CNC et fabrication d’engrenages

L’installation de commandes numériques NUM de dernière génération a permis de sensiblement améliorer la compétitivité des machines de Bourn & Koch, Inc. Suite à l’adaptation réussie de systèmes NUM pour l’asservissement de leurs puissantes machines destinées au taillage d’engrenages, la CNC NUM Flexium a été adoptée en tant que solution standard pour l’ensemble de leurs machines de production.

 

La machine 400H peut recevoir des pièces de diamètre 400 mm, avec une course de 1168 mm. Cette dernière peut être personnalisée pour produire des pièces encore plus longues.

Une machine CNC pour remplacer sept machines traditionnelles

Bourn & Koch a donc choisi la plate-forme NUM Flexium pour la modernisation de ses machines 25H - 400H Série II, en commençant par le modèle 400H. La vitesse et la puissance de cette machine lui ont permis de remplacer sept anciennes machines de production. Ces machines sont utilisées pour l’usinage d’engrenages de grande précision (trains d’engrenages, couronnes dentées, vis sans fin, pignons, cannelures, etc.)

La machine 400H peut recevoir des pièces de diamètre jusqu’à 400 mm, avec une course de 1168 mm, cette dernière pouvant encore être accrue pour produire des pièces plus élancées. Les clients sont généralement des constructeurs de machines ou des sous-traitants produisant des composants et des systèmes de transmission mécanique pour la défense, l’aéronautique, l’industrie pétrolière, les mines et la production d’énergie.

Cela fait déjà 25 ans que Bourn & Koch a choisi comme partenaire NUM Corporation. Aujourd’hui, cette société utilise les systèmes de commande numérique NUM sur ses machines de taillage d’engrenages, ses fraiseuses et ses rectifieuses, ainsi que sur d’autres types de machines d’usinage. Plusieurs projets importants ont déjà été réalisés en parfait accord entre les deux sociétés, leurs clients respectifs profitant largement de cette synergie. Le logiciel conversationnel développé en commun est d’ailleurs mentionné par de nombreux clients de Bourn & Koch comme constituant un important critère de décision lors du processus de décision d’achat.

 

Bourn & Koch propose aujourd’hui la plate-forme de commande numérique NUM Flexium sur sa puissante machine de taillage d’engrenages (horizontale à 7 axes, 400H Serie II) et prévoit de déployer cette solution sur toutes ses autres machines.

Dialogue conversationnel associé à des présentations graphiques

Le pupitre d’opérateur (HMI) de la machine 400H tire entièrement parti des fonctions de ce logiciel, en associant un dialogue conversationnel à de puissants graphiques. L’opérateur de la machine n’a donc pas besoin d’être formé au langage de programmation ISO. Pour produire une pièce, il lui suffit de simplement introduire les informations de paramètres nécessaires tels que vitesse de coupe, géométrie de la pièce à usiner et de l’outillage dans les menus: les fonctions graphiques fournissent des vues claires et sans ambiguïté de la fraise-mère et de la pièce finie. Tous les calculs effectués pour créer le programme de commande de la machine pour une pièce donnée se déroulent de façon entièrement automatique.

La société a donc tout naturellement décidé d’adopter la plate-forme de commande numérique NUM Flexium. Timothy (TIM) Helle, président de Bourn & Koch, s’en explique: «Nous proposons à nos clients divers systèmes de commande numérique. NUM est le standard sur la plupart de nos machines à tailler les engrenages et notre politique est d’utiliser les plus récentes solutions techniques pour la rentabilité maximale et les meilleures performances de nos machines. Cette approche simplifie également progressivement l’utilisation des machines en nécessitant moins de formation. De plus, les pièces détachées sont instantanément disponibles, ce qui augmente le temps d’utilisation et réduit les frais de maintenance des clients».

Dans ce cas précis, la migration vers la plate-forme NUM Flexium offrait aussi des avantages techniques: la plus grande rapidité de traitement des blocs de programmes et de mise à jour des boucles réduit les temps d’exécution tout en améliorant la précision. La plate-forme Flexium dispose d’une importante mémoire de commande numérique, d’un ensemble beaucoup plus riche et unifié d’outils de développement des automates programmables, et offre aux OEM une plus grande liberté de création d’interfaces homme/machine personnalisées en fonction des différentes applications. Cette souplesse de personnalisation des commandes et des pupitres d’opérateur a permis à Bourn & Koch d’améliorer de nombreux aspects de l’utilisation de la machine à tailler les engrenages.

 

Cellule d’usinage de la machine.

Tout l’asservissement et l’entraînement d’une seule source

Lorsque la dernière machine 400H Série II est proposée avec le système NUM, elle est totalement asservie par la technique NUM, à la seule exception du moteur de broche supportant la pièce (axe C), ce dernier étant un composant spécial à transmission directe, refroidi par eau et délivrant un couple de 560 Nm à 110 t/min. En addition du noyau Flexium 68 NCK (Numerical Control Kernel - le plus puissant modèle produit par NUM et pouvant piloter 32 axes ou broches interpolés) et de son automate programmable, NUM fournit toutes les entrées/sorties ainsi que tous les variateurs et les servomoteurs de la machine.

Tim Helle fait remarquer: «NUM Corporation nous a fourni l’assistance technique nécessaire à la migration du système Axium vers la plate-forme Flexium; nous avons déjà commencé à utiliser cette plate-forme sur notre gamme de machines à tailler les engrenages. A plus long terme, nous prévoyons d’implanter la solution NUM Flexium sur toutes nos nouvelles machines à tailler les engrenages».

Les 7 axes de la machine et le moteur de broche supportant la pièce à usiner sont contrôlés par Flexium 68 et ses variateurs asservis NUMDrive C. Les axes d’avance radiale (X) et axiale (Z), ainsi que les axes de décalage (Y) et de pivotement de la tête de fraisage (A) ainsi que la poupée (W), sont tous programmables et entraînés par les servomoteurs NUM BPH à inertie moyenne. L’effort appliqué par le servomoteur de la poupée mobile est modulable à la volée pendant le cycle d’usinage, de façon à s’adapter à la variation de masse de la pièce et à empêcher toute erreur de calage. La broche de la fraise-mère (axe B) est entraînée par un moteur asynchrone NUM AMS équipé d’un encodeur multitours à haute résolution et commandée par un variateur asservi NUMDrive C; un autre module NUMDrive C commandant directement le moteur de la broche de la pièce.

Pour simplifier et faciliter son utilisation, la machine 400 H est équipée d’un pupitre d’opérateur et d’un clavier NUM FS152i montés devant la machine avec un bras pivotant ergonomique. Ce pupitre regroupe un écran tactile de 15 pouces et un PC industriel intégré exécutant le système d’exploitation en temps réel Windows Embedded et doté d’un disque dur SSD ainsi que d’un double processeur. Cette configuration propose un pupitre rapide et réactif. De nombreuses fonctions de la machine (par exemple avance positive/négative et correction de la vitesse des axes sélectionnés) peuvent être commandées à distance au moyen d’une manivelle portable reliée par câble.

 

Tenue en compte de l’usure de l’outil

La machine utilise la «boîte de vitesses électronique» à 4 axes incluse en standard dans le kit NUMgear qui permet d’accélérer la production d’engrenages complexes. Associée aux fonctions intégrées de synchronisation rapide, elle permet d’accorder les avances axiale et radiale et l’axe de décalage de la tête de fraisage avec la broche de la pièce. L’utilisation de cette fonction est entièrement automatique: l’opérateur saisit simplement les données de base pour la fabrication de l’engrenage telles que le nombre de dents, le nombre de démarrages de l’outil, le module de la denture (pouvant atteindre 6,4) et l’angle d’hélice.

Un soin particulier a été apporté à la gestion de l’usure de l’outil. Le logiciel supervise en permanence l’état de la fraise et applique une séquence préprogrammée de rattrapage de l’usure tangentielle qui garantit que l’arête de coupe soit toujours engagée pendant l’usinage; cette procédure totalement automatique pouvant même être activée en cours de cycle d’usinage, l’opérateur étant alerté lorsque la fraise doit être contrôlée ou remplacée. Les fraises encore en bon état peuvent être réaffûtées ou rechargées plusieurs fois avant leur usure totale: les frais d’outillage sont ainsi d’autant diminués. La synchronisation de la tête de fraisage est maintenue pendant le décalage de la fraise de façon à minimiser les temps d’engagement/dégagement et à éviter d’endommager l’outil ou la pièce à usiner.

Bourn & Koch utilise également la fonction d’alignement automatique sans contact de la denture incluse dans le logiciel pour améliorer le rendement de la machine 400H: une pièce comportant déjà des dents est automatiquement synchronisée avec les goujures de la fraise-mère. Cette fonction est essentiellement utilisée pour les pignons retouchés ou pour la finition de pignons droits ou hélicoïdaux après un traitement thermique, afin de réduire les erreurs de déformation.

 

Une grande base installée

Steven Schilling, directeur général de NUM Corporation (Naperville – Illinois) ajoute: «Bourn & Koch est un de nos plus précieux clients et un partenaire commercial de premier plan. Cette société dispose d’une grande base installée de clients qui utilisent des machines équipées de systèmes de commande numérique NUM. Beaucoup d’entre eux considèrent que la facilité d’utilisation est un des principaux critères de choix des machines. La décision de cette société en faveur de la plate-forme Flexium pour toutes ses offres à base de solutions NUM constitue une véritable reconnaissance technique et commerciale. Nous intensifions actuellement la formation approfondie sur nos produits pour les équipes techniques et commerciales afin d’encourager cette initiative».

 

NUM SA

2500 Bienne 3

Tél.: 032 346 50 50

www.num.com