Process time and footprint halved

< Retour à Magazine No. 01-2020

transportation

Réduction de moitié du temps de traitement et de la surface nécessaire

Starrag : usinage du porte-satellites en seulement deux positions de serrage

Deux centres d’usinage horizontal à 5 axes Heckert, associés à une cellule robotisée, produisent des porte-satellites complexes. Les temps de préparation ne sont pas très significatifs, la manipulation automatisée des palettes, des pinces preneuses et des outils, ainsi que la chorégraphie intelligente de chaque étape d’usinage permettent de réduire les délais de traitement et d’usinage. Voith bénéficie d’un haut niveau de précision, d’efficacité et de sécurité des processus. L’entreprise peut ainsi augmenter sa productivité, réduire ses coûts en matière de pièces, d’outils et de dispositifs, et économiser de la surface de production. Aucune autre solution de fabrication sur le marché n’offre actuellement une telle densité d’intégration des processus.

Check out the benefits

How do you manufacture twelve different components of a planetary gear in two clamping positions each and simultaneously reduce machining time, production area and parts costs?
Starrag shows in this video the solution of that task.

Step 1 – Machining time @ 0:25
Step 2 – Tooling and fixture costs @ 1:14
Step 3 – Required production area @ 1:55

Les boîtes de vitesses automatiques sont des automates de transmission de puissance modernes. Elles sont composées de très nombreux composants de puissance et de couple étroitement liés. En raison de la multitude de types de produits, les constructeurs automobiles exigent, outre un poids réduit, des performances et une robustesse optimales. Les boîtes de vitesses utilisées doivent en effet convaincre par un fonctionnement silencieux et de faibles pertes par frottement.

Les fabricants de boîtes de vitesses doivent être en mesure de livrer diverses variantes en différentes quantités, à la demande, sur la chaîne de montage des entreprises automobiles. Cette situation impose des exigences élevées en matière d’installations, de procédés et de logistique de fabrication. En 2018, le fabricant de boîtes de vitesses Voith a annoncé la construction d’une usine de production automatisée de porte-satellites. Les exigences formulées dans le cahier des charges étaient très élevées : dans le cas d’une production annuelle de plusieurs milliers de pièces, plusieurs variantes de composants différents devraient être produites de manière flexible avec seulement deux positions de serrage. Avec les exigences les plus élevées en matière de précision, de tolérance aux pannes et de sécurité des processus, cela va sans dire. « Cela nous a tout d’abord semblé assez visionnaire et difficile à réaliser à première vue avec les technologies et les procédures existantes », se souvient Matthias Gündel, Ingénieur et chef de projet. « Mais avec une bonne dose de savoir-faire en ingénierie, un esprit innovant et une coopération étroite avec Voith, nous avons maîtrisé ce projet ambitieux. »

Il y a généralement différentes manières de mettre en œuvre les spécifications d’un cahier des charges. Mais toutes les solutions ne sont pas productives, ni même efficaces. C’est précisément là que les connaissances en ingénierie créative et les décennies d’expérience en matière de technologie et de processus s’imposent : en tant que fabricant de centres d’usinage horizontaux très productifs pour le fraisage, le tournage et le perçage de pièces à usiner, Starrag jouit depuis des années d’une excellente réputation. Les machines Heckert de Chemnitz sont à la pointe en matière d’usinage de pièces cubiques, en particulier pour les applications dans l’industrie du transport, de l’énergie éolienne ou de la construction de mécanique de précision.

Friedrich Oberländer, directeur de la technologie de production chez Voith

« L’intégration étroite des étapes de fabrication, associée à une adaptation entièrement automatique, est unique dans cette usine. »

En collaboration avec le spécialiste en automatisation SAV dont le siège se trouve à Mittweida, les ingénieurs et concepteurs de Starrag ont participé avec enthousiasme au développement d’une usine de fabrication unique. « Il est rapidement devenu évident que notre centre d’usinage éprouvé Heckert T45 serait en mesure de répondre aux exigences existantes en matière de tournage, de fraisage et de perçage. Cependant, le défi particulier consistait à développer des solutions automatisées et rapides pour la préparation et le réglage, en association avec une gestion intelligente des processus », explique M. Gündel.

En fait, la phase de planification et de mise en œuvre s’est avérée être un projet d’enseignement et d’apprentissage pour toutes les parties prenantes. « L’intégration étroite des étapes de fabrication, associée à une adaptation entièrement automatique, est unique dans cette installation. Cela n’a finalement été possible que grâce à une collaboration étroite entre toutes les parties concernées, de la conception à l’installation de l’usine de fabrication dans notre production », déclare Friedrich Oberländer, directeur de la technologie de production chez Voith à Heidenheim. La solution automatisée de manutention, de logistique et de fabrication se compose essentiellement de deux centres d’usinage horizontaux à 5 axes Heckert T45 compacts et d’une cellule de connexion robotisée. Le robot fait quasiment office de maître et orchestre l’ensemble de l’installation d’usinage automatisée : il vérifie les composants entrants et charge ou décharge les deux centres d’usinage. Ils peuvent usiner des variantes de type identiques ou différentes. Les délais de traitement et d’usinage extrêmement courts sont notamment dus au fait que le robot, parallèlement au fonctionnement, s’équipe automatiquement des pinces de préhension requises et des palettes spécifiques au type. Si l’opérateur lance une nouvelle série pour la production via l’IHM, le robot change l’intégralité de l’équipement en seulement huit secondes. Les applications requises pour les pinces de préhension et les palettes sont prémontées et prêtes à être installées dans le système de stockage de la cellule robotisée.

« Cette solution de production innovante nous permet de réduire de moitié le temps de traitement habituel requis jusqu’alors ! Pendant que l’installation procède à l’usinage du composant d’une part, puis à sa rotation d’autre part en moins de dix minutes par opération, le robot utilise le temps de fonctionnement pour préparer la pièce suivante à usiner », souligne fièrement Nico Lämmmel, l’ingénieur application qui a programmé les pièces essentielles et mis l’installation en mouvement.

Contrairement au processus de fabrication classique, la suppression du changement d’une machine à une autre, du resserrage associé, de l’installation de dispositifs de bridage, d’outils et parfois le nettoyage des pièces permet de réduire considérablement le temps d’usinage total. La solution de production choisie offre un flux optimal de pièces et donc un faible stock WIP (Work in Process). Plus besoin par conséquent de stocker de manière intermédiaire les composants sur des surfaces dégagées à cet effet. « Nous savons par expérience qu’en fonction de l’organisation de la logistique interne et des processus, la production d’une série de composants peut prendre du temps jusqu’à ce qu’elle soit prête pour le montage. Cette nouvelle installation nous permettra d’y parvenir beaucoup plus rapidement », a déclaré Nico Lämmel.

La comparaison directe entre les procédés de fabrication intégrés existants et nouveaux de Starrag révèle dans quelle mesure les utilisateurs bénéficient d’avantages supplémentaires : « Si l’on se base sur une performance annuelle de 50 000 pièces par an, notre installation nous permet non seulement de réduire de moitié le temps d’usinage, mais selon l’application, l’utilisateur augmente aussi jusqu’à deux fois et demie sa productivité, réduit les coûts d’outillage d’environ un quart, tout en réduisant les coûts liés aux dispositifs de 50 % », remarque Christian Queens, responsable marketing. « Ce n’est pas tous les jours qu’on voit autant d’USP ! »

Un examen attentif du processus d’usinage réel démontre pourquoi la solution de fabrication choisie est synonyme de précision et de fiabilité optimales : une fois que le composant a été serré, commence une séquence parfaitement adaptée d’opérations d’ébauche, de finition, de tournage, de brochage, de fraisage et de perçage avec des vitesses de rotation et des freinages rapides. Pour les différentes tâches, le magasin fournit 60 outils, dont certains peuvent passer de l’usinage intérieur à l’usinage extérieur en une seconde. Il existe aussi des outils multiples avec différents outils de tour intégrés qui rendent inutile les changements d’outils. « Le Heckert T45 maîtrise toutes les tâches d’usinage et garantit une précision extrême. L’élément central est une puissante table tournante d’une vitesse maximale de 900 tr/min, qui remplace également plusieurs tours du processus conventionnel. Équipé d’une prise d’outil HSK T100 et de cinq axes, Starrag est la seule société à proposer un centre d’usinage horizontal capable de combiner les éléments hydrauliques de serrage avec le Mill Turning », explique Nico Lämmmel. Le flux de processus intégré montre clairement comment Starrag transforme les exigences élevées en solutions innovantes.

Déjà lors des premières démonstrations, Voith a été impressionné par l’efficacité, les performances et la rapidité de l’installation. La solution de fabrication hautement innovante apporte la preuve que les pièces de tournage typiques ne doivent en aucun cas être fabriquées exclusivement sur des tours. « La particularité de l’installation est que les temps de préparation improductifs sont réalisés simultanément au fonctionnement du centre d’usinage, ce qui réduit considérablement le temps d’usinage. Ce concept rationalisé et flexible nous permet de fabriquer différents composants dans plusieurs variantes et de répondre directement aux besoins des clients », résume Friedrich Oberländer. Une approche intelligente qui suscitera certainement l’intérêt dans d’autres secteurs que l’industrie automobile.