Automatisation simple d'une production de haute précision
Lorsqu’une entreprise comme Frank Verzahnungstechnik e.K., sous-traitant hautement spécialisé, choisit à plusieurs reprises en l’espace de quelques années une cellule robotisée de Halter CNC Automation, elle doit avoir de bonnes raisons. Un retour d’expérience sur une stratégie mûrement réfléchie.
Frank Verzahnungstechnik e.K., basée à Wehr (Bade-Wurtemberg), à environ 30 kilomètres à l’est de Bâle, est spécialisée dans la fabrication d’engrenages de haute précision pour des systèmes d’entraînement complexes.
« Avec 20 employés, nous produisons pour la construction mécanique générale des composants de transmission comme des roues dentées, des arbres à pignons ou des vis sans fin », explique le propriétaire Martin Frank.
L’entreprise fabrique ainsi pour une large gamme de secteurs : l’industrie de l’emballage, l’hydraulique, la robotique et la manutention, les technologies pour salles blanches et le vide, la technologie médicale ou encore l’industrie agroalimentaire — pour ne citer que quelques exemples.
Niveau de fabrication extrêmement élevé
Les produits sont exclusivement fabriqués selon les spécifications du client. Le niveau d’intégration verticale est donc, selon Martin Frank, extrêmement élevé :
« Nos prestations couvrent l’ensemble du processus, de l’achat des matières premières à toutes les étapes de fabrication, y compris les opérations de rectification les plus complexes, jusqu’au produit fini. Nous produisons aussi bien des pièces unitaires que des lots, par exemple de 5 unités jusqu’à des séries plus importantes de 5 000 pièces.
Puisque nous fabriquons pratiquement toujours des pièces spéciales sur mesure pour le client ou pour le produit, nous sommes tout sauf une production de masse classique.
C’est pourquoi notre production est très diversifiée, et l’on y trouve, entre autres, très peu de machines identiques..“
Compte tenu des tailles de lots à produire, le haut degré d’automatisation constitue un atout majeur de Frank Verzahnungstechnik. « À partir de 50 pièces, nous lançons déjà une production automatisée. Cela nous permet de réagir de manière très flexible et rapide, même pour des lots relativement petits, tout en produisant de façon extrêmement rentable. Par rapport à d'autres sous-traitants, c’est sans aucun doute un avantage concurrentiel significatif », explique Martin Frank.
Production automatisée de pièces de plus grande taille
Et c’est précisément l’une des raisons essentielles pour lesquelles l’entreprise a investi, en 2017, pour la première fois dans une cellule robotisée de type TurnStacker Premium de Halter CNC Automation, afin d’automatiser le chargement et le déchargement d’un tour.
Frank Verzahnungstechnik disposait certes déjà de solutions pour une automatisation partielle, par exemple avec des embarreurs sur les tours. Cependant, les dimensions des pièces à usiner dépassent largement les capacités de l’automatisation classique par barres, qui est généralement limitée à un diamètre d’environ 60 à 65 mm. Ainsi, les séries avec des volumes plus importants et des diamètres de pièces allant jusqu’à 210 mm étaient usinées sur des tours verticaux, par exemple à l’aide de plateaux rotatifs à capacité limitée pour les pièces.
Un concept de robotique convaincant
« Avec ce système, seule une usinage d’un côté est possible. Mais nous voulions surtout favoriser l’usinage automatisé des deux côtés dans l’atelier de tournage. Pour les pièces plus grandes, cela peut se faire soit avec une station de retournement et deux machines, soit avec un robot qui charge un tour horizontal.
Dans notre cas, il s’agissait d’un CTX beta 800 de DMG Mori, équipé d’une broche principale et d’une contre-broche aux caractéristiques techniques identiques. Cela nous permet d’effectuer des opérations de tournage relativement intensives sur les deux faces de la pièce, ce qui est absolument nécessaire pour l’usinage de nos composants plus grands », explique Martin Frank, qui a découvert le TurnStacker Premium pour la première fois lors d’un salon.
Le concept de la cellule robotisée a su convaincre.
« Les stations d’empilage pour pièces à symétrie de rotation m’ont semblé à l’époque les plus flexibles et les plus pertinentes pour nos composants — ce qui s’est révélé tout à fait juste par la suite.“
Grande capacité de pièces sur une surface réduite
Le TurnStacker Premium, en tant que cellule robotisée extrêmement compacte, offre une capacité de chargement particulièrement élevée sur une surface très réduite et est conçu pour des pièces allant jusqu’à un diamètre de 230 mm. Le concept d’automatisation est également très simple, notamment du point de vue de l’opérateur, et il est donc immédiatement compréhensible dans son fonctionnement..
Le tampon rotatif pour les pièces dispose au total de 12 stations d’empilage réglables. Au démarrage de la production, 11 stations sont chargées avec des pièces brutes, tandis que la dernière est réservée au dépôt des premières pièces finies.
Des dispositifs de levage facilitent la manipulation des pièces
Une caractéristique particulière de la cellule robotisée réside dans deux dispositifs de levage, surveillés par des capteurs laser, situés à des positions spécifiques de prélèvement et de dépôt sur le tampon de pièces.
Au point de prélèvement, les pièces brutes sont positionnées par le dispositif de levage de manière à ce que le robot puisse saisir la première pièce au sommet avec sa pince. Pour le dépôt des pièces usinées dans la station d’empilage correspondante, le dispositif de levage abaisse progressivement les pièces finies jusqu’à ce que la station soit complètement remplie.
Pour la manipulation des pièces, le robot utilise une pince double, ce qui lui permet de retirer une pièce finie de la machine et de la recharger immédiatement avec une pièce brute. Pendant que le robot charge et décharge la machine en continu, un opérateur peut, en parallèle au temps d’usinage, retirer les pièces finies à l’arrière sécurisé de la cellule et réapprovisionner le tampon avec de nouvelles pièces brutes.
La sécurité des processus est une priorité absolue
Grâce à l’automatisation, Frank Verzahnungstechnik usine des pièces d’un diamètre allant jusqu’à 200 mm et d’une hauteur pouvant atteindre 40 mm. Pour les diamètres plus petits, la hauteur des pièces peut toutefois aller jusqu’à 80 à 90 mm. Selon Martin Frank, les dimensions des pièces changent tous les deux à trois jours, ce qui nécessite une reconfiguration de la cellule — une opération qui, en règle générale, prend très peu de temps.
Le travail s’effectue en deux équipes.
Les équipes de jour sont principalement réservées à la production de composants plus complexes, au cours desquelles le robot peut, selon le type de pièce et la taille du lot — variant de quelques centaines à plusieurs milliers d’unités —, charger et décharger le tour de manière autonome pendant parfois jusqu’à deux heures.
« Les matériaux utilisés pour nos pièces dentées sont généralement très abrasifs».
C’est pourquoi le processus de fabrication doit être surveillé périodiquement par un opérateur, par exemple pour remplacer une plaquette de coupe à temps ou ajuster une cote si nécessaire.
Bien entendu, chaque constructeur de machines propose ses propres systèmes de surveillance, par exemple pour la durée de vie des outils ou la détection de rupture d’outil, etc.
Ce sont des processus standards, que nous utilisons évidemment aussi. Toutefois, nous opérons dans un environnement de qualité aux exigences très élevées, où la simple surveillance des limites d’usure ne suffit pas — et c’est précisément là que nos collaborateurs interviennent pour assurer le contrôle du processus. »
Frank Verzahnungstechnik transfère donc consciemment la production des pièces plus simples vers une troisième équipe non supervisée. Pour cela, la machine et le TurnStacker Premium sont préparés avant la fin de la deuxième équipe afin de permettre une production entièrement automatisée tout au long de la nuit.
Un nouveau choix pour une solution éprouvée
Il y a environ un an, Frank Verzahnungstechnik a de nouveau augmenté sa capacité de production dans le secteur du tournage, notamment en modernisant ses équipements avec un centre de tournage CLX 450 V6 de DMG Mori, également équipé d’une broche principale et d’une contre-broche.
En raison de l’expérience extrêmement positive avec la première cellule robotisée de Halter CNC Automation, il était dès le départ évident que cette machine serait elle aussi automatisée avec un TurnStacker Premium.
« La nouvelle machine, combinée à la cellule robotisée, nous offre les mêmes possibilités que le système en place depuis 2017. Cela nous permet d’atteindre un certain niveau de redondance à différents niveaux, puisque nous appliquons le même concept de fabrication avec les deux solutions et pouvons ainsi produire les mêmes pièces. Cela a considérablement renforcé notre flexibilité dans la fabrication de pièces tournées, ce qui nous permet désormais d’exploiter au mieux nos ressources de production dans l’intérêt de nos clients — et de réagir encore plus rapidement », conclut Martin Frank.
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