Machines-outils

Commission
Machines-outils
et Productique
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entreprises cotisantes pour la profession Machines-outils.
Commission : Machines-outils et Productique.
Président : Jean-Pierre Nicaise – Directeur de Division Machines de Cinetic-Machining.
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Chargé de profession : Marcel Palleau.
Membres de la commission : 16 industriels et 1 représentant du syndicat Symop
(Nicolas Parascandolo).
Budget 2010 : 208 K€.
Comité programme : Filière Usinage regroupant les professions Mécanique industrielle Moulistes - Outillage, outillage pour machines - Machines-Outils et productique.
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Résultats globaux
15 projets gérés en 2010 dont 3 initiés dans l’année.
Types de projets :
- suivi et Veille de la Normalisation (Norme Électrique NFPA’79, Sécurité robotique EN ISO 10218-1, Sécurité des machines et leur
environnement…) ;
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- R&D (Impact des lois de mouvement, Conception fiabiliste, Consommation d’énergie des machines-outils,…).
6 Thématiques prioritaires du Comité Programme :
- veille technologique ;
- assurer la conformité des pièces usinées ;
- surveillance des électro-broches ;
- forage grande vitesse vibratoire ;
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- usinage à lubrification raisonnée ;
- résolution des problèmes vibratoires en UGV.
Quelques résultats d’action en 2010
E IMPACT DES LOIS DE MOUVEMENT POUR ASSURER VITESSE ET PRÉCISION
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Nécessaire évolution… pour arriver à plus de productivité, et de fait à des vitesses plus grandes, les machines-outils actuelles
ne sont plus aussi massives que celles des années 1980. Et les bureaux d’études s’emploient à des conceptions d’équipements
encore plus légers.
Cependant, pour assurer vitesse et précision, le comportement dynamique de la structure de la machine (en vibration) doit être
pris en compte dans la conception de la commande. Une étude approfondie des lois de mouvement (principalement les lois
d’accélération) d’une machine-outil a été conduite. Elle abordait trois thèmes :
- les lois d’accélération, facteur déterminant pour réduire les vibrations ;
- les régulateurs de boucles de régulation, chargés de rejeter les perturbations et de compenser les incertitudes ;
- les pré-compensateurs ou systèmes d’inversion de la fonction de transfert qui appliquent directement la fonction s’approchant
au mieux de la commande idéale, et contribueront à réduire efficacement l’erreur de traînage.
Disposant des moyens techniques pour contrôler complètement l’efficacité de ces lois et apporter une conclusion argumentée
sur les performances de ces techniques, le Cetim a conduit cette étude en deux parties : en testant d’abord les lois continues
harmoniques et polynomiales, puis les lois discontinues par commutation de type « bang bang ».
Concernant l’analyse des performances induites par l’utilisation de nouvelles lois de mouvement, les trois lois ont été testées sur
la pièce « à vagues » Cetim : une loi en bang-bang à Jerk limité, une loi polynomiale à minimum de Jerk et une loi trigonométrique
en sinus carré d’accélération.
Si les mesures de précision géométrique montrent un gain plus que significatif sur les parties « à vagues », de l’ordre de 50 à 70 %,
apporté par les lois à Jerk limité et à minimum de Jerk, les états de surface peuvent se trouver dégradés.
Aujourd’hui les trois lois étudiées fonctionnent correctement et leur sélection se fait en positionnant un bit dans un registre de
contrôle.
Cette étude a fait ressortir le besoin pour certains fabricants de machines de pouvoir effectuer la commande des automates par
un PC et donc implémenter une commande d’axes facilement.
Valorisation Les résultats de l’étude ont été communiqués aux membres de la Commission.
E SURVEILLANCE ET MAINTENANCE PRÉDICTIVE DES ÉLECTRO-BROCHES
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Dans le cadre des opérations de réparation et de maintenance des machines-outils chez les utilisateurs, les fabricants de machines ont besoin de pouvoir réaliser une surveillance en fonctionnement des électro-broches voire une maintenance prédictive de
celles-ci.
Un travail préalable a permis notamment de faire le point sur la surveillance des électro-broches. Il a montré qu’il existait une
large gamme de systèmes sur le marché qui offrent des possibilités et des complexités variées et qu’il n’y a donc pas lieu d’en
élaborer un dans le cadre d’une action professionnelle. Par ailleurs, les préoccupations différentes, en fonction des utilisations et
des marchés, ne permettent pas de définir un système « type » de surveillance d’une électro-broche.
Les travaux réalisés ont été, notamment, la rédaction d’un recueil de préconisations en fonction des différents systèmes de surveillance existants pour les domaines suivants : Automobile, Outillage, Rectification.
Le secteur aéronautique a été traité par ailleurs dans le cadre d’un important projet régional Pays de la Loire « USINAE ».
Les résultats de ce projet sont confidentiels. Toutefois, le Cetim s’est rapproché du porteur du projet (Europe Technologies) afin
qu’il le présente à la commission. Ce projet qui se termine en juin 2011 a permis de développer une broche instrumentée qui
mesure notamment les vibrations au niveau des paliers, la puissance consommée et les températures engendrées. L’objectif
étant de pouvoir proposer des broches instrumentées en fonction de l’application : types, nombres, emplacements des capteurs
et transmission des informations à la CN.
La commission a estimé que le recueil des préconisations réalisé par le Cetim et les travaux USINAE (solutions technologiques)
couvraient bien la demande de la profession.
Valorisation Le recueil des préconisations est disponible auprès du Cetim. Pour les solutions technologiques issues d’USINAE
les industriels peuvent se rapprocher de la société Europe Technologies.
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E VEILLE TECHNOLOGIQUE POUR LE SECTEUR DES MACHINES À BOIS
L’objectif de cette action permanente est d’effectuer une veille sur les évolutions des produits et des matériaux utilisés par le
secteur du bois afin d’évaluer les conséquences sur les évolutions technologiques des moyens de production. Le principe de la
collaboration et des échanges de connaissances entre clients et fournisseurs est mis en avant. Le principe retenu est de proposer
des actions d’échanges entre un expert Cetim (service veille technologique) et un expert du FCBA (Institut technologique du bois)
et d’effectuer une synthèse des évolutions technologiques des moyens de production et des secteurs clients (scierie, ameublement,
construction, etc.). Il est également réalisé des visites de salons professionnels sur les machines à bois et secteurs clients.
En 2010 les travaux de veille ont été réorientés vers une lettre informative publiée sur le site Cetim. Les informations portent sur
les nouveautés dans la filière bois : machines, produits, brevets, articles scientifiques publiés dans la presse internationale, salons,
actualités des centres dédiés. Cinq lettres informatives ont été publiées en 2010. Par ailleurs, le FCBA a couvert deux salons :
Xylexpo en mai 2010 à Milan et CIB en juin 2010 à Nantes. Le compte rendu de ces salons a également fait l’objet d’une brève
information dans la lettre informative et d’un compte rendu intégral publié sur le site Cetim.
Valorisation Lettres informatives publiées sur le site Cetim
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Quelques actions sur 2011
E UTILISATION DU LOGICIEL SIStema
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Cette action concerne le logiciel SIStema développé par le BGIA (institut allemand, devenu IFA). Cet outil est un logiciel d’aide à
la conception des circuits de commande relatifs à la sécurité (selon le référentiel normatif EN ISO 13849-1). Il intègre des bases
de données transmises par les fournisseurs de composants de sécurité et permet d’automatiser le calcul et de rappeler les grandes
lignes de la norme.
Une première étape d’évaluation a permis de déterminer l’apport de cet outil pour la profession, avec avantages et inconvénients.
Un tour d’horizon des autres logiciels disponibles visant à effectuer le même travail a aussi été effectué. Des discussions auprès d’IFA
ont permis de valider un accord sur la traduction afin de mettre ce logiciel à disposition des fabricants de machines français.
En 2010, une réunion de présentation de la version traduite du logiciel SIStema à un panel de constructeurs a permis de faire le
point sur les exemples que ceux-ci souhaiteraient voir traités sous le logiciel SIStema. Les travaux correspondants se termineront
au premier semestre 2011. La version traduite de SIStema en Français est désormais disponible sur le site d’IFA.
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En 2011, le Cetim poursuivra l’action de suivi de traduction du logiciel SIStema en fonction des nouvelles versions et finalisera les
travaux visant à fournir des exemples sur des fonctions de sécurité validées avec la norme ISO EN13849 et sous le logiciel SIStema.
Une réunion de restitution des exemples traités visant à vérifier les besoins auprès des industriels sera organisée.
Valorisation Mise à disposition gratuite du logiciel traduit en français sur le site de l’IFA à l’adresse suivante :
http://www.dguv.de/ifa/en/pra/softwa/sistema/index.jsp.
E avibus : Assistance VIBratoire au perçage par actionneUrs piézo-électriqueS
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Ce projet fait suite aux travaux développés dans le cadre du projet applicatif FGVV (Forage grande vitesse vibratoire). Avibus est
une déclinaison de la technologie du perçage assisté par vibrations à des applications aéronautiques. Le projet a été labellisé
par les pôles aéronautiques (Aerospace Valley, ASTech et Pegase), et réunit un consortium de donneurs d’ordres aéronautiques,
de fournisseurs d’outils, de machines-outils,… et le Cetim. La finalité du projet est de développer un porte-outil permettant de
percer des empilages multi-matériaux spécifiques à l’aéronautique avec l’appui de vibrations générées dans le porte-outil par un
actionneur piézo-électrique. La filière usinage est directement impactée à travers les professions la constituant, en particulier :
Mécanique industrielle, Moulistes, Machines-outils et productique, et Outils coupants.
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Le coordinateur de ce projet est le Cetim et sa durée de janvier 2010 à décembre 2012. Les travaux 2011 concerneront deux
tâches développées en parallèle :
- maîtrise du processus : il s’agit de développer des moyens d’expérimentation permettant d’étudier et d’optimiser les paramètres
du procédé. Cette phase d’expérimentation sera couplée à une phase de modélisation et de simulation ;
- développements technologiques des composants des systèmes mécatroniques, à savoir les actionneurs, les capteurs, l’électronique de puissance, les moyens de transmission d’énergie ainsi que le module de contrôle commande et interface.
Valorisation À l’issue du projet deux porte-outils seront fabriqués : l’un pour l’application forte puissance et l’autre pour
l’application miniaturisée.
E EFFICACITÉ ÉNERGÉTIQUE DES MACHINES-OUTILS, DIRECTIVE EuP
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Le Cecimo (Syndicat européen des constructeurs de machines-outils) a engagé une étude au niveau européen sur la consommation
d’énergie des machines-outils. Pour ce faire, un groupe de travail a été mis en place afin de :
- structurer des données liées à la consommation d’énergie des machines-outils. À ce jour, les résultats d’études réalisées par
des organismes indépendants sont pris comme référence alors qu’ils sont défavorables pour les machines-outils. L’objet est de
mettre en place des indicateurs pour évaluer les différentes consommations d’énergie des machines-outils en fonction de leur
utilisation (phase d’utilisation, de maintenance) ;
- définir un ou plusieurs projets afin de mettre en place des moyens contribuant à diminuer les consommations d’énergie des
machines-outils.
La commission du 15 octobre 2008 avait confirmé l’importance du sujet et avait demandé qu’un dossier d’instruction soit ouvert
afin de définir précisément le programme de travail à réaliser. Les résultats de celui-ci ont conduit la commission Machines-outils
et productique à demander au Cetim d’assurer un suivi permanent des travaux du groupe de travail du Cecimo avec une restitution
régulière auprès de la profession (synthèse semestrielle) et une alerte en cas de dérive ou de problème impactant la profession.
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En 2011, la veille sur les travaux en cours sera poursuivie au niveau européen (étude préparatoire commanditée par la Commission
européenne sur l’éco-conception des machines-outils en application de la directive 2009-125/CE) et international (projet de norme
ISO 14955 sur l’évaluation environnementale des machines-outils). Par ailleurs, il est prévu d’accompagner les travaux des industriels français sur ce thème, notamment s’ils décident de réaliser des essais de vérification des performances de leurs machines.
Valorisation Restitution auprès de la profession par une synthèse régulière des travaux du groupe de travail du Cecimo
E CONCEPTION FIABILISTE DES MACHINES-OUTILS
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« L’optimisation de la fiabilité des machines-outils en conception » : un enjeu pour les industriels de la profession ! En effet, les
résultats de l’enquête de besoins réalisée mi-2007 auprès de la profession Machines-outils et Productique montre un intérêt
grandissant pour les outils et les méthodes permettant de concevoir des machines plus fiables et d’en maîtriser les défaillances.
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Finalisation des travaux de 2011 :
- fournir des outils d’évaluation et de décision, un outil permettant l’évaluation de la disponibilité prévisionnelle basé sur la méthode
tabulaire et un outil de décision basé sur l’estimation du coût du cycle de vie (CCV) mettant en œuvre un modèle analytique, le
tout couplé à une base de données fiabilité ;
- fournir le descriptif des solutions d’amélioration de la disponibilité exploitant les possibilités des technologies d’automatisme.
Valorisation Les résultats de l’étude seront repris au travers d’un ouvrage de la collection Performances.
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Les méthodes et les techniques de sûreté de fonctionnement sont au cœur de cette problématique. Ces disciplines intègrent la
fiabilité, la disponibilité, la maintenabilité et la sécurité. Les entretiens réalisés avec les industriels à l’occasion de cette enquête
mettent en avant trois points :
- homogénéiser la terminologie utilisée ;
- proposer un outil simple permettant l’évaluation de la disponibilité prévisionnelle en phase de conception ;
- établir les pistes de solutions permettant d’améliorer la disponibilité des machines-outils.