Grandes machines pour maxi-pièces

Véritables « bêtes » d’usinage, les équipements pour la fabrication des pièces XXL allient multifonctions avec précision et productivité. Automatisables selon les besoins de l’utilisateur, elles s’intègrent sans peine dans le concept 4.0.

Big is beautifool… Poussés par la demande de nombreux domaines industriels comme l’aérospatial, l’énergie ou le ferroviaire, certains constructeurs de machines-outils proposent des équipements capables d’usiner des pièces de grandes dimensions. Soraluce (DanobatGroup), DMG Mori, Forest Liné (Fives Group), Haas, Mandelli, Mazak, WFL, et bien d’autres, ont concocté des solutions qui combinent plusieurs types d’usinages avec des moyens automatisés de chargement/déchargement, ainsi que des systèmes de contrôle-mesure intégrés. Des installations hautement flexibles et précises qui peuvent usiner de A à Z une pièce en un seul serrage.
Rigides et dynamiques, elles n’ont rien à envier à la précision et la vélocité des… petites machines-outils. Exemple : le constructeur espagnol Soraluce, une marque du groupe Danobat, dont les machines multifonctions assurent des usinages à haute productivité grâce à des configurations différentes avec une ou deux colonnes, des têtes de fraisage et perçage, avec dispositifs de changement automatique, des tables auxiliaires et rotatives… Des machines flexibles comme le FS, un centre de fraisage-perçage qui dispose d’un axe X allant de 4 à 14 m. Ou le constructeur autrichien WFL, autre représentant emblématique de ce type d’applications, qui peaufine depuis plusieurs décennies ses grandes machines capables de traiter des pièces, dont la longueur peut atteindre 12 m.
Tournage, fraisage, perçage, usinage des engrenages, etc., ce sont des véritables ateliers miniatures qui peuvent presque tout faire. Dynamiques et rigides, les WFL Millturn M100, M120, M150 associent des broches puissantes à des mouvements rapides d’axes (grâce aux moteurs linéaires), ce qui dope la productivité et permet l’usinage des aciers fortement alliés, ainsi que des superalliages. « Notre dernier né, le M175 usine des pièces dont le diamètre peut aller jusqu’à 1 750 mm et le poids maximum est de 15 000 kg », exemplifie Günther Mayr, directeur « sales & technics » du constructeur autrichien. Une performance affichée également par les machines portiques GR Series, de Haas, qui allient puissance et vitesse pour usiner des grandes pièces en aluminium et autres métaux ainsi que le composite ou d’autres matériaux légers.

Des pièces jusqu’à 150 tonnes

Des broches puissantes est aussi l’atout maître de machines conçus par Forest Liné. Repris par le groupe Fives en 2013, ce dernier propose différentes configurations de machines pour l’usinage des grandes pièces en alliages d’aluminium ou durs. Comme les Mill Turn, des centres de fraisage-tournage dotés d’un plateau rotatif de 2 à 7 m de diamètre conçus par le constructeur de Capdenac et de broches, dont la puissance et la vitesse de rotation peuvent aller jusqu’à 160 kW et respectivement 280 tr/mn. Une solution capable d’assurer l’usinage de pièces pesant jusqu’à 150 tonnes. Le constructeur français est également le champion de la longueur d’usinage avec ses machines à profiler à grande vitesse Macbormill HSC. Des équipements 5 axes hautement productifs, dont le gabarit d’espacement varie de 5 m à 11 m et l’axe X de 10 à 30 m, avec une ou deux têtes de fraisage conçues et fabriquées par Forest Liné, dotées de broches de 120 kW et 30 000 tr/mn.
Le constructeur japonais Mazak est lui aussi de la partie, avec de multiples solutions. Comme la famille de machines Integrex e-V AG pour l’usinage des engrenages, qui permet de remplacer quatre équipements différents avec un seul et dont la plus grande peut usiner des pièces, dont les dimensions maximales sont diamètre 2 300 mm x 1 684 mm. Avantages de cette installation clé en main : réduction sensible du temps de cycle et de réglage, capacité de produire aussi bien des petits lots que des grandes séries, ébavurage et inspection automatiques, production conforme de la première pièce… Dans la série Integrex e-H, le centre de tournage-fraisage e-800H affiche un axe X de 6 380 mm et dispose d’une broche de 45 kW. Même capacités extrêmes pour les centres d’usinage verticaux de séries Integrex e-V et Vortex e-V destinés aux applications aérospatiales, énergie ou construction mécanique.
La quasi-totalité des constructeurs de grandes machines proposent différentes configurations d’automatisation automatisées. C’est le cas de WFL par exemple, dont la filiale FRAI Robotic propose des robots à bras articulé dotés d’une très grande diversité de systèmes de préhension ou des chargeurs à portique, avec systèmes périphériques de transport et de stockage de pièces, d’outils et de mors. Ou de DMG Mori dont les solutions peuvent être dotées de systèmes automatiques différents (dont un robot avec un système de vision original) et sont utilisées dans la fabrication XXL aéronautique, dans le domaine de l’énergie ou dans la fabrication d’outillages.

Baisse sensible des coûts

L’usinage des grandes pièces nécessite également des outils de coupe ainsi que des systèmes de refroidissement adaptés, très puissants. Les zones d’usinage difficilement accessibles nécessitent souvent des outils spéciaux longs. Alors, les constructeurs comme WFL par exemple, en complément des systèmes HSK ou Capto, des attachements prismatiques montés sur l’unité de tournage-perçage-fraisage avec un logement à queue d’aronde. Ces outils sont partiellement équipés de palpeurs et servent aussi bien à l’optimisation du processus qu’à la protection de la pièce, de l’outil et de la machine. Les machines de WFL utilisent également l’arrosage ultrahaute pression (UHPC), avec des pressions de liquide de refroidissement de 150 à 350 bars. « Ces installations améliorent considérablement le bris de copeaux, réduit le temps d’usinage et fait baisser les coûts », remarquent les spécialistes du constructeur autrichien. « Avec une économie qui peut atteindre les 50 %. Et en sachant que jusqu’à 200 bars, aucune interface supplémentaire n’est nécessaire car l’alimentation en liquide d’arrosage est assurée à travers la broche. »
Certains constructeurs ajoutent d’autres types de fabrications à leurs équipements pour étendre le champ d’application. Ainsi, l’intégration de la fabrication additive, proposée par Mazak, WFL ou DMG Mori, permet de déposer par exemple, un métal dur sur la surface de la pièce et d’éliminer le traitement thermique. Ou de réparer une pièce à haute valeur ajoutée comme les moules complexes. La fabrication de géométries complexes, qui ne pourraient pas ou que très difficilement être réalisées avec des procédés de fabrication conventionnels, devient ainsi possible. On peut aussi générer de nouvelles fonctions en appliquant certains matériaux au cours du processus d’usinage…