Multi

Dec 14, 2023

Attention : aller au-delà de l'usinage cinq axes standard avec de nouvelles configurations

Notre exploration de l'usinage multi-axes l'année dernière s'est déroulée dans diverses configurations allant bien au-delà de cinq axes, y compris les hybrides fraisage-tournage et additifs-soustractifs. Ces machines ont atteint leur nombre d'axes élevé en incorporant plusieurs tourelles d'outils, ou plusieurs broches, ou des têtes additives sur des glissières, parfois en combinaison.

Un seul exemple inhabituel appliquait en fait un mouvement simultané de plus de cinq axes à une pièce individuelle, et c'était avec deux broches différentes. Cette année, nous resterons simples : devriez-vous envisager plus de mouvements sur cinq axes par rapport à une broche engageant une pièce ?

La réponse, comme c'est si souvent le cas, se résume à la pièce, selon Jimmy Trusty, co-fondateur et directeur des opérations chez KRC Machine Tool Solutions à Independence, Ky. Le coût et la difficulté de faire toutes les coupes requises dans plusieurs configurations (éventuellement sur plusieurs machines) justifient-ils un investissement dans une machine avec un sixième axe ? À ce jour, la plupart des entreprises qui ont répondu par l'affirmative sont dans l'industrie aérospatiale, avec des pièces de grande taille, de grande valeur et à tolérances serrées. Mais c'est un calcul en évolution, car le coût des solutions à six axes diminue.

La clé, explique Trusty, est le coût de la tête de coupe à deux axes. Un agencement typique à six axes comprend trois axes linéaires, une table rotative et une tête de coupe qui pivote sur deux axes. Pour les situations dans lesquelles vous souhaitez verrouiller la tête à un angle spécifique pour une coupe lourde, ces têtes à deux axes peuvent être équipées d'un accouplement Hirth ou d'un mécanisme de serrage hydraulique. Trusty a déclaré que les constructeurs à Taïwan, en Italie et ailleurs proposent désormais des têtes à deux axes coûtant aussi peu que 20 000 $, contre 150 000 $ à 200 000 $ qui sont courants dans les centres d'usinage haut de gamme.

Un constructeur de machines-outils ne pourrait probablement pas commercialiser une machine moins chère avec une tête à six chiffres, a noté Trusty. Mais une machine à moindre coût avec une tête à deux axes à prix modique a sa place. "Alors que le coût de certaines machines diminue, (l'usinage à six axes) commence à être appliqué dans d'autres industries, généralement pour réduire la configuration", a déclaré Trusty. "Vous pouvez exécuter une pièce sur une seule machine au lieu de passer à deux ou trois machines."

Trusty a précisé que ces têtes à moindre coût n'offrent pas la longévité ou le régime plus élevé des modèles plus chers, mais fonctionnent assez bien pour les petites machines et les petites tâches sur lesquelles elles sont appliquées. Les applications du marché secondaire de l'automobile en sont un exemple.

"Il y a toujours eu cinq axes dans l'automobile, mais c'était une table rotative à cinq axes", a déclaré Trusty. "Maintenant, vous voyez les machines à table rotative horizontale et verticale avec une tête à deux axes, ainsi que les trois ou quatre axes linéaires... Beaucoup de ces machines ne peuvent pas appliquer six ou sept axes simultanément, mais elles peuvent positionner la pièce avec deux axes rotatifs afin que les deux autres axes de la tête puissent atteindre leur destination requise, comme entrer dans une poche."

C'est un refrain fréquent dans l'usinage multi-axes : la plupart des machines à cinq axes ne coupent généralement pas avec une interpolation simultanée à cinq axes. Au lieu de cela, deux axes arrivent à une position temporairement fixe, puis trois axes se déplacent à travers la coupe. D'où l'appellation « Usinage 3+2 axes ».

De même, a noté Trusty, la plupart des machines à six axes ne déplacent pas tous les axes à travers la coupe, bien qu'il n'ait jamais entendu personne utiliser l'expression "usinage 3+3". Mais le 6e axe "vous offre un tout nouveau groupe de capacités de positionnement", a déclaré Trusty. Et il existe en effet des situations dans lesquelles vous ne pourriez pas faire la coupe requise autrement. Il y a même quelques cas dans lesquels vous pouvez avoir besoin d'une interpolation simultanée sur six axes, a-t-il raconté.

Prenez le centre d'usinage horizontal Helix à six axes de KRC. Pratiquement tout peut être personnalisé, tandis que la configuration standard offre une course transversale de 78" (1 980 mm) en X et de 147" (3 734 mm) en Y, avec une table de 72" (1 822 mm) de diamètre (axe B). La course verticale de l'axe Z est de 66" (1 676 mm) et elle porte une tête à deux axes qui pivote sur 360° parallèlement à Z, et pivote de ±110° perpendiculairement à Z. La broche standard offre 46 ch (34 kW) et 12 000 tr/min avec une interface HSK100A, et vous pouvez obtenir jusqu'à 30 000 tr/min.

KRC a livré une telle machine à un client aérospatial qui souhaitait pouvoir déplacer les six axes simultanément. Ce n'est pas typique, a déclaré Trusty, mais a noté qu'une partie le nécessitait. Il a décrit l'application comme une "pièce de moteur d'avion très complexe d'environ trois pieds (10 m) de diamètre. Elle est suffisamment complexe pour que le processus d'usinage nécessite six axes juste pour tourner dans et autour de certaines pièces de la pièce".

Au-delà de la flexibilité dérivée d'un sixième axe, Trusty a déclaré qu'il est également assez standard d'offrir plusieurs têtes de coupe sur des machines plus grandes, souvent avec la possibilité de les désactiver automatiquement. Étant donné que chaque tête peut différer par des caractéristiques telles que la vitesse et le couple, ainsi que la configuration des axes, le fait d'avoir plusieurs têtes ajoute efficacement à la flexibilité géométrique de la machine dans son ensemble.

Pour un exemple peut-être extrême, regardez la dernière des quatre machines que Starrag USA Inc., Hebron, Ky., a livrées à Metalex Manufacturing à Cincinnati. Ce nouveau monstre, un centre d'usinage de type portique de la série Droop+Rein T, était livré avec 12 têtes d'usinage, et Metalex envisage déjà d'en ajouter deux autres.

La 12e tête, que Metalex a spécifiée juste avant la livraison afin de fraiser de grandes bagues en aluminium pour un client de l'aérospatiale, pivote de ±203° et possède une broche motorisée intégrée fonctionnant jusqu'à 18 000 tr/min. Starrag a décrit la sélection de têtes de Metalex comme une "large gamme". Les têtes peuvent être changées automatiquement, selon le fournisseur, et toutes roulent sur un axe C avec une rotation infinie. Starrag a indiqué que la machine comprend "deux têtes de fraisage universelles continues de type fourche" pour "l'usinage lourd avec jusqu'à 1 770 pi-lb (2 400 Nm) de couple de fraisage".

La taille de la machine est également extrême, avec une zone de travail de 748" (19 000 mm) en X, 354" (9 000 mm) en Y et 118" (3 000 mm) en Z. Starrag considère la "traverse mobile continue" comme le sixième axe (W), et a cité une course de 217" (5 500 mm) pour "un travail encore plus flexible et universel". Le lit de l'axe X porte deux tables, chacune mesurant 236 x 315" (6 000 x 8 000 mm).

La disposition est telle que le personnel peut y travailler séparément. Par exemple, une table peut être utilisée pour l'usinage, tandis que l'autre est utilisée pour le réglage ou l'inspection en dehors de la zone de travail. À l'inverse, les tables peuvent être utilisées en tandem, en les allongeant jusqu'à 709" (18 000 mm), pour supporter des pièces extra-longues.

De plus, chaque table dispose d'une table rotative circulaire intégrée de 236" (6 000 mm) de diamètre, alimentée par un entraînement principal de 149 ch (111 kW). Cela permet l'usinage rotatif de composants pesant jusqu'à 200 tonnes (181 000 kg). Ainsi, Starrag a également fourni des porte-outils de tournage de sa gamme de produits Dörries. Enfin, les tables rotatives peuvent également être utilisées comme axe C pour un positionnement de précision lors du fraisage et du perçage. projets, Heiko Quack, "est convaincu que cette machine est unique par sa taille, sa configuration et sa multifonctionnalité".

Sortant de notre limite auto-imposée "une broche à la fois", considérons la série KRC Fusion. Comme l'a expliqué Caitlin DeVore, responsable du marketing, il s'agit de machines de type portique que KRC peut configurer "pour une vaste gamme de tailles et à des fins d'usinage multiples. Ce système offre un usinage CNC grand format avec chaque système conçu comme une solution clé en main et configuré pour répondre aux exigences de processus spécifiques et uniques de chaque client".

Les machines Fusion comportent "un pont mobile et deux mâts verticaux sur des rails parallèles suspendus au-dessus de la zone de travail". Chaque mât porte une tête d'usinage et chaque tête peut se déplacer sur cinq ou six axes. En plus du fraisage/routage, une "tête d'usinage" Fusion peut être un système de découpe à ultrasons, un jet d'eau abrasif, un système d'inspection, un laser d'ablation ou un système d'impression. DeVore a déclaré que les clients peuvent même ajouter des technologies des années après la livraison de la machine, selon les besoins.

"Les centres d'usinage hybrides de la série Fusion offrent une grande flexibilité car ils sont hautement configurables et utilisent une variété de technologies d'usinage additives, soustractives et adaptatives dans un seul centre de travail", a-t-elle résumé. "Ce centre d'usinage multi-processus peut effectuer des processus d'ébavurage, de perçage, de routage, de surfaçage, de marquage et d'inspection sur une seule machine."

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