Les systèmes de surveillance d`usinage

Les systèmes de surveillance d’usinage
Les casses d’outils de coupe sur les machines en cours d’usinage provoquent des
effets préjudiciables à la productivité et à la rentabilité des entreprises : coût
occasionné par les changements d’outils, le re-réglage des machines… Ces effets
sont encore plus sensibles lorsqu’ils impactent des outils « spéciaux », chers ou
difficiles à se procurer ; Que dire encore des coûts engendrés par des pièces
« mauvaises » provoquées par des outils usés…
Certaines solutions empiriques, comme le remplacement des outils au bout d’un
certain nombre de pièces réalisées, sont souvent employées pour tenter de se
prémunir des effets d’une casse.
Or, ces mesures ne permettent pas de se garantir d’une casse intempestive d’un
outil ou des conséquences de l’usure des outils de coupe sur la pièce fabriquée.
D’autres systèmes d’évaluation ou de mesure des outils par palpage ou détection
(visuelle, laser ou champs électrique) existent pour vérifier l’intégrité d’outils
comme les forets ou les fraises, mais souvent ces contrôles sont réalisés en
dehors du processus d’usinage en lui-même incluant un temps de mise en œuvre
ou un temps de réponse incompatibles avec les besoins d’une production en
série.
Certains concepteurs ont mis au point des systèmes permettant de surveiller en
continu l’état des outils de coupe et qui seraient capables d’arrêter les machines
en cas de bris d’outil. Ces systèmes de surveillance sont aujourd’hui proposés
par de nombreux fabricants et peuvent équiper différentes machines en fonction
des capteurs ou solutions technologiques mises en œuvre. Le succès de ces
équipements est tel que certains constructeurs de machines-outils en équipent
leurs machines dès leur fabrication.
Quel est le principe de ces systèmes de surveillance ?
Ces systèmes comportent différents composants destinés à mesurer et à
analyser les signaux émis au cours de l’usinage.
Tous ces systèmes comportent un afficheur (tactile ou non) qui peut, dans
certains cas être celui de la CN. Cet afficheur permet à la fois de visualiser les
données
analysées
en
continu
ainsi
que
de
procéder aux différents
paramétrages du système.
Ci-contre : Principe
d’installation d’un système
de surveillance d’usinage
((© NORDMANN GMBH))
©CTDEC – octobre 2011
Certains systèmes de surveillance peuvent être connectés directement au port
PROFIBUS des CN afin de récupérer et d’analyser les valeurs des courants d’axes
consommés au fur et à mesure de l’usinage.
Différents capteurs sont positionnés dans la machine afin de mesurer et de
suivre l’évolution des signaux émis.
Ces capteurs peuvent être :
• des wattmètres,
• des capteurs d’émissions acoustiques,
• des accéléromètres,
• des hydrophones,
• des capteurs d’efforts ou de force,
• …
Les capteurs, précis et capables de distinguer les signaux réels du « bruit », sont
positionnés soit dans la zone de travail de la machine, soit sur les leviers de
cames ou les broches des machines.
Capteur acoustique dans un
tour multibroche
(surveillance d’un fonçage
et d’un tronçonnage)
Capteur d’effort positionné sur un
levier de cames d’un tour multibroche
(surveillance d’un perçage)
©CTDEC – octobre 2011
Ainsi positionnés, ils peuvent détecter les différents signaux émis par la machine
au cours de l’usinage : vibrations, bruits, pressions…
Affichage d’un signal enregistré par un
capteur d’effort et des valeurs limites
affectées (© NORDMANN GMBH)
Un signal « type » est enregistré par le système de surveillance au cours de
cycles d’usinage « normaux ». Le système comparera ensuite les signaux
enregistrés au fur et à mesure de l’usinage au signal type. Lorsque le signal
détecté dépassera des limites (fixées par l’utilisateur), le système de surveillance
déclenchera l’arrêt de la machine. L’évolution des signaux enregistrés peut-être
due à différents facteurs comme l’usure ou la casse de l’outil, des copeaux
coincés à la pointe de l’outil, …
Affichage d’un signal enregistré par un
capteur
d’effort
et
des
valeurs
d’enveloppes affectées à la courbe (©
NORDMANN GMBH)
Existe-t-il des machines pré-équipées ?
La plupart des tours multibroche numériques peuvent être équipés, en option, de
systèmes de surveillance pré-intégrés.
Dans certains cas, les fabricants de systèmes de surveillance peuvent être
associés dès la commande d’une nouvelle machine afin d’équiper celle-ci de
capteurs spécifiques dans des zones inaccessibles lorsque la machine serait en
utilisation.
©CTDEC – octobre 2011
Ces systèmes sont-ils uniquement utilisables sur des machines équipées
de CN ?
Les systèmes de surveillance peuvent équiper des machines à commande
numériques comme des machines traditionnelles. Les capteurs mis en œuvre
pourront être différents selon les machines utilisées.
Les machines multibroches et monobroches peuvent être équipées de systèmes
de surveillance d’usinage. Seuls les capteurs mis en œuvre et l’intégration du
système seront différentes selon les cas.
Qui sont les fournisseurs des systèmes de surveillance ?
Des entreprises allemandes, américaines ou françaises sont présentes sur le
marché des systèmes de surveillance d’usinage. Si le principe de fonctionnement
des systèmes présentés reste sensiblement identique, les capteurs employés et
les paramétrages du logiciel d’analyse diffèrent.
Il n’est pas aisé de débroussailler l’offre des différents fournisseurs : quel
système choisir ? quels capteurs associer à mes machines ? quelles opérations
surveiller , … ?
A la demande de plusieurs industriels, le CTDEC a lancé un projet d’étude des
centrales de surveillance d’usinage proposées sur le marché. La première phase
du projet visait à réaliser un état de l’art des différents systèmes de surveillance
disponibles. Cette phase d’état de l’art réalisée, le CTDEC a procédé
à
l’acquisition d’un des systèmes détectés afin de se lancer dans une campagne
d’essai des équipements sur les machines du CTDEC puis dans des conditions
réelles de production chez l’un des partenaires industriels du projet.
A terme, ces essais permettront de réaliser une cartographie des différentes
solutions proposées afin de guider les industriels intéressés vers les systèmes les
plus en adéquation avec leurs besoins. Les premiers résultats du projet ont été
présentés au cours d’une conférence lors d’Intercut 2011.
Contact : Stéphane Maniglier
[email protected]
©CTDEC – octobre 2011