Bridge Mills : un pont vers le succès

Tout comme les architectes conçoivent les maisons en fonction des besoins et des budgets de leurs acheteurs, les constructeurs de machines-outils produisent des équipements en fonction des préférences de leurs clients. Mais ce n'est pas parce qu'un centre d'usinage vertical (VMC) fait un travail décent de fraisage et de perçage, que son prix correspond au budget CAPEX de cette année et qu'il passe par la porte de réception qu'il fournira les meilleurs résultats.

Qu'est-ce qui est le plus pertinent ? Qualité prévisible des pièces et taux d'enlèvement de métal maximum de la construction de la machine-outil. Oui, les performances optimales de tout équipement CNC dépendent de l'utilisation de broches, de servomoteurs et d'autres composants électromécaniques de haute qualité, tout comme de pratiques d'assemblage et de tests rigoureux. Mais la première sur la liste pour tout VMC le plus performant devrait être sa structure cinématique, et, pour la plupart des acheteurs, cela se résume souvent à un choix fondamental : opter pour un cadre en C, ou passer à une machine de type pont ou à double colonne ?

Quelle est donc la différence ? Scott Camloh, directeur national des ventes pour Hurco North America Inc. et Takumi USA, basés à Indianapolis, a expliqué que les broyeurs à pont et à double colonne ont un axe Y entièrement pris en charge. Le premier consiste généralement en une pièce moulée en forme de U inversé monobloc dont le haut est monté sur le système de rails de l'axe Y et la tête de broche. En raison de sa plus grande taille, une machine à double colonne utilise trois moulages distincts pour former la forme en U, mais offre le même niveau de support.

Dans les deux cas, cet assemblage est boulonné à un moulage de base large mais relativement court (pas une soudure) chargé de porter la table sur une paire de glissières d'axe X. Cette disposition offre la stabilité et la rigidité nécessaires pour les charges de table importantes et lourdes, tandis que la fonte plus lourde absorbe l'inertie des vitesses de déplacement rapides élevées et des vitesses de coupe rapides.

"La construction monobloc de l'axe Y fournit également une masse pour absorber les vibrations de coupe et augmente la rigidité de l'ensemble de la machine", a déclaré Camloh. "En outre, avoir un double contact avec la base de la machine, c'est-à-dire les "jambes" du U inversé, aide à éliminer le pas dans l'axe Y et réduit l'effet d'un nivellement incorrect de la machine ou de fondations moins que stables. Et puisque l'intégralité du déplacement de l'axe X se trouve dans l'empreinte du moulage de la base, il n'y a aucun porte-à-faux de table non pris en charge commun dans les machines à châssis en C. "

D'autre part, un VMC à châssis en C typique se compose de trois composants en fonte : la base de la machine, une colonne verticale et la tête de broche. La table repose sur des axes X et Y empilés qui ont souvent un rapport de 2:1 ou plus entre les déplacements longitudinaux et transversaux. Cet agencement signifie que la table est libre de s'étendre au-delà de la structure de support dans l'axe X, ce qui entraîne un porte-à-faux et un "affaissement". De même, la distance entre l'axe central de la broche et le support est généralement aussi longue que la course de l'axe Y, ce qui la rend plus sujette à la déformation thermique.

Camloh a ajouté qu'en raison de sa plus grande rigidité et de sa stabilité thermique, un centre d'usinage de type pont surpasse généralement un VMC à châssis en C de taille similaire lors de l'usinage de pièces nécessitant des tolérances serrées, des finitions de surface supérieures, ou les deux. Ils sont également très efficaces dans les applications d'usinage à grande vitesse. "Pour les travaux de moulage par matrice, les composants aérospatiaux et même les pièces médicales, un broyeur à pont ou une machine à double colonne comme notre série BX est souvent le meilleur choix, en particulier avec des matériaux plus difficiles tels que les aciers trempés et les superalliages."

Considérant que Camloh et plusieurs des autres sources citées dans cet article représentent les deux styles d'équipement, leurs points de vue peuvent sembler surprenants. Pourtant, la plupart des experts en machines-outils, même ceux qui vendent un grand nombre de fraiseuses à châssis en C, s'accordent à dire que la construction de ponts est a) plus précise et rigide, b) prend moins d'espace au sol et c) offre une durée de vie de l'outil, une qualité des pièces et des taux d'enlèvement de métal supérieurs. Alors pourquoi les centres d'usinage à cadre en C sont-ils si populaires, en particulier parmi les propriétaires d'ateliers qui débutent ? Un seul mot : prix.

"Les verticales à châssis en C sont beaucoup moins chères à produire que les machines à pont", a déclaré Errol Burrell, spécialiste des produits de centre d'usinage pour Okuma America Corp., Charlotte, Caroline du Nord. "C'est, plus que tout autre facteur, la raison pour laquelle il existe un si grand marché. Il est important de reconnaître, cependant, qu'au moment où vous chargez une VMC de base avec toutes les options nécessaires, le prix est souvent assez proche de celui d'un broyeur à pont. Pour ces raisons, un broyeur à pont est un bien meilleur investissement. "

Pourtant, pour un entrepreneur disposant de fonds limités, n'importe quel VMC vaut mieux que rien, c'est pourquoi de nombreux propriétaires de magasins commencent avec tout ce qu'ils peuvent se permettre, puis passent à des machines-outils plus performantes à mesure que leur activité et leurs revenus augmentent. « Tu ne conduis pas la même voiture que tu avais au lycée, n'est-ce pas ? » a plaisanté Burrell, ajoutant qu'une fois qu'un propriétaire de cadre en C passe à la construction de style pont, il ne revient pas.

"Nous avons de nombreux clients qui ont remplacé un VMC à châssis C de qualité standard par l'une de nos machines GENOS M560-V", a-t-il déclaré. « Dans tous les cas, ils ont constaté une amélioration de la durée de vie de l'outil, de la qualité des pièces et des taux d'enlèvement de copeaux. Cependant, le temps de fonctionnement de la machine est tout aussi important. Comme les châssis en C sont généralement moins rigides qu'un pont ou une machine à double colonne, ils subissent plus d'usure, en particulier sur les coupes plus lourdes et les vitesses d'avance constamment élevées. Le résultat est une augmentation des coûts de maintenance.

Klaus Miller voit à peu près la même chose. Le vice-président des ventes d'Absolute Machine Tools Inc. à Lorain, dans l'Ohio, distributeur des machines CNC de marque Johnford, a noté que les niveaux de vibration plus élevés dans une machine à châssis en C causent des ravages sur la durée de vie de l'outil, ainsi que sur les roulements de broche et autres composants mobiles. "Je ne pense pas que la plupart des gens le reconnaissent. Ils essaient de prendre les mêmes profondeurs de coupe et les mêmes taux d'alimentation qu'ils le feraient sur un broyeur à pont, ce qui peut prendre beaucoup plus de temps. Pour cette raison, nous constatons qu'il y a beaucoup plus d'entretien sur un VMC standard à châssis en C [que sur un broyeur à pont]. "

Miller a ses propres histoires de réussite de clients à partager, y compris celle d'un magasin d'emplois à Dayton, Ohio, avec une douzaine de verticales C-frame. "Le propriétaire m'a dit lors d'un récent appel de vente qu'il n'en achèterait jamais un autre après avoir investi dans un centre d'usinage Johnford DMC-2100H", a-t-il déclaré. "Du point de vue de l'ergonomie, des coûts de maintenance et de la rigidité globale, [le propriétaire] a déclaré qu'il n'y avait tout simplement pas de comparaison."

Miller a coché la même liste d'avantages d'usine de pont que ses homologues chez Hurco et Okuma, et en a ajouté quelques autres. L'un d'entre eux est le débit de copeaux supérieur, un détail apparemment mineur qui peut éliminer des heures de pelletage et de nettoyage manuels chaque semaine. Les broyeurs à pont sont également plus flexibles, a-t-il déclaré, dans la mesure où un opérateur peut monter des pièces n'importe où sur la table tout en ayant un accès facile. Il a également affirmé que l'empreinte de certaines machines à châssis en C était jusqu'à 40 % supérieure à celle d'un broyeur à pont de taille comparable, ce qui occupait une surface au sol précieuse.

De façon quelque peu surprenante, ce dernier point contribue à combler l'écart de prix entre les deux styles de machines. Dit Miller, "Le conteneur maritime pour un VMC à châssis en C est assez large, ce qui, en raison des récentes augmentations du fret maritime, signifie une augmentation significative du prix affiché par rapport à une machine à double colonne. En fait, pour la toute première fois, nous avons commencé à commander de petites machines de la série DMC telles que les DMC 1200H et 1500H pour le stock. Cela est dû en partie à des prix plus compétitifs, mais c'est aussi parce que de plus en plus de magasins voient la lumière sur des machines de type pont."

Un autre type de machine-outil qui voit sa part de marché s'éroder est l'aléseuse. Là où les ateliers utilisent depuis longtemps ces grandes horizontales avec leurs fourreaux extensibles pour atteindre les soudures et les pièces moulées profondément à l'intérieur, certains constatent qu'une verticale à double colonne avec une fixation à cinq faces est non seulement plus rentable, mais peut également usiner un plus large éventail de pièces.

"Le travail de moulage et de matrice continue de dominer le marché des ponts et des doubles colonnes, mais nous constatons également un grand intérêt de la part des ateliers spécialisés dans les travaux aérospatiaux et ceux qui fabriquent de gros composants pour l'armée", a déclaré Miller. « Johnford propose une tête entièrement programmable par incréments d'un ou cinq degrés et prend en charge le changement d'outil automatique, à la fois horizontalement et verticalement. Toute la poupée mobile se déplace, prend la tête, et maintenant vous pouvez frapper cinq côtés de la pièce en une seule manipulation. Cela ouvre de nombreuses portes.

C'est le travail de moulage et de matrice que Kevin Lichtenberg, chef de produit YASDA chez Methods Machine Tools Inc., Sudbury, Mass., cible avec la série YBM, qui sont toutes des machines de type pont. Les micro-centres et les petites et moyennes machines de type pont auront toujours leur place dans les ateliers de moules et de matrices, a-t-il noté, mais pour maintenir les flux de revenus, un nombre croissant d'ateliers acceptent des travaux plus importants, nécessitant de plus grandes enveloppes de travail.

"C'est là que YASDA brille, car vous obtenez la précision d'un foreur de gabarit même dans des machines à grande capacité", a déclaré Lichtenberg. "Avec une course sur l'axe X allant jusqu'à trois mètres et 1 200 mm en Y, la jig borer YBM 1218V est une machine relativement grande, mais elle peut toujours maintenir des tolérances de deux microns ou mieux sur toute son enveloppe."

Certes, il y a un prix pour ce niveau de performance, mais c'est un prix que certains magasins sont prêts à payer si cela signifie éliminer l'électroérosion, le meulage et d'autres opérations secondaires. "Quelle que soit la fabrication de votre atelier, si vous vous efforcez constamment de respecter les tolérances au millième de pouce près, en particulier les tolérances de position réelles, vous devriez vraiment envisager d'investir dans une machine-outil plus précise", a déclaré Lichtenberg.

Malgré son enthousiasme pour les fraiseuses et les aléseuses haut de gamme, Lichtenberg a admis qu'il existe de nombreux magasins qui fonctionnent avec succès avec des équipements qu'il qualifie de marques "milieu du triangle". Et bien qu'il ne contredise pas ces choix de machines-outils ou tout autre atelier, il a suggéré que l'industrie commence à se rendre compte que l'investissement dans des machines à faible coût fournit rarement le coût par pièce le plus bas.

"Les machines-outils bon marché rendent en fait la production de pièces plus coûteuse", a-t-il déclaré. "Pour commencer, ces machines sont plus lentes. Elles ne peuvent ni avancer aussi vite ni prendre une coupe aussi lourde qu'une construction rigide. La durée de vie de l'outil est également plus courte, ce qui entraîne plus de temps d'arrêt. Et si vos pièces sont moins précises qu'elles ne le devraient, elles nécessitent plus de travail manuel, plus de temps d'inspection et plus de retouches car elles n'étaient pas correctes la première fois."

Tout cela coûte de l'argent, a ajouté Lichtenberg, mais vous en avez pour votre argent. "Les machines-outils haut de gamme ont de l'endurance", a-t-il déclaré. "Ils produisent la même coupe fiable depuis des générations. Il existe un groupe d'ateliers d'usinage qui le comprennent et qui sont devenus très rentables grâce à leur décision d'investir dans le meilleur équipement."

Malgré tous ces refus du cadre en C, il existe certaines applications où un broyeur à pont pourrait ne pas couper la moutarde. Par exemple, les pièces surdimensionnées sont plus faciles à monter sur une machine à châssis en C. En raison de leur popularité historique, il pourrait également y avoir plus d'options d'automatisation, et de nombreux opérateurs connaissent bien certaines marques de base de VMC, ce qui facilite le maintien d'un équipage. Et même si les usines à ponts nécessitent une plus petite partie de l'espace de production, elles sont généralement un peu plus hautes que leurs cousines en forme de C, ce qui pose problème aux magasins avec des portes de chargement sous-dimensionnées. Aucun de ces problèmes n'est insurmontable, mais ils jouent un rôle dans la décision d'achat.

Andrew McNamara, directeur des ventes chez Doosan Machine Tools America, Pine Brook, NJ, espère faire évoluer ces décisions d'achat dans sa direction prochainement. La société vient de présenter le broyeur à pont de la série BVM, une version alternative de sa gamme DNM bien connue, qui s'adresse aux ateliers de travail, aux moules et matrices et aux fabricants qui ont besoin d'un centre d'usinage vertical thermiquement stable et très précis à un prix compétitif.

"Nous avions une machine similaire disponible sur notre site mondial sous la marque NX II, mais nous ne l'avons jamais apportée, car nous estimions qu'elle était trop chère pour le marché nord-américain", a-t-il déclaré. "Compte tenu de la demande, Doosan a pu emballer le BVM 5700 avec des spécifications similaires au modèle NX et l'offrir de manière plus compétitive dans la région des Amériques."

Comme ses concurrents, McNamara a déclaré que beaucoup trop d'acheteurs de machines se concentraient uniquement sur le prix. Ceux-ci font partie de la foule "c'est assez bien" des propriétaires de magasins et des directeurs des achats qui pourraient ne pas réaliser tout ce qu'ils sacrifient avec cette attitude. Et comme d'autres l'ont suggéré dans cet article, la longue liste de fonctionnalités d'amélioration de la productivité qui coûtent plus cher sur une machine de base est généralement fournie en standard sur un broyeur à pont, ce qui contribue à uniformiser les règles du jeu.

Mis à part les étiquettes de prix et les options de machine, McNamara a soulevé un autre point important, particulièrement pertinent dans le monde actuel des trajectoires d'outils trochoïdales à faible force : parfois, il suffit de s'accaparer. "J'ai récemment regardé une démonstration d'usinage où ils ont comparé cinq techniques de programmation différentes", a-t-il déclaré. "Il était clair que, dans de nombreux cas, les approches d'ébauche plus traditionnelles sont plus efficaces."

Le problème, a-t-il expliqué, est que les machines à châssis en C plus légères ne prennent pas toujours en charge ces méthodes d'enlèvement de métal "entrer et labourer", de sorte que les programmeurs sont obligés d'utiliser des parcours d'outils qui augmentent la quantité de mouvement d'axe nécessaire pour usiner une pièce donnée, ce qui génère à son tour une chaleur supplémentaire dans les vis à billes et les systèmes d'entraînement. C'est un cercle vicieux, qui conduit finalement à une défaillance prématurée des composants dans certaines marques de machines-outils.

En fin de compte, les broyeurs à pont offrent une plus grande flexibilité, a déclaré McNamara. Ils sont à la fois plus rigides et, comme mentionné précédemment, beaucoup plus précis. Mis à part un prix légèrement plus élevé, le seul point négatif, a-t-il noté, est que l'axe Z d'un broyeur à pont souffre davantage de "porte-à-faux" à pleine extension, bien qu'il soit assez facile de minimiser cela en soulevant des pièces plus courtes plus près de la broche via des contremarches de serrage. "Tous les points négatifs sont facilement compensés par la masse plus importante du broyeur à pont et donc les harmoniques réduites ; sa stabilité thermique, sa précision et sa durée de vie d'outil supérieures ; et tout le reste. En termes simples, ils offrent d'énormes avantages par rapport aux machines à châssis en C."

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