L'usinage complexe nécessite un logiciel avancé

Aug 08, 2023

À l'aide du logiciel Mastercam CAD/CAM, le programmeur CNC Chris Merrick programme des parcours d'outil pour un composant de ventilateur. Images : Chris Hayhurst, Hayhurst Photography

En 2000, Coordinate Industries, d'Oakville, en Ontario, a amélioré ses capacités d'équipement en achetant une seule machine à 5 axes. Aujourd'hui, plus de 20 ans plus tard, l'entreprise a élargi sa base d'installation pour inclure 50 centres d'usinage CNC, dont 26 sont des fraiseuses 5 axes.

Créée en 1985, la société produit des pièces usinées de précision pour les industries aérospatiale, de la défense et médicale, ainsi que des composants mécaniques pour les industries de l'imagerie spectrale et de l'information visuelle. Ils offrent également des services de finition et d'assemblage. Installé dans deux campus totalisant 100 000 pieds carrés, Coordinate Industries compte 151 employés.

Avant d'introduire une technologie d'usinage plus avancée, Coordinate Industries était un atelier de travail avec de faibles volumes de production, exécutant parfois de courtes commandes de seulement deux à cinq pièces. Les opérations devaient être flexibles. L'utilisation du logiciel Mastercam était limitée à certains points de l'atelier.

"Quand j'ai commencé, nous faisions toute notre programmation de manière conversationnelle au contrôle", a déclaré Chris Merrick, programmeur CNC principal. « À mesure que les pièces devenaient plus complexes, il est devenu impératif d'acheter un logiciel de FAO.

Afin d'optimiser ses investissements croissants en équipements, l'entreprise utilise le logiciel Mastercam CAD/CAM de CNC Software.

"Il y a une différence significative entre aujourd'hui et il y a 20 ans dans nos progrès et nos réalisations. Nous n'en serions pas là où nous en sommes actuellement sans un logiciel de FAO solide", a déclaré Josip Saric, directeur des opérations.

L'ajout du logiciel de FAO avancé de Mastercam a permis à l'entreprise d'accepter des commandes avec des spécifications plus complexes.

L'une des premières de ces nouvelles commandes concernait des pièces à plusieurs plans. Bien qu'il ait été possible d'incorporer un montage dans l'une des machines 3 axes existantes de l'atelier pour permettre l'usinage de la pièce de tous les côtés, cela n'était pas rentable. La méthode nécessitait plusieurs configurations, la porte de la machine étant ouverte à chaque fois que la pièce devait être repositionnée, ce qui coûtait un temps précieux en raison des arrêts.

Au lieu de cela, les programmeurs de l'entreprise ont décidé d'utiliser la technique d'usinage 3+2 qui utilise un programme 3 axes en inclinant la pièce sur plusieurs plans sur une machine 5 axes. En utilisant les axes de rotation pour orienter l'outil de coupe, il peut ensuite être incliné à n'importe quel angle et verrouillé en position. Cette approche permet d'utiliser un outil de coupe plus court et plus rigide et permet des vitesses et des avances plus élevées que l'usinage 3 axes conventionnel. Il a également réduit le nombre d'opérations d'usinage nécessaires.

La programmation conversationnelle est devenue trop difficile car les nouvelles machines pouvaient désormais créer des géométries plus compliquées. Non seulement les programmeurs avaient besoin d'un logiciel pour la création de plans pour l'usinage 3+2, mais ils avaient également prévu de futures pièces qui comprenaient une finition plus détaillée avec des tolérances plus serrées. Étant donné que les opérateurs expérimentés avaient déjà une expérience et une confiance établies avec le logiciel, l'entreprise a décidé de l'utiliser pour augmenter les capacités de programmation.

Josip Saric, directeur des opérations, termine le réglage des pièces sur un centre d'usinage DMG MORI DMU 80 eVo.

"Nous avions la [machine] à 5 axes et nous avions du mal", a déclaré Merrick. "Nous fabriquions certaines pièces avec, mais nous n'obtenions pas ce que nous pouvions de la machine. L'utilisation de Mastercam nous a permis de fabriquer une pièce en une seule opération et de la couper, contre quatre, cinq ou six opérations."

Aujourd'hui équipée de 26 machines 5 axes, la société possède neuf postes de Mastercam. Le flux de travail est rationalisé en séparant le poste de machiniste en deux rôles spécialisés. Les opérateurs se concentrent désormais sur le fonctionnement efficace de la machine, tandis que les programmeurs travaillent avec le logiciel pour manipuler la pièce, la mettre en position, concevoir le serrage et appliquer des trajectoires d'outil optimales.

Les processus de fabrication ont été standardisés en incorporant des bibliothèques d'outils, éliminant ainsi le besoin de saisir les données manuellement. Le logiciel dispose d'une fonctionnalité qui contient des paramètres personnalisés pour les outils et les supports fréquemment utilisés avec la possibilité de les affecter à des assemblages. Des détails tels que les spécifications de coupe peuvent être inclus et copiés sur des composants similaires, ce qui permet d'économiser du temps de programmation.

Coordinate Industries a également amélioré la façon dont elle maintient le contrôle de la qualité.

Alors qu'auparavant la seule vérification se faisait par le biais d'une première inspection, ce processus est désormais effectué dans la phase de programmation avant la production. Les programmeurs utilisent la fonction de vérification du logiciel tout au long du processus pour simuler les trajectoires d'outil générées dans un environnement virtuel et vérifier la précision. Cela permet d'éviter les erreurs coûteuses en détectant les collisions entre le brut, l'outil et la machine avant qu'elles ne se produisent.

L'entreprise tire également parti des parcours d'outil à grande vitesse Dynamic Motion du logiciel, qui contribuent à prolonger la durée de vie de l'outil et à réduire les temps de cycle.

Par exemple, Merrick a décrit une pièce en aluminium 7050 qui est fabriquée en une seule opération à l'aide d'une ébauche dynamique à grande vitesse, qui, selon lui, est cinq fois plus rapide que les méthodes de poche standard.

Les faces avant et arrière sont créées à l'aide de la fonction de parcours d'outil de poche du logiciel, tandis que le profil extérieur et les poches sont créés à l'aide de parcours d'outil dynamiques 2D à grande vitesse. Dynamic Motion utilise toute la cannelure de l'outil pour effectuer des coupes, ce qui maximise l'enlèvement de matière et réduit l'usure de l'outil. La pièce est ensuite finie avec les fonctions 2D Contour, Pocket et Surface Flowline du logiciel.

Pour casser les arêtes vives, le parcours d'outil du programme utilise un mélange d'ébavurage et de chanfrein 2D, ce qui réduit le temps d'ébavurage manuel tout en maintenant la cohérence de la pièce. Enfin, la pièce est découpée à l'aide du contour 2D, en laissant 0,003 pouce le long du bord de maintien pour permettre une rupture facile.

Comme pour d'innombrables fabricants, la pandémie de COVID-19 a engendré de nouveaux défis pour Coordinate Industries car certains de ses clients existants ont été touchés économiquement. Les commandes de l'industrie aérospatiale ont diminué, mais les commandes de l'armée sont restées. Le fabricant a également découvert de nouveaux clients dans l'industrie médicale qui nécessitaient de petits travaux avec des délais d'exécution rapides.

Des nervures en aluminium (composants aéronautiques) attendent un deuxième usinage.

Un contrat avec des contraintes de calendrier concernait la production de composants de ventilateurs. Le client avait d'abord étudié la possibilité d'un moulage par injection, cependant, le processus de création du moule puis de fabrication dépasserait son échéancier. Avec l'aide de son logiciel CAD/CAM, Coordinate Industries a pu concevoir, programmer et produire rapidement la pièce pour répondre à la demande des clients.

"Nous avons pu le faire plus rapidement que n'importe quelle entreprise de moulage par injection", a déclaré Saric.

Alors que Coordinate Industries usine généralement l'aluminium, les pièces médicales étaient en plastique polyoxyméthylène blanc. Le matériau a introduit une nouvelle variante de production car le liquide de refroidissement ne pouvait pas être utilisé pour lubrifier la machine. Par conséquent, un souffleur d'air a été acheté pour souffler les pointes afin de refroidir les pièces.

Les pièces avaient des géométries simples et ont été créées en une seule opération à l'aide des parcours d'outil Perçage, Rampe de contour, Contour 2D et Chanfrein de contour.

« Nous essayons de fabriquer les pièces médicales le plus tôt possible, nous avons donc réduit ces temps de cycle à des temps de cycle très courts. Pour un rendement maximal, les opérateurs ont placé des bandes de 23 pièces sur chaque palette et ont utilisé une fabrication sans éclairage », a déclaré Saric.

Plus récemment, le fabricant a commencé à utiliser les parcours d'outils OptiRough du logiciel pour augmenter l'efficacité des pièces à grandes surfaces. Parcours d'outil dynamique à grande vitesse, OptiRough ajuste en permanence le mouvement de l'outil de coupe à des conditions optimales. Il tient compte de l'amincissement radial des copeaux, qui se produit lorsque la largeur de coupe est inférieure au rayon de l'outil et entraîne une usure inégale de l'outil.

Pour éviter les coupes trop fines, les vitesses d'avance sont augmentées, ce qui permet d'utiliser un pas de passe plus petit et une passe plus profonde. Le parcours d'outil facilite la tâche des programmeurs en remplaçant potentiellement plusieurs étapes opérationnelles et en réduisant le temps de programmation.

Pour rester à jour avec la technologie, la société a acheté le programme de maintenance du logiciel via le revendeur Mastercam, In-House Solutions, Cambridge, Ont. Le programme donne accès aux dernières versions logicielles et aux nouvelles fonctionnalités publiées tout au long de l'année. Coordinate Industries prévoit de passer à la dernière version du logiciel une fois que tous les employés auront été formés. Pour éviter les problèmes de partage de fichiers, la stratégie consiste à basculer tous les départements en même temps.

"Nous utilisons Mastercam depuis si longtemps et notre connaissance du logiciel s'est développée à mesure que le logiciel s'est également développé", a expliqué Merrick. "Ils ont apporté de nombreuses améliorations au logiciel au fil des ans et cela nous a beaucoup aidés."

In-House Solutions a aidé à la mise à niveau de la version en expliquant les mises à jour logicielles. De plus, le revendeur produit les post-processeurs qui peuvent avoir besoin d'être mis à jour pour une version majeure ou pour une nouvelle machine avec un contrôle ou une configuration différente, en continuant le support jusqu'à ce que la machine soit connectée avec succès. Coordinate Industries s'appuie également sur In-House Solutions pour assurer la formation des nouveaux employés.

Les composants du ventilateur fonctionnent sur un centre d'usinage 5 axes automatisé DMG MORI DMU 80 eVo.

Coordinate Industries, www.coordinate-industries.com

Mastercam, www.mastercam.com