Centres d’usinage:plus que jamais des cinq axes

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Jamais jusqu’ici le

marché n’a été aussi riche en

centres d’usinage cinq axes conçus

spécifiquement pour répondre aux multiples exigences des fabrications modernes, notamment

pour beaucoup en matière de

hautes vitesses de coupe. Voici un aperçu de

ce qu’ils représentent

en prenant des exemples de

modèles exposés à la dernière EMO de Hanovre.

Fig. 1 - Ce centred’usinage a étédéveloppé parBridgeport sur

son modèlecinq axes

FGC 1000 pour luidonner une

configurationinhabituelle

pouvant passerd’un modèle

classique à uncentre de

rectification cinqaxes à hautesperformances.

par Jean D. CYSSAU, Président du Conseil de Rédaction

Pour qui s’intéresse aux centres d’usina-ge cinq axes, il convient de réaliser qu’il enexiste, pratiquement, quatre configurations debase. Ce sont les centres d’usinage intégrantune table rotative et basculable pour les deuxaxes de rotation, ceux dont ces deux axessont confiés à la tête porte-broche, ceux àtête et table orientables et ceux à table rotati-ve montée sur tourillon. Chacune de ces solu-tions a ses avantages, notamment en matièrede capacité, d’accessibilité aux pièces et depalettisation Afin de se rendre compte despossibilités de chacune de ces constructions,on va passer en revue un certain nombre demodèles de divers constructeurs qui les ontprésenté à l’occasion de la dernière exposi-tion de la machine-outil de Hanovre.

Centres d’usinage cinq axes, ils diffèrent considérablement entre eux

Il est évident que, même en partant d’unprincipe de base identique, chaque construc-teur apporte sa propre conception pour réali-ser un centre d’usinage cinq axes capable derépondre à une diversité de critères aujour-d’hui essentiels. Il s’agit aussi bien des capa-cités dimensionnelles souhaitées par les utili-sateurs avec lesquels il est le plus fréquem-ment en relation que du genre de complexitédes pièces à produire, bien sûr aussi de la na-ture des métaux à usiner ou, encore, de la pro-ductivité à atteindre dont les exigences desusinages à grande vitesse font partie, cecisans oublier la facilité de mise en œuvre, deprogrammation et d’exploitation en général.De ce fait, vouloir effectuer un classementpointu de cette catégorie de centres d’usina-ge est illusoire. Pour cette raison, cette étude,qui est basée sur un éventail de modèles de

machines d’origines diverses, retient quatregrandes catégories de constructions et l’on yajoutera par la suite, pour compléter, les toutedernières générations à très hautes perfor-mances, généralement à moteurs linéaires.

Centres d’usinage cinq axes à table porte-pièce à deux axes de rotation

On pourrait croire que les modèles de cen-tres d’usinage cinq axes exploitant une tableporte-pièce dotée des deux axes de rotationse ressemblent fortement. On va voir que cen’est pas du tout le cas.

✔ Si l’on commence par BRIDGEPORT -pour respecter un ordre alphabétique - on adécouvert un centre d’usinage cinq axesFGC 1000 (fig. 1) assurant non seulement del’usinage normal à l’outil de coupe mais ex-ploitable, également, pour usiner ou finir lespièces par rectification. Il est, en effet, conçuavec un magasin de réserve d’outils d’un dia-mètre pouvant aller jusqu’à 75 mm à trente

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Fig. 2 (à gauche) - On voit ici une aube de turbine à gaz fixée dans un montage standard prêt e à sa rectification en pas s e profonde au moyen d’une meule de 220 mm de diamètre qui sera soumise à un puissan tarrosage dirigé avec précision afin de pouvoir travailler à vitesse rapide.

Fig. 3 (à droite) - Détail du montage porte-pièce à deux axes commandés numériquement.

Fig. 4 - Ce type de centr e d’usinage très compact, ici en version trois axes, est proposé en version cinq axes par HERMLE, portant la référence C 500 U. Il accepte des pièces occupant un volume jusqu’à 140 x 140 x 150 mm. Ces pièces peuvent être indexées par incréments de 2,5 degrés et usinées sur leurs cinq faces.

postes mais pouvant, aussi, accepter dixmeules de rectification d’un diamètre attei-gnant 220 mm. Sa conception est directe-ment dérivée d’une construction récente déjàbien éprouvée, le centre d’usinage VMC 1000 nepermettant que l’usage d’outils de coupe, à la-quelle il a été ajouté une technologie dite VI-

PER - initiale d’une expression anglaise signi-fiant “performance très impressionnante d’en-lèvement poussé à l’extrême” élaborée en par-tenariat avec Rolls-Royce, Mantec Division,pour permettre la production à haut rende-ment de pièces comme les petites aubes desturbines à gaz où l’on atteint des rendementsd’un rapport de 4 à 1 par rapport aux usina-ges traditionnels de ces types de pièces. Ellefait appel à une buse indexable sur 90 degrésdirigeant avec une très grande précision dansl’interface de la meule un liquide d’arrosagesous une pression de 70 bar afin de permettreune rectification en passe profonde à vitesseélevée (fig. 2). Elle peut rectifier aussi bien surl’axe X que Y. Le dressage a lieu, non plus endehors de cycle de rectification mais directe-ment sur la meule en place dans la broche aumoyen de molettes diamantées montées surle banc de la machine. La broche peut aller

évrier 2002 - TRAMETAL

jusqu’à 6000 t/mn mais la vitesse utilisée res-te fonction de la nature de la meule. La géo-métrie des formes à rectifier est toujours res-pectée à l’angle correct grâce au montage dela pièce sur un équipement deux axes spécial(fig. 3) se substituant à la table deux axesstandard du centre d’usinage. Ce centre d’usi-nage “polyvalent” offre l’avantage de permet-tre l’usinage complet des pièces en un seulmontage, depuis les opérations à l’outil decoupe rotatif jusqu’à la finition totale, au lieude devoir procéder, parfois, au passage surplus de deux machines. Pour des pièces com-me les aubes de turbines à gaz qui, normale-ment, passent par sept ou huit montages dif-férents pour des opérations complémentaireset demandent une encapsulation pour les pré-senter à l’angle correct, celles-ci sont fixéesune fois pour toutes dans un montage stan-dard et peuvent sortir entièrement finies en uncycle de dix à quinze minutes.

✔ Le centre d’usinage HERMLE modèleC 500 U (fig. 4) est destiné à l’usinage sur cinqfaces de pièces prismatiques d’un volume fai-sant jusqu’à 140 x 140 x 150 mm montéesquatre à la fois sur un tambour porte-pièce àrotation sur 360 degrés conçu afin de permet-tre leur indexation tous les 2,5 degrés (voir fig.5). Cette conception garantit une haute préci-sion tout en réduisant les coûts en montagesporte-pièces et en temps improductifs. Machi-ne rigide par sa conception à portique modi-fiée avec axe X optimisé pour l’alléger, elle faitappel à une base en fonte minérale. Le dépla-cement sur l’axe Y est assuré le long de troisguides sur deux guidages linéaires à galets àrecirculation. Les déplacements ont lieu enrapide à 35 m/mn sur X et Y et à 30 m/mn surZ. Les courses sur ces trois axes représentent400 x 500 x 450 mm. La précision de position-nement sur ces axes est de 5,5 µm, 6,7 µm et4,1 µm respectivement. La broche qui déve-loppe 102 Nm en standard avec une vitesseatteignant 9000 t/mn, peut atteindre 16000 t/mn en option avec couple de 53 Nm. Leschangements d’outils se font automatique-ment en “pick-up” à partir d’un magasin situé

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Fig. 5 (à gauche)- Vue arrachée

de laconstruction

du centred’usinage cinq

axes C 500 Ulancé par

HERMLE,permettant de

bien comprendrela répartitionde ses axes

et la conceptiondu tambour

porte-piècesdoté d’une

rotation sur360 degrés

autour dela table verticalequi le supporte.

Fig. 7 (en haut età droite) - Détail

de la tablerotative

porte-piècedu centred’usinagecinq axes

à haute vitesseKX8five lancé

par HURON.

Fig. 6 (en bas età gauche) -

Vue généraledu centred’usinagecinq axes

à haute vitesseKX8five à table

doublementrotative qui

permet l’usinagesur cinq axes

continu.

à l’arrière, sous le portique. On soulignera quela robustesse et la dynamique de cette ma-chine autorise les travaux de fraisage dur.

✔ C’est un puissant centre d’usinagecinq axes à haute vitesse qui vient d’être lan-cé par HURON, modèle KX8five de morphologieà banc fixe et portique (fig. 6), offrant descourses sur ses trois axes X, Y et Z de 650 x700 x 450 mm avec précision de positionne-ment de 7 µm et répétabilité de 5 µm. Il vientcompléter le modèle déjà existant KX15 degrande capacité. Le déplacement du chariotau-dessus du portique limite le porte-à-fauxpar le rapprochement de l’axe de la brochevers l’axe vertical du portique. Il est fait appelà une table rotative C sur 360 degrés d’un dia-mètre de 500 mm permettant l’usinage conti-nu sur cinq axes (fig. 7). Afin de tirer au ma-ximum parti des possibilités offertes en usina-ge à grande vitesse - dont le constructeur s’estfait l’un des champions - les vitesses d’avan-ce rapide à 50 m/mn et l’accélération à 5 m/s2

sont à souligner. Les axes A sur -30 à +90°dans un plan incliné à 45° et C sur 360° de la

table disposent de vitesses de rotation attei-gnant 50 t/mn. On soulignera que l’accéléra-tion au niveau de l’outil atteint 1 g. Le moteurde broche de 18/24 kW autorise une vitessede 24000 t/mn, une option étant proposéemontant à 42000 t/mn. Le magasin d’outils àvingt logements - ou trente en option - permetde tenir un temps de changement copeau àcopeau de 14 s.

✔ Le centre d’usinage HSM 400 U déve-loppé par MIKRON (fig. 8) réunit pour la pre-mière fois les conditions techniques néces-saires à un usinage simultané en cinq axes àhaute performance en mode grande vitesse,ce qui a été rendu possible par l’utilisation demoteurs optimisés à entraînement direct pourles axes B et C. Les objectifs techniquementambitieux posés par cette génération de ma-chine apparaissaient très osés, à savoir assu-rer une dynamique et une précision élevéesdes cinq axes et obtenir la qualité de surfacede la pièce à travailler demandée par toutmouliste et outilleur. Pour obtenir la dynami-que, le constructeur a eu recours à la techni-que de moteur linéaire ultramoderne au ni-veau des quatrième et cinquième axes. L’axede rotation peut, ainsi, atteindre une vitessede 250 t/mn et l’axe de pivotement une vites-se de 150 t/mn. L’angle de pivotement est de±110° (fig. 9). Grâce à sa vitesse élevée, l’axede rotation permet même l’exécution d’opéra-tions de tournage. Des systèmes de mesure li-

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Fig. 8 (ci-contre)- Le centred’usinagecinq axes

HSM 400 Udéveloppépar MIKRON

a étéentièrementconçu pour

travaillerà grande vitesse

avec desprécisions très

élevées

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Fig. 9 - Vue approché de l’aire de travail du centre d’usinage cinq axes HSM400 U lancé par Mikron, montrant la conception de l’unité porte table à double rotation, ainsi que la position du système changeur d’outils placé à l’arrière.

Fig. 10 - Aspect général du centre d’usinage cinq axes modèle MC 05 construit par Stama

néaire Heidenhain assurentun maximum de précisionau niveau des axes X, Y etZ, les axes B et C utilisantaussi des systèmes de me-sure directe. Certains fac-teurs jouent un rôle décisifsur la précision et la qualitéde surface. Sur le plan cons-truction, il a été fait appel àla base du centre d’usina-ge éprouvé HSM 400. Le déficonsistait à atteindre un ma-ximum de degrés de libertéet de rigidité de la table cir-culaire basculante tout enmaintenant une dynamiqueélevée, deux éléments né-cessaires à l’obtention d’une

haute qualité de surface avec un maximum deprécision. La mise en œuvre d’axes de rota-tion et de pivotement affichant les performan-ces requises a apporté la solution. Lors desusinages avec pièce à travailler positionnée,le serrage hydraulique des axes B (jusqu’à2 000 Nm) et C assure une très haute sécurité.Cette conception a, ainsi, permis d’atteindreune qualité exceptionnelle. Le centre d’usina-ge a été entièrement étudié pour une automa-tisation intégrale, étant livré en standard avecchargeur de palettes intégré et magasin devingt palettes. La table rotative basculante estprévue avec logements de palettes des sys-tèmes 3R, Erowa et Mecatool. La commandenumérique permet l’accès rapide à la techno-logie d’usinage à grande vitesse. La forte in-clinaison des recouvrements en acier inoxy-dable dans l’espace d’usinage garantit unebonne chute des copeaux et un nettoyage fa-cile. Le nettoyage de la table entièrement au-tomatisé assure la sécurité du processus duchangement de palettes. Un convoyeur à co-peaux est prévu pour un fonctionnement sansassistance.

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✔ En matière de centre d’usinage cinqaxes, STAMA propose un modèle MC05 (fig. 10)pour pièces petites à moyennes dont la tablerotative offre une surface de fixation généreu-se d’un diamètre de 100 mm, les courses surX, Y et Z faisant 500/700 x 400 x 330 mm. Latable à coordonnées offre une surface de bri-dage de 650 x 450 mm ou 850 x 390 mm. Ellesupporte les deux axes de rotation (fig. 11)obtenus au moyen de diviseurs ou de dispo-sitifs de pivotement. Les déplacements rapi-des linéaires atteignent 54 m/mn avec desaccélérations jusqu’à 1,3 g. Le plateau rotatifporte-pièce est animé d’une vitesse jusqu’à80 t/mn. L’entraînement de la broche est as-suré par un moteur de de 5,5 kW à une vitessede 8000/15000 t/mn et il est proposé en op-tion la possibilité d’assurer un arrosage desoutils par la broche. Le taraudage rigide estprévu jusqu’à une vitesse de rotation de 6000t/mn. Le tambour rotatif porte-outils, doté dequatorze emplacements, accepte des outilsd’un diamètre jusqu’à 80 mm sur une lon-gueur de 250 mm et d’une masse pouvant at-teindre 2 kg. La permutation entre outils neprend que 1,8 s copeau à copeau. La com-mande numérique à écran couleur graphiqueest une CNC 16i-MB Fanuc à programmationconversationnelle avec système de surveil-lance du couple et des bris d’outil. Elle incor-pore un progiciel de calcul automatique dessurfaces des pièces à aléser et à fraiser etpermet le démarrage de production sans pri-se d’origine, c’est-à-dire à partir de n’importequel positionnement. Pour la conversion éven-tuelle de données provenant d’un système deconception assistée par ordinateur en vue d’u-sinages avec des vitesses d’avance élevées,elle incorpore une fonction d’interpolation desdonnées NURBS qui permet de traiter rapide-ment et avec précision des allures de courbesou des surfaces de façonnage libres quelcon-ques ayant été élaborées par le système deCAO. On précisera que ce centre d’usinage

cinq axes existe aussi en ver-sion trois/quatre axes. Si l’ons’est attardé sur ce modèle decentre d’usinage, c’est essen-tiellement pour démontrer queles machines cinq axes nesont pas toutes forcément trèsélaborées. En effet, il n’estpas question ici de systèmechangeur d’outils ou de palet-tes et tout a été mis en œuvrepour laisser place à la simpli-cité et à l’efficacité.

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Fig. 12 - Détail de la répartitiondes cinq axes du centre d’usi-nage MC 05 proposé par Stamadont on peut voir la conceptiondu tambour-magasin d’outils.

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Fig. 12 (àgauche) - Vue

générale ducentre

d’usinage cinqaxes Yasda

développé pourdes usinages àgrande vitesse

de hauteprécision.

Fig. 13 (aucentre) - Détail

de la répartitiondes cinq axes

du centred’usinage Yasdaillustré figure 12.

Fig. 14 (haut,droite) - Schéma

donnant laconfiguration

des axesdu centre

d’usinage Yasda.

Fig. 15 (bas,gauche) - Centre

d’usinage cinqaxes à grandevitesse Matrixconstruit par

Breton.

Fig. 16 (ci-des-sous) - Tête

birotative ducentre d’usinage

Matrix.

✔ Le centre d’usinage à commande cinqaxes simultanés, modèle HU40-T, construit parMITSUI-SEIKI est une machine à haute perfor-mance et de précision. Elle utilise une struc-ture monobloc orientable horizontalement sur-90 à +120° qui supporte en axe C une tablerotative disposée verticalement prenant des piè-ces faisant jusqu’à 100 kg. Ses axes X, Y et Zcouvrent 610 x 560 x 560 mm, le volume usi-nable étant de 500 mm de diamètre sur 300mm. Les avances rapides linéaires sont de 36m/mn, celles de rotation de 10,8°/mn. La bro-che horizontale monte à 8000 t/mn, comman-dée par un moteur de 15 kW. Le magasin d’ou-tils dispose de soixante places. Il est possibled’équiper la machine d’un changeur automa-tique de pièces ou de palettes.

✔ On terminera ce chapitre avec l’exa-men d’un modèle H30i (fig. 12) développé parYASDA pour de l’usinage cinq axes à grandevitesse en garantissant une haute précision,ceci pour toutes formes complexes aussi biendans l’aluminium que dans la fonte ou dansles aciers. Il a été conçu pour tous types deproduction, y compris de série grâce à un chan-gement automatique de palettes. Sa concep-tion est comparable à celle de la machine pré-cédente. Ses courses (fig. 13a) linéaires de650 x 560 x 560 mm sont susceptibles d’êtreprogrammées pour des avances jusqu’à 20m/mn avec résolution de 1 µm et des coursesrapides à 40 m/mn. Celles de rotation A despalettes sur 360 degrés et B de la table dispo-sée verticalement sur -120/ + 45 degrés sefont à des vitesses respectives jusqu’à 15 et10 m/mn. La broche, commandée par un mo-teur de 18,5 kW et montant à 12000 t/mn, estlubrifiée par micro-brouillard et refroidie parcirculation de fluide. Le magasin d’outils dis-pose de 60 places extensible à 120 pouroutils d’un diamètre de 100 mm sur 300 mmde longueur et d’une masse jusqu’à 7 kg etassure les permutations en 3,9 s copeau à co-peau. Le changeur de palettes est à deux pa-lettes d’un diamètre de 300 mm à mécanismede fixation par couple curviligne afin de ga-rantir une répétabilité de positionnement de±2 µm. La CNC est une Fanuc 16i capable demémoriser jusqu’à cent vingt programmes.

Centres d’usinage cinq ax eà tête birotative

La conception des centres d’usinage àtête birotative est celle permettant de cons-truire les machines les plus compactes euégard à leurs capacités puisqu’elles ne diffè-rent pas fondamentalement de la morpholo-gie des centres d’usinage trois axes, qu’ilssoient à broche verticale ou horizontale. Undes avantages de cette conception est qu’ellese prête idéalement aux exigences de machi-nes de grosses à très grosse capacité commeon va le voir, bien qu’on la rencontre large-ment aussi pour des machines de capacitésplutôt moyennes.

✔ Le centre d’usinage cinq axes Matrixdéveloppé par BRETON (fig. 15) est destiné àdes usinages à grande vitesse grâce à unedynamique élevée. Il existe en deux modèles1300 et 800 de courses X, Y et Z, respective-ment, de 1800/3000/4500/6000/8000 x 3900x 1300 et 1600/2500 x 2000 x 800 mm dontles déplacements rapides montent à 40 m/mnavec des accélération jusqu’à 3 m/s2. La pré-cision de positionnement se situe à ±7 µmavec répétabilité de ± 5 µm. Son architecturede type portique à double entraînement a per-mis d’optimiser une zone d’usinage étenduetout en laissant à l’opérateur une grande faci-lité d’action en toute sécurité. La structuremécano-soudée étudiée par la méthode deséléments finis est fortement rigidifiée par un

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Fig. 17 (haut) - Centre d’usinage cinq axes série VS construit par Cincinnati pour l’usinage de pièces complexes relativement longues.

Fig. 18 (ci- dessus en cartouche) - Détail de la tête birotative du centre d’usinage cinq axes Cincinnati.

Fig. 19 (bas) - Aspect du centre d’usinage Modimill cinq axes de type portique cons-truit par DS Technologie

puissant nervurage. Elle permet de hautesprestations lors des usinages sujets auxplus fortes sollicitations. La tête birotative(fig. 16) avec rotation continue sur son axe Cet l’axe A pouvant travailler au-dessous grâ-ce à une rotation sur ±105° autorise les usi-nages les plus complexes en trois dimen-sions. Il est fait appel à des électrobroches

délivrant jusqu’à 21 kW avec couple de 38Nm et vitesse de rotation montant à 24000 t/mn pour permettre aussi bien les travauxd’ébauche à fort rendement que ceux de fini-tion à grande vitesse sans solution de conti-nuité. Une variété d’options est proposée pourcompléter la machine en fonction de l’utilisa-tion prévue dont un magasin d’outils à vingt-quatre postes, un arrosage par la broche àgrand débit de 60 l/mn et, pour les perçagesprofonds, un arrosage sous haute pression de60 bar, ainsi qu’un dispositif d’arrosage parbrouillard pour les usinages sans arrosage.

✔ C’est un centre d’usinage à tête portebroche disposée horizontalement que propo-se CINCINNATI en deux versions VS-2000 et3000 (fig. 17). Cette tête pivote de ±40° selonles axes A et B, la broche commandée par unmoteur de 26 kW montant à 15000 t/mn. Lesaxes linéaires X, Y et Z couvrant, respective-ment, 2032 x 762 x 770 mm et 3048 x 762 x770 mm sont parcourus en rapide à 16 x 18 x24 m/mn avec accélération de 2 et 1,5 m/s2.La précision de positionnement atteint ±6 µmavec répétabilité de ±2 µm, celle sur A et Best de ±20 s d’arc avec répétabilité de ±8 s

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Fig. 20 - Détailde la tête biro-tative porte-bro-che du centred’usinage Mo-dimill illustréci-contre.

d’arc. La robuste table, qui peut admettre jus-qu’à 2000 kg est supportée par quatre glis-sières largement espacées. Un magasin d’ou-tils à vingt et un postes accepte des outils de10 kg pouvant faire jusqu’à 305 mm de lon-gueur. On soulignera que la CNC à double pro-cesseur permet d’éditer un programme pen-dant le cycle de la machine, tandis que sonécran tactile offre, entre autres, des touchesde mise en larche et arrêt, de pré-réglage desoutils et des pièces.

✔ Sous le nom de Modimill, DS TECHNO-

LOGIE propose une configuration de centre d’u-sinage de type portique (fig. 19) susceptibled’être configuré en fonction des besoins spé-cifiques d’usinage de très grosses pièces, enquatre axes avec tête orientable ou en cinqaxes avec tête birotative (fig. 20). Afin d’assu-rer une précision maximale sur de grandescourses, la construction a été étudiée pourêtre entièrement thermosymétrique avec desguidages hydrostatiques sur les trois axes li-néaires. Pour répondre aux diverses fabrica-tions envisagées, il est proposé une tableunique, une double table, un changement depalette ou une table rotative transversale àportée hydrostatique. Le magasin d’outils peutêtre à trente ou soixante postes. Tous les ty-pes d’arrosage sont prévus, interne, externeet par brouillard. La tête rotative avec brochecommandée par moteur de 30 kW, 600 Nm,montant à 6000 t/mn, est orientable par in-dexage sur C de ±180° et sur B de +120°/-10°, ou bien en continu sur C sur 360° et surA de ±115°. Selon le modèle, on peut obtenirdes courses X, Y, Z de 3800/15800 x 3000/5000 x 1500 mm avec rapides jusqu’à 25 m/mn sur X et Y et à 15 m/mn sur Z. Une confi-guration est même prévue avec un axe W at-teignant 1500 mm.

✔ Ce sont deux centres d’usinage cinqaxes que propose FIDIA sous les référencesK 211 et K411 (fig. 21) pour les travaux de frai-sage à grande vitesse destinés à la produc-tion de moules en acier, de composants pourl’aéronautique, de turbines et compresseurs,d’électrodes en graphite et de modèles com-plexes en résine. Ils offrent des courses res-pectives en X de 2700 et 4200 mm et en Y, Zde 1100 x 1000 mm avec rapides 24 m/mn,garantissant une précision de positionnementde 12 µm. Une construction à banc fixe avecmontant surélevé permet de réduire les mas-ses en mouvement et d’obtenir des perfor-mances dynamiques supérieures. Le montant,le chariot de l’axe x, les glissières de l’axe Yet le fourreau de l’axe Z sont réalisés en acierpour obtenir le meilleur rapport masse/rigidi-té, la garantie d’une capacité de chargementélevé étant obtenue par le choix d’une tableporte-pièce en fonte. Les guidages linéaires à

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Fig. 21 (àgauche) - Aspect

du centred’usinage cinq

axes K 211,construit par

Fidia, destiné àusiner à grande

vitesse.

Fig. 22 (en haut)- Détail de la

broche birotativeéquipant le

centred’usinage K211

de Fidia.

Fig. 23 (bas,gauche) - Centre

d’usinage cinqaxes à tête

birotative KX100développé par

Huron.

Fig. 24 - (bas,milieu) - Ce

centred’usinage cinq

axes LinX deconstruction

Jobs à hautesperformances

est le dernier nédans sa gamme

de machines.

Fig. 25 (bas,droite) - Détail

de la têtebirotative équi-

roulements de dimensions généreuses avecun nombre important de patins apportent unegrande rigidité. Les risques de dérives thermi-ques sont limités par le choix d’un refroidisse-ment à température contrôlée par circulationde liquide traversant cinq zones de la structu-re de la machine. La tête birotative (fig. 22) estdotée d’une broche à moteur synchrone de27 kW limitant et contrôlant la température deson arbre et accroissant sa capacité de péné-tration. Elle dispose d’une plage de vitessesatteignant 24000 t/mn et se trouve refroidiepar circulation de liquide maintenu à tempéra-ture contrôlée par une unité indépendante. Larotation selon B est de +110 à - 40° et de + 90à - 60°. Il est prévu en standard la lubrificationde l’outil par émulsion et un système de lava-ge de la table. Le magasin d’outils à quaran-te-deux postes est logé à l’intérieur du bâti.Un évacuateur de copeaux, un système d’as-piration des poussières de graphite et un pré-réglage d’outils sont proposés en option.

✔ Afin d’obtenir une haute rigidité asso-ciée à une précision élevée, le centre d’usina-ge cinq axes KX 100 développé récemment parHURON (fig. 23) est prévu avec une architectu-re constituée d’un portique et d’un banc fixesavec une table mobile, un chariot et un coulis-seau supportant l’ensemble tête porte-élec-trobroche. Ses grandes courses X, Y et Z de2300 x 2300 x 1000 mm parcourues en rapi-de à 40 m/mn avec accélération de 5 m/s2 etsa tête birotative à deux axes continus en fontla machine idéale pour la fabrication des mou-les et modèles, ainsi que des pièces mécani-ques complexes d’une taille jusqu’à 2500 x1250 mm. L’électrobroche de 30 kW, 240 Nm,monte à 18000 t/mn, ce qui lui confère uneexcellente capacité d’amortissement des ef-forts de coupe qui se traduit par d’excellentsétats de surface. Les vitesses de déplace-ment élevées associées à des temps de trai-tement des blocs très courts, inférieurs à 5ms, permettent des usinages de finition allantjusqu’à 40 m/mn lors de l’usinage de surfacescomplexes. Avec une précision de position-nement de 10 µm, la répétabilité est de 7 µm.La CNC à architecture PC avec processeur

Pentium Pro intègre un disque dur à mémoireprogramme d’au moins 1,2 Go. Elle com-prend, par ailleurs, le système standard d’ex-ploitation Windows, un lecteur de disquette etune mémoire RAM de 1,5 Mb, ainsi qu’une op-tion de raccordement au réseau Ethernet del’entreprise pour communiquer avec la plu-part des systèmes de FAO du marché.

✔ Chez JOBS, la grande nouveauté est lecentre d’usinage cinq axes à grande vitesse àmoteurs linéaires LinX (fig. 24) exploitant desstructures d’une extrême rigidité pour en op-timiser les performances dynamiques. Le cons-tructeur souligne parmi les avantages décou-lant de cette solution les performances maxi-males en termes de vitesse et d’accélération,la précision et la qualité des travaux de fini-tion, la flexibilité d’utilisation dans les matiè-res les plus variées allant de l’acier à l’alu-minium en passant par la fonte, le titane oules composites, la maintenance aisée due àl’absence d’organes mécaniques sujets àusure et le fonctionnement silencieux obtenupar l’absence d’organes de transmission mé-caniques. Destinée à l’usinage à grande vites-se, elle l’est aussi pour l’ébauche des ma-tières dures rencontrées dans la fabricationdes moules et des pièces aéronautiques etd’automobiles. Cette machine existe en troismodèles de base à courses X, Y et Z de 1500x 2200 x 900 mm, 2200 x 3200 x 1250 et5200 x 3200 x 2000 mm avec rapides respec-tifs de 60, 40 et 40 m/mn Les plages de rota-tion selon les axes A et C sont de ±200 x +90/

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pant le centred’usinage LinX.

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Fig. 26 - Centre d’usinage cinq axes Powermill de construction Line usinant de grosses pièces en acier à haute valeur ajoutée. Cette version est équipée d’un moteur de broche de 45 kW.

Fig. 28 - Les centres d’usinage cinq axes susceptibles d’être sélectionnés chez MECOF sont aussi nombreux que variés dans leur configuration. On a retenu ici une sélection de dispositions de machines à tête birotative destinée à imager le savoir-faire de c econstructeur qui se place, évidemment, aussi parmi les spécialistes des machines de grande capacité

Fig. 27 - Détaild’une des têtes bi-rotatives équipantles centres d’usi-nage cinq axes deconstruction Line.

-120°, ±200 x +90/-120 ou ±200° et ±200 x±100°. Le magasin d’outils standard de 16/20ou 32/40 places peut être étendu jusqu’à 180places. En option sont prévus un systèmed’aspiration pour graphite et composites, unmoteur-broche intelligent, un capteur d’équi-librage, un capteur de couple, une gestionde la vie des outils et d’outil frère, un arrosa-ge par émulsion ou à haute pression par l’in-térieur ou l’extérieur de la broche, ainsi qu’unsystème de palettisation.

✔ On se doit de mentionner ici la placetenue par les gros centres d’usinage Power-mill de LINE largement destinés à l’usinagedes pièces aéronautiques et de véhicules ter-restres de grandes dimensions (fig. 26). Lamorphologie de base de ces machines est detype à portique mobile et table fixe dont lescomposants sont très largement calculés pourse prêter aux contraintes exercées par les usi-nages d’ébauche les plus productifs commeà la précision requise par les travaux de fini-tion sur des pièces souvent stratégiques àhaute valeur ajoutée. Comme c’est le cas surces machines de grande capacité, les deux

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axes d’orientation de la broche sont confiés àune tête birotative ((fig. 27) facilitant les usina-ges des formes les plus complexes.

✔ Dans le cadre d’une large famille demachines de très grandes dimensions au pro-gramme de MECOF, allant de celles de mor-phologie type grosses aléseuses-fraiseuses (fig.28) jusqu’à celles d’architecture à portiquedont l’axe X peut atteindre jusqu’à 5000 mm,on retiendra la série Dynamill dans sa versioncinq axes à tête birotative qui donne une idéede l’étendue des configurations proposées parce constructeur. Il s’agit de centres d’usinageà portique mobile existant en deux modèles,S avec courses X, Y et Z de 2000 x 1250/1500 x 3000 mm et L avec courses respecti-ves de 4000/5500/7000 x 1250/1500 x 3000mm. Ces deux modèles existent en versionsDynamill 3000 et Dynamill 2000, toutes deuxmunies d’un plateau rotatif à 360000 posi-tions. La première avec tête universelle àélectrobroche bénéficie d’une puissance de22/30 kW avec couple maximal de 500 Nm etd’une plage de vitesses de 10 à 4000 ou 3000t/mn. La seconde, avec un autre type de têteuniverselle également à électrobroche dispo-se d’une puissance de 17,5/24 kW avec cou-ple maximal de 27,8 Nm et d’une plage devitesses de 600 à 24000 t/mn. Elle est équi-pée d’une taque de 3000 x 2000/4000/5500ou 7000 mm pouvant supporter jusqu’à 15 t.Les déplacements linéaires se font en rapideà 15 m/mn avec accélérations de 1 m/s2. Cesdifférents modèles sont prévus avec magasind’outils à chaîne à vingt-quatre ou quarante-huit places pour des outils jusqu’à 200 mm dediamètre et 400 mm de longueur qui sontéchangés par “pick-up”. En option sont pro-posés des systèmes de détection de brisd’outil par laser et de mesure de longueur,ainsi qu’un équipement changeur de têted’usinage à deux ou trois postes, ces têtesétant proposées par le constructeur en cinqversions différentes.

✔ C’est une grande variété de centresd’usinage à montant fixe ou mobile mais, sur-tout, de type à portique fixe que construit NI-

COLAS CORREA. On retiendra ici le modèle fp-40à portique (fig. 29) qui, outre une variété de tê-tes disponibles bénéficie de hautes qualitésdynamiques et d’une exceptionnelle fiabilité.Avec des courses X, Y et Z de 4000 x 2500 x1000 mm et un passage entre montants de2300 mm, ses avances de travail montent à10 m/mn et ses déplacements rapides se fontà 12 m/mn sur X et Y et à 15 m/mn sur Z. Labroche, animée par un moteur de 30 kW aveccouple de 725 Nm, dispose d’une plage de vi-tesses de 40 à 5000 t/mn. Parmi les têtesd’usinage, on retiendra plusieurs modèles detêtes universelles (fig. 30) mais, aussi, des tê-

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Fig. 29 (gauche)- Centre

d’usinage cinqaxes de type à

portique mobilede constructionNicolas Correa.

Fig. 30 (droite) -Deux des

modèles de têtesd’usinage

pouvant équiperle centre

d’usinageillustré sur la

gauche.

Fig. 31 (bas,gauche) - Centre

d’usinage cinqaxes à grande

vitesse modèlePantera

développé parNicolas Correa.

Fig. 32 (bas,milieu) - Centre

d’usinagecinq axes

à haute vitesseet à grand

rendement,modèle THS,

construit parParpas.

Fig. 33 (bas,droite) -

Quelques-unesdes têtes

d’usinage à haute

vitesse pouvantéquiper le centre

d’usinage cinqaxes Parpas

illustré sur lagauche.

tes de fraisage vertical ou horizontal fixes ouhorizontal indexables. Le magasin d’outils àtrente ou soixante postes permet des chan-gements avec broche aussi bien en positionverticale qu’horizontale. Outre un arrosage parla broche, il est proposé en option une unitéd’arrosage sous haute pression, ainsi qu’unsystème de changement et de magasinagede têtes. Il semble opportun de préciser quecette machine existe aussi en un modèle pluspetit FP-30 de 2500 x 2000 x 800 mm de cour-ses et un autre plus grand FP-50 avec coursesde 5000/6000/8000 x 3250 x 1000 mm. Parailleurs on retiendra l’existence d’un centred’usinage à grande vitesse Pantera (fig. 31)avec courses de 4500 x 3100 x 1200 mmsusceptible d’usiner des pièces entrant dansune enveloppe de 5500 x 3500 x 1355 mm,disposant de courses rapides à 20 m/mnavec accélérations de 3 m/s2. Il peut recevoirune variété de huit têtes d’usinage différentesdont trois pour usinage cinq axes dotéesd’une électrobroche de 15/20 kW avec cou-ple de 38 Nm disposant d’une plage de vites-ses de 40 à 18000 t/mn. Il est équipé d’unmagasin d’outils sans bras changeur à vingt-quatre places pour outils jusqu’à un diamètrede 100 mm et une longueur de 275 mm.

✔ Le centre d’usinage cinq axes à hautevitesse modèle THS (fig. 32) construit par PARPAS

est prévu pour recevoir aussi bien des têtesde fraisage de puissance que des têtes uni-verselles à grande vitesse (fig. 33) capablesde convenir aussi bien pour des travaux

d’ébauche dans des matiè-res relativement dures quedes opérations de finitionpoussée. Avec des coursessur ses trois axes X, Y et Zde 2000/2500 x 1250 x1250 mm, il peut exploiterdes avances jusqu’à 20000mm/mn et bénéficie de dé-placements rapides à 30 m/mn. Il peut être équipéd’une table porte-pièce de1100 x 2350 x 2750 mm oude palettes carrées de 1000ou rectangulaires de 1000 x1250 mm. La puissance de

l’électrobroche est de 16 ou 12 kW, selon latête, avec couple respectif de 25,4 ou 14 Nm.La vitesse de rotation monte à 21000 ou26000 t/mn respectivement. L’axe A couvre±105 ou 120°, l’axe B est continu. Le magasind’outils offre de vingt à cent vingt postes selonl’option retenue.

✔ Le toute dernière famille de centresd’usinage cinq axes STC/CWK lancée par STAR-

RAG-HECKERT est basée sur une stratégie deplate-forme capable de recevoir un nombrede composants communs aussi élevé que pos-sible, ce qui a donné naissance à un systèmede centres d’usinage (fig. 34) extrêmementprécis et de dynamique élevée répondant auxexigences de production sévères des indus-tries automobile et aéronautique, de la machi-ne-outil, des turbines, ainsi que de la méca-nique en général. On peut, ainsi, usiner enquatre ou en cinq axes en un seul montagedes pièces pouvant atteindre 3000 mm delongueur et une masse de 8000 kg, qu’ellessoient en aluminium, en acier, en titane ou,même, en alliages de nickel. Le concept mo-dulaire permet de construire des machines àla demande avec broche de fraisage en cinqaxes à transmission mécanique ou en versionélectrobroche montant à 30000 t/mn, ou avecsystème d’échange automatique. On peut pré-voir aussi une tête pour usinage cinq axes ho-rizontale, la puissance de broche pouvantatteindre, selon la solution retenue, jusqu’à 53kW. Les courses linéaires se font en rapide à

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Fig. 34 - Aspect du centre d’usinage cinq axes STC 1000 Symphony Starrag-Heckert de construction entièrement modulaire tel qu’il a été présenté pour la première fois à la dernière exposition de Hanovre.

Fig. 35 (droite) - Centre d’usinage cinq axes Zimmermann de type à portique fixe sur colonnes mobiles au-dessus d’une taque de grandes dimensions.

Fig. 36 (en cartouche, en haut et à droite) - Détail de la tête d’usinage birotative équipant le centre d’usinage Zimmermann.

60 m/mn avec accélérations à 5 m/s2. Un ma-gasin à chaîne ou une tour magasin peut re-cevoir jusqu’à 240 outils faisant jusqu’à undiamètre de 450 mm et une longueur de 800mm. Des versions à table rotative en axe Bexistent, y compris à table de fraisage-tourna-ge. Il est prévu, également, l’aménagement dece type de centre d’usinage en cellule de fa-brication flexible avec réserve de palettes cir-culaire ou linéaire.

✔ On trouve, chez ZIMMERMANN, unegamme de trois grandeurs de centres d’usi-nage de type à portique fixe sur colonnes mo-biles au-dessus d’une longue taque, ainsi quedeux grandeurs supérieures du même con-cept de centre d’usinage mais à portique mo-bile sur deux très généreux montants. Seulsles quatre modèles des plus grandes capaci-tés sont conçus pour l’usinage cinq axes,éventuellement en trois ou quatre axes en op-tion. On retiendra le modèle FZ30 qualifié demachine classique à hautes performances pourl’industrie des moules et modèles par sonconstructeur pour donner une idée des princi-pes retenus dans la construction de toute lagamme. Conçu au départ pour répondre leplus précisément possible aux exigences desmoulistes, ce type de centre d’usinage béné-ficie d’une grande flexibilité de ses aménage-ments, étant prévu avec une variété d’optionsdestinées à lui permettre de couvrir parfaite-ment tous les domaines d’applications. C’est,en fait, une machine modulaire pouvant com-biner une variété de capacités d’usinage, detêtes de fraisage, de types et de marques decommandes numériques. La construction àbanc fixe et portique déplaçable selon l’axe Xpar un double entraînement apporte le maxi-mum d’avantages aux moulistes. La base enfonte est destinée à un puissant ancrage ausol afin de garantir le parfait statisme de lapièce dont la masse ne risque jamais d’affec-ter les performances de la machine. Les mas-ses en mouvement sont, ainsi, le robuste por-tique avec ses chariot transversal et verticalportant la tête d’usinage. Le rapport de mas-se constant garantit les caractéristiques dyna-

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miques stables indispensables pour obtenir laprécision et la qualité des surfaces de la pièceusinée. Ces caractéristiques et des entraîne-ments hautement dynamiques donnent d’ex-cellentes conditions pour l’usinage de matiè-res comme l’aluminium, la kirksite, les plasti-ques et le bois, ainsi que pour la finition del’acier et de la fonte. La hauteur du portique etdu chariot transversal atteint 770 mm et, pourgarantir la stabilité du chariot porte tête defraisage, sa section est de 340 x 320 mm,tous les guidages linéaires à rouleaux des dif-férents chariots comportant jusqu’à huit pa-tins supports. L’arrosage par système de lu-brification minimale de part et d’autre de labroche est associé à des collecteurs montésà l’avant pour le lubrifiant et les copeaux. Laprécision de positionnement de 50 µm sur Xet de 30 µm sur Y et Z est assurée par un sys-tème de mesure dont la résolution atteint lemicron, la répétabilité respective étant de ±20et 15 µm. La tête cinq axes (fig. 36) est dotéed’une électrobroche à haute fréquence de 18kW refroidie par circulation de liquide qui dé-livre une plage de vitesses de 3000 à 20000t/mn avec couple maximal de 57 Nm. Lescourses sur les axes X, Y et Z sont de 3000/6000 x 2300/3300 x 1000/1500 mm avec desdéplacements rapides à 20 m/mn et accéléra-tions de 1,5 m/s2, celles des axes A et B étantrespectivement de ±110° et ±300°. La tableporte-pièce peut avoir une surface de 4500/8000 x 2000/3000 mm. Le magasin d’outilsde type à chaîne à changement automatiquepar technique directe “pick-up” sans bras, quise trouve situé latéralement à la table porte-pièce et peut disposer de douze, quarante ousoixante places d’outils, n’est pas prévu enstandard sur le modèle FZ30 mais est incorpo-ré d’origine sur celui FZ40 à portique mobile,les outils pouvant faire jusqu’à 150 mm dediamètre et 360 mm de longueur, Ses coursessur les trois axes linéaires font 3000/6000 x2000/3000 x 1000/2000 mm, les pièces étantadmises jusqu’à une masse de 30000 kg.

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Fig. 37 - Cecentre

d’usinagevertical cinqaxes modèle

XCEEDERdéveloppé

par Breton estune machine

rapide à tablerotative sur

tourillondisposant de

vitesses decourse montant

à 60 m/mn etd’accélérations

de 0,6 g.Il peut recevoir

trois typesde broches à

moteur à hautefréquence dontune atteignantune vitesse de

40000 t/mn.

Fig. 38 - Centred’usinagecinq axescontinus

modèle VF-6TRdéveloppé

par Haas, detype à broche

verticale età table rotative

sur tourillon,développé pour

l’usinagede piècesde formes

complexes enun seul bridage.

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Centres d’usinage cinq ax eà table deux axes à tourillon

Le recours à une conception de centred’usinage doté d’une table à deux axes de ro-tation, l’un pour la table porte-pièce elle-mê-me, l’autre pour le tourillon qui la supporte,est particulièrement appréciée dans le sec-teur aéronautique et celui de la fabricationdes matrices très complexes du fait de la libreaccessibilité aux pièces pour leur montage etleur contrôle. Qui plus est, la disposition de latable tout à fait à l’avant de la machine auto-rise une morphologie parfaitement thermosy-métrique avec les axes linéaires et leurs en-traînements éloignés de la zone d’usinage, doncne participant pratiquement pas à un échauf-fement en service.

✔ On trouve ce type de centre d’usinagechez BRETON avec son modèle XCEEDER à ar-chitecture portique (fig. 37) conçu pour desusinages à haute production et grande vites-se. Très compact, en version de base troisaxes il offre un champ d’usinage X, Y et Z de1200 x 1000 x 600 mm dont les déplace-ments rapides s’effectue à 60 m/mn avec desaccélérations de 6 m/s2 (0,6 g). En versioncinq axes, la table rotative permet un diamè-tre utile d’usinage de 860 mm avec son axe Ccontinu et l’axe A de tourilonnage offrant un

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s

débattement de +130° à -30°, ce qui autorisedes usinages tridimensionnels sur les cinq fa-ces des pièces. La construction mérite quel’on s’y arête car cette machine est constituéed’une base en U monobloc constituée d’unearmature d’acier dont les éléments sont noyésdans la masse d’un composite de quartz liépar une matrice polymère qui a été appeléeMetalquartz. Cette base offre l’avantage d’unetrès haute rigidité et d’une capacité d’amor-tissement dépassant nettement celle des ba-ses en simple béton polymère. Elle supportedirectement sur chacune de ses parois lesguidages du portique qui, lui-même, reçoit lachariot porte-broche. Trois types d’électro-broches sont disponibles avec circuit de ther-mostabilisation intégré, le premier délivrantune puissance de de 40 kW avec couplemaximal de 100 Nm et vitesse jusqu’à 18000t/mn, le second d’une puissance de 20 kW,couple de 38 Nm, montant à 24000 t/mn, et letroisième de 40 kW, couple de 10 Nm, mon-tant à 40000 t/mn, ce dernier étant plus spé-cialement destiné à l’usinage des alliages lé-gers et aux travaux de superfinition. Un ma-gasin à roue est prévu pour trente outils d’undiamètre jusqu’à 140 mm pour une longueurde 300 mm, étant logé et protégé à l’arrière dela zone d’usinage, les permutations s’effec-tuant directement par la broche en mode dit“pick-up”. La CNC à architecture PC est dotéd’une interface sous Windows permettant degérer plusieurs tâches simultanément. Elledispose d’une grande diversité de fonctionspour le travail à grande vitesse et la program-mation de formes complexes avec interpola-tions des courbes Nurbs et Bézier afin degénérer les trajectoires avec le maximum deprécision. Parmi les équipements en option,on retiendra un arrosage à haut débit, un re-froidissement des outils par lubrification mini-male, un extracteur de poussières, un filtre devapeurs, le préréglage des outils par laser, etc.

✔ Pour le constructeur HAAS, usiner encinq axes sur un centre d’usinage à table surtourillon se justifie amplement par l’élimina-tion de l’essentiel des coûts de bridage despièces qui représente l’une des composantesles plus consommatrices de temps de toutusinage, surtout lorsqu’il s’agit d’usiner despièces complexes sur plusieurs faces. De tel-les pièces requièrent, en effet, très souventdes bridages multiples à l’aide d’appareilla-ges complexes qui font encore grimper lescoûts par pièce et affectent la précision. Lenouveau centre d’usinage VF-6TR à tourillonest prévu pour usiner des pièces complexes àplusieurs faces selon cinq axes en un seul bri-dage. Il est destiné idéalement aux secteursdes modèles, des moules et des matrices,ainsi qu’à la construction aéronautique où les

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Fig. 39 - Ce nouveau modèle Super-Tilt 500 de centr e d’usinage cinq axes à colonne mobile et table rotative montée sur tourillon est susceptible de retenir l’attention de nombreux ateliers par sa capacité répondant aux besoins des fabrications mécaniques les plus courantes et par sa richesse de logiciels d’aide à la programmation extrêmement conviviaux.

Fig. 40 (bas, droite) - Avec ce centr e d’usinage cinq axes modèle Seaska 600 construit par Kondia, de type à broche verticale et table rotative montée sur tourillon, on dispose d’une machine garantissant un très bon rendement avec une capacité dimensionnelle largement recherchée aujourd’hui.

pièces ont des formes complexes et dont lanorme devient rapidement de les usiner encinq axes. Ce centre d’usinage est basé sur lemodèle très apprécié VF-6 à courses de 625 x813 x 762 mm dont la table deux axes à tou-rillon permet des déplacements simultanésselon cinq axes aussi bien que la présentationd’une pièce selon pratiquement n’importe quelangle. Le tourillon offre une course d’inclinai-son de ±120° sur l’axe A et de 360° en rota-tion continue sur l’axe B. Cette machineconvient pour des pièces d’un diamètre jus-qu’à 787 mm et d’une masse maximale de225 kg. Le plateau de 310 mm du tourillonprésente six rainures en T de précision dispo-sées à intervalles réguliers de 60° de manièreà faciliter les réglages. L’équipement standardcomprend un changeur d’outils latéral à rouepour outils cône 40 ou 50, un convoyeur decopeaux automatique, une buse d’arrosageprogrammable, un système de programma-tion à code rapide, un lecteur de disquette,une mémoire de programme de 1 Mo et unemanivelle électronique portable. Des optionshaute productivité, telles que des broches àgrande vitesse, des règles de mesure, l’usina-ge à grande vitesse avec anticipation complè-te et plusieurs systèmes de capteurs sontégalement disponibles.

✔ Le dernier né des centres d’usinagecinq axes simultanés de HITACHI SEIKI, le Su-per-Tilt 500 (fig. 39), est de construction à co-lonne mobile, développé d’origine pour répon-dre aux besoins de la fabrication des mouleset des matrices. De type à broche verticale , ilpossède une table rotative de 350 mm dont letourillon fournit une inclinaison de +100 à -20°selon l’axe A. Construit sur une robuste basecaissonée, la table peut recevoir des piècesd’une masse jusqu’à 200 kg avec une vitessede rotation selon l’axe C de 33,3 t/mn. Lacourse transversale de la tête porte-brocheselon X est de 500 mm, celles Y et Z étant de530 x 450 mm. Les déplacements rapides surX et Y atteignent 40 m/mn et ceux sur Z 24 m/mn. Des logiciels spécifiques ont été dévelop-

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pés pour permettre des usinages efficacesdepuis les passes d’ébauche jusqu’à cellesde finition de précision. Par exemple, un logi-ciel sélectionne le mode haute vitesse pourassurer les usinages ébauche les plus courtspossibles, le mode standard pour la semi-fini-tion et la finition modérée, et le mode hauteprécision pour atteindre le précision maxima-le requise. En outre, un mode utilisateur per-met de préparer des réglages spécifiques.Parmi ces cycles, un de fraisage rapide per-met des passes à grande vitesse d’avance etforte profondeur de passe avec un faible ef-fort latéral, un autre d’usinage de gorges avecavance en Z s’avère dix fois plus rapide que lagénération normale, tandis que l’on disposed’un cycle d’alésage hélicoïdal pour produiredes cônes et des filetages. Un cycle trochoï-dal est aussi disponible pour produire des gor-ges droites et circulaires, de larges gorgesspéciales avec une fraise à queue et un pro-gramme particulier pour des usinages debords à grande vitesse en maintenant la pré-cision de forme. La présence d’une électro-broche de grand diamètre à refroidissement,dépourvue de toute vibration et montant à12000 t/mn, permet d’usiner les métaux durs.En option sont proposés un préréglage d’outilà ±0,02 mm, un préréglage de pièce par pal-peur qui détermine le point zéro dans le pro-gramme, ainsi qu’un réglage capable de co-ordonner la position de la pièce en rotationsans modifier le programme, ceci même lors-que la pièce est basculée dans le plan X-Y. Onpeut prévoir également un refroidissement àtempérature contrôlée. Un magasin d’outils àvingt places, à permutation en 0,9 s, situé àl’arrière est protégé par une porte contre lesprojections éventuelles.

✔ Un centre d’usinage vertical cinq axesSeaska 600 (fig. 40) est proposé par KONDIA

offrant des courses X, Y et Z de 660 x 400 x510 mm. Il est muni d’une broche comman-dée par un moteur de 7,5 kW montant à 6000,8000 ou 14000 t/mn selon l’option retenue.La table rotative de 320 mm de diamètre tour-

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Fig. 41 (gauche)- Dernier

développementchez Mazakà partir d’un

centred’usinage

verticalVariaxis 630,

ce modèle5X doté d’une

table rotative surtourillon dont la

broche peutmonter à 12000

ou à 25000 t/mn,les courses

rapides étantde 50 m/mn.

Fig. 42 (ci-dessus, droite) -

Cette table-palette rotativesur tourillon est

prévue parMandelli pour

être incorporéed’origine,

si l’usagedu centred’usinage

le requiert,pour usiner

de productionen cinq axes

continus.

Fig. 43 (gauche)- Centre

d’usinage cinqaxes continus

à brochehorizontale ettable-palette

rotative surtourillon modèle

HU50A-5X deconstructionMitsui Seiki.

ne à 60 t/mn, tandis que le tourillon offre unerotation de ±120 à -55° à 20 t/mn. La machi-ne est équipée d’un magasin changeur auto-matique d’outil à vingt places pour outils d’undiamètre maximal de 85 mm sur 225 mm delongueur et d’une masse jusqu’à 6 kg.

✔ Pour MAZAK, la nouveauté dans cettecatégorie de centres d’usinage est un modèleVariaxis 630-5X (fig. 41) à courses X, Y et Z de510 x 510 x 460 mm, la table rotative présen-tant une surface de 500 x 400 mm et la rota-tion du tourillon allant de -120 à +30°. Lesdéplacements linéaires rapides ont lieu à 50m/mn, les avances de travail s’étendant de 1à 50000 mm/mn sur les trois axes; La vitessede rotation des axes A et C est, respective-ment, de 1,9 s et 1,5 s sur 90°. Le magasind’outils à chaîne à trente places disposé laté-ralement accepte des outils jusqu’à un dia-mètre de 80 mm pour une longueur de 300mm, le temps de permutation étant de 4,5 scopeau à copeau. La broche, animée par unmoteur de 22/15 kW, dispose d’une vitessejusqu’à 12000 t/mn avec accélération de 1,7 sde 0 à 12000 t/mn. La commande numériqueest une Mazatrol Fusion 640 Pro à program-mation conversationnelle particulièrement con-viviale et rapide.

✔ Le très réputé constructeur de centresd’usinage à broche horizontale à grand ren-dement et précision poussée MANDELLI, large-ment connu pour ses installations appréciéesdans une diversité de grandes industries pro-

pose, également, des solutions rationnelles pourl’usinage cinq axes continus. En effet, sesmodèles Thunder et Storm peuvent, entre au-tres, être construits d’origine avec une table-palette rotative sur tourillon (fig. 42) d’unesurface utile de 630 x 800 mm. Elle disposed’une rotation selon l’axe A du tourillon de+20 à -100° capable de supporter un couplede contournage jusqu’à 3900 Nm avec unevitesse de rotation de 5 t/mn, et selon l’axe Bcontinu de la table par incrément minimal derotation de 0,01° avec couple maximal sup-porté en contournage de 1500 Nm et vitessede rotation de 12 t/mn. La précision de posi-tionnement atteint 12" avec répétabilité de 6"d’arc, une version haute précision poussantces valeurs respectivement à 8 et 5" d’arc.

✔ Un spécialiste de longue date des cen-tres d’usinage à cinq axes continus de type àbroche horizontale et table-palette rotativemontée sur tourillon est la firme MITSUI SEIKIqui en construit une gamme de quatre modè-les série HU/HS-5X (fig. 43) avec courses linéai-res X, Y et Z de 720 x 850 x 850 mm à 1300 x1200 x 1200 mm, les palettes carrées faisantde 500 à 1000 mm de côté. L’axe A de la table-palette assure une rotation sur 360° et celui Bdu tourillon couvre un angle de +5 à -95°, enoption de +20 à -110°. La palette peut sup-porter une charge totale de 650 à 2000 kgrespectivement. Une particularité de concep-

TRAMETAL - Janvier-Février 2002 - 43

Fig. 44 (ci-contre) - Table-

palette surtourillon du

centred’usinage

illustré à gauchemontrant la

proximité dupoint d’usinage

et de l’axe dutourillon.

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S Fig. 45 - Centre d’usinage cinq axes bibroches horizontales à tables rotatives sur tourillon modèle Twin-800 développé par Parpas. Il permet d’usiner en synchronisme deux pièces identiques ou différentes sous la gestion d’une commande numérique élaborée à multi-processeurs.

Fig. 46 (à droite) - Vue approchée du tourillon supportant les deux tables rotatives du centre d’usinage illustré figure 45.

Fig. 47 - Centre d’usinage cinq axes à broche verticale et table rotative sur tourillon modèle MC1020 développé par Spinner. De construction à colonne mobile, sa rigidité lui permet des usinages à grande vitesse et à hautes performances.

Fig. 48 (à droite) - Sur le centre d’usinage cinq axes Spinner illustré à gauche, détail d’une opération d’usinage complexe permettant de voir la table rotative montée sur tourillon.

tion de ces centres d’usinage est la surfacepeu élevée de la table porte-palette qui per-met des efforts d’usinage plus importantsavec une précision supérieure du fait que lepoint d’action de l’outil se trouve proche del’axe de pivotement du tourillon.

✔ Une configuration originale de centred’usinage cinq axes a été présentée à la der-nière EMO de Hanovre par PARPAS. Il s’agitd’un centre d’usinage bi-broches horizon-tales modèle Twin-800 (fig. 45) à tourillon por-tant deux tables rotatives (fig. 46) pour l’usi-nage synchronisé de deux pièces identiquesou différentes. La machine est gérée par unecommande numérique multiprocesseurs OMV

AZ-200 avec ses deux tables rotatives entraî-nées par quatre moteurs à transmission direc-te de couple avec un mouvement de bascule-ment équilibré. Les deux moteurs broches àhautes performances de génération nouvelleà très faible échauffement et pouvant suppor-ter des surcharges importantes sont équipésd’une surveillance des vibrations de détec-teurs anti-collision, d’un système d’équilibra-ge d’outil et d’une surveillance d’outil. Lemagasin d’outils changeur à chaîne, pour ou-tils à cône ISO40 ou HSK 63A, est de type dou-ble et indépendant avec une capacité de deuxfois quarante-cinq places. Un système de re-froidissement d’outil à position variable offreun débit jusqu’à 50 l/mn et sous une pressionde 50 bar. La machine est équipée d’un sys-tème d’un compresseur de séchage d’air etde refroidissement et d’un convoyeur de co-

évrier 2002 - TRAMETAL

peaux à chaîne. Ses courses sur les trois axesX, Y et sont de 400+400 x 640 x 510 mm. Lestables rotatives font 480 mm de diamètre etpeuvent recevoir des pièces d’un diamètrejusqu’à 775 mm. Le mouvement de rotationdu tourillon est de ±107°.

✔ C’est une conception et une construc-tion remarquables de centre d’usinage verti-cal cinq axes qu’a développé SPINNER avecson tout dernier modèle MC1020 (fig. 47) basésur un concept de centre d’usinage éprouvétrois axes à colonne mobile intégrant deuxaxes complémentaires de rotation sous la for-me d’une table rotative montée sur tourillon(fig. 48) qui permet d’usiner des pièces faisantjusqu’à 500 mm de diamètre sur environ 400mm de hauteur. On dispose de courses X, Yet Z de 1020 x 580 x 560 mm avec déplace-ments rapides à 24 m/mn sur X et Y et à 20 m/mn sur Z. La broche refroidie est entraînée parun moteur de 17/25 kW ou, en option, de 24/18 kW montant à 8000 ou 20000 t/mn aveccouple maximal de 238 ou 80 Nm respective-ment. Le magasin d’outils à chaîne à doublebras changeur, protégé de la zone de travail,offre quarante places pour des outils jusqu’àun diamètre de 77 mm sur 250 mm de lon-gueur. Le système d’arrosage par la brochepeut être prévu avec un débit sous hautepression. La commande numérique retenuequi figure parmi les plus avancées est d’origi-ne Siemens 810D/840D avec une technologiemachine entièrement numérique convenantpour les travaux d’usinage les plus sévèrecomme pour ceux à grande vitesse de plus enplus exploités dans la fabrication des moules.

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SFig. 49 (vue degauche) - Centre

d’usinage cinqaxes à broche

horizontale et àtable rotative

montée surtourillon,

modèle FH80S5A,développé par

Toyoda.

Fig. 50 (vue dedroite) - Centred’usinage cinqaxes à brochehorizontale ettable rotative

montée surtourillon, qualifié

de nouvellegénération pour

ses avancéestechniques par

son constructeurYasda. Il est

désigné modèleYBM-700NTT.

Fig. 51 -Constructionde la broche

du centred’usinage

illustré figure 50,montrant la

manière dontelle est

accouplée à sonmoteur

d’entraînement.On soulignera

que cette brochebénéficie d’un

systèmed’autoréglage

de précontraintepour lui

permettre deprendre aussi

bien de lourdespasses à faiblevitesse que des

passes finesà très grande

vitesse dans desaciers trempés,

donnant desfinis de haute

qualité etde grandeprécision.

✔ Dans la large gamme de ses centresd’usinage, TOYODA met en avant une série dedeux modèles complémentaires cinq axes àbroche horizontale et à table rotative montéesur tourillon dont celui FH80S5A (fig. 49) est re-présentatif. Il offre des courses X, Y et Z de1100 x 1150 x 1150 mm parcourues en rapi-de respectivement à 20, 24 et 24 m/mn. Laprécision de positionnement atteint ±3 µm.L’axe rotatif A de la table peut être positionnépar incréments de 0,01° et celui B du tourillons’étend sur un angle de 115°. La charge ac-ceptée sur la table atteint 1000 kg. La brocheest proposée avec trois types de moteurs se-lon l’utilisation prévue. L’un prévu en standardde 22/30 kW délivre une vitesse de 6000 t/mn. Le second à haute vitesse destiné à l’usi-nage des alliages légers, d’une puissance de18,5/22 kW, permet d’atteindre une vitesse de14000 t/mn. Le troisième destiné à l’usinage àgrande vitesse des aciers et des fontes, d’unepuissance de 22/30 kW, permet de monterjusqu’à 15000 t/mn. Le second modèle de lasérie, désigné FH100S5A, offre une capacité de1500 x 1400 x 1300 mm et peut travailler despièces d’une masse jusqu’à 2000 kg. Toutesses autres caractéristiques sont identiques.

✔ Sans entrer dans les détails, on retien-dra encore à titre d’exemple d’évolution tech-nologique le centre d’usinage cinq axes à ta-ble rotative montée sur tourillon modèle YBM-

700NTT (fig. 50) de YASDA. Qualifié de dernièregénération, il est équipé d’une broche à hauteperformance à système d’autoréglage de pré-contrainte permettant aussi bien d’opérer desusinages lourds à vitesses réduites que destravaux à grande vitesse dans des aciers trem-pés mais, aussi, des passes avec une fraisehélicoïdale à queue avec renversements desefforts de coupe sans affecter la précision. Demanière à assurer la rotation rigoureusementprécise de la broche, elle est reliée à son mo-teur d’entraînement par un accouplement co-axial à diaphragme (fig. 51). La haute préci-sion d’ensemble de la machine est, en outre,assurée par une circulation d’huile stabilisée à±0,20° C à travers l’ensemble de ses élé-ments principaux, ce qui empêche la moindre

déformation qui serait susceptible de surveniren fonction des fluctuations thermiques dansl’atelier. Enfin, on retiendra que cette préci-sion est, également, assurée par des cyclesde palpage des cotes et des contours lors dumontage de la pièce avec transmission auto-matique à la CNC des corrections nécessairespour en assurer la compensation. De même,juste avant lancement de l’usinage, il est pro-cédé automatiquement à une détection d’u-sure, éventuellement, d’absence de l’outil. En-fin, la commande numérique très perfection-née comporte des fonctions d’autodiagnosticet d’affichage des malfonctionnements, de ges-tion des usinages et de la production, dont lasurveillance de la puissance absorbée par labroche ou, encore, de suivi de la maintenancepour faciliter les interventions périodiques.

Centres d’usinage cinq ax eà tête pivotante et table rotative

La catégorie des centres d’usinage cinqaxes à tête pivotante et table rotative est, detoute évidence, celle la moins courante ac-tuellement bien que présentant ses propresavantages, dont la facilité d’incorporer unsystème de changement de palettes, la tablerotative devenant un support de palette. Dansle cadre de cette étude, on ne retiendra, ainsi,que des modèles provenant de trois cons-tructeurs.

✔ Le premier, DMG, présentait à la récen-te EMO de Hanovre deux modèles de cescentres d’usinage cinq axes à tête pivotanteet table rotative. Un modèle existant en deuxversions (fig. 52) DMU 160 P et DMC 160 U, ne sedifférenciant que par l’importance du maga-sin d’outils, a été développé pour garantir undegré très élevé de précision, classe pointa-ge, lors de l’usinage des pièces les plus com-

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Fig. 52 - Vue d’artiste de l’ensemble constituant le centre d’usinage DMU160 P de DMG.

Fig. 53 (en haut et à droite) - Architecture dite Duoblock retenue pour la construction du centre d’usinage DMU 160 P.

Fig. 54 (en bas) - Aspect d’ensemble d’un centre d’usinage cinq axes DMU 125 FD doté d’une table rotative qui, entraînée directement par un moteur incorporé de technologie linéaire, effectue également des travaux de tournage.

Fig. 55 (ci- dessous) - Exemple type de pièce complexe usinée sur le centre d’usina-ge de droite.

plexes. Il couvre des courses X, Y et Z de1600 x 1250 x 1000 mm et peut travailler despièces d’une masse jusqu’à 4000 kg. Avecdes avances de travail de 15000 mm/mn surles trois axes, les courses rapides atteignent60 m/mn avec accélérations jusqu’à 0,7 g.L’architecture de la machine est basée sur unensemble dit Duoblock (fig. 53) comprenantun bloc rigide entièrement fermé monté surune base en béton polymère supportant lesguidages linéaires et les éléments d’entraîne-ment des axes X et Z. Afin de garantir le main-tien permanent de la haute précision, il a étéprocédé à une analyse thermographique del’ensemble, au recours à des moteurs d’avan-ce et une broche refroidis par circulation de li-quide avec des chambres de protection venti-lées. La tête porte-broche pivote de vertical àhorizontal, le moteur délivrant 28 kW et la bro-che montant à 12000 t/mn, sur option à 8000,10000 ou 18000 t/mn. Un axe A commandénumériquement peut aussi être intégré, cou-vrant un angle de 0 à 100°. Le magasin chan-geur d’outils horizontal à trente places en stan-dard peut être étendu à soixante, cent vingt etcent quatre-vingt places pour des outils d’undiamètre de 400 mm sur 650 mm de longueurdont le temps de permutation ne dépasse pas6 s avec des outils au cône SK40. Le modèlede centre d’usinage DMC 160 U peut être équi-pé d’un changeur de palettes lorsqu’on ledestine à des travaux de production.

Le second modèle, aussi en deux versionsDMU 200 FD et DMC 200 FD (fig. 54), est prévu pourdes usinages cinq axes de pièces d’une mas-

évrier 2002 - TRAMETAL

se jusqu’à 3000 kg avec des possi-bilités d’opérations de tournage dehaut niveau. Cette catégorie de cen-tre d’usinage cinq axes est directe-ment une extension de la gammedéjà éprouvée des DMU 80 FD et125 FD pourvus d’une table rotativede 1850 mm de diamètre incorpo-rant un moteur de technique linéaire

lui permettant d’assurer économiquement unevitesse de tournage de 200 t/mn avec un cou-ple maximal de 6500 Nm. Pour autoriser, pa-rallèlement de gros fraisages, la tête pivotanteselon l’axe B est prévue avec une broche aucône HSK100, attachement pouvant sup-porteraisément les outils pour opérations de tourna-ge. Par ailleurs, la machine est dotée d’unetechnologie d’équilibrage commandée par laCNC, ainsi que d’un système original de fixa-tion des pièces sur la table conçu pour leurpermettre de supporter les plus gros effortsd’usinage. Bien entendu, la machine ou-vreégalement la voie à des travaux de fraisage etde tournage durs éliminant la nécessité defaire passer les pièces sur deux machines dif-férentes. A souligner que le moteur de brochede 44/32 kW à couple de 288/187 Nm entraî-ne la broche jusqu’à 10000 t/mn. Les avan-cessur les trois axes montent à 15000 mm/mn etles courses rapides se font à 60 m/mn en X et40 m/mn en Y et en Z. Le magasin d’outils of-fre soixante places. La CNC MillPlus réunit lestechnologies de fraisage et de tournage surune seule interface avec programmation cor-respondante pouvant être effectuées directe-ment à partir de plan, par code DIN ou parlangage standard et touches tactiles.

✔ Ayant mis au point une véritable straté-gie d’usinage cinq axes à partir de sa gammede centres d’usinage réputés à broche hori-zontale Storm et Rock, MANDELLI propose leuréquipement d’origine avec une table rotative(fig. 56) et une tête porte-broche pivotante enaxe A, ce qui représente une solution optima-le pour l’usinage de précision à grande vites-se de pièces lourdes ou encombrantes. Cettetête porte-broche est disponible en trois con-

figurations, modèles A 5000, A 10000-A 15000 etA 24000. Selon le centre d’usinage à équiper,Storm ou Rock, le premier a une broche de33/45 kW avec couple maximal de 955/1275Nm au cône ISO50 avec vitesse de rotationjusqu’à 5000 t/mn, course de l’axe A de +80à -120° couverte en rapide à 5 t/mn et pré-cision/répétabilité de 12/6" d’arc. Le secondmodèle (fig. 57) a une puissance unique de45 kW avec couple de 360 Nm, cône respectifISO50/HSK100, course angulaire A de +80 à -120° couverte en rapide à 5 t/mn et préci-sion/répétabilité de positionnement de 12/6" d’arc. Le troisième modèle, enfin, a lamême puissance unique de 45 kW avec

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Fig. 56 - Centred’usinage Storm

de Mandelliéquipé pour

usinage cinqaxes avec table

porte-piècerotative et tête

porte-brochepivotante.

Fig. 57 (en hautet à droite) -

Têteporte-broche

pivotantemodèle A10000-A15000 destinée

à équiperles centresd’usinage

de séries Stormou Rock

construits parMandelli

lors de leurconfigurationpour usinage

cinq axes.

Fig. 58 - Centre d’utante et table rotapermettre des usin

couple de 106,5 Nm, côneHSK63, course angulaire Ade +80 à -12° et préci-sion/répétabilité de posi-tionnement respectives de12/6" d’arc.

✔ Le centre d’usinageà broche pivotante et tablerotative W-428 (fig. 58) cons-

truit par WIL-

LEMIN-MACODEL

diffère de ceuxprécédemment étudiés en ce sens que la têtepivotante n’évolue pas dans le plan transver-sal mais dans celui longitudinal. Sa construc-tion par éléments modulaires avec bâti dont lastructure est composée de trois volumes iden-tiques (fig. 59) garantit un accord des rigiditésde chacun des éléments banc incliné à 30°,support croisé et colonne supportant la têteporte-broche qui sont tous des caissons fer-més, ainsi qu’un excellent comportement dy-namique et statique dans un volume globalcompact. Avec cette conception, la brochereçoit les trois mouvements linéaires selon X,Y et Z de 800 x 500 x 630 mm, étant pivotantede 0 à 110°. Sur le plan incliné avant du bâtiest monté une console fixe de grande stabilitéqui reçoit la table rotative porte-pièce de 350mm de diamètre (fig. 59). Cette disposition faitque la masse de la pièce n’a pratiquementaucune influence sur le comportement stati-que et dynamique de la machine. Tous lesguidages linéaires sont de type à patins à ga-lets de superprécision et l’entraînement desaxes par moteurs à courant alternatif est as-socié à des règles de mesure directe d’une ré-solution de 0,1 µm. Les axes rotatifs sontéquipés de codeurs montés directement surles axes de rotation par accouplements assu-rant une résolution de 0,001° et le verrouillageen position. Le moteur-broche intégré silen-cieux et libre de vibrations est refroidi par cir-cuit fermé de liquide. Le moteur de 18 KW à

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sinage cinq axes modèle W-428 à tête pivo-tive développé par Willemin-Macodel pourages complexes de précision.

Fig. 5du bâd’usitré à

couple ma-ximal de 220Nm entraînela broche jus-qu’à 10000t/mn. La ta-ble rotativepeut être en-traînée à 30t/mn avecune résolu-tion de 0,001"d’arc et accepte une charge totale de 300 kg.Le magasin d’outils à chaîne à vingt-quatreplaces, extensible à quarante-huit ou à qua-tre-vingt quatre, est associé à un bras chan-geur pivotant qui assure les permutations enun temps de seulement 15 s copeau à co-peau. Pour des travaux de production, la ma-chine peut être associée à un changeur depalettes et à un magasin de palettes à dixpostes, ainsi qu’à un système de chargementet de déchargement des pièces associé à unestation de lavage.

Ce n’est pas la fin…

Afin de tenter d’être aussi complet quepossible dans l’étude des centres d’usinagede conception récente, un prochain article sepropose d’analyser une panoplie de modèlesà très hautes performances, dont une grandepartie exploitant des moteurs linéaires. Serontainsi pris en compte des machines de cons-truction Dixi, DMG, Ex-Cell-O, Heller, HüllerHille, Lamb Technicon, Linea, Makino, Mazak,MCM, Renault Automation, Sachman et Sora-luce. Tout constructeur non cité qui jugeraitopportun de mieux faire connaître ses derniersmodèles à très hautes performances peut en-core dans les plus brefs délais envoyer la do-cumentation illustrée à la Rédaction de laRevue afin qu’il en soit tenu compte. Serontétudiés, par la suite, les centres d’usinageconçus pour l’usinage de barres. ❑

9 - Concept ti du centre nage illus- gauche.