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aerospace

Toujours plus moderne – Cellule de fabrication 3

Mercedes Benz, Sindelfingen:

Réaliser une installation de fabrication d’outils, qui doit expressément servir de modèle pour d’autres installations, est une tâche toute particulière. Seules les machines les plus modernes équipées des techniques de commande les plus intelligentes entrent en ligne de compte. Pour atteindre un niveau d’exigences aussi élevé, un travail d’ingénierie considérable est nécessaire.

Pour sécuriser l’usine Mercedes-Benz à Sindelfingen comme pôle de développement, de technologie et de savoirfaire, Daimler AG investit également dans les ressources de fabrication du Centre avec la construction d’une extension dans la rue Tübinger Allee. Ce site a pour abréviation interne « TübA ». En 2015, c’est là qu’a été construite la nouvelle « Cellule de fabrication 3 », un centre d’essai dans lequel il est possible non eulement de fabriquer, mais aussi de tester des outils de formage pour la paroi extérieure des véhicules.

Günter Sprecher, directeur du Centre, a fixé pour ce projet des objectifs clairs concernant les exigences fondamentales de Daimler en matière de précision optimale, de sécurité des processus accrue, de protection de l’environnement et d’efficacité énergétique : « La nouvelle usine de technologie doit fournir un modèle pour d’autres ateliers de fabrication d’outils. Les ressources de fabrication du Centre jouent encore un rôle capital dans l’usine de technologie, car des compétences en construction d’outils et en construction d’installations sont ici mises en commun. » Pour mettre en œuvre toutes les exigences du projet, toutes les parties impliquées ont dû sortir des sentiers battus, car beaucoup de nouvelles fonctionnalités concernant le génie mécanique et la technique de commande ont dû être développées.

Une équipe de choc

L’entreprise Dörries Scharmann appartenant à Starrag Group est renommée, de par sa marque Droop+Rein, pour ses machines spéciales de fabrication d’outils de grande taille avec têtes de fraisage interchangeables ; elle se voit confier la mission d’équiper l’installation avec des machines de production adéquates, accessoires compris. Pour pouvoir simuler intégralement le processus d’usinage, il a été établi d’emblée que les machines devaient être équipées de commandes numériques de type Sinumerik 840D sl de chez Siemens. « Cette commande s’intègre alors parfaitement à la chaîne de processus NX Siemens prévue à l’avenir et fait ainsi partie des facteurs qui contribuent à la sécurité du processus », explique Ali Fidankök, chef de projet pour les machines de grande taille chez Daimler. Pour pouvoir se conformer également aux détails du cahier des charges, les constructeurs de machines ont dû obtenir un accès complet à la technique de commande. C’est pour cette raison que cette mission a été le signal de départ du partenariat étroit sur ce projet entre Droop+Rein et Siemens.

« Réduction du temps de traitement de 31 %. »

L’équipement

L’installation, mise en service en temps et en heure à la mi-juillet 2015, comprend deux centres d’usinage à portique T 30 55 PT R75 C, ainsi que deux centres d’usinage à grande vitesse multifonctions à haut portique de type FOGS 50 68 PT M40 C. Complétées par un système de transport des palettes pour un poids des pièces à usiner atteignant les 40 tonnes, ainsi que des cellules de robot, etc., ces machines de grande taille en chaîne assurent l’usinage complet en un seul serrage des outils de formage.

Le procédé d’usinage des pièces brutes forgées commence dans le centre d’usinage à portique. Cette machine offre une puissance moteur atteignant 75 kW et un couple jusqu’à 5 500 Nm pour l’usinage lourd. Elle dispose de six têtes de fraisage avec un changeur de têtes de fraisage automatique et un magasin à outils sur la base d’un robot à 7 axes. Cette machine prend en charge les pièces grossières, qui sont ici ébauchées. L’usinage de précision et de finition, par exemple des surfaces de travail qui ont un contact direct avec les tôles lors du pressage, se déroule ensuite sur les machines à haut portique de la gamme FOGS. Elles sont équipées de quatre têtes de fraisage automatiquement interchangeables, dont une chape pour différentes broches de fraisage motorisées.

Les processus et les techniques utilisées sont conçus de manière à ce que les pièces puissent passer à l’étape suivante sur la presse d’essai avec le moins possible, voire pas du tout de réusinage. « Nous avons mis en œuvre ce principe tout en réduisant le temps d’usinage de la pièce d’essai définie de 36 à 25 minutes », déclare Ulrich Wiehagen, responsable de la distribution et directeur d’usine chez Droop+Rein. « Les fonctionnalités de surface de la CNC contribuent de manière importante à cet égard. » C’est alors qu’entre en jeu le package de technologie de fraisage Sinumerik MDynamics qui, à l’aide d’un guidage de bande amélioré, permet des vitesses de traitement élevées pour un excellent résultat de fraisage visuellement attrayant. Il est également pris en charge par les systèmes mécatroniques Motion Control les plus récents, comme la commande de mouvement basée sur un modèle Engineered Motion Control (EMC).

La mesure de la cinématique amé- liore la sécurité du processus

Les machines équipées de têtes de fraisage interchangeables disposent d’une cinématique complexe. S’il existe, par exemple, une incertitude concernant la précision de la machine à cause d’une différence de température ou si un usinage particulièrement délicat ou précis est envisagé, la mesure de la cinématique automatique des têtes de fraisage apporte la sécurité du processus nécessaire. En se basant sur le nouveau cycle de mesure C9960 de chez Siemens, Droop+Rein a développé un cycle de mesure et de révision, facile et sûr à utiliser par l’opérateur de la machine, pour toutes les têtes de fraisage disponibles sur la machine. La cinématique de la machine est mesurée rapidement et précisément, sans intervention de maintenance et sans équipement spécialisé. Grâce au palpeur standard de la machine et une bille étalon en céramique très précise, l’opérateur de la machine est en mesure de vérifier si une tête de fraisage fournit des résultats reproductibles en moins d’une heure. Installer le palpeur de mesure, mettre la bille étalon, lancer le programme, exécuter automatiquement les mesures, contrôler les résultats, le cas échéant adopter les valeurs de correction : c’est terminé. Pour les nouvelles applications système, comme la mise en œuvre de cette mesure de cinématique avancée, ce qu’on appelle des chaînes cinématiques sont prévues en interne de la commande. Derrière se dissimule une déclaration homogène de la structure cinématique. Ce qui semble abstrait et reste à l’arrière-plan pour l’utilisateur facilite en fait la réalisation de fonctionnalités avancées à l’avenir et rend les machines évolutives.

Manipulation simple : Procédure avec orientation d’outils

La possibilité de prendre en compte l’orientation d’outils de la fraise et des têtes de fraisage dans les différentes situations de fonctionnement est une simplification bienvenue pour l’opérateur de la machine. Pour la mise en œuvre de cet axe Z virtuel dans l’orientation d’outils, le nouveau système de coordonnées outils à disposition en interne de la commande, le Tool Coordinate System (TCS), est utilisé pour la première fois. Selon l’orientation de l’outil et de la tête de fraisage dans la zone d’usinage, une répartition des segments correspondants sur les axes géométriques linéaires a lieu lors de la procédure.

« Une consommation d‘électricité réduite de 40 %. »

Protection de l’environnement et efficacité énergétique

L’équipement de la nouvelle cellule de fabrication 3 ne doit pas seulement s’assurer d’une exécution des opérations d’usinage irréprochable et hautement productive. La protection de l’environnement et l’efficacité énergétique ont été les autres thèmes importants lors de la réalisation du projet. La grande exigence de la direction générale du projet de Daimler, sous la responsabilité de Ulrich Funk, qui visait à réduire la consommation d’énergie de 40 %, a été remplie grâce à un travail de projet intensif de la part de tous les acteurs. Tout a été réfléchi : que ce soit l’éclairage LED sur les machines, l’équipement des machines avec des moteurs asynchrones à haut rendement de la classe d’efficacité énergétique IE3 de chez Siemens, ou encore la compensation de puissance réactive. Il ne s’agit pas seulement d’une compensation de puissance réactive fixe, prédéfinie, unique, de type traditionnel. Au contraire, elle réagit automatiquement aux différentes conditions de charge de la machine, qui dépendent de chaque mise sous tension et hors tension des ramassecopeaux, des groupes moteurs, etc. La puissance réactive est alors compensée automatiquement, en permanence et presque complètement. Ulrich Wiehagen a ainsi déclaré : « Ainsi, la consommation d’électricité est optimisée et les coûts énergétiques sont presque limités à la puissance active. »

Un concept de service et de mainte- nance moderne soutient la sécurité du processus

Droop+Rein a également mis en œuvre un concept de service et de maintenance moderne et orienté vers l’avenir. L’état et la qualité des machines-outils sont surveillés en permanence par le logiciel Analyze MyCondition de la suite de logiciels Sinumerik Integrate, ce qui garantit le bon fonctionnement du moteur et des interruptions non planifiées limitées à un minimum. Il s’agit d’une autre pièce du puzzle non négligeable qui soutient la sécurité des processus de l’installation.

En un rien de temps à trois

Après la mise en service de la cellule de fabrication 3 en juillet, un fonctionnement avec trois équipes a pu être mis en place dès début août 2015. Tous les participants au projet sont fiers du résultat obtenu. Selon la devise de Starrag Group « Engineering precisely what you value » les conditions exactes fixées par Daimler AG ont été mises en œuvre dans cette usine de production pour les outils de formage de tôle la plus moderne. La preuve de ce succès est présentée dans l’usine de technologie à TübA : une installation de construction d’outils qui joue un rôle de modèle.

Sabine Kerstan

Starrag Content Manager

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