22 Novembre 2017  |  Machines-outils
Publié dans La Revue POLYTECHNIQUE 09/2017

Une machine d’usinage d’extrémités de tubes

Équipée d’une large gamme de composants d’automatisation, une machine à tronçonner et d’usinage d’extrémités de tubes du fabricant allemand sys-T-matic travaille en appliquant la technique sensorielle ainsi que les systèmes d’identification par radiofréquence (RFID), de mesure de déplacement et d’identification d’outils de Balluff.

Si un faisceau de tubes métalliques d’une longueur allant jusqu’à 6 m doit être tronçonné en un minimum de temps en des segments absolument identiques, le procédé de tronçonnage est quasiment sans alternative. Les copeaux et les résidus de liquide de refroidissement sont supprimés, la perte de matière est minimale.
Afin que le processus se déroule parfaitement depuis l’alimentation des pièces jusqu’au contrôle de qualité final, le fabricant de machines allemand sys-T-matic mise sur la compétence en matière d’automatisation de Balluff: une technique sensorielle principalement basée sur IO-Link, ainsi que des systèmes d’identification par radiofréquence (RFID), de mesure de déplacement et d’identification d’outils, créent les conditions préalables pour un fonctionnement fiable de l’installation entièrement automatique, vingt-quatre heures sur vingt-quatre et sept jours sur sept.
 
L’installation de tronçonnage de tubes: à gauche le magasin de tube avec la zone d’alimentation, à droite le module d’usinage de reprise et de contrôle.
 
 
Des techniques d’usinage et de manipulation parfaitement adaptées
Les fabricants créatifs de machines spéciales se distinguent par le fait de porter un regard critique sur les exigences posées par le client, de sélectionner des techniques d’usinage et de manipulation parfaitement adaptées et de convertir la tâche en une installation hautement performante.
«Notre mandant a passé commande d’une machine qui, à partir de tubes de différentes longueurs, de diamètre allant jusqu’à 50 mm et d’épaisseurs de paroi atteignant 2 mm, permet de fabriquer toutes les secondes des pièces de même longueur, avec une précision allant jusqu’au dixième de millimètre», déclare Stefan Wasserthal, directeur général de la société sys-T-matic GmbH. Il s’agit de produits semi-finis, qui seront intégrés dans des ressorts à gaz, des amortisseurs et autres composants analogues, tels qu’ils sont mis en œuvre sur les hayons de véhicules automobiles, par exemple.

Le magasin de tubes avec les bandes d’entraînement; à droite, le magasin à banc incliné avec l’alimentation.
 
 
Le pourquoi du tronçonnage
Cette entreprise de taille moyenne, dont le siège social se trouve à Kleinheubach, en Allemagne, s’est notamment spécialisée ces dernières années dans la conception et la fabrication de machines dans le domaine de l’usinage de tubes. Si elle s’est décidée pour le procédé de tronçonnage, c’est afin d’éviter des restrictions et des pertes de qualité eu égard au processus, car les copeaux et les dépôts adhérents de liquide de refroidissement doivent être éliminés de façon fastidieuse lors d’une opération de sciage. Au cours du procédé de tronçonnage, le tube est pris en étau par deux côtés: deux couteaux tournent en sens contraire autour de la pièce, jusqu’à ce qu’elle soit sectionnée. Des systèmes dispendieux de refroidissement, d’évacuation des copeaux et de nettoyage sont ainsi supprimés.
 
Le chariot, l’unité de serrage avec mandrin, l’axe de déplacement linéaire.
 
 
Le détail du procédé
Le magasin de tubes constitué d’un système d’entraînement à boucle sans fin, est rempli par l’intermédiaire d’un palan. Les tubes sont acheminés individuellement vers le haut, au moyen d’une bande transporteuse. Ils sont basculés en fin de course au-dessus du point haut de l’arbre d’entraînement et roulent sur un magasin à banc incliné, jusqu’en position d’attente.
Cette opération est assurée par une barre de traction mobile motorisée, qui tend les bandes et soulève le faisceau de tubes. Un détecteur de proximité inductif BNS de Balluff détecte le tube qui bascule. Il envoie un signal à la barre de traction afin de relâcher la tension. Celle-ci augmente de nouveau dès que les détecteurs de position montés sur le magasin à banc incliné signalent un manque de pièce. Afin que la commande du moteur soit toujours informée sur la position actuelle de la barre de traction, celle-ci est équipée d’un système de mesure de déplacement magnétostrictif BTL du même fournisseur, qui mesure sans contact la distance parcourue. Le signal est alors transmis à l’automate via le câble à trois fils IO-Link et le module IO-Link Master.
Des capteurs inductifs surveillent les tubes se trouvant en position couchée sur le banc incliné. Lorsque la barre de levage soulève le tube de devant, des abaisseurs empêchent qu’un autre tube puisse suivre le premier. Le segment de serrage pneumatique monté sur le chariot d’un entraînement linéaire électrique d’une longueur de 7 m s’engage par le biais d’un mandrin dans le tube prêt pour l’usinage; un capteur magnétique BMF agit en tant qu’indicateur de position. Un système de mesure linéaire à bande magnétique absolu BML ultra précis agit en tant que système de rétroaction de l’entraînement linéaire dynamique. Le chariot pousse la pièce jusqu’à la butée dans le système de tronçonnage et un détecteur de proximité de Balluff qui y est fixé signale: «tube en butée». La pince de serrage s’ouvre et fixe le tube entré; des disques de rotation et d’avance plongent progressivement les couteaux circulaires dans le matériau.
 
Le chariot sur l’axe linéaire de 7 m avec le système de mesure linéaire à bande magnétique absolu.
 
 
Un processus ultrarapide
Le processus de tronçonnage dure à peine plus d’une demi seconde, les segments étant tronçonnés les uns après les autres. Un capteur laser optoélectronique très précis signale à l’API la fin du tronçonnage du tube.
Avant chaque opération d’usinage, l’automate doit connaître la longueur exacte de chaque tube. «Nous avons développé, conjointement avec Balluff, une solution ultra précise: pendant que le chariot retourne dans sa position initiale à partir de la position finale, à une vitesse atteignant 10 m/s, le système de mesure linéaire à bande magnétique effectue au passage une mesure de longueur avec une précision atteignant 0,02 mm», souligne Stefan Wasserthal. Le système de mesure de déplacement doté d’une interface SSI transmet la position de la tête de lecture en temps réel; l’ordinateur détermine la course de déplacement absolue et par conséquent la longueur du tube. À partir de cette base, le logiciel calcule le processus de tronçonnage à venir ou le morcellement optimal du tube. Un capteur miniature Micromote optoélectronique comportant une unité d’exploitation déportée de Balluff détecte l’extrémité du tube; l’automate sait de quelle longueur le chariot doit revenir en arrière afin de pouvoir prendre en charge le tube. Un concentrateur de capteurs IO-Link est monté sur le chariot. Celui-ci collecte les signaux de capteur et les focalise au moyen de l’IO-Link, sur un câble de capteur standard non blindé. Grâce à l’utilisation d’un câble de capteur standard bon marché, toute problématique liée à une chaîne porte-câble est supprimée.
Après le tronçonnage, les composants parviennent dans une station où ils sont centrés à l’aide de capteurs Micromote. Une pince prélève par le haut le composant et se déplace vers le haut où l’élément de tube est serré comme dans un étau, fixé des deux côtés par une unité de serrage entraînée par un servomoteur. Une caméra avec éclairage à LED intégré contrôle la bonne fixation dans la station d’ébavurage et de nettoyage commandée en aval.
 
Le module préhenseur avant prélèvement du segment de tube sectionné.
 
 
La station de contrôle final
La station de contrôle final décide si les pièces de montage sont conformes aux spécifications du client. À cet égard, deux mandrins de contrôle palpent les extrémités du tube. Le système de mesure linéaire à bande magnétique IO-Link absolu BML de Balluff, de conception nouvelle, avec une résolution atteignant 1 µm, détermine la longueur précise du tube. Ce système de mesure de déplacement est connecté à l’automate par le biais d’un câble standard via un module IO-Link Master. «C’est uniquement lorsque le composant est conforme à toutes les exigences en matière de qualité, que celui-ci parvient dans la caisse des pièces», explique Stefan Wasserthal.
 
Les capteurs miniatures optiques Micromote avec l’unité d’exploitation déportée.
 
 
Des accessoires indispensables
Font également partie de l’installation, un changeur d’outil, des appareils de réglage et de mesure, ainsi qu’un système de gestion d’outils qui permet la traçabilité des outils au moyen d’un système d’identification par radiofréquence (RFID), garantissant leur utilisation optimale et permettant d’éviter des temps d’immobilisation inutiles. Pour cela, tous les outils sont équipés, au niveau de leur tige, d’un support de données RFID qui, outre l’identification individuelle et les données d’outils spécifiques, gère également des informations telles que les temps de fonctionnement et les durées de vie.
Un appareil de lecture/écriture RFID compatible avec IO-Link spécifie la valeur de référence; les écarts sont enregistrés au niveau de l’outil. Si, par exemple, un outil ayant un décalage de 0,2 mm est mis en œuvre, la machine sait précisément comment elle doit procéder, afin de satisfaire malgré tout aux précisions de fabrication exigées. En parvenant sous le seuil d’une valeur minimale définie, l’outil signale de façon autonome la nécessité d’un changement d’outil.
 
Balluff AG
2564 Bellmund
Tél.: 032 366 67 57
 
sys-T-matic GmbH
D-63924 Kleinheubach
Tél. +49 9371 669920
www.sys-t-matic.de


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