines. En réalisant les opérations de perçage/taraudage sur une unité BTU séparée des machines, l'unité d'ingénierie d'Elburg a pu se débarrasser de sa machine CNC 4 axes, ce qui a naturellement généré un avantage économique conséquent. Cela a également eu une influence positive sur le temps d'usinage total et la capacité de la cellule. Nous avons pu réduire le temps de cycle de 37 à 20 minutes, en optimisant la totalité du process. Enfin, d'autres objectifs majeurs ont pu être atteints. Ainsi, en dépit d'un environnement industriel difficile et d'un produit fastidieux et contraignant, doté de nombreuses nuances, nous sommes parvenus à coordonner les robots pour qu'ils fonctionnent harmonieusement. Nous avons équipé le premier robot d'un système de vision et le second d'un capteur laser. Ainsi si le système de vision ne voit pas une pièce, elle sera tout de même détectée.

Partenariat

Le temps de manipulation doit parfois être le plus court possible. Dans ce cas précis, nous nous sommes concentrés sur la continuité, la qualité et la fiabilité. Le secteur automobile reste l'un des plus exigeants vis-à-vis de ses fournisseurs. L'unité d'ingénierie d'Elburg est satisfaite d'avoir pu répondre à ces exigences et de l'étroite coopération qu'elle a instaurée avec Gibas. Dijkshoorn : nous avons impliqué Gibas dans la conception dès les prémices du projet. Cette méthode a déjà porté ses fruits plusieurs fois. L'avantage majeur est que nous disposons en interne d'une parfaite connaissance des processus, ainsi que des coulages complexes et que nous sommes très impliqués dans le développement de moules appropriés. Gibas est de son côté non seulement un intégrateur de robots mais également un fournisseur de machines CNC clé en main Ils peuvent les adapter en fonction de nos exigences et les faire communiquer sans aucun problème. Poppe ajoute : « Dans notre secteur industriel, où nous rencontrons souvent des projet similaires, il n'est pas possible de travailler dans le cadre d'une relation client-fournisseur traditionnelle. Il faut développer de nouveaux concepts et anticiper les changements du marché. Ainsi, une cellule plus petite a d'abord été développée pour produire un nombre moins important de cadres de cabine. Toutefois au cours du développement, la question de la capacité de production a été posée par DAF et nous avons décidé d'adapter la cellule. Alors que la conception initiale prévoyait deux machines et un robot, elle compte désormais trois machines et deux robots. Mettre en œuvre de tels changements aussi rapidement exige que les partenaires soient parfaitement en phase. En conclusion, Dijkschoorn souligne l'importance d'une implication précoce de l'intégrateur pour remplir le carnet de commandes. « Parfois, nous mettons en commun nos efforts en phase de développement, afin d'élaborer certains concepts et d'être en mesure de faire très rapidement une offre en cas de consultation. Cela nous procure un avantage sur la concurrence. S'adapter rapidement est la clé pour saisir au vol les opportunités qui se présentent. Cela exige d'agir sur la base d'un réel partenariat et de partager les risques liés au temps investi.

Robotisation rigide

À la question de savoir si l'utilisation des robots rend également le processus plus flexible, Poppe semble avoir quelques réserves. « Naturellement, un robot est flexible, mais dans le cas de projets clés en main de production en série, beaucoup de temps et d'argent sont investis dans l'ingénierie d'une solution adaptée à un seul produit spécifique. L'avantage principal est que cette solution peut ensuite travailler de manière entièrement automatique. Elle doit fonctionner de manière fluide et être facile à utiliser. C'est d'ailleurs une des raisons pour lesquelles nous choisissons principalement des robots FANUC. Ils sont réputés sur le marché pour leur fiabilité et leur simplicité d'utilisation. Néanmoins, lorsque vous souhaitez fabriquer un autre produit dans la cellule, cela implique de nouveaux coûts d'ingénierie. Par conséquent, je suis enclin à parler d'une sorte de robotisation stricte ; mais lorsque le produit fabriqué est supprimé vous pouvez utiliser le (même) robot pour un nouveau projet. Les tâches étaient trop peu nombreuses et un grand nombre d'heures n'étaient pas exploitées.

FIGURES ET LÉGENDES

Les axes asservis de l'unité de perçage/taraudage sont commandés en tant que septième et huitième axes du robot.
Les cadres de cabine sont appariés sur une europalette. Les paires (gauche et droite) restent ensemble pendant la fabrication.
La position d'ébavurage du robot est réglée en fonction de l'usure de la brosse en acier.
La cellule de production des cadres de cabine DAF comprend trois machines CNC 4 axes et deux robots FANUC R-2000iB/165F.

Produits FANUC utilisés