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May 24, 2023

Obtenir une prise ferme sur votre processus

Les outils et les pièces font l'objet de beaucoup d'attention dans l'industrie de l'usinage, et

Les outils et les pièces font l'objet de beaucoup d'attention dans l'industrie de l'usinage, et à juste titre. Mais les dispositifs qui les maintiennent doivent également être soigneusement pris en compte pour qu'un processus d'usinage soit réussi. Si ces appareils ne sont pas à la hauteur de l'application de coupe à portée de main, les résultats manqueront la cible, laissant potentiellement les clients mécontents et les magasins avec une tache sur leur réputation.

Les derniers produits de serrage d'outils et de serrage sont disponibles dans un certain nombre de types différents et offrent des fonctionnalités conçues pour répondre à une variété de défis d'usinage. En plus de fournir une prise ferme, certains des appareils les plus sophistiqués peuvent transmettre des données d'usinage clés qui aident les ateliers à surveiller leurs processus et à les suivre jusqu'à leur conclusion.

D'autres développements dans la façon dont les supports sont changés et fabriqués ont le potentiel d'aider les magasins à automatiser leurs opérations.

Certains des développements les plus récents en matière de porte-outils sont des modifications de produits familiers. Les exemples incluent les modifications apportées à la gamme de mandrins FPC proposés par Emuge-Franken USA, West Boylston, Mass. Ces mandrins à pince brevetés sont présentés comme des porte-outils précis qui minimisent le faux-rond et les vibrations. Ils sont dotés d'un mécanisme de serrage à vis sans fin qui fournit une force de serrage et une concentricité élevées, selon la société.

Les dernières nouveautés FPC incluent l'introduction d'une option mince avec un col conique de 4,5o visant à fournir un peu plus de dégagement dans les applications d'usinage à cinq axes. Emuge-Franken rapporte également que des trous d'équilibrage ont récemment été ajoutés aux supports FPC de style HSK et Capto. Comme leur nom l'indique, ces trous permettent de régler les supports dans une machine à équilibrer. L'équilibrage est particulièrement utile dans les machines à grande vitesse et lorsqu'une meilleure concentricité est nécessaire pour des dimensions de pièces très précises, a noté Dan Doiron, responsable des produits de fraisage de l'entreprise.

La clé des performances maximales d'un outil de coupe est de choisir le bon porte-outil. "Les porte-outils sont en quelque sorte la base de l'assemblage d'usinage, vous voulez donc qu'ils soient solides et rigides", a déclaré Brent Godfrey, spécialiste produit pour l'intégration de machines chez Sandvik Coromant US, Mebane, NC "Si le porte-outil et l'ensemble d'outil ont une bonne rigidité en flexion, l'outil et la plaquette resteront à peu près centrés vers le bas là où ils coupent, même s'ils sont (soumis à) des forces de coupe élevées."

D'où l'attrait des titulaires à double contact. Ils sont conçus de manière à ce que le cône et la bride du porte-outil soient en contact avec la broche de la machine. Lors de l'usinage, le double contact augmente considérablement la rigidité, ce qui peut améliorer l'état de surface et la précision dimensionnelle et également prolonger la durée de vie de l'outil. Bien que les supports à double contact ne soient pas nouveaux, de plus en plus de machines-outils sont désormais conçues pour les accepter, selon Godfrey.

Lorsque des porte-outils hautes performances sont nécessaires, de nombreux ateliers se tournent vers des mandrins hydrauliques tels que le CoroChuck 930 de Sandvik Coromant, qui comporte un piston interne qui met le fluide hydraulique sous pression afin que le fluide applique une force de préhension élevée uniformément autour de la tige de l'outil. Les mandrins hydrauliques et à ajustement serré "sont les mandrins les plus précis et les plus faibles qui existent aujourd'hui", a déclaré Godfrey.

Il a ajouté que les mandrins hydrauliques sont de plus en plus populaires auprès des clients. "Une grande partie est entraînée par les composants qu'ils doivent usiner", a-t-il noté. Ces composants peuvent avoir des tolérances étroites ou nécessiter de longs outils pouvant pénétrer à l'intérieur pour percer ou fraiser un élément.

Dans le passé, le porte-outil de choix pour le fraisage était un adaptateur de fraise en bout avec un plat Weldon, qui permet de maintenir fermement un outil en place avec une vis latérale. Un inconvénient de cet arrangement, cependant, est que la vis latérale pousse l'outil légèrement décentré, provoquant des vibrations qui raccourcissent la durée de vie de l'outil et augmentent également le faux-rond pendant l'usinage, a noté Ronald West, chef de produit senior mondial de l'outillage chez Kennametal Inc, basé à Pittsburgh.

En revanche, a déclaré West, le porte-outil HydroForce de Kennametal utilise l'hydraulique pour fournir une force de serrage uniforme tout autour de la tige de l'outil, ce qui peut limiter le faux-rond à moins de 3 µm. En plus de l'effet d'amortissement du fluide hydraulique, la force de serrage concentrique minimise également les vibrations pendant l'usinage, ce qui peut augmenter la durée de vie de l'outil de 30 % par rapport à celle des outils contenus dans les adaptateurs de fraise en bout conventionnels, selon West.

West a également souligné que les porte-outils HydroForce sont équilibrés à G2.5 à 25 000 tr/min, de sorte que les vitesses d'outil peuvent être beaucoup plus rapides que ce qui est possible avec les porte-outils plats Weldon. En plus de la poussée décentrée de la vis latérale, les pièces mobiles des supports plats Weldon "limitent vraiment votre vitesse à moins que vous ne rééquilibriez les supports à chaque fois que vous insérez un nouvel outil", a-t-il noté.

Bien qu'HydroForce ait été introduit il y a environ sept ans, l'acceptation pour les applications de fraisage a pris un certain temps. "En général, ce n'était pas la chose à fraiser avec un mandrin hydraulique" en raison de leurs forces de serrage relativement faibles, a déclaré West. HydroForce, cependant, fournit jusqu'à trois fois plus de force de serrage que les autres mandrins hydrauliques, a-t-il noté, grâce à une "conception plus robuste" qui comprend un piston plus gros et une vessie hydraulique plus lourde.

De plus, West a déclaré qu'HydroForce a gagné en popularité parce qu'il est facile à utiliser. Au lieu d'une clé dynamométrique, tout ce dont les utilisateurs ont besoin est une clé Allen commune pour tourner la vis de l'appareil. "Vous venez de le tourner à un arrêt net et il est verrouillé et prêt à partir", a-t-il déclaré.

Comme HydroForce, les systèmes d'identification par radiofréquence existent depuis un certain temps. Selon West, cependant, de plus en plus d'entreprises du secteur de l'usinage utilisent la RFID aujourd'hui en raison de l'avènement de l'industrie 4.0 et de son accent sur les développements qui facilitent l'automatisation, l'interconnectivité et l'acquisition et l'utilisation de données en temps réel. "Maintenant, la durée de vie de l'outil et toutes les choses qui vous inquiéteraient si une personne se tenait devant la machine sont (vérifiées) avec la RFID", a-t-il déclaré.

Composés d'un minuscule transpondeur radio, d'un récepteur radio et d'un émetteur, les systèmes RFID permettent la communication entre un contrôleur de machine et des dispositifs qui collectent des données et exécutent d'autres fonctions au cours d'un processus d'usinage. Par exemple, une sonde sur une machine qui vérifie les dimensions critiques d'une pièce ou d'un outil peut envoyer les données via une puce RFID au contrôleur de la machine. Si, après avoir évalué les données, le contrôleur détermine qu'une action doit être entreprise, le contrôleur peut envoyer un signal déclenchant cette action au composant ou au système approprié via la puce RFID. Pour faciliter ce type de transfert de données, a déclaré West, Kennametal met désormais des poches pour puces RFID dans tous ses supports pour outils rotatifs.

À l'instar du serrage d'outils, la technologie de serrage a été impactée par un intérêt généralisé pour les capacités synchronisées avec l'industrie 4.0. Un exemple de cette tendance est le nouveau SmartChuck vendu par Erowa Technology Inc., Arlington Heights, Illinois. Le SmartChuck offre une transmission de signal sans fil qui permet de surveiller l'état et les forces de serrage dans le cloud. Si les données transmises via le signal Wi-Fi montrent que la force de serrage du mandrin n'est pas assez élevée pour une application d'usinage particulière, un signal est envoyé à la machine avec un code d'erreur indiquant un échec de serrage. Cela empêche la machine de démarrer le cycle suivant, a noté le directeur régional des ventes d'Erowa, Fred Holzmacher.

De plus, le système SmartChuck permet aux utilisateurs de prendre des mesures préventives en mémorisant les forces de serrage appliquées par un mandrin individuel au fil du temps. "Donc, si votre mandrin commence à tomber en panne au fil des ans, cela peut être déterminé par les pressions de serrage qui sont enregistrées et vous pouvez prévenir les défaillances potentielles", a déclaré Holzmacher.

Une autre variation sur le thème de l'industrie 4.0 est le serrage dit "mécatronique" de SMW Autoblok Corp., Wheeling, Illinois. Comme son nom l'indique, les dispositifs de serrage mécatroniques comprennent à la fois des éléments mécaniques et électroniques. La clé du fonctionnement de ces produits réside dans les coupleurs inductifs qui permettent la transmission sans fil des données de serrage et de l'alimentation pour actionner le dispositif de serrage. Les coupleurs peuvent transmettre jusqu'à 1 800 W, selon la taille et le style choisis, selon l'entreprise.

Un exemple de serrage mécatronique de SMW Autoblok est le CC e-motion, un mandrin à quatre mors avec quatre entraînements mécatroniques à mors simples. Les mâchoires peuvent être ajustées indépendamment, déplacées par paires ou actionnées dans toute autre combinaison possible, a noté Larry Robbins, président de la division commerciale de l'entreprise.

De plus, les appareils mécatroniques comme le CC e-motion offrent une mesure et une surveillance de la force de préhension et de la course des mâchoires, une détection électronique de la pièce et une surveillance de la température et du couple de la pièce. « À peu près tout ce que vous pouvez faire avec la surveillance sensorielle, nous pouvons le faire », a déclaré Robbins, ajoutant que la technologie permet également la création de rapports statistiques basés sur les données recueillies.

L'un des avantages de toute cette surveillance est qu'un processus peut être rapidement arrêté si un paramètre de serrage indique qu'il y a un problème. Par exemple, a déclaré Robbins, si la pression est censée être appliquée avec quatre mâchoires mais que les lectures de pression indiquent que l'une des mâchoires fonctionne mal ou est cassée, le système peut être arrêté immédiatement. De plus, il a souligné que la surveillance permet d'ajuster les paramètres qui sont désactivés en cours de fabrication pour éviter la fabrication de pièces défectueuses.

Un autre avantage de la surveillance mécatronique est qu'elle permet l'automatisation de processus qui incluent plusieurs composants de serrage, a noté Robbins. Dans de tels processus, a-t-il dit, "tous vos contrôles de serrage (faites), et vous pouvez incorporer des pinces, des étaux, des mandrins ou tout (autre) type d'outil de serrage".

Pour automatiser le processus de changement de serrage, la société allemande Hainbuch a introduit une gamme d'interfaces de tête de serrage conçues pour faciliter le changement de mandrins et de mandrins avec un robot. Les interfaces centroteX AC (changement automatique) de Hainbuch permettent des changements de serrage plus rapides et plus précis que ceux effectués manuellement, selon Timothy Wachs, président de Hainbuch America Corp. à Germantown, Wis.

Wachs a noté que la clé pour rendre cela possible était de repenser l'ancienne interface de l'entreprise pour simplifier la façon dont elle est verrouillée en place. "Au lieu d'avoir des boulons autour de la périphérie, vous avez un boulon sur le côté que vous tournez", a-t-il déclaré.

Équipé d'un effecteur terminal approprié, a déclaré Wachs, un bras de robot peut effectuer un changement de serrage en quelques secondes avec une répétabilité élevée et sans perte de rigidité. Pour gagner plus de temps, a-t-il ajouté, le robot (qui peut être le même que celui utilisé pour le chargement et le déchargement des pièces) peut changer un mandrin hors ligne pendant que les pièces sont usinées à l'aide d'un autre serrage.

En Europe, Hainbuch fournit à ses clients un package d'automatisation qui comprend à la fois un robot et une interface centroteX AC, selon Wachs. Aux États-Unis, cependant, le robot est actuellement fourni par des tiers.

En plus d'apporter des changements tournés vers l'avenir aux dispositifs qu'ils produisent, les fabricants d'outils et de serrages envisagent un changement significatif dans la façon dont ils fabriquent leurs produits. L'idée est de fabriquer certains composants difficiles à usiner en utilisant des procédés de fabrication additive. Pour fabriquer un composant de serrage métallique avec une géométrie difficile, par exemple, un fabricant pourrait imprimer en 3D une version de base de celui-ci, puis le meuler ou utiliser un autre processus secondaire pour produire le produit final, a expliqué David Jones, responsable du serrage de précision chez Emuge-Franken USA. En ce qui concerne le maintien de la pièce, Jones pense que les meilleurs candidats pour l'impression 3D sont les pièces de haute précision qui entrent en contact avec la pièce et dont les conceptions en contact avec les pièces sont difficiles à finir en machine.

À sa connaissance, cependant, l'impression 3D n'est actuellement pas utilisée pour la production courante de pièces de serrage. "Les matériaux que nous pouvons imprimer maintenant deviennent de plus en plus exotiques, et la précision s'améliore de plus en plus", a-t-il déclaré. "Mais je pense que nous sommes encore loin de la production."

Selon Jones, l'un des obstacles actuellement à la mise en production de composants de serrage imprimés en 3D est le coût. Il a ajouté, cependant, que même s'il n'est peut-être pas rentable d'imprimer des composants de serrage en 3D maintenant, la situation pourrait changer avec le temps à mesure que la technologie se développe et que les coûts diminuent.

Dans un avenir pas trop lointain, Jones pense également que les ateliers pourront imprimer les composants de serrage dont ils ont besoin. "Peut-être que dans des années, nous vous vendrons le porte-pièce et vous aurez une imprimante en interne", a-t-il déclaré. "Ensuite, si vous avez besoin d'une pièce, nous vous accorderons une licence pour la conception afin que vous puissiez imprimer cette pièce dans votre propre établissement. Est-ce que c'est bon?"

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