Comment la technologie moderne des machines permet aux machines à cinq essieux de fonctionner de manière autonome
L'IA va changer la donne
Dans un précédent article consacré à l'usinage à cinq axes, vous avez pu lire dans ces pages que les machines à cinq axes sont en train de changer physiquement. L'utilisation de matériaux tels que le béton polymère, par exemple, devrait contribuer à la stabilité et donc à la précision. Mais d'autres facteurs y contribuent de plus en plus fortement aujourd'hui. De nouvelles fonctionnalités, des logiciels intelligents et même l'IA sont déjà à l'horizon. Quels sont les objectifs de ces intégrations? Accroître l'autonomie, réduire les temps de préparation et augmenter la qualité. Dans cet article, nous explorons ce que les fabricants de machines à cinq axes ajoutent en termes de gadgets numériques et autres, et ce que cela peut vous apporter dans l'atelier.
Éviter les vibrations et les anomalies de température
La raison pour laquelle les machines à cinq axes sont de plus en plus nombreuses a presque tout à voir avec une plus grande autonomie et une plus grande précision. Après tout, lorsque vous pouvez terminer complètement une pièce en un seul réglage, vous réalisez des gains importants dans ces deux domaines. Mais lorsque l'usinage est plus important ou plus long, il est essentiel de maîtriser les vibrations et la stabilité thermique. Les écarts de température et de vibration sont pernicieux pour les longues séries sans personnel et donc pour la fiabilité de votre processus.
La combinaison d'une détection avancée et d'un logiciel de compensation pour détecter les variations de température et les vibrations est donc la base d'un fonctionnement précis et stable. Les parcours d'outils adaptatifs (chargement uniforme et donc moins de production de chaleur), le refroidissement de la ou des broches et les stratégies FAO telles que le fraisage trochoïdal, qui garantissent des forces de coupe plus faibles et donc moins de vibrations, peuvent également contribuer à cet état de fait.
Précision et qualité accrues
C'est ce que les fabricants de machines à cinq axes obtiennent grâce à l'ajout de nouveaux équipements. Les moteurs à entraînement direct, par exemple, éliminent le jeu (backlash) sur les broches pour une plus grande précision de positionnement et une qualité de surface supérieure dans les mouvements complexes à cinq axes. L'ajout de codeurs à haute résolution permet de calculer la position réelle des axes. En outre, on voit apparaître des scanners laser dans les machines à cinq axes. Ils servent à mesurer les engrenages réalisés. Grâce à un retour d'information avec le logiciel, la machine est ensuite réglée automatiquement.
Une option intéressante lorsque la qualité de la surface est cruciale, par exemple dans la production d'aubes de turbines. Le contrôle adaptatif de l'alimentation basé sur la charge de la broche permettra d'accroître la productivité, la fiabilité opérationnelle et la prévention des ruptures, en plus d'améliorer la qualité. Mais c'est aussi l'IA qui changera la donne dans ce domaine. Les fabricants qui la maîtrisent bien disposeront d'un outil leur permettant de faire fonctionner en permanence leurs machines dans leurs tolérances optimales, ce qui augmentera la précision du formage. En outre, l'IA peut ajuster les réglages en temps réel pour les défauts de surface en compensant l'usure, ce qui permet de réduire les rejets et les reprises.
Surveillance des outils
Les outils sont étroitement surveillés dans les machines modernes à cinq axes. Classiquement, cette surveillance se faisait à l'aide d'un palpeur qui mesurait l'outil afin de détecter toute usure ou rupture. Aujourd'hui, il existe des gadgets modernes qui permettent, à l'aide d'un système de caméra intégré, de générer un modèle 3D des outils et de le comparer avec le modèle principal. Cette méthode est totalement sans contact et plus rapide, ce qui vous permet de vérifier les signes d'utilisation des outils à chaque changement de format. La position peut également être corrigée immédiatement. Avec les jumeaux numériques, répliques virtuelles de la machine, de la pièce et des outils, les trajectoires, les collisions et la cinématique peuvent être parfaitement simulées à l'avance.
Programmation des pièces
Quiconque souhaite réaliser un usinage simultané sur cinq axes devra toujours programmer les pièces dans un logiciel de CAO/FAO. Tout dépend de la manière dont ce logiciel est intégré. Pour le fraisage cinq axes, cela fonctionne assez bien, mais pour les combinaisons tournage-fraisage cinq axes, c'est un peu plus compliqué, en raison des axes supplémentaires présents. Un partenaire compétent est indispensable.
En effet, si le post-processeur n'est pas construit correctement, la conversion du dessin en programme machine (code G) ne fonctionnera jamais correctement. Si vous le faites correctement, vous obtiendrez également une bonne simulation pour vérifier les collisions à l'avance. La qualité de l'affichage graphique dépend de la capacité de la commande de la machine.
Où les choses peuvent-elles encore mal tourner? Il existe différents concepts de machines (tourillon, tête basculante, table rotative...) dans l'usinage à cinq axes. Certaines fonctions spécifiques (par exemple la surcourse d'un axe) ne sont pas prises en charge de la même manière par tous les logiciels de FAO. Elles peuvent donc fonctionner correctement en simulation, mais rester bloquées dans la pratique.
Génération automatique de programmes
Pour les pièces simples, la programmation peut déjà être générée automatiquement (ou du moins partiellement) à partir du dessin (fichier DXF ou Step). Quelle est la distance qui nous sépare de ce monde idéal pour les pièces complexes à cinq axes? Les fabricants de machines à cinq axes s'accordent à dire qu'il s'agit pour l'instant d'une utopie. Mais cela ne change rien au fait que beaucoup de choses sont déjà possibles aujourd'hui.
L'usinage basé sur les caractéristiques, par exemple. Le logiciel reconnaît les caractéristiques telles que les trous et les poches et génère un programme à partir de celles-ci. Il suffit ensuite de sélectionner le matériau, les outils et la stratégie souhaitée. Avec le temps, l'IA contribuera à affiner ces stratégies sur la base de ce qu'elle a appris des expériences antérieures réussies. Mais actuellement, pour les pièces complexes, les opérateurs doivent encore procéder à des ajustements sur la base de leur propre savoir-faire.
L'IA pour la maintenance prédictive
C'est dans l'évolution de la maintenance préventive vers la maintenance prédictive que l'IA apporte actuellement la plus grande contribution. Tous les capteurs présents dans les machines à cinq axes mesurent la température, les vibrations, la consommation d'énergie, les forces ... Les modèles d'apprentissage automatique reconnaissent les déviations subtiles qui peuvent indiquer des défauts futurs, bien avant qu'un problème physique ne se produise. Vous évitez ainsi des dommages plus importants et des temps d'arrêt non planifiés, qui auront un impact significatif sur vos bénéfices.
Le deuxième avantage est que la maintenance peut être programmée en fonction du nombre réel de mouvements et de charges par essieu plutôt qu'en fonction d'intervalles de temps fixes. En d'autres termes, uniquement en cas de besoin. Un certain nombre de fabricants ont déjà fait le calcul de ce que l'IA peut apporter: jusqu'à 40% de réduction des coûts de maintenance grâce à une utilisation plus efficace du personnel et des pièces de rechange, jusqu'à 50% de temps d'arrêt non planifiés et une durée de vie moyenne de 40% plus longue pour les composants coûteux des machines.
Des données pour l'utilisateur
Les machines elles-mêmes exploitent les données générées pour un fonctionnement plus optimal. Mais une multitude de données est également mise à la disposition de l'utilisateur. Qu'en est-il actuellement? Beaucoup trop peu. En fait, la conversion et l'interprétation de ces données en informations utiles ne vont pas de soi.
Ce que nous voyons dans les grandes entreprises, c'est que les machines sont reliées à toutes sortes de programmes tels que ERP, MES et autres logiciels Industrie 4.0. De cette manière, la production est rendue visuelle (commandes, statut, qualité, stock, données sur les outils...), ce qui est essentiel pour la production sans personnel. Le point d'attention ici est la cybersécurité.
Élimination des copeaux
S'il est un obstacle à une plus grande autonomie dans l'usinage cinq axes, c'est bien l'accumulation de copeaux. Classiquement, ce problème est résolu par un convoyeur de copeaux qui évacue l'excédent de matière de la machine. Mais les béatifiques ne le sont pas.
La solution consiste, d'une part, à éviter les copeaux. C'est là que de nouvelles stratégies telles que le fraisage dynamique et des profondeurs de passe plus faibles entrent en jeu. D'autre part, vous pouvez également commencer à les éliminer de manière plus ciblée. Grâce à un matériel et à des caméras contrôlés par un logiciel intelligent, la machine peut détecter les accumulations de copeaux et les pulvériser à l'aide de buses commandées par moteur.
L'ajout de l'IA permet également un processus d'auto-apprentissage. Ainsi, la prochaine fois qu'une pièce similaire tombera sur la table, la machine saura immédiatement où chercher. Ce qui contribue également à une plus grande autonomie: une presse à copeaux qui peut réduire les copeaux à un dixième de leur volume, ce qui réduit le risque de remplissage du bac. Cela permet également de réduire les coûts et les émissions de CO2 en diminuant le transport des déchets.
Économies d'énergie
Bien que nous ayons abordé le domaine de la durabilité, les fabricants de véhicules à cinq essieux y travaillent également. Cela commence par la conception des machines: plus il est possible d'effectuer d'opérations sur une seule machine, moins l'atelier a besoin de machines et moins il y a de consommation. En outre, la plupart des machines passent désormais en mode écologique lorsqu'elles ne sont pas utilisées.
Certaines machines à cinq axes sont également équipées d'une fonction de réveil. Il s'agit de les préchauffer au préalable pour assurer la précision de la première coupe. Ces fonctionnalités permettent de réduire la facture énergétique. Pour l'air comprimé, des optimisations sont également possibles en jouant sur la pression en fonction de l'usure et des frottements.
Mais dire que les métallurgistes sont tous réveillés par la consommation d'énergie est exagéré. Ce sont surtout les grandes entreprises qui sont concernées. C'est pourquoi elles s'intéressent de plus près, par exemple, à des outils de coupe plus positifs qui nécessitent moins d'énergie de la part de la machine.
Le rôle de l'opérateur dans un monde numérique
Tous les gadgets numériques mis à part, le rôle de l'opérateur restera crucial à l'avenir. Et nous ne parlons pas des "presseurs de boutons", dont le rôle pourrait éventuellement être automatisé. Mais les tourneurs et les meuniers capables de réfléchir tout au long du processus feront et continueront de faire la différence. Toutes les données et tous les outils numériques disponibles aujourd'hui servent en fin de compte à les aider à faire leur travail le mieux possible: fabriquer des pièces aussi qualitatives et rentables que possible.
L'interprétation de ce principe a toutefois fondamentalement changé. Les machines modernes à cinq axes sont capables de s'autocontrôler en profondeur pour vérifier si la machine fonctionne toujours dans les limites des tolérances et de l'auto-étalonnage. Pour ces tâches, l'opérateur ne fait que superviser les données générées par l'IA. Au fur et à mesure que ces données seront normalisées, les plateformes d'IA seront également capables de travailler indépendamment de la machine.
En collaboration avec Okuma, Mema, DMG-Mori, Hermle, Bendertechniek et Promas.
