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Coopération : Citizen Machinery Co., Ltd.

Une révolution dans le contrôle deu copeau

Le contrôle du copeau est l’un des problèmes à régler lors de l’utilisation de petits tours automatiques employées dans la production de pièces automobiles et l’usinage de précision de petites pièces médicales ou de composants d’équipements bureautiques. Des copeaux mal formés ou mal fragmentés s’enchevêtrent, ce qui réduit la durée de vie des outils, abime les surfaces des produits, et provoque même des pannes de machines. 
Le contrôle du copeau est donc une priorité pour améliorer la durée de vie de l’outil, assurer une qualité constante et optimiser les taux de fonctionnement des machines. Il convient dès lors d’utiliser un liquide de refroidissement haute pression brisant les copeaux directement ainsi que des plaquettes avec brise-copeaux adapté. Citizen Machinery a adopté une approche complètement inédite du contrôle des copeaux en optant pour une technologie de coupe à vibrations basse fréquence. L’entreprise a fait parler d’elle à la fois au Japon et à l’étranger à l’automne 2013 lorsqu’elle a lancé une machine utilisant cette technologie. Yoshimitsu Oita de la division ventes de Mitsubishi Materials et Akira Sato de la division développement de Mitsubishi Materials ont rendu visite à Takaichi Nakaya et Kazuhiko Sannomiya de la division développement de Citizen Machinery pour en savoir plus sur le concept et l’avenir de la technologie de coupe à vibrations basse fréquence.

Coupe à vibrations basse fréquence LFV*

La technologie de contrôle unique de Citizen Machinery synchronise les vibrations de l’axe servo avec la rotation de l’axe principal. La LFV brise les copeaux en petits fragments et les évacue durant l’opération. Ceci règle tous les problèmes liés à l’enchevêtrement des copeaux pendant l’usinage de matériaux difficiles à couper et le perçage de trous profonds. La LFV est la technologie d’usinage la plus avancée et présente l’avantage de pouvoir s’appliquer à une large gamme de géométries et de matériaux de coupe.

Interrompre la coupe pour briser complètement les copeaux

Oita (Mitsubishi Materials):  Le contrôle du copeau est un problème important que doivent résoudre carburiers et la raison pour laquelle le développement de machines de Citizen m’intéresse tout particulièrement.

Nakaya (Citizen Machinery): Tout a commencé par une demande de notre client et quelques propositions impliquant l’utilisation de la LFV. Nous avions conscience du besoin de contrôle du copeau et nos discussions ont mené à la conclusion que la LFV serait une solution, ce qui nous a incités à travailler à un développement commun. 

Sato (Mitsubishi Materials): Nous sommes d’accord qu’en général les machines-outils ne doivent pas vibrer ?

Nakaya: Bien sûr. Il est important que les machines-outils ne vibrent pas. Lorsque le client nous a présenté sa demande concernant la LFV, je me suis demandé si nous pourrions maintenir la précision d’usinage et si la machine pourrait résister aux vibrations. Mais j’ai compris le potentiel de la technologie LFV et cela m’a donné la confiance nécessaire pour travailler sur ce développement technique. 

Sato: Le gros problème de l’automatisation des sites de production, c’est le contrôle du copeau. Et le gros problème des copeaux, c’est qu’ils abiment les outils. Le contrôle du copeau pose de nombreux autres problèmes, notamment des états de surface dégradés, une moins bonne durée de vie, etc. 

Oita: Les taux de fonctionnement des machines sont la clé de la productivité (coût) dans le décolletage en grande série sur des tours automatiques. L’enchevêtrement des copeaux dans la machine empêche leur évacuation, ce qui endommage la surface. Dans le pire des cas, cela peut même entraîner l’arrêt de la machine. Une évacuation fiable des copeaux garantit que les états de surface soient de bonne qualité, réduit les problèmes généraux apparaissant lors de l’usinage et améliore la productivité globale. Nous sommes absolument ravis d’utiliser la LFV, qui nous aide à obtenir de bons résultats.

Nakaya: Nous pensons que les processus de coupe que nous avons développés à l’aide de la LFV permettront de briser et d’évacuer les copeaux par une technique d’interruption pendant la coupe, d’éviter la hausse de température sur l’arête de coupe et d’ainsi prolonger la durée de vie des outils.

Quand les matériaux difficiles à couper deviennent faciles à usiner

Citizen Machinery a lancé en 2014 la VC03, une tour à deux axes équipée de la technologie LFV. Quelle a été la principale difficulté lors du développement de la VC03 ?

Nakaya: Les principales caractéristiques de la VC03 sont indiquées dans l’illustration au bas de la page 27. La base du développement de 
machines-outils, c’est de supprimer complètement les vibrations. Nous avons donc eu du mal au départ à accepter l’idée de créer volontairement des vibrations. Ce que je veux dire, c’est que si la fréquence des vibrations LFV correspond à la fréquence propre d’un composant, la machine elle-même se met à vibrer, ce qui rend l’usinage impossible. Nous avons malgré tout poursuivi le développement. La LFV peut complètement briser les copeaux, réduire les efforts de coupe dans certaines conditions spécifiques, réduire la température sur l’arête de coupe et augmenter la durée de vie de l’outil. 
La LFV a démontré qu’elle était une solution innovante pour la fabrication.

Sannomiya (Citizen Machinery): J’estime que nous n’avons réussi que si la technologie que nous développons peut aider à résoudre des problèmes pour nos clients. Nous sommes absolument ravis de voir que la technologie LFV rend nos clients heureux et qu’elle est appréciée depuis le lancement du produit.

VC03 – Un mécanisme pour une grande précision

Le châssis et le cadre à système de chauffage symétrique, la poupée fixe de type aile et le réservoir externe de liquide de refroidissement constituent des caractéristiques de base de la VCO3 requises pour éviter tout déplacement thermique dans le temps et le transfert de la chaleur de coupe vers le corps de la machine. Son moteur intégré est équipé d’un refroidissement forcé, ne possède pas de courroie et résiste aux vibrations, ce qui favorise des rotations douces et un usinage extrêmement précis. La combinaison d’appareils périphériques tels qu’un bras de chargement et un chargeur à portique ultrarapide dont le temps de cycle n’est que de 3,5 secondes permet de répondre à une grande gamme de dispositifs d’automatisation systématique.

Comment voyez-vous l’évolution de la fabrication ?

Nakaya: Citizen Machinery s’est fixé l’objectif de « Ko No Ryosan »*, le sur-mesure de masse façon Citizen, comme concept commercial en 2013. Le concept promeut une fabrication innovante pour une production orientée client et a pour objectif d’obtenir une productivité élevée tout en garantissant le même niveau de rendement dans la production de masse comme pour les petites séries. Une large gamme de formes et de matériaux seront traités sur les lignes de production, ce qui requiert un système de contrôle du copeau unifié tel que la LFV qui peut s’appliquer à tous les types de matériaux et d’usinage. Nous devons poursuivre le développement de nouvelles technologies d’usinage pour élargir ce concept. 

Sannomiya: Nous rêvons de développer notre technologie pour faire en sorte que les matériaux difficiles à couper deviennent faciles à usiner dans un avenir proche. La LFV a considérablement réduit la longueur des copeaux et a permis de réduire leur enchevêtrement, même avec des matériaux difficiles à couper, facilitant ainsi leur évacuation. Cette réduction de la longueur des copeaux simplifie également l’enlèvement par des recycleurs, ce qui rend le produit plus écologique. 

Nakaya: Je pense que la LFV va sensiblement modifier la technologie d’usinage. La conception et les géométries des outils évoluent en fonction du concept de LFV, et la flexibilité de la conception pourra également progresser dès que nous aurons complètement réglé le problème d’enchevêtrement des copeaux. L’avenir est plein de promesses. Nous ne manquons pas d’idées et les carburiers participeront aussi à la recherche et au développement.

Oita: Nous réussirons à innover si nous pouvons discuter des géométries, de la conception et des composants des outils avec les fabricants et identifier la combinaison parfaite entre technologie et outils. Cela pourrait modifier radicalement les stratégies d’usinage sur les sites de fabrication.

Nakaya: Lors de la fabrication sur de grandes machines, la sécurité devient problématique quand des opérateurs laissent le carter ouvert pendant la fabrication afin de pouvoir retirer des copeaux manuellement. Ils le font parce qu’ils veulent éviter les dommages causés par l’enchevêtrement des copeaux, mais c’est dangereux. La LFV fournit un excellent contrôle du copeau permettant une utilisation des machines automatisée et sans danger . Nous continuerons d’étendre l’application de la technologie LFV de la VC03 à d’autres machines afin de promouvoir un travail sans danger dans d’autres processus de fabrication. 

Sato: Nous avons également investi de l’énergie dans le développement d’outils du pour nos clients et voulons fournir des méthodes d’usinage innovantes qui soient utiles aux sites de fabrication du monde entier. 

Oita: Mitsubishi Materials s’est constitué une équipe de développement technologique de pointe et nos jeunes ingénieurs sont également impliqués dans le développement d’outils. 

Sato: La technologie LFV permettant d’évacuer complètement les copeaux, nous pouvons désormais produire de nouveaux outils couvrant une large gamme de fonctionnalités, notamment des outils destinés exclusivement à la coupe LFV. Les progrès de ces nouvelles technologies et machines-outils nous incitent par ailleurs à continuer de développer des outils qui soient utiles en conditions réelles, sur les sites de fabrication de nos clients.

*Ko No Ryosan, mass customization est une marque déposée de Citizen Holdings Co., Ltd.