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#Actualités du secteur
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Quand un type suisse est un tour et un moulin à cinq axes
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Des tours de type suisse à axe B pivotant permettent à cet atelier d'usiner des pièces complètes et sans surveillance qu'il n'aurait pas pu réaliser autrement avec ses centres d'usinage à cinq axes. Voici quelques-unes des leçons qu'il a tirées de l'adoption de cette nouvelle technologie.
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Pour Challenge Machine, la partie médicale complexe montrée dans le diaporama ci-dessus l'a amené à envisager un tour de type suisse avec un axe B programmable et pivotant avec des stations d'outils motorisés.
L'atelier de Blaine, au Minnesota, qui a récemment obtenu la certification ISO 13485, utilisait la pièce de polyétheréthercétone (PEEK) implantable de qualité médicale utilisée dans les procédures de remplacement du genou sur deux machines CNC. Une machine à cinq axes a fraisé une grande partie de la pièce (le temps de cycle était de 45 minutes) et une machine à trois axes l'a terminée (le temps de cycle était de 15 minutes). Aujourd'hui, cette pièce est usinée en 15 minutes sur un tour Marubeni Citizen-Cincom L220 de type suisse.
Challenge Machine a acheté son premier L220 en 2015. Il en a depuis ajouté deux autres. Le composant PEEK est l'un des nombreux exemples de pièces usinées complètes sur l'axe B de type suisse, dont certaines ont déjà été usinées sur plusieurs fraises. Alors que ces types suisses sont avant tout des centres de tournage, les postes d'outillage motorisés de l'axe B leur permettent de fonctionner comme des broyeurs à cinq axes avec ravitailleurs de barres qui permettent de longues périodes d'opération sans surveillance. Lors d'une visite récente, j'ai appris comment l'atelier profite de cette technologie, quels sont les défis qu'il a dû relever pour l'adopter et quelles sont les leçons qu'il en a tirées en cours de route.
Départ Suisse
Jim Betland a lancé Challenge Machine dans son sous-sol en 1999. Une grande partie de l'activité était consacrée au micro-usinage de pièces pour l'industrie des semi-conducteurs. Maintenant situé dans une installation de 16 000 pieds carrés à environnement contrôlé juste au nord de Minneapolis, l'atelier effectue encore un bon nombre de travaux de micro-usinage pour cette industrie et d'autres industries, dont l'automobile, le médical et la défense. En fait, elle a récemment ajouté une fraiseuse CNC Sodick UH430L avec broche de 60 000 tr/min et changeur de palettes pour permettre de longues périodes de micro-usinage sans surveillance.
Bien que tout le travail de l'atelier n'implique pas le micro-usinage, presque tout est complexe. C'est l'une des raisons pour lesquelles la boutique a ajouté ses deux premiers modèles de Swiss-types. Bien qu'il n'y ait pas d'axe B sur ces machines, les stations d'outils sous tension leur permettaient d'effectuer des travaux de fraisage. L'une d'elles disposait d'une contre-broche qui permettait de prélever des pièces partiellement usinées sur la broche principale pour les opérations de reprise.
Les L220 ont été les premiers modèles de type suisse à axe B de la boutique. "Il y a certainement une courbe d'apprentissage avec ces machines ", dit M. Betland. "Les magasins qui ne connaissent pas ces types de Swiss-types devraient s'attendre à ce qu'il faille du temps avant de pouvoir vraiment utiliser pleinement l'axe B."
L'atelier a confié à Eric Grue l'apprentissage des tenants et aboutissants de l'usinage de l'axe B sur ce premier L220. Il connaissait bien les types suisses, et en particulier les équipements Marubeni Citizen-Cincom, mais c'était sa première expérience avec un modèle à axe B. "Il nous a fallu un an avant de vraiment profiter de l'axe B ", dit-il. "Pendant un temps, on ne l'utilisait que pour le travail croisé normal à la barre ou pour le travail direct sur le dos."
Maintenant, l'atelier effectue un certain nombre de perçages et de fraisages à des angles anormaux par rapport à l'axe de la barre (l'axe B offre 135 degrés de rotation). M. Grue a découvert qu'une astuce consistait à utiliser une fraise à queue au lieu d'un outil de repérage pour créer un trou pilote pour le forage angulaire. L'extrémité plate de l'outil l'empêche de "marcher" car il s'engage avec le matériau à un angle impair. En outre, il note que de très faibles profondeurs de coupe et des avances lentes sont nécessaires lors du micro-usinage avec l'axe B (c'est-à-dire avec des outils dont le diamètre est inférieur à 1 mm). En effet, lorsque les axes linéaires et axiaux se déplacent de manière synchrone, ils exercent une forte contrainte sur l'outil. Par exemple, l'atelier a récemment utilisé une perceuse de 0,5 mm appliquant une profondeur de coupe de 5 % et une avance de 60 mm par minute.
Cependant, il a également découvert que le développement de stratégies d'outillage pour ce type de machine exige de l'ingéniosité. Contrairement aux fraiseuses CNC avec changeurs d'outils de grande capacité, les fraiseuses de type suisse disposent d'un nombre limité de stations d'outils. Les L220 disposent de cinq postes de tournage, trois postes de travail transversal pour la broche principale, six postes opposés (trois sous tension, trois statiques), huit postes sur le montant arrière (quatre sous tension, quatre statiques) et quatre postes sous tension sur le montant de l'axe B. "Il n'y a tout simplement pas la capacité d'utiliser des outils spéciaux comme les outils de coffrage sur mesure comme nous le ferions sur une usine, " dit M. Grue. "Nous devons faire preuve de créativité dans l'utilisation de broyeurs à billes, de barres d'alésage, d'outils de rainurage, etc. pour créer les caractéristiques complexes dont les pièces ont besoin, comme la géométrie en forme de cloche sur la pièce de remplacement de genou PEEK
Il y a aussi différentes façons d'orienter une pièce dans le volume de la barre. L'orientation de la pièce est parfois dictée par la caractéristique usinée sur la broche principale qui aurait une longueur suffisante pour que la sous-broche puisse saisir. Il s'agit généralement d'une caractéristique ronde, mais dans un cas, M. Grue a fraisé un profilé carré dans une pince de serrage ER pour le fixer sur une caractéristique carrée correspondante à l'extrémité de la pièce.
Considérations importantes
L'avantage de Challenge Machine est que les trois L220 peuvent refroidir les pièces à l'huile ou à l'air comprimé. Le liquide de refroidissement à l'huile est couramment utilisé pour l'usinage des métaux. En fait, le tout nouveau L220 est équipé d'un système de refroidissement haute pression pour améliorer l'évacuation des copeaux lors du perçage profond dans l'acier inoxydable 17-4 et 304.
L'air comprimé est utile pour les plastiques car l'huile peut contaminer ces matériaux. L'atelier peut passer du fonctionnement de pièces métalliques au fonctionnement de pièces en plastique en nettoyant simplement les pinces et les douilles de guidage et en essuyant les porte-outils et les conduites de liquide de refroidissement et d'air comprimé. Ce n'est pas un processus méticuleux. L'important est de s'assurer qu'il n'y a plus d'huile qui pourrait s'égoutter sur le plastique. L'ordonnancement des travaux médicaux et plastiques par lots permet de minimiser les changements de format. Challenge Machine utilise également de l'air comprimé pour éjecter les pièces plastiques délicates de la sous-broche car l'éjecteur de la machine pourrait laisser une marque.
Une technique spécifique aux pièces en PEEK consiste à minimiser la longueur du "reste" de la barre, c'est-à-dire l'extrémité restante de la barre qui ne peut pas être usinée en raison de la distance entre la pince de serrage principale et la douille de guidage de signature du type suisse. La longueur restante varie généralement de 7 à 12 pouces, ce qui peut être coûteux pour les clients qui fournissent le matériel (une longueur de 36 pouces de ce matériel coûte environ 1 800 $). Les rallonges en acier usiné qui se vissent à l'extrémité de la barre réduisent la longueur des restes de PEEK à 2 pouces.
Regarder en arrière, regarder vers l'avenir
Rétrospectivement, l'atelier aurait dû envisager des machines d'un diamètre de 32 mm au lieu de 20 mm pour les pièces plus grandes, dit M. Betland. Elle n'aurait probablement pas non plus acheté de multiples broches électriques haute vitesse à 80 000 tr/min comme elle l'a fait pour ses deux premiers L220 (une machine offrant 6 000 tr/min pour les outils motorisés et l'autre 9 000 tr/min). "Il n'est pas nécessaire d'avoir un régime très élevé pour usiner avec de petits outils ", explique M. Grue. "Les 9 000 tours/minute que deux de nos L220 offrent sont suffisants pour cela. En plus, les broches électriques ont un couple minimal, donc vous ne pouvez pas obtenir une profondeur de coupe décente dans les métaux en les utilisant."
À l'avenir, Challenge Machine envisage d'utiliser des méthodes de refroidissement par refroidissement, comme le CO2 comprimé ou le nettoyage cryogénique, pour l'usinage des plastiques afin de réduire les risques de formation de bavures sur la pièce. M. Grue explique que lors de l'usinage des plastiques, l'outil et le matériau de la pièce de base prennent la chaleur au lieu de la chaleur qui sort avec la puce. Plus la température de la pièce de base est élevée, plus le matériau coupé est susceptible de s'effilocher et de rester connecté à la pièce. L'utilisation d'air froid comme liquide de refroidissement combiné à des couteaux tranchants non revêtus réduit la probabilité que cela se produise.
De plus, il passera bientôt à la programmation de type suisse au logiciel GibbsCAM CAD/CAM qu'il utilise actuellement pour les fraises à commande numérique. L'atelier apprécie les capacités de simulation du logiciel et sa stratégie de parcours d'outils MultiBlade. Elle utilise actuellement MultiBlade pour usiner des roues en plastique sur ses machines à cinq axes, mais aimerait transférer ce travail sur les L220s pour profiter des avantages de l'usinage sans surveillance.
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