Precise heart transplant

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Transplantation cardiaque de précision - Starrag livre une machine Heckert HEC 800 de haute précision à KAPP NILES

Le spécialiste des rectifieuses de dentures d’engrenages KAPP NILES a remplacé en 2024, dans son usine de Cobourg, une aléseuse pointeuse pour l’usinage de précision. La nouvelle machine est un centre d’usinage Heckert HEC 800 de haute précision. Pour Sascha Forkel, responsable de l’usinage cubique, ce remplacement était comparable à une transplantation cardiaque : « Il s’agit d’une machine indispensable à notre production, sans laquelle nous ne pourrions plus livrer quoi que ce soit. » Aujourd’hui, une chose est sûre : l’opération a été un succès !

Un coup d’oeil dans les ateliers de production de l’usine KAPP NILES de Cobourg suffit pour comprendre que des machines très spéciales y sont fabriquées. « La construction de nos rectifieuses de dentures d’engrenages nécessite un environnement propre et ordonné ainsi qu’un parc de machines de haute qualité », explique Sascha Forkel. Il supervise l’usinage de pièces de forme cubique pouvant atteindre 1 m3 : « Il s’agit de composants essentiels pour nos machines, qui servent à la fabrication de haute précision de den-tures et de profils. » Pour que les machines KAPP NILES puissent répondre aux exigences élevées des clients, chacun de ces composants doit respecter des tolérances de forme, de position et de dimension extrêmes, pouvant atteindre 3 μm. Les dentures des mécanismes de transmission doivent en effet s’emboîter avec précision et sans bruit, que ce soit dans l’industrie automobile, la construction mécanique ou d’autres applications. Les composants – constitués à 80 % de fonte et pour le reste d’acier – sont pré-usinés par l’équipe de Sascha Forkel sur divers centres d’usinage. Une surépaisseur de 0,3 mm est conservée sur toutes les surfaces soumises à des exigences de qualité. Les alésages conservent un diamètre augmenté de 1 mm. Ensuite, les choses se compliquent, comme l’explique le spécialiste de l’usinage : « Lors de la finition, nous travaillons avec des tolérances de quelques micromètres, non seulement en termes de forme et de position, mais aussi au niveau des positions entre elles. Les surfaces doivent également être d’une qualité irréprochable. »

Le coeur de l’usinage

Il y a peu, cette tâche était encore assurée par une aléseuse-pointeuse vieille de 16 ans, dont l’approvisionnement en pièces de rechange n’était toutefois plus garanti. Le risque de panne et, par conséquent, d’arrêt prolongé de la production étant jugés trop importants par les responsables, ils ont préféré tout mettre en oeuvre pour procéder à un remplacement préventif. Une condition préalable essentielle avait été posée : la nouvelle machine, tout comme la précédente, devait garantir un usinage de précision fiable au micromètre près. Après avoir effectué une analyse de marché, KAPP NILES a présélectionné trois fournisseurs. Les opérateurs de machines ont également été invités à participer au processus de sélection. Pour les essais d’usinage, ils ont sélectionné le composant le plus exigeant, à savoir un carter de moteur sophistiqué. Les trois machines sélectionnées ont été testées dans des conditions identiques : même composant, pré-usinage identique, mêmes dispositifs de serrage, mêmes programmes CN et outils. Les opérateurs de machines de KAPP NILES ont été chargés du serrage des pièces pré-usinées chez les fabricants de machines, le but étant d’obtenir des résultats totalement comparables. « Il faut des opérateurs de machines et des programmeurs CN expérimentés pour travailler sur la machine », souligne Sascha Forkel. « Même si celle-ci est censée devenir la nouvelle pièce maîtresse de notre production, elle ne suffit pas à elle seule à garantir le succès.

Seule une interaction parfaitement coordonnée entre la machine, l’opérateur et le programmeur CN permet de fabriquer des composants avec une précision optimale. » Dans le cadre de l’évaluation finale, les trois composants fabriqués à titre d’essai ont été mesurés sur la même machine à mesurer chez KAPP NILES. « Après avoir pris connaissance des résultats des mesures et pris en compte d’autres détails techniques, nous avons opté pour le fournisseur Starrag et le centre d’usinage Heckert HEC 800, équipé du groupe de grande précision et d’autres options susceptibles de renforcer la précision », rapporte Sascha Forkel.

Précision mécanique vs compensation logicielle

Outre les résultats de mesure, la précision mécanique de la machine a été un critère de sélection déterminant. Rainer Krause, directeur commercial régional chez Starrag, responsable de KAPP NILES, explique : « Les centres d’usinage Heckert sont d’emblée dotés d’une grande précision mécanique. Elle se situe dans une plage de tolérance deux fois inférieure à celle habituellement admise pour les centres d’usinage. » Sascha Forkel le confirme. Il précise que différents fabricants indiquent des précisions similaires pour leurs machines, mais que celles-ci reposent sur une compensation au niveau de la commande. Sa propre expérience lui a montré que cela peut être source de problèmes : « En règle générale, nous utilisons des outils à une seule arête de coupe pour effectuer des alésages sur cette machine. La compensation sur plusieurs axes peut entraîner une déformation du contour, si bien que l’alésage n’est pas cylindrique, ce qui pour nous est inacceptable. »

Outre la précision de base déjà élevée, le groupe de grande précision proposé par Starrag pour ses centres d’usinage Heckert a été un autre critère déterminant dans la prise de décision. Un refroidissement par eau pour le montant, les commandes d’axes et les vis à billes garantit la résistance thermique de la machine. L’eau est refroidie ou réchauffée de manière à maintenir la stabilité de la température préréglée dans une plage de ± 1 K. Toutes les sources de chaleur, telles que les moteurs et le système hydraulique, sont en outre isolées des composants essentiels à la précision, à savoir le montant et le banc de la machine. Le groupe comprend également des supports de guidage grattés à la main qui garantissent une plus grande précision de positionnement.

Une préparation détaillée

Rainer Krause, directeur régional des ventes chez Starrag, décrit la procédure après réception de la commande : « Nous avons élaboré l’offre sur le plan technique de manière à ce que KAPP NILES puisse reproduire l’ensemble de sa gamme de pièces avec notre centre d’usinage Heckert HEC 800. » À ce titre, toutes les mesures ont été soumises à l’exigence de précision. Les ingénieurs de Chemnitz ont ainsi limité davantage la tolérance des axes circulaires et ont notamment réduit le balancement de l’axe B. Les machines d’usinage par enlèvement de copeaux KAPP NILES doivent en effet réaliser de nombreux alésages de palier sur deux côtés, ce qui exige une précision de répétabilité maximale. En ce qui concerne la broche, KAPP NILES a opté pour une solution à entraînement direct développée par Starrag. « La plus petite imprécision au niveau d’une vis de mécanisme aurait été inacceptable pour nous », explique Sascha Forkel. « Nous avons même réduit la vitesse de rotation maximale de 12 000 tr/min à 10 000 tr/min afin d’obtenir une plus grande sécurité de processus.

Sascha Forkel, Head of Cubic Machining KAPP NILES

« Nous avons élaboré l’offre sur le plan technique de manière à ce que KAPP NILES puisse reproduire l’ensemble de sa gamme de pièces avec notre centre d’usinage Heckert HEC 800. »

» La vitesse rapide et les rampes d’accélération ont également été diminuées pour éviter autant que possible toute vibration de la machine. Rainer Krause met l’accent sur l’étroite collaboration avec Sascha Forkel et son équipe : « Au cours de cette phase, nous avons beaucoup discuté et tout planifié dans les moindres détails, jusqu’à la pose en douceur de la palette sur le site d’installation. Une manipulation trop brusque provoquerait en effet des vibrations qui se répercuteraient dans la machine. » L’accessibilité de la machine constituait un autre point important. Les opérateurs souhaitaient ainsi disposer d’un accès pratique et sûr à l’espace d’usinage pour les opérations de réglage et de mesure.

Des marchepieds, des mains courantes et une plateforme ont donc été installés devant la machine. L’ensemble des équipements de commande périphériques a été surélevé de manière correspondante. De plus, un système d’alésage automatique a été mis en place.

Automatisation pour les pièces non critiques

L’ajout d’un système d’automatisation était prévu dès le départ. « Notre objectif était de pouvoir usiner les pièces non critiques sans intervention humaine », explique Sascha Forkel. Comme nous n’avions aucune expérience en matière d’automatisation des palettes, nous nous sommes entièrement appuyés sur l’expertise de Starrag. Starrag travaillant avec différents partenaires dans le domaine de l’automatisation, les conditions locales ont joué un rôle déterminant dans le choix de l’équipement recommandé. Rainer Krause précise : « Compte tenu de l’espace disponible chez KAPP NILES, un système Erowa LoadMaster semblait être la solution idéale. Doté d’un magasin de palettes pouvant accueillir neuf portepièces, il promettait le meilleur rendement en termes de capacité. » Comme le souligne Rainer Krause, les palettes constituent l’une des principales compétences du fabricant de machines de Chemnitz : « Nous ne sous-traitons pas leur fabrication. Leur influence sur la précision obtenue sur la pièce est trop importante. Nous avons livré au total neuf palettes à KAPP NILES, dont six en version standard (fraisées avec précision et rectifiées) et trois grattées à la main pour les composants particulièrement sophistiqués. » Le centre d’usinage Heckert HEC 800 équipé du LoadMaster d’Erowa occupe désormais la même surface au sol que la machine précédente, tout en offrant une plus grande efficacité. « Comme prévu, les composants non critiques sont déjà fabriqués en mode entièrement automatisé. Il s’agit de pièces présentant des tolérances de 10 μm et plus, c’est-à-dire avec des ajustements H6 et H7. » Dans son propre jargon, KAPP NILES parle d’usinage grossier.

La confiance, base essentielle d’une relation commerciale fructueuse

Avec Starrag et les spécialistes Heckert de Chemnitz, Sascha Forkel est convaincu d’avoir trouvé les partenaires idéaux. « La collaboration entre des entreprises de construction mécanique de taille moyenne constitue un avantage. Les deux parties connaissent en effet leur métier et l’importance des enjeux. C’est ainsi qu’une relation de confiance particulière s’est établie dans le cadre de notre projet. » Des visites à l’usine de Chemnitz et chez des clients de référence de Heckert ont également contribué à créer ce climat de confiance. La portée de cette confiance s’est surtout manifestée lors des travaux de transformation. Plutôt que de procéder, comme cela était prévu initialement, à un passage progressif de l’utilisation de l’aléseuse-pointeuse à celle du centre d’usinage Heckert, les responsables ont décidé d’opérer une transition radicale que Sascha Forkel décrit ainsi : « Nous avons démonté notre ancienne machine en juillet 2024. Nous avons ensuite disposé de deux semaines pour effectuer les travaux de préparation dans l’atelier de fabrication, car le centre d’usinage Heckert HEC 800 a été livré à la mi-août, comme prévu. » La réception a eu lieu en novembre et, après une phase de formation, la machine a été mise en service en janvier 2025. « Il faut avouer que cette transition radicale représentait un pari audacieux », déclare Sascha Forkel. « Mais les contacts étroits que nous avons entretenus avec les collaborateurs de Starrag à Chemnitz nous ont permis d’estimer comme relativement faible le risque que des problèmes surviennent lors du remplacement et que la nouvelle Heckert ne soit pas performante dès le départ. En conclusion, la transplantation cardiaque a été un franc succès. »