Les contours de l'image vidéo transmise par l'Internet ont été fraisés dans une plaque de marbre (photo: FH Nordostniedersachsen)

Les systèmes de commande en réseau et la technologie de l'usinage à grande vitesse (UGV) contribuent à un usinage rapide et rationnel des céramiques techniques et des autres matériaux durs et fragiles. Les gros progrès enregistrés au cours de ces dernières années ont des retombées dans des réseaux de communication simples à mettre en œuvre pour interconnecter des commandes CNC avec des clients, des constructeurs de machines et des fournisseurs. Une telle solution génère une augmentation sensible de la productivité et une réduction drastique des arrêts de production dus à des pannes. Un concept de machine intégré a été présenté pour la première fois à la Foire de Hanovre, en 2000.

Cette application peut être appelée sur la  page d'accueil du département Automatisation de l'université de technologie FH Nordostniedersachsen.


Télésurveillance, téléservice et télécontrôle

L'université de technologie FH Nordostniedersachsen, en coopération avec les sociétés Siemens, SNR et IBAG, a présenté à la Foire de Hanovre un concept de machine intégré pour l'usinage de matériaux durs et fragiles qui réunit les fonctions de télésurveillance, téléservice et télécontrôle sur une plate-forme de commande. Les jalons sont alors posés pour une réactivité en ligne aux exigences des clients, aux adaptations de l'usinage en fonction de la nature du matériau et à l'optimisation des paramètres de fabrication. On perçoit une augmentation de la transparence de l'environnement de fabrication, notamment pour les pièces unitaires et les petites séries, avec en corollaire une réponse plus ciblée aux attentes du client. La liaison avec les commandes CNC et les automates au niveau des machines est toujours assurée afin de pouvoir réagir immédiatement aux alarmes, de pouvoir intervenir directement et procéder à des corrections automatisées.


Broche de fraisage à grande vitesse

Le concept de machine mis au point pour l'usinage de matériaux durs et fragiles est constitué d'une cellule de fraisage modulaire 3 axes qui répond à toutes les exigences en termes de vitesse de déplacement (jusqu'à 20 m/min), de précision d'usinage (jusqu'à 0,01 mm) et de résistance à l'abrasion des éléments mobiles par les particules de céramique ultra-fines. L'élément central de la machine est une broche de fraisage à grande vitesse dotée d'une puissance motrice de 7,5 kW et d'une plage de vitesse comprise entre 20 000 et 42 000 tr/min. La broche a été durcie pour l'emploi envisagé par un système étendu de refroidissement et par un joint à air de barrage au niveau du nez de broche.


Supervision des processus via Internet avec SIMATIC WinCC

Tous les entraînements, capteurs et unités de surveillance sont reliés à une commande CNC Sinumerik 840 D. Pour la réalisation des fonctions télématiques, cette commande est couplée au Windows Control Center, le système de supervision sur PC de Siemens et le Simatic WinCC/Web Navigator (serveur). Le Simatic WinCC/Web Navigator permet de visualiser et de commander un appareil via Internet, l'intranet propre à la société ou un réseau local. Pour les communications vers l'extérieur, des liaisons Internet conventionnelles ont été volontaierment choisies afin de démontrer l'universalité et la possibilité de déploiement mondial de la solution présentée. Les mécanismes de communication utilisés par le WinCC/Web Navigator s'appuient sur une transmission à déclenchement événementiel à grand débit et sont ainsi le garant d'une excellente performance sur la "toile".


Présentation à la Foire de Hanovre 2000

Dans le cadre de la démonstration pratique du concept de machine, on a réalisé une mise en réseau permanente entre le centre d'usinage dans le hall de production et le "client" sur le stand de la Foire. Les performances de cette approche de solution ont été présentées sur l'exemple de l'usinage de bas-reliefs tridimensionnels sur du marbre au format disque compact. Pour les reliefs complexes, des fichiers CAO comptant jusqu'à 16 000 points d'interpolation ont été générés au moyen du système de traitement d'images VIDEOMAT (Siemens) et transférés dans la commande CNC. Avant, pendant et après les phases d'usinage, des informations essentielles telles que blocs CN, états de défaut et valeurs de capteurs, ont été transmises à un poste sur lequel on pouvait entrer des modifications et déclencher un arrêt de l'usinage. Parallèlement à cela, les deux sites étaient interconnectés au plan visuel et acoustique par deux webcams télécommandées (SIMATIC WinCC Guardian). Simatic WinCC Guardian a servi à réaliser l'incrustation des images de caméra dans l'image WinCC de même que la surveillance du contenu des images pour y détecter des modifications (mouvements, couleurs), lesquelles conduisent à la génération d'une alarme au départ d'une base de données. Le développement du produit et la fabrication - bien que réalisés sur deux sites éloignés - se sont déroulés en quasi simultanéité et en liaison étroite. Les traits du visage de visiteurs ont constitué le modèle pour le produit et ont été immortalisés dans du marbre en quelques minutes à 150 km de là.


Usinage du bas-relief en marbre

L'usinage a été réalisé avec des fraises à facettes en carbure. L'usinage à sec avec une vitesse de broche se situant dans le haut de la gamme de vitesse et des vitesses de progression de l'ordre de 6 m/min s'est révélé le plus avantageux en termes de contraintes thermiques, d'état de surface et d'usure des outils. Pour améliorer l'état de surface dans la partie du bas-relief à haute définition, on a décomposé l'usinage en une sous-phase d'ébauche et une sous-phase de finition avec changement d'outil. Le temps d'usinage du bas-relief représenté sur la photo a été de 6 minutes. D'autres applications d'usinage de matériaux durs et fragiles tels que des composants réfractaires de l'automobile et de l'aéronautique sont en cours d'élaboration.


Développement de produits préfigurant l'avenir

Le système présenté sur la Foire de Hanovre 2000 a démontré la faisabilité d'une nouvelle méthode de développement de produits préfigurant l'avenir. Le produit a été conçu en quasi simultanéité avec la réalisation du prototype. Les différents centres de savoir-faire ont communiqué au travers d'une plate-forme unique, éliminant ainsi les problèmes d'éloignement. On a également prouvé que des process partiels pouvaient se dérouler simultanément sur des sites distants et sur une commande centrale. La solution qui a été présentée a révélé que l'on pourra souvent renoncer à des déplacements de personnes et faire ainsi l'économie des frais substantiels engendrés par de tels voyages. Avec à la clé une augmentation de la productivité des machines et des installations.