Des commandes numériques FANUC parfaitement adaptées à la nouvelle rectifieuse du fabricant d'outillages suisse Studer  

Objectif : trouver les commandes numériques qui conviennent à la nouvelle rectifieuse intérieure multifonction Studer S141, conçue pour la rectification d'éléments de flasque et de broches d'une longueur maximale de 1 300 mm.  

Solution : de par les relations étroites établies avec FANUC, Studer a opté pour une CNC FANUC 31i modèle B. Un des facteurs décisifs dans le choix de FANUC était sa fiabilité à toute épreuve. Le contrôleur CNC 31i modèle B est équipé d'un « Panel i » intégré, fonctionnant sous le logiciel Studer via une interface utilisateur dédiée.

Résultat : les commandes numériques FANUC offrent de nombreux avantages aux machines Studer, tels qu'une utilisation et une programmation intuitives, une technologie intégrée de calibrage et de détection pour la régulation des process, des fonctions PMC haute vitesse (automate programmable intégré), une mémoire programmable et jusqu'à cinq voies PMC pour l'exécution simultanée de programmes PMC indépendants à une vitesse maximale.

Les commandes numériques du futur

Nouvelle rectifieuse Studer avec contrôleur FANUC

La rectification intérieure d'éléments de flasque et de brides d'une longueur jusqu'à 1 300 mm – pour la nouvelle Studer S141, ce n'est vraiment pas un problème. Cette machine, dévoilée pour la première fois à l'automne 2014, est une rectifieuse cylindrique intérieure universelle de toute dernière génération, qui sera disponible sous différentes dimensions à compter de l'exposition EMO 2015. Outre diverses fonctions innovantes, la S141 est également équipée du contrôleur CNC FANUC 31i-B, qui à son tour offre de nombreuses améliorations par rapport à son prédécesseur.

Avec la S141, Studer envisage de conquérir un nouveau segment de marché. Cette rectifieuse intérieure multifonction, qui sera disponible sous différentes dimensions à compter de l'exposition EMO 2015, est la machine idéale pour la rectification de pièces d'une longueur pouvant atteindre 1 300 mm, comme les arbres de broche, carters de broche, arbres de rotor et axes. Alors que les composants les plus petits peuvent être uniquement montés sur le mandrin, les pièces les plus longues peuvent également être soutenues par une lunette.

Cette rectifieuse S141, de conception entièrement repensée, est déjà impressionnante sur le papier : la longueur de rectification maximale est de 250 mm à l'intérieur et de 150 mm à l'extérieur. Le diamètre utile au-dessus de la table est égal à 400 mm, et le poids maximal de la pièce à rectifier est de 250 kg. Enfin, avec la rectifieuse S141, la marque Studer est d'autant plus synonyme de précision, principalement en raison de son banc de machine en Granitan® qui garantit un amortissement remarquable et un rapport thermique positif. Le large intervalle entre les glissières et les coulisses ultra rigides offre une excellente stabilité, ce qui s'avère indispensable dans un environnement dynamique d'usinage de précision. De plus, tous les composants déterminants pour la précision sont stabilisés en température.

Certaines innovations, comme le système de guidage breveté StuderGuide®, améliorent considérablement les performances en assurant aux mouvements d'axes vitesse et haute précision, notamment, car tous les axes sont équipés d'entraînements linéaires. La tourelle porte-meule avec jusqu'à quatre broches de rectification (dont au maximum deux broches de rectification extérieure) est équipée d'un système d'entraînement direct et est donc extrêmement rapide. Pour la rectification de cônes parallèle à l'axe, la table porte-pièce peut être automatiquement pivotée. Quelle que soit l'application, Studer a mis au point une stratégie qui permet de disposer d'au moins deux tables de dressage. Enfin, un palpeur intégré permet de déterminer axialement et radialement la position longitudinale.

Les commandes numériques : une fiabilité éprouvée sur le long terme

Côté contrôleur, Studer s'appuie sur une technologie éprouvée et une solide expérience, comme Wolfgang Labus, responsable de l'ingénierie produit, le souligne : « Depuis 1992, nous travaillons en étroite collaboration avec FANUC pour les systèmes de commande et d'entraînement. Nous apprécions, tout particulièrement, la fiabilité élevée des matériels et logiciels FANUC, qui s'applique également à tous leurs nouveaux produits. C'est pourquoi nous n'avons pas hésité à équiper également notre nouvelle machine S141 avec le contrôleur de génération récente FANUC 31i-B. »

Comme pour tous les contrôleurs FANUC utilisés sur les machines Studer par le passé, la version sélectionnée est également équipée d'un ordinateur industriel FANUC « Panel i », sur lequel le logiciel Studer et son interface utilisateur dédiée fonctionnent. Il en est de même pour le logiciel de programmation, StuderPictogramming, qui permet à l'utilisateur d'établir des cycles de rectification séparés et de générer le code ISO via le PC. Enfin, le logiciel pour la mesure du disque de rectification Studer Quick-Set réduit les cycles de dressage d'au moins 90 %.

Les logiciels StuderWIN et StuderSIM, développés par Studer, conviennent à une grande variété d'applications pour la rectification interne et permettent la programmation sécurisée de tous les cycles de base pour l'usinage, le dressage et la mesure assistée par processus. Le logiciel StuderWIN se distingue tout particulièrement de par ses micro-fonctions, qui permettent de programmer librement les routines de rectification et de dressage, et d'optimiser ainsi l'ensemble du processus. Par ailleurs, diverses options logicielles, dédiées notamment aux calculs géométriques, à l'optimisation du dressage, mais aussi à la rectification des contours, filetages et formes, viennent encore améliorer les performances des machines.

Des améliorations remarquables

Ces dernières années, la rectifieuse S141 n'a cessé de bénéficier des développements apportés aux logiciels et commandes. Par exemple, les systèmes de mesure, de détection à contact, de chargement et de manutention sont reliés au contrôleur FANUC, pour une commande directe depuis l'interface utilisateur. Wolfgang Labus explique : « FANUC nous a permis d'intégrer au contrôleur notre technologie de calibrage et de détection pour la régulation des process ainsi que des systèmes de détection à contact et d'équilibrage automatique, afin de bénéficier d'une programmation à la fois standardisée et conviviale. » L'écran tactile 15" du contrôleur FANUC 31i-B facilite également l'utilisation et la programmation intuitives de la machine. L'ensemble des éléments de commande sont agencés de manière claire et ergonomique. Afin de simplifier la configuration en amont des opérations de rectification, Studer a développé un dispositif commandé manuellement et adapté aux process, qui fonctionne de manière transparente avec les commandes numériques FANUC.

La rectifieuse S141 bénéficie également d'une technologie d'entraînement évoluée – avec des moteurs linéaires dans tous les axes. « Qui n'ont, malheureusement, pas été fabriqués par FANUC », comme le souligne Wolfgang Labus. « Certes, l'idéal serait que l'ensemble des composants proviennent d'une même entreprise et soient installés dans l'armoire de commandes par différents fournisseurs. Mais, cela prouve également que, dans des cas exceptionnels, FANUC a la capacité d'intégrer des produits tiers et de prévoir les paramètres techniques nécessaires pour adapter l'ensemble des éléments d'entraînement sur leurs contrôleurs. »

Au moment du développement de la rectifieuse S141, FANUC ne pouvait proposer aucun moteur linéaire qui aurait pu convenir. Mais cela pourrait changer dans un futur proche, comme l'indique Antoine Ferrari, l'ingénieur technico-commercial FANUC chargé du compte Studer : « De par son faible encombrement, le moteur linéaire de la série LiS D1, que nous venons tout juste de développer, offre la meilleure densité de performances. Le nouveau modèle 4500 N, par exemple, présente une perte d'épaisseur de 50 mm par rapport au modèle précédent. »

Un partenariat collaboratif

Fort d'un partenariat de nombreuses années, Studer bénéficie, en interne, d'une grande expertise des produits FANUC. Toutefois, dans le cadre de développements récents comme pour la rectifieuse S141, Wolfgang Labus précise que des experts en commandes et moteurs, de la filiale suisse de FANUC basée à Biel, nous ont accompagnés dès les prémices du projet. Généralement, le choix des moteurs et des équipements de commande se fait de manière conjointe. « Le soutien dont nous avons pu bénéficier est tout à fait exceptionnel », indique le responsable de l'ingénierie produit. « Avant la fabrication du prototype, nous avons même pu tester en avant-première les interfaces et autres fonctionnalités des commandes numériques grâce à un prêt de contrôleur. »

Cela permet de s'assurer que toutes les fonctions de base sont synchronisées à un stade précoce. Lors de la production en série d'une nouvelle machine, des adaptations sont généralement nécessaires, telles que les interfaces pour le traitement des données du client. Wolfgang Labus précise également : « Un nombre croissant de nos clients souhaitent disposer de davantage de précisions quant aux types de pièces pouvant être rectifiées, aux délais de traitement et aux niveaux de qualité possibles. Ils veulent pouvoir disposer des données machine et des résultats des mesures, grâce à des interfaces dédiées. À l'avenir, cette exigence sera de plus en plus répandue. »

FANUC s'est préparé à cette demande. La génération de contrôleurs appartenant au modèle B compte une douzaine de protocoles d'interfaces, afin de permettre aux commandes numériques de communiquer avec de nombreux périphériques. Outre le standard Profibus, le protocole ProfiNET est désormais également disponible. Et ce n'est pas tout, les protocoles FL-Net, EtherNet/IP, Fast Ethernet, MOD-Bus, et bien d'autres dans le futur, sont également pris en charge.

Un processeur PMC ultra-rapide compatible avec les installations périphériques

Le nouveau contrôleur CNC 3xi Modèle B présente de nombreux avantages, et ce, tout particulièrement pour les installations périphériques. Son processeur PMC haute vitesse (un automate programmable intégré) est trois fois plus rapide que le modèle précédent. L'espace mémoire disponible a également été multiplié par trois. Pour des tâches d'usinage avancées, il peut s'avérer extrêmement utile de pouvoir disposer des cinq voies PMC offertes par le contrôleur 31i-B, pour l'exécution simultanée de programmes PMC indépendants à une vitesse maximale.

Grâce à la nouvelle technologie de bus, le débit des transferts de données entre les commandes numériques et le processeur PMC est encore plus rapide. Antoine Ferrari insiste également sur les performances de la fonction I/O-Link i de FANUC, qui ont été considérablement renforcées. Il est désormais possible de transmettre deux fois plus de signaux d'entrées/sorties par voies PMC, ce qui permet de connecter 24 groupes au lieu de 16. Cette amélioration a notamment des effets positifs sur la fonction de sécurité intégrée, « Dual Check Safety » : un simple câble I/O-Link i suffit pour sécuriser la transmission des signaux.

L'utilisation de la fonction I/O-Link i offre aussi de nombreuses opportunités en termes de diagnostics. Via la détection des erreurs, l'utilisateur peut déterminer si une sortie numérique est défectueuse ou interrompue. L'origine de l'erreur s'affiche sur l'écran du contrôleur, ce qui permet de réduire considérablement les délais de diagnostic. Dans le cadre de la maintenance préventive, la fonction de détection de fuite mesure automatiquement la résistance d'isolation. Les pannes des moteurs peuvent être détectées à un stade précoce et les pièces défectueuses peuvent être remplacées par l'équipe de maintenance.

De réelles économies d'énergie

Gage d'efficacité énergétique, les machines Studer portent non seulement le label « Blue Competence » de l'association allemande des constructeurs de machines-outils (VDMA), mais également son propre label BluePlus, qui atteste de la mise en œuvre des six mesures de réduction de la consommation d'énergie établies par le constructeur. Wolfgang Labus explique : « Nous avons obtenu de nettes améliorations, principalement grâce à l'optimisation de nos logiciels et à des efforts de conception au niveau des systèmes de refroidissement et d'extraction. L'utilisation de composants électriques basse consommation – en soutien des efforts de FANUC en matière de technologie de commande et d'entraînement – fait partie du concept BluePlus. »

Côté matériels, par exemple, FANUC a été capable de réduire les pertes de puissance de ses moteurs de 10 % supplémentaires grâce à l'utilisation de systèmes électroniques hautes performances. Côté logiciels, l'utilisateur peut, par exemple, sélectionner le niveau d'économies d'énergie souhaité à l'aide de la fonction « Energy-Saving Level Selection ». Selon les exigences de l'usinage, l'utilisateur est libre de choisir entre production intensive et efficacité énergétique, ce qui se traduit généralement par un traitement un peu plus lent.

Les rectifieuses S131 et S151 seront également équipées du contrôleur CNC FANUC 31i-B. Mais Wolfgang Labus a déjà les yeux rivés sur un nouveau contrôleur FANUC, la CNC compacte série 0i-F : « Il s'agit d'une solution supplémentaire intéressante pour notre segment bas de gamme, qui dispose d'un nombre restreint d'axes et ne nécessite pas de capacités multi-voies. »

Avec le contrôleur 0i-F, présenté pour la première fois lors du salon AMB 2014, le leader mondial des systèmes CNC a dévoilé son concept de « transparence ». Cela implique que tous les contrôleurs CNC FANUC doivent être conçus conformément à des normes communes et présenter des instructions de fonctionnement comparables. La modularité des machines en termes de fonctionnement, de maintenance et de services est facilitée.

La qualité suisse au service de la rectification

Fritz Studer AG, basé à Steffisburg, en Suisse, compte quelque 800 employés et, conjointement avec les entreprises allemandes Schaudt et Mikrosa, appartient au groupe United Grinding, spécialiste de la rectification circulaire. STUDER bénéficie de plus de 100 ans d'expérience dans la conception et la fabrication de rectifieuses cylindriques de précision. C'est à son expérience acquise par la construction d'environ 22 000 installations que la société Studer doit son rang de leader du marché et d'expert technologique dans le domaine de la rectification universelle, externe, interne et non circulaire. La gamme de produits Studer inclut non seulement des machines standard, mais également des systèmes de rectification circulaire haute précision pour l'usinage de pièces de petites et de moyennes tailles. Studer propose aussi des logiciels, des prestations d'intégration système et un vaste portefeuille de services. Ses clients opèrent dans des domaines aussi variés que les équipements, l'automobile, la fabrication d'outils et de moules, l'aéronautique, les systèmes pneumatiques et hydrauliques, le secteur électronique et électrique, la technologie médicale, l'horlogerie et la fabrication personnalisée.

Produits FANUC utilisés