Usinage sur machines transfert avec les CNC FANUC

Une production en série avec des machines flexibles

Les centres transfert ANGER combinent les avantages des centres d'usinage et des lignes transfert 

ANGER MACHINING s'est bâti une réputation de pionnier de l'usinage en série commandé par CNC. Ses centres transfert, nés de l'association d'un centre d'usinage et d'une ligne transfert, impressionnent par leur productivité et leur flexibilité. Parmi les exemples illustrant ce concept, on trouve deux machines HCXchange 2000 commandées par un système CNC 31i FANUC, livrées à l'équipementier automobile Magna.

ANGER MACHINING GmbH, basé à Traun, en Autriche, est un fabricant de systèmes d'usinage grande vitesse. Avec son concept série développé en 1984, la société a défini de nouveaux standards de productivité et s'est fait une réputation sur le marché mondial. Roland Haas (Ingénieur diplômé), directeur de l'ingénierie chez ANGER, résume ce qui fait la spécificité de cette technologie : « Nous avons mis en œuvre le concept d'une ligne transfert au sein d'une seule et même machine. » La pièce est chargée dans un dispositif de serrage, puis se déplace à la vitesse de l'éclair d'une broche à la suivante. Les temps de copeau à copeau sont extrêmement courts et peuvent descendre jusqu’à 0,3 seconde. Les pièces peuvent être déplacées de manière linéaire ainsi qu’en rotation sur tous les axes, ce qui permet de les usiner sur six faces.

Zoom sur : la réduction des temps d'arrêt

Tous les outils sont collectés par des broches d'usinage spéciales et des têtes multi-broches qui peuvent être montées sur les 4 côtés de la zone d'usinage du centre. Sur ces machines haute cadence, les temps d'arrêt liés aux changements d'outils appartiennent au passé. Sur les machines flexibles ANGER , les changements d'outils s'effectuent en parallèle du cycle d'usinage. Il en résulte des temps de cycle réduits, un rendement supérieur et un encombrement inférieur – par rapport aux centres d'usinage traditionnels.

En 20 à 40 étapes, la machine gère l'intégralité des tâches d'usinage requises – avec une précision extrême, sans que l'outil quitte sa position dans le porte-outil. Le serrage n’étant effectué qu'une seule fois, les erreurs de serrage et de positionnement manuel sont réduites. Par conséquent, les centres transfert ANGER permettent de garantir des tolérances de position de l'ordre de 0,015 mm sur l’ensemble du process, des tolérances de diamètre de IT 5 et des valeurs d'arrondi de 0,001 mm.

Le faible niveau de charge déplacé contribue à réduire l'usure des composants du système et permet des traversées extrêmement dynamiques avec des vitesses d'usinage allant jusqu'à 90 m/min et 1 g d'accélération. Les bancs fortifiés avec du béton armé qui, selon les spécifications de la machine, peuvent peser jusqu'à 25 tonnes réduisent les vibrations et offrent un niveau de rigidité incomparable.

Des lunettes à l'industrie automobile

Les centres transfert ANGER constituent un choix idéal, notamment pour des volumes de production compris entre 150 000 et 500 000 unités par an d’une même pièce ou de pièces de conception similaire. À ses débuts, la société ANGER fournissait principalement ses machines aux fabricants de lunettes. Elles permettaient de réduire les temps d'arrêt grâce à l'usinage avec plusieurs outils et constituaient donc une solution efficace pour l'usinage entièrement automatique de montures de lunettes à partir de blocs de plastique.

Lorsque l’injection a supplanté l'usinage dans ce secteur, ANGER s’est tourné vers un marché en plein essor, celui des téléphones mobiles, pour, par exemple, usiner les cadres en magnésium des téléphones cellulaires Ericsson. Très rapidement, les efforts se sont portés de l'industrie des téléphones cellulaires à l'industrie automobile qui présentait des tailles de série similaires. Les premières applications concernaient des arbres et des composants cubiques en aluminium. Depuis, avec l'introduction des modèles ANGER HCS et HCP, la gamme des applications s'est étendue aux cylindres ABS et à de nombreux autres petits composants complexes.

Machines HCX : des traversées plus larges et une rigidité supérieure

Les machines ANGER continuent d’évoluer. De la série HCP est né le modèle HCX qui, hors le principe de base de broches stationnaires et d'une pièce mobile, présentait une technologie entièrement repensée. L'innovation la plus évidente est le cadre sur lequel les broches d'usinage sont disposées librement et peuvent être facilement déplacées.

Roland Haas déclare : « Pour le HCX, nous avons réalisé un développement mécatronique complet et exploité toutes les possibilités de la simulation virtuelle. » Les développeurs ont comparé les colonnes mobiles multiples avec des supports groupés « box-in-box », et ont opté pour cette dernière solution. Ils ont ensuite développé le concept avec plusieurs partenaires. Grâce à un système de simulation mécatronique, ils ont optimisé les différents composants dans un processus de développement itératif. Roland Haas explique cela plus en détail : « Nous avons amélioré la rigidité des zones décisives tout en réduisant la matière là où la masse est mobile. Nous avons ensuite simulé et optimisé le contrôle de tous les axes. Le prototype HCX n’a été construit qu’une fois que toutes les simulations ont été jugées satisfaisantes. » Avant la production en série, ANGER a également optimisé la durée de vie de ses nouvelles machines ainsi que le confort d'assemblage et la convivialité de maintenance.

L'ingénieur machine a en outre introduit un système CAO qui permet de simuler un process d'usinage immédiatement après la réception d'une commande. « Cela nous permet de concevoir les broches en évitant tout risque de collision », explique Roland Haas. ANGER fournit des solutions complètes. Cela signifie que la société fournit non seulement la machine, mais également l'intégralité du process d'usinage avec un temps de cycle prédéterminé. Le projet est livré au client clé en main, avec le programme CNC, le certificat de qualité statistique et l'automatisation.

Nouvelle étape marquante de l’histoire de la société en 2014, avec la commercialisation du modèle ANGER FLXBL. Ces machines sont des centres transfert flexibles, standardisés et modulaires, conçus pour l'usinage de pièces de précision en moyennes et grandes séries. Le modèle ANGER FLXBL peut être reconfiguré simplement, ce qui permet d’usiner une grande variété de pièces avec des tailles de série variables et donc de gérer plusieurs cycles de vie de produit de manière séquentielle. Grâce à la flexibilité du système, l'opérateur bénéficie d'une protection maximale de son investissement, associée aux avantages de la technologie des centre transfert.

Magna : Usinage haute précision de pièces de série

Deux machines ANGER HCXchange 2000 (précurseurs du modèle ANGER FLXBL) ont été livrées en 2011 à l'un des principaux équipementiers automobiles mondiaux, le groupe austro-canadien Magna, dont le siège européen se trouve à Oberwaltersdorf, à seulement 2 heures et demi de Traun. Sur son site de production de Lannach dans la région de Styrie en Autriche, 300 000 carters pour arbres d'équilibrage destinés à des moteurs essence sont usinés sur des machines Anger chaque année. Chaque machine peut produire une pièce totalement finie avec un seul paramétrage. Dans la cellule centrale un robot placé entre les deux machines assure l’alimentation en ébauches et place les pièces finies sur un convoyeur. Cette solution, la moins encombrante et la moins onéreuse en termes de coûts par pièce, est la solution d’usinage la plus économique pour Magna Powertrain Lannach. Elle répond également au besoin de flexibilité en matière de reconfiguration d’outillage, nécessaire pour produire d’autres composants. Les pièces nécessitent un usinage complexe et présentent des spécifications très précises pour le perçages des points d'appui, les images de bride, les valeurs de planéité et les points de référence. Les 35 étapes d'usinage sont effectuées sur une machine HCXchange avec un temps de cycle de 114,25 secondes par pièce, et un chargement complètement automatique. L'utilisation d'outils multi-têtes améliore encore la qualité des éléments individuels pour ce qui est du perçage et du filetage.

Technologie de commande et d'entraînement de FANUC

Magna a commandé deux machines ANGER HCXchange dotées de commandes et d’entraînements FANUC. Ce partenariat n'est pas une nouveauté pour ANGER, car la société avait déjà déployé des composants du leader mondial de la CNC 5 ans auparavant. Roland Haas explique : « À cette époque, nous travaillions beaucoup avec le marché nord-américain qui exige en grande partie des commandes FANUC. La coopération avec FANUC s'était parfaitement déroulée. Les frais généraux associés au service et à la maintenance s'étaient avérés minimes et les produits d'une fiabilité indéniable. Malheureusement, la récession dans cette partie du monde et dans l'industrie automobile en général a provoqué une diminution de la coopération avec FANUC. Chez ANGER, nous sommes donc ravis que le groupe Magna souhaite équiper ses machines ANGER HCXchange avec des systèmes FANUC. Ceci va nous permettre de retravailler avec un partenaire fiable et performant. »

Outre l'implémentation du système FANUC CNC de la série 31i, une attention toute particulière a été initialement accordée au système d'entraînement des machines configurées selon le système « box-in-box ». Une fonction spéciale est par exemple la traverse horizontale, qui est réalisée avec deux vis à bille fonctionnant en parallèle. L'objectif est ici de choisir les paramètres adéquats, puis de s’assurer d’un ajustement fiable de la commande. Enfin, une précision du positionnement au micron était requise.

Un autre défi était l'intégration de moteurs tiers étant donné qu'ANGER utilise des servomoteurs à arbre creux propriétaires dans son concept de machine. Autre problème : quatre axes sont utilisés en standard sur les machines ANGER HCX. Un cinquième axe est ajouté au dispositif de serrage sur demande du client. Roland Haas nous confie : « Pour la commande Magna, nous avons déployé, pour la première fois, un entraînement à double couple. Et c'est en coopération avec FANUC que nous avons pu mettre au point l'ajustement et l'optimisation de l'entraînement. »

Un fabricant de commandes qui propose son expertise en tant que service

Il fallait faire appel aux compétences d’un spécialiste pour résoudre tous les problèmes d'entraînement et de commande. C'est ce que FANUC a proposé par l'intermédiaire de sa filiale allemande, ainsi qu'à travers une assistance supplémentaire du Japon. Roland Haas est satisfait : « Les spécialistes FANUC qui nous ont rendu visite étaient déjà familiarisés avec le produit. Ils nous ont vraiment apporté une assistance de premier choix. »

Du point de vue des commandes, les spécifications pour des cycles ponctuels ou spéciaux sont limitées. Au lieu de cela, ANGER s'assure, dans la mesure du possible, que toutes les opérations d'usinage et les mouvements traversant peuvent être programmés avec de simples commandes et des fonctions standards, afin d'obtenir des cycles rapides. C'est pourquoi la fonction d'anticipation de la commande et la rapidité du cycle PLC constituent des facteurs décisifs pour ANGER dans la bataille engagée pour gagner quelques dixièmes de seconde.

La programmation PLC était également soumise à des exigences élevées, principalement en raison des changeurs d'outil doubles installés sur chaque machine. FANUC s'est chargé de ces tâches de programmation. Pour Roland Haas, il était très important pour ANGER de pouvoir bénéficier de ce service de conseil directement auprès de FANUC. Selon lui, les fabricants de grandes séries bénéficient au mieux de la fiabilité des entraînements et des commandes FANUC. Il ajoute qu'une fois que tout est mis en œuvre et testé, le système peut fonctionner très longtemps. Si jamais il s’avérait nécessaire de remplacer des composants, cela s'effectuerait de façon très simple.

Des interfaces actives pour une plus grande convivialité

Pour ce qui est de la convivialité, ANGER peut également compter sur FANUC.  Le fabricant de machines a investi massivement dans une IHM (interface homme-machine) extrêmement pratique, offrant à l'utilisateur une grande variété de modes de visualisation. Les photos intégrées, par exemple, indiquent exactement l’endroit où la panne s’est produite et la manière dont elle doit être résolue. Il faut admettre que le développement d’interfaces spécifiques au client n'était pas un point fort des commandes FANUC par le passé, mais tout ceci a bien changé. Roland Haas confirme : « Actuellement, FANUC propose des options de visualisation qui sont une aide précieuse pour nous, mais aussi et surtout, pour les opérateurs des machines. » ANGER a fourni les spécifications relatives à la façon dont devaient se présenter les écrans. La mise en œuvre des écrans était, en revanche, un service fourni par FANUC.

ANGER MACHINING GmbH : des machines pour une production en série flexible

Cette société internationale d'ingénierie mécanique, dont le siège social se trouve à Traun en Autriche, s'est spécialisée dans le développement et la production de centres d’usinage transfert. Ces systèmes d'usinage haute vitesse sont avant tout utilisés dans l'industrie automobile pour l'usinage de pièces de série avec des spécifications très fines. L'accent est principalement mis sur les applications dédiées aux pièces de moteurs, de boîte de vitesses et aux éléments de châssis en aluminium ou en acier. Avec trois filiales en Allemagne, aux États-Unis et au Japon, ainsi qu'un grand nombre de partenaires commerciaux et de services, la société a largement évolué depuis sa création en 1982 et rencontre un franc succès sur le marché mondial,.

Entre autres applications, les centres transfert ANGER servent à l'usinage des corps de vanne des systèmes de transmission automatiques ou à double embrayage, des carters de transmissions, des plaques d'assise, des logements d'arbre d'équilibrage et d'arbre à cames et d'autres composants de précision prismatiques ou encore des arbres de moteur et arbres de pignon.

Parmi ses clients : des fabricants automobiles internationaux comme Daimler et VW, ainsi que des équipementiers leaders comme ZF, Magna, Mahle, ThyssenKruppPresta, INA Schaeffler, Bosch ou Linamar Group, et de nombreuses entreprises d’injection plastique.