L’usinage surveillé en temps réel

Vieux rêve des usineurs, le pilotage à chaud du processus de coupe devient réalité grâce aux outils connectés et autres outillages 4.0. Avec des gains sensibles de productivité et des réductions de coûts importantes.

Protection du processus de coupe, contrôle en continu de l’usure en dépouille, amélioration de la durée de vie des outils et des changements d’outils, optimisation des paramètres de coupe pour un couple outils-matière, ainsi que des flux de liquide de coupe, meilleure connaissance des phénomènes de coupe… Les avantages que procurent les outils de coupe connectés sont nombreux. Le Cirtes est un pionnier de cette technologie, car il a industrialisé depuis plusieurs années un procédé breveté par son fondateur Claude Barlier, en 1987. Située au cœur du bassin industriel de Saint-Dié-des-Vosges, cette société labellisé Structure de recherche contractuelle (SRC), commercialise la solution de surveillance de l’usinage Actarus. Un dispositif qui mesure la température de coupe dans la zone de coupe, contrôlant ainsi le processus en temps réel. Le point de mesure se situe en moyenne, suivant les configurations adoptées, à quelques centièmes de millimètre directement sous l’arrête de coupe, à l’interface pièce-outil et/ou copeau-outil. De plus, les aménagements effectués sur les outils sont réalisés pendant le processus de fabrication, ce qui permet de garantir des caractéristiques mécaniques des outils identiques aux outils standards étudiés. Cette méthode permet d’équiper une large gamme de plaquette de coupe dans toute la gamme des nuances disponibles chez les fabricants d’outils.
Bien plus récente, la démarche de Kistler, un des principaux spécialistes mondiaux de technologies de mesure dynamique de la pression, des forces, du couple et de l’accélération, répond aux mêmes objectifs. Développée en collaboration avec le fabricant d’outils de coupe Paul Horn, sa solution assure la surveillance en temps réel des outils lors des opérations de microtournage. Le système d’outil piézo (Piezo Tool System ou PTS) se compose d’un capteur de force inséré dans l’outil de tournage et fournit des informations sur l’état de l’outil pendant l’usinage. Extrêmement miniaturisé, ce capteur piézo mesure, avec une résolution élevée, les forces d’usinage, même les plus faibles. L’opérateur de la machine est ainsi averti immédiatement du moindre incident d’usinage, comme une casse d’outil par exemple. Résultat : réduction du gaspillage et amélioration de la qualité d’usinage. Ce nouveau système est adapté aux opérations de tournage, en particulier à l’échelle micro, domaine dans lequel les autres méthodes de mesure, comme la surveillance de la puissance d’entraînement du moteur de la broche principale, sont inefficaces. Cette solution est compatible avec une sélection d’outils rotatifs standards de Horn et ne nécessite aucune intervention dans la commande numérique de la machine. Le remplacement des capteurs est rapide et facile. « Le PTS se traduit par une réduction des coûts de production ainsi qu’une augmentation des capacités de production », assurent les spécialistes de Horn.

Faciliter la maintenance prédictive

Gühring, Iscar, Kennametal, Sandvik… bien d’autres fabricants d’outils ont adopté eux aussi des stratégies. Ce dernier, par exemple, dispose lui aussi, de plusieurs solutions connectées. Destinés aux opérations de tournage interne sur de longs porte-à-faux, ses outils Silent Tools intègrent un tel système dans l’adaptateur. Baptisée Silent Tools Plus, cette solution détecte les vibrations et envoie les données du processus d’usinage à un tableau de bord. « L’opérateur connaît ainsi les problèmes d’usinage à un stade précoce. Ce qui aide à prévenir les problèmes liés aux vibrations, tels que le bruit, la mauvaise qualité de surface et l’usure accélérée des outils », explique Åke Axner, chef de produit Silent Tools Turning Adapters chez Sandvik Coromant. Résultats : une amélioration sensible de l’usinage et une durée de vie de l’outil plus longue. Le système conçu par Sandvik comporte un amortisseur préréglé à l’intérieur du corps de l’outil doté d’une masse lourde supportée par des ressorts en caoutchouc. « Les avantages de cette conception sont multiples », précise le spécialiste de Sandvik. « Elle permet par exemple, aux ateliers d’augmenter les taux d’enlèvement de métal, d’améliorer la finition de surface, de sécuriser le processus et de réduire les coûts de production. »
Le Silent Tools Plus comporte une interface de changement rapide Wedge Lock entre l’adaptateur et la tête de coupe. Les changements de tête de coupe rapides et précis sont très recherchés dans de nombreuses industries, comme dans l’aérospatial par exemple, pour l’usinage des composants de trains d’atterrissage. Ou dans l’industrie du pétrole et du gaz, confronté souvent à l’usinage de longues pièces tubulaires. Sandvik propose également la solution Coromant Capto DTH. Intégrée dans son offre d’usinage numérique CoroPlus, cette dernière utilise des capteurs qui collectent les données de coupe et les transmet via Bluetooth. Ce qui rend possible la maintenance prédictive du porte-outil. L’opérateur est averti en temps réel s’il y a un incident et s’il doit réparer un porte-outil, l’entreprise peut ainsi minimiser les temps d’arrêt coûteux provoqués par les bris des outils de coupe. « Grâce à la fonctionnalité de changement rapide, le temps qu’un opérateur doit consacrer à la mesure, à la configuration et au changement d’outil est réduit au minimum », affirme Åke Axner. Le logiciel fournit également d’autres informations en temps réel. Telles que le niveau de vibration du porte-outil, permettant une surveillance en temps réel de la broche, ou de la température à l’intérieur du porte-outil. Ou encore le régime et le sens de rotation, réduisant les risques de dépassement des limites du porte-outil. Voire les informations concernant le fonctionnement d’un outil particulier sur une période donnée. Enfin, l’utilisateur dispose des données sur l’emplacement d’un porte-outil entraîné : l’usine où il est installé, la machine…