La fabrication robotisée ne se limite pas à une seule application d'usinage. Un programme robotisé peut comprendre des sections de bras en aluminium, des plaques de montage en acier, des bases en fonte, des pièces d'effecteur en acier inoxydable, des carters de réducteur, des supports de moteur, des paliers, des supports de capteurs et de la visserie de précision. Ces composants varient en taille, en matériau, en volume et en tolérance.
Le choix de la machine CNC adaptée aux composants robotiques dépend donc de la famille de pièces et du processus de production, et non de la seule marque du secteur. Un centre de perçage et de taraudage peut convenir aux petits supports en aluminium. Un centre d'usinage vertical (VMC) peut usiner des plaques et des pièces prismatiques mixtes. Un centre d'usinage horizontal (HMC) permet de réduire les réglages sur les boîtiers. Une machine cinq axes peut faciliter l'accès aux géométries complexes de bras, d'articulations ou d'effecteurs. Une machine à portique peut être nécessaire pour les grands socles et châssis.
Ce guide explique comment traduire les exigences relatives aux pièces du robot en spécifications de machine et de processus.
Machine CNC pour composants robotiques : segmenter d’abord la famille de pièces
Regroupez les pièces par matériau, encombrement, accessibilité des fonctionnalités, tolérance, volume annuel et procédure de réglage. N'utilisez pas une seule machine pour tous les composants robotiques, sauf si le contexte commercial justifie clairement cette flexibilité. Choisissez la plateforme la plus simple permettant de fabriquer chaque groupe prioritaire de manière répétable.
Zhihe CNC inclut la robotique parmi les secteurs d'activité desservis par ses gammes de fraiseuses verticales, horizontales, à portique, de perçage et de taraudage, de fraisage et à cinq axes. Son catalogue de produits peut servir de point de départ, mais c'est le dessin technique qui guidera nos recommandations.
Construire une matrice de familles de pièces robotiques
Créez une ligne pour chaque composant représentatif et enregistrez-la :
- Nom de la pièce et sous-système du robot.
- Matière première, forme du stock, dimensions brutes, dimensions finies et poids.
- Références critiques, alésages, sièges de paliers, faces de montage, filetages et finitions.
- Nombre de faces usinées et de caractéristiques angulaires.
- Nombre actuel d'étapes de configuration et d'inspection.
- Volume annuel, taille des lots, fréquence de changement de production et cycle cible.
- Problèmes actuels de rebuts, de durée de vie des outils, de manutention ou de capacité.
Répartissez la matrice en quelques groupes de processus. Cela évite qu'une pièce à forte production de supports et une pièce à faible production d'assemblages complexes ne faussent la décision d'affectation d'une même machine.
Machines typiques adaptées aux composants robotiques
| Agencement de la machine | Adaptation robotique typique | Que vérifier |
|---|---|---|
| Centre de perçage et de taraudage | Petites plaques en aluminium, couvercles, supports, fixations de capteurs, quincaillerie nécessitant de nombreux trous | Nombre de trous, taraudage, fraisage léger, changements d'outils, copeaux, volume de lot |
| centre d'usinage vertical | Plaques de montage, supports de moteur, fixations, sections de bras, pièces prismatiques mixtes | Course, charge de la table, plage de broche, besoin d'un quatrième axe, flexibilité de changement d'outillage |
| centre d'usinage horizontal | Carter de boîte de vitesses, corps de joint, collecteurs hydrauliques ou pneumatiques, pièces moulées multifaces | enveloppe rotative, dispositif de fixation, relations d'alésage, capacité d'outillage, chute des copeaux, palettes |
| Centre d'usinage à cinq axes | Articulations complexes, pièces de bras incurvées, interfaces angulaires, effecteurs terminaux, prototypes | Accès rotatif, cinématique, FAO/poste, portée de l'outil, contrôle des collisions, étalonnage |
| centre d'usinage à portique | socles de robots de grande taille, châssis, dispositifs de fixation longs, plaques surdimensionnées, structures lourdes | Zone de travail, charge, dégagement sous pont, capacité de broche, fondation, manutention |
Une machine à commande verticale polyvalente peut constituer une excellente première machine pour des travaux mixtes. Il n'est pas nécessaire de l'utiliser pour la production en grande série de boîtiers multifaces si une machine à commande horizontale peut éliminer les manipulations répétitives et les transferts de données.
Le mélange de matériaux modifie la stratégie de broche et de copeaux
Les pièces robotiques peuvent être fabriquées en aluminium pour leur légèreté, en acier pour leur résistance et leur durabilité, en fonte pour l'amortissement et les socles, en acier inoxydable pour leur résistance à la corrosion et en plastiques techniques pour les couvercles ou les guides. Chaque matériau induit des exigences différentes en matière de vitesse de coupe, de couple, de liquide de refroidissement, d'évacuation des copeaux, de filtration et de durée de vie de l'outil.
Indiquez le pourcentage d'heures de broche prévues pour chaque groupe de matériaux. Une broche à grande vitesse choisie pour l'aluminium doit également offrir une plage de fonctionnement adaptée à l'usinage de l'acier. Une machine lourde choisie pour les socles en acier peut s'avérer inefficace pour l'usinage de milliers de petites équerres en aluminium.
Lorsqu'une machine doit traiter plusieurs matériaux, définir des pratiques de nettoyage et de refroidissement qui empêchent le mélange des copeaux, la contamination et les problèmes de mesure.
Les relations de référence sont importantes dans les articulations des robots et les carters de boîtes de vitesses.
Les logements de paliers, les guides moteurs, les alésages d'engrenages, les surfaces de montage et les entraxes de boulonnage peuvent nécessiter des ajustements précis. Les resserrages répétés peuvent engendrer des erreurs et des opérations de contrôle supplémentaires.
Une machine à commande horizontale (HMC) ou à cinq axes permet de conserver davantage de caractéristiques liées à un seul système de référence. Une machine à commande verticale (VMC) à quatre axes peut également réduire le nombre de réglages pour certaines pièces. Comparez la cartographie des faces et l'accès aux dispositifs de fixation avant d'ajouter une capacité de rotation.
Une machine proposée doit être testée en tenant compte des relations entre ses caractéristiques qui influent sur l'assemblage du robot, le jeu, l'alignement ou la durée de vie. N'acceptez pas un simple bloc de test lorsque la pièce complexe comporte plusieurs alésages et faces.
Le système de maintien des pièces doit permettre une transition flexible.
Les fournisseurs de robots gèrent souvent les révisions de conception, les prototypes, les productions pilotes et l'augmentation des volumes de production. Les dispositifs de fixation doivent présenter une répétabilité suffisante pour garantir la qualité et une flexibilité suffisante pour les changements de série.
Envisagez l'utilisation de plaques modulaires, de systèmes de point zéro, de composants de positionnement standardisés, de logements dédiés pour les pièces stables produites en grande série et de séquences de serrage documentées. Le choix optimal dépend de la taille du lot et de la fréquence des révisions.
Pour les composants de bras en aluminium fin, contrôler la déformation et le jeu de dégagement. Pour les boîtiers moulés, tenir compte des variations brutes. Pour les pièces d'assemblage de précision, éviter que les copeaux n'atteignent les surfaces de positionnement et vérifier la pièce après desserrage.
Broche, outillage et capacité du magasin : suivez le parcours
Établissez la liste des outils pour chaque famille de pièces. Incluez les outils d'ébauche, de finition, de perçage par points, de perçage, de taraudage, d'alésage, de chanfreinage, de palpage, d'ébavurage et les outils de secours. Les travaux de robotique mixte peuvent rapidement remplir un magasin.
Vérifiez la vitesse de rotation et le couple de la broche sur toute la plage de fonctionnement réelle. Les petits outils pour l'aluminium peuvent bénéficier d'une vitesse élevée ; l'ébauche de l'acier et les forets de grand diamètre nécessitent du couple et de la stabilité. Les outils longs destinés aux logements profonds présentent un risque de porte-à-faux et de vibrations.
La gestion de la durée de vie des outils et l'utilisation d'outils similaires prennent toute leur importance lorsque la cellule est conçue pour fonctionner sans surveillance ou sur plusieurs palettes. Il convient d'intégrer la mesure des outils et la détection des outils cassés lorsque la rentabilité repose sur leur remplacement automatique.
L'inspection doit refléter la fonction d'assemblage
L'acceptation de la machine doit être liée à la fonction de la pièce du robot. Il convient d'identifier les dimensions qui influent sur l'ajustement des roulements, l'alignement du réducteur, l'emplacement du moteur, la perpendicularité des joints, la répétabilité de l'interface et l'assemblage final.
Convenir du matériel d'inspection et du calendrier des mesures. Le palpage en cours de machine permet de vérifier le réglage et de détecter les dérives, mais la réception finale peut nécessiter une machine à mesurer tridimensionnelle (MMT), un comparateur d'alésage, un comparateur de hauteur, un testeur de surface ou toute autre méthode indépendante.
Mesurer les pièces minces ou soumises à des contraintes après leur démoulage. Consigner les exigences de température et de stabilisation pour les opérations de haute précision.
L'automatisation est précieuse une fois le processus stabilisé.
Les fabricants de robots peuvent naturellement envisager le chargement robotisé, les systèmes de palettes, les portes automatiques, le contrôle de présence des pièces, le palpage et l'inspection en cours de production. Ces systèmes fonctionnent de manière optimale lorsque le montage, la durée de vie des outils, la gestion des copeaux, le programme et le processus de contrôle qualité sont déjà prévisibles.
Définissez la période d'inactivité et la méthode de reprise. Que se passe-t-il en cas d'outil usé, de manque d'ébauche, de résultat de test erroné, d'ébréchure sur un localisateur ou d'interruption de cycle ? L'automatisation sans plan de reprise peut entraîner des temps d'arrêt plus longs.
Zhihe CNC propose également des solutions sur mesure pour l'usinage et l'automatisation . La demande doit préciser le flux de pièces, le sens de chargement, la capacité tampon, le takt cible, les contrôles qualité et les responsabilités des opérateurs.
Planification des capacités : Flexibilité du prototype vs. Production répétée
Un atelier de prototypage privilégie l'accessibilité, la rapidité de programmation, la visibilité et la rapidité de changement d'outillage. Une ligne de production en série privilégie l'utilisation des broches, les palettes, la capacité d'outillage, le suivi des processus et la réduction des manipulations manuelles.
Estimez le nombre d'heures de broche annuelles pour chaque famille de pièces. Ajoutez le chargement, le réglage, le contrôle, la mise en file d'attente, le nettoyage, le changement d'outils et la maintenance planifiée. Cela permettra de déterminer si une machine flexible, plusieurs machines dédiées ou une cellule mixte représente le meilleur investissement.
Utilisez le coût par pièce conforme plutôt que le seul temps de cycle. Un cycle plus rapide peut perdre son avantage s'il nécessite davantage de réglages, d'inspections, d'opérateurs ou de retouches.
Liste de vérification pour l'acheteur
- Sélectionnez trois à cinq pièces robotiques représentatives.
- Classez-les par matériau, enveloppe, caractéristiques, volume et mode de configuration.
- Indiquer les références critiques, les ajustements, les alésages, les faces et les exigences de finition.
- Comparez les itinéraires VMC, HMC, cinq axes, perçage/taraudage et portique, le cas échéant.
- Modélisez le dispositif de fixation, les outils, le jeu de rotation, le chargement et le chemin des copeaux.
- Établissez la liste complète des outils et des points de contrôle.
- Définissez l'automatisation uniquement une fois que le processus manuel et le plan de reprise sont stables.
- Réalisez un essai représentatif et documentez le cycle, la qualité, l'usure et l'intervention.
Erreurs d'achat courantes
- Le terme « robotique » est utilisé comme spécification. La machine doit correspondre aux composants réels.
- L'achat d'une seule machine pour des familles de pièces incompatibles. La production en grande série de petites pièces et les socles lourds peuvent nécessiter des plateformes différentes.
- Sans tenir compte des modifications de conception, la flexibilité du bridage et de la programmation peut s'avérer plus précieuse qu'un dispositif hautement spécialisé.
- Automatiser un processus instable. Il faut d'abord maîtriser les copeaux, la durée de vie des outils, le positionnement des pièces et les contrôles qualité.
- Tester un échantillon simple. L'essai doit inclure les relations entre les caractéristiques et les matériaux qui créent des risques.
- Sous-estimer la métrologie. La précision de la machine, la répétabilité des montages, la libération des pièces et la méthode d'inspection ont toutes une incidence sur l'acceptation.
FAQ
Quelle machine CNC est la plus adaptée à la fabrication de pièces de robots ?
Il n'existe pas de configuration idéale. Il faut adapter la machine au type de pièce : perçage et taraudage pour les petites pièces comportant de nombreux trous, VMC pour les pièces prismatiques flexibles, HMC pour les boîtiers à plusieurs faces, cinq axes pour les accès complexes et portique pour les grandes structures.
Une seule machine peut-elle traiter des pièces robotiques en aluminium et en acier ?
Souvent oui, mais vérifiez la plage de vitesse et de couple de la broche, l'outillage, le liquide de refroidissement, la gestion des copeaux, le nettoyage et le cycle d'utilisation prévu. Une machine de compromis doit néanmoins assurer correctement la tâche prioritaire.
Quand une capacité cinq axes est-elle pertinente ?
Cette solution se justifie lorsqu'elle permet de supprimer des configurations importantes, de raccourcir les outils, d'améliorer l'accès ou d'usiner des contours complexes. Elle doit être justifiée par des schémas représentatifs et la demande annuelle.
Faut-il commander l'automatisation avec la première machine ?
C’est possible, à condition que le flux de pièces, le dispositif de fixation, la durée de vie des outils, la gestion des copeaux, le contrôle et le plan de récupération soient définis. Sinon, concevez la machine et la cellule en vue d’une automatisation ultérieure.
Que doit contenir un procès ?
Utilisez le matériau réel et ses particularités. Consignez la configuration, les outils, le cycle, les interventions manuelles, le comportement des copeaux, l'usure des outils, les mesures après desserrage et toutes les limitations du procédé.
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