Les avantages des machines verticales

UN FAIBLE PRIX D’ACHAT NE REFLETE PAS TOUJOURS LE COUT REEL

Les machines CNC verticales surclassent les versions horizontales en termes de volumes de vente. Pour plusieurs raisons. Le prix d’achat en est peut-être la principale. Mais est-ce toujours justifié? Et quels autres avantages offrent les machines CNC verticales? Dans cet article, nous approfondissons les centres d’usinage à 3 et 5 axes et nous comparons les machines à leur variante horizontale.

La majorité des centres d’usinage CNC sont des machines verticales. En d’autres termes, la broche, l’outil et la pièce sont alignés dans la position de sortie. La broche est orientée à la verticale. Un concept éprouvé sur les ma­chines à 3 axes mais la plupart des machines CNC à 5 axes sont également des machines verticales à l’heure actuelle. La manière dont les quatrième et cinquième axes sont intégrés procurent une multitude de variations et de choix possibles.

L’un des avantages d’une machine verticale est que la construction est plus simple que sur une machine CNC hori­zontale. Ceci explique en grande partie la différence de prix. Généralement, les ma­chines CNC sont considérablement moins chères à l‘achat. En fonction du type et de l’exécution, cette différence eut passablement grimper, jusqu’à plus de la moitié.

LES AVANTAGES DES MACHINES CNC VERTICALES

Une machine verticale autorise de nombreuses possibilités d’usinage de produits. Un grand éventail de produits peut y être travaillé. D’où la catégorie machines CNC universelles. Comme la construction est stable, de lourdes pièces peuvent y être usinées. Ou de lourds fraisages peuvent y être exécutés. Tant qu’un seul côté de la pièce doit être travaillé, cette machine est une excellente solution.

De plus, les machines verticales sont faciles à automatiser le plus souvent. Sur certains types, un accès latéral à la machine peut être prévu pour le chargement robotique. Si ceci n’est pas possible, on trouve suffisamment de systèmes placés à l’avant, tout en préservant la bonne accessibilité de la plupart des machines verticales pour l’opérateur CNC. Le chargement se fait par l’avant; sur les machines plus grandes, le chargement est souvent possible par le haut.

Le centre d’usinage vertical autorise encore d’autres adaptations qui sont meilleur marché, de telle sorte que la broche peut tourner plus longtemps sans intervention humaine. Cette option spécifique est notamment attractive si les temps de cycle sont relativement longs. La première possibilité consiste à placer plusieurs serrages sur le banc, dans lesquels se logent les pièces. Une seconde option consiste à ajouter un quatrième axe sur la machine. Celui-ci est placé sur la table. Un tel quatrième axe offre la possibilité de serrer plusieurs pièces qui seront travaillés une par une.

Ceci peut être la même pièce à chaque fois. Dans ce cas spécifique, on peut effectuer un usinage de suivi dans le second – ou troisième – serrage, de manière à retirer un produit totalement fini de la machine par cycle d’usinage. S’il n’est pas nécessaire d’usiner à 5 axes, une machine à 3 axes dotée d’un quatrième axe sur la table est une alternative attractive pour réaliser davantage d’heures de broche, sans devoir installer directement dans un robot. Le rendement de broche d’une machine à 3 axes verticale est de cette façon fortement accru.

AUTRE CALCUL DU RSI

En ce qui concerne le retour sur investissement, il semble que la machine CNC à 3 axes preste moins bien que son homologue horizontal dans la pratique. Diverses études montrent que le rendement de broche – le pourcentage des heures de travail disponibles que la broche tourne effectivement – est nettement plus élevé sur les machines horizontales. Dans certaines études, on parle d’une utilisation de broche de 30 à 35% sur les machines verticales, mais de plus de 75% sur les machines CNC horizontales.

Ces chiffres peuvent aussi être faussés parce que les machines horizontales sont le plus souvent utilisées pour des séries plus grandes ou de longs cycles d’usinage, songez à l’usinage des pièces d’avion en titane. Les machines verticales se rencontrent plutôt chez les jobbers, les sous-traitants avec des missions très variables, qui choisissent la machine verticale précisément en raison du caractère universel. Les deux mondes sont différents, ce qui a une influence sur le rendement de broche.

Cependant il est incontestable que la broche d’une machine verticale à 3 axes est plus souvent arrêtée, parce que l’opérateur doit resserrer la pièce pour usiner d’un autre côté. Cela diminue l’efficacité, à moins de choisir un quatrième axe ou un chargement robotique. La différence en termes de rendement de broche effectif indique bel et bien que l’on ne doit pas examiner le prix d’achat pour un investissement mais plutôt le rendement effectif sur base annuelle ou les coûts d’usinage par produit. Si l’on effectue moins d’heures de production sur une machine verticale bon marché, le calcul du RSI peut paraître totalement différent. Le résultat peut aussi surprendre pour des séries moyennes.

ACCÉLÉRATION OU AVANCE RAPIDE

Dans un trajet d’achat, les machines sont souvent en partie évaluées quant à leur avance rapide. “Plus élevée est l’avance rapide, plus grande est la productivité”, penserait-on. Ce raisonnement n’est toutefois pas totalement vrai. Les machines ayant la même avance rapide peuvent toutefois montrer des différences dans le temps requis pour parcourir une certaine distance avec la broche. Tout ceci est lié à l’accélération des axes. Plus la vitesse élevée, plus la machine atteint rapidement l’avance rapide maximale. La différence peut représenter des dixièmes de seconde sur un déplacement de quelques dizaines de centimètres. Des différences jusqu’à 30% dans le temps requis pour parcourir une certaine distance malgré le fait que deux machines aient la même avance rapide, ne sont pas l’exception. L’influence sur la productivité dépend de l’usinage et des distances que la broche doit parcourir en avance rapide. Idem pour le temps de changement d’outil. Cela fera peu de différence dans le travail du sous-traitant lambda. Mais si l’on fraise des séries moyennes avec de nombreux changements d’outil, c’est aussi un facteur qui influence la productivité.

DIMENSIONS ET SERRAGE

Les machines CNC verticales se différencient encore sur d’autres plans. L’un d’entre eux est que ce type de machine est généralement nettement plus compact. Ceci peut être un argument de poids, certainement à une époque où la surface au sol dans l’usine a un coût. Du reste, le concept vertical offre aux constructeurs de machines la possibilité de construire une machine à broches multiples.

Ceci se fait sur les variantes à 5 axes. En standard, le fabricant juxtapose deux, quatre broches, voire plus, qui exécutent le même usinage. Un concept que l’on voit souvent sur les machines destinées à des pièces plus petites. Elles deviennent ainsi de véritables machines de production, permettant de fraiser de grandes séries sur une surface au sol limitée. Ces machines sont notamment appréciées des sous-traitants de composants turbo pour l’industrie automobile et le secteur médical.

La popularité des machines verticales auprès des fabricants d’outils est liée à la précision. La construction de la broche, de telle sorte que l’outil est perpendiculaire à la pièce, procure la stabilité mais aussi une grande précision. L’effet de la gravité sur par exemple une machine avec une colonne mobile, si bien que la broche n’est pas totalement alignée avec l’outil, n’est pas possible.

L’inconvénient est que l’évacuation des copeaux est moins bonne. Les copeaux restent sur la pièce ou la table; dans le cas de chambres profondes, on doit évacuer les copeaux avec un lubrifiant réfrigérant pour éviter des problèmes avec l’outil. Ou l’opérateur doit bien surveiller ceci, ce qu’on préfère ne pas voir se produire car la machine doit tourner.

Remerciements à Bendertechniek, Crispyn, De Ridder, Style CNC, Chiron, Lehmann, Makino et Maple