EMCO: Megamill donne une forte impulsion à la productivité de BYSTRONIC

Dans la fabrication de machines-outils, l'une des principales conditions pour garantir la productivité et le respect des délais de livraison est un processus de production bien structuré, avec des séquences de production programmées avec précision et des systèmes de fabrication fiables. Cet objectif ne peut être atteint que si le client et le fournisseur adoptent une approche commune, orientée vers les objectifs des projets de la chaîne de production.

C'est ce qu'a fait Bystronic Laser AG à Niederönz, en Suisse, en créant une nouvelle ligne de production pour l'usinage des structures de machines de découpe laser.

Bystronic Laser AG est un leader technologique mondial dans le domaine du travail de la tôle, spécialisé dans les systèmes de découpe laser. En collaboration avec la société EMCO Gmbh de Hallein / Salzbourg, elle a entrepris une refonte complète de l'usinage de ses bâtis de machines, afin qu'ils puissent être entièrement réalisés par le centre de fraisage à portique gantry surélevé MEGAMILL d'EMCO Mecof.


La fraiseuse à portique surélevé MEGAMILL en fonctionnement continu sur les structures de la machine

Un nouveau partenariat
"Les quantités de bâtis de machines avaient tellement augmenté que notre capacité de production existante ne pouvait plus suivre. Par conséquent, nous étions à la recherche d'une nouvelle machine avec une capacité de production suffisante, capable de répondre à nos exigences de qualité élevées et être flexible", explique Raphael Kopp, responsable de la production chez Bystronic Laser AG.

Raphael Kopp avait une idée claire de ce qu'il attendait de la nouvelle machine : un taux élevé de pièces produites mensuellement, une précision parfaite pour le fraisage plan des surfaces de guidage des châssis de la machine (planéité de 0,05 mm sur une longueur de rail de guidage de 3 à 4 m) et une souplesse permettant de produire différents types de composants. Mais surtout la table de la machine devrait également être suffisamment grande, car les structures assemblées pour les machines de découpe laser nécessitent un espace considérable.

Après avoir visité plusieurs fabricants et évalué les résultats des tests d'usinage, il est devenu évident, en moins de quatre mois, que la nouvelle machine devait être une MEGAMILL d'Emco Mecof. Entre-temps, en travaillant en étroite coordination, les principales exigences et conditions d'achat de la machine ont été spécifiées et vérifiées, et la faisabilité a été démontrée.

Raphael Kopp décrit comment ils ont pris la décision d'achat : "le facteur décisif a certainement été le travail en pendulaire. En d'autres termes, nous pouvons désormais serrer deux pièces sur la table de la machine, l'une est usinée, et la seconde est insérée, alignée et serrée en parallèle. Lorsque la première pièce est terminées, nous déplaçons la tête de fraisage sur la seconde moitié de la table et commençons le nouveau travail. La machine continue toujours de travailler, pour ainsi dire. Cela nous permet de réaliser d'énormes économies en termes de temps de production par bâti."



La MEGAMILL intégrée dans le processus de production de Bystronic Laser AG.

Production juste à temps
Chez Bystronic, le flux de production doit répondre à des exigences élevées. Le temps de production d'une machine de découpe laser depuis le soudage automatisé du châssis de la machine, en passant par la fabrication, la peinture et le montage, le contrôle qualité, la réception, jusqu'à être prêt pour expédition, est de 15 jours ouvrables.

La production d'un bâti de machine seul jusqu’à l’ensemble peint doit être achevée en cinq jours ouvrables.

Avec la MEGAMILL, le travail est effectué en trois équipes, dont une fantôme. Les châssis de machine, qui sont livrables en cinq tailles différentes et pesant jusqu’à 5 tonnes, sont terminés en 12 à 16 heures en une seule opération de serrage.

L'usinage complet s'effectue en trois étapes :
/ Ebauche : Temps de production d'environ 5 heures ; détensionnement des composants.
/ Semi-finition : Fraisage de toutes les fonctionnalités, trous, filetages, etc.
/ Finition : Usinage de haute précision des surfaces de guidage (planéité de 0,05mm /4m) et des cotes de référence.

La production doit être fiable, car avec ce large spectre de production, les dysfonctionnements et les erreurs, les temps d'arrêt de la machine de plus d'un jour peuvent entraîner des coûts considérables, et les bâtis de machine ne sont pas conservés en stock une fois qu'ils sont terminés.

Les étapes du processus doivent donc toujours être en flux tendu.

MEGAMILL - la machine qui offre du potentiel à ses clients

La MEGAMILL est un centre de fraisage à portique de type gantry, idéal pour l'usinage de pièces de grande taille pour des applications telles que la fabrication de machines-outils et de moules, la construction mécanique générale et l'aérospatiale. Les sous-ensembles modulaires de la machine peuvent être configurés pour répondre aux demandes spécifiques du client.

Chez Bystronic, il s'agit d'une configuration avec une longueur de table (axe X) de 15 000 mm et un axe transversal gantry Y de 5000 mm. Le rail en Z (RAM) a une course de 1.750 mm. Bystronic a choisi une tête de fraisage universelle parmi la très large offre de têtes de fraisage proposée par Emco Mecof. Notamment parce que les 2 axes de la tête qui ont un couple allant jusqu'à 1.000 Nm pour 8.000 tr/min, répondent parfaitement aux exigences de production pour l'ébauche et la finition et que grâce à sa conception compacte, elle peut facilement atteindre les contours du bâti qui est difficile à atteindre.

Le positionnement dynamique génère des gains de temps dans un cycle d'usinage de 16 heures.

"La vitesse de déplacement rapide des axes et les performances dynamiques de la tête de fraisage génèrent des gains de temps d'usinage mesurables, en particulier lorsque nous devons percer plus de 50 trous dans le composant", souligne Raphael Kopp.

De plus, les entraînements à crémaillère des axes X et Y, équipés chacun de deux moteurs fonctionnant en configuration maître-esclave, apportent une dynamique supplémentaire au processus. Et bien sûr, l'usinage pendulaire sur la table est un avantage majeur. Les zones de travail sont conçues pour garantir la sécurité, en veillant à ce que les chutes de copeaux et l'accès par l’opérateur soient bien séparés. Le réglage est effectué d'un côté de la machine tandis que la tête de fraisage travaille de l'autre côté. Dans cette application, la MEGAMILL est équipée de deux panneaux de commande, de sorte que le machiniste puisse intervenir de chaque côté de la table.

La conception "box-in-box" du montant mobile est un autre point fort de la machine. Le "box-in-box" implique que l'axe vertical de la RAM soit fixé sur les côtés supérieurs et inférieurs du montant avec ses quadruples guides linéaires. Cet assemblage rigide, calculé selon la méthode des éléments finis, garantit le respect des spécifications rigoureuses en matière de qualité qui sont requises pour la finition des glissières sur les structures de la machine.

La machine est entièrement fermée et équipée d'un système d'aspiration.



Les acteurs clés du projet étaient Uwe Urban, directeur commercial des grandes machines pour l’Allemagne, et Raphael Kopp, responsable de la fabrication chez Bystronic Laser AG. "Maintenant que nous avons la MEGAMILL, la productivité de notre production a fait un bond en avant", conclut Raphael Kopp.



Châssis d'une machine de découpe laser. Le bâti d'une machine de découpe laser est fixé sur la table par serrage magnétique.

La mise en service se heurte à quelques obstacles
La planification du projet, qui a débuté en 2017, la configuration de la machine et sa construction à l’usine Emco Mecof de Belforte Monferrato, se sont déroulés sans problème.

Puis, à l'automne 2018, est venu le moment de la livrer sur le site du client à Niederönz. Chargée sur 13 camions, la machine était en route pour être installée et mise en service. C'est alors que les problèmes ont commencé, car bien que Bystronic ait prévu d'avoir un nouveau hall de production, celui-ci n'était pas encore terminé et la machine devait être placée quelque part.

En raison des difficultés d'accès, une partie du toit de la halle a été enlevée et le montant d'un poids d'environ 30 tonnes a été placé sur les poutres longitudinales par l'ouverture du toit. Ce travail a exigé une extrême précision.

Une partie de la machine et le magasin d'outils avec le changeur d'outils ont dû être laissés à l'air libre. Des solutions ont été trouvées en collaborant. Pour que la mise en service soit possible, une enceinte séparée a été construite autour des parties de la machine qui se trouvaient à l'extérieur.
Pour compliquerencore les choses, il a fallu, en même temps, augmenter les quantités produites, de sorte que la montée en puissance s'est faite pratiquement dans l'urgence.

Ce genre de situations impondérables arrive tout à la fois !

Une tête de fraisage universelle à 2 axes efficace
Les têtes d'usinage sont construites en interne chez Emco Mecof, un facteur important pour déterminer la précision de l'usinage. Emco Mecof accorde également une grande importance à la précision du mouvement de translation des axes, pour obtenir, par exemple, un jeu presque nul.

Atteindre la plus grande précision possible est l'un des principaux objectifs des machines Emco Mecof.

En plus de la large gamme de têtes standard, Emco Mecof développe fréquemment des solutions innovantes, dédiées et spécifiques aux clients, notamment pour sa série de machines à portique gantry de grande taille. Dans la série MEGAMILL, les têtes d'usinage avec axe rotatif et axe de pivotement intégrés sont dotées d'un réglage et d'une commande motorisés à réglage continu et sont disponibles avec une broche à engrenage ou à moteur broche. Grâce à la conception intelligente de la tête, celle-ci peut être positionnée pour effectuer un dégagement de 15° en position horizontale (0°) parallèle à la surface de la table. Cette fonction est utile car elle élimine la nécessité de trajets de compensation dans les axes et simplifie la création de programmes et la génération de post-processeurs.

Les têtes d'usinage sont refroidies par le système de refroidissement central, qui alimente également les moteurs de broche et d’entrainement.

Pour Bystronic, cette cinématique de tête représentait un nouveau défi. La cinématique des machines précédentes permettaient de programmer les programmes de travail sur le panneau de commande. Sur la MEGAMILL avec sa tête à 2 axes, cette méthode n'est plus efficace. Pour créer des programmes de séquence optimaux, il fallait se procurer un outil de FAO. Sa mise en œuvre a ensuite été activement soutenue par Emco Mecof. La transformation des coordonnées, les séquences de rétraction de la tête de fraisage, sur tous ces sujets, Emco Mecof a pu faire profiter le client de ses années d'expertise.

Des optimisations pourle traitement sans personnel mises en œuvre grâce à un travail d'équipe.
L'ajustement et le bridage final du bâti de la machine sur la table de la machine étaient auparavant effectués à la main de manière conventionnelle. La pièce est posée sur des surfaces d'appui qui sont positionnées sur la table. Cette procédure prenait beaucoup de temps, ce qui a incité Bystronic à réfléchir à une autre méthode de serrage. Sur la base de l'expérience acquise avec la technique de serrage magnétique, qui est également utilisée dans l'usine, cette technique a été utilisée pour le bridage des bâtis sur la MEGAMILL. Les extrémités de la pièce sont pré-usinées de manière à ce qu'elles soient placées sur la table dans un angle.

Ensuite, la bride magnétique, ajustée par des cales dans les rainures de serrage, se déplace vers tous les points d'appui et bloque la pièce. Il n'est donc plus nécessaire d'aligner et de serrer manuellement chaque point d'appui, ce qui prend beaucoup de temps.

Cette méthode est particulièrement efficace et permet de gagner du temps lorsque, pour éliminer les contraintes internes de la pièce, le dispositif de serrage est relâché pendant un certain temps après la pré-ébauche du contour.

Cette opération peut désormais être effectuée par le système de commande de la machine. L'intervention manuelle n'est plus nécessaire. Au lieu de cela, un sous-programme écrit par Emco Mecof est stocké dans le système de contrôle. Il peut ensuite être appelé directement via la commande M pour lancer le processus de déblocage.

L'opérateur n'a plus besoin de passer par tous les points de serrage, de relâcher les brides puis de les resserrer à 200 Nm, et ce deux fois pour chaque pièce. Cela signifie que, dans l'équipe fantôme, la séquence est garantie comme étant très précise. Une solution pratique a également été trouvée pour tout dysfonctionnement dû à une rupture de foret pendant cette période. La machine termine l'opération d'usinage en cours, se déplace en mode pendulaire vers la pièce préparée suivante, puis commence un nouveau cycle. Le réusinage sur la séquence interrompue est alors effectué manuellement car il est primordial pour Bystronic que chaque pièce usinée soit finie correctement

"La très bonne relation client-fournisseur que nous avons établie au cours du projet a été un réel avantage pour mettre en œuvre notre nouvelle idée de passer à la technologie de serrage magnétique.

Nous avons coopéré avec professionnalisme et dans un esprit de partenariat." Raphael Kopp est extrêmement satisfait du processus de production actuel. Depuis février, Bystronic produit des pièces avec le serrage magnétique. Elle n'a rencontré aucun problème et a réalisé des économies substantielles en termes de temps de réglage.



L'axe vertical (RAM) est monté dans la traverse mobile dans un ensemble "box-in-box", ce qui augmente considérablement la rigidité.



Tête de fraisage universelle à positionnement continu, lubrification air/huile, refroidissement par eau, puissance : 38 kW, couple : 1000 Nm, vitesse max. : 8000 tr/min, HSK 100-A

Chez Bystronic Laser AG, l'avenir est déjà là !
Le directeur général, M. Fabian Furrer, est un fervent défenseur des stratégies d'avenir de Bystronic et selon ses propres mots. «Notre ambition est d'atteindre la neutralité climatique d'ici 2025 et d'éliminer complètement les combustibles fossiles. Nous y parviendrons en supprimant les chauffages au fioul et au gaz et en utilisant des pompes à chaleur dont les besoins en électricité sont couverts par des systèmes photovoltaïques. Nous nous approvisionnons déjà en électricité à partir de l'énergie hydraulique. »

Lorsqu'il réfléchit aux moyens de réduire la consommation d'énergie, il applique le même sens de la responsabilité écologique que chaque individu a pour un environnement digne d'être vécu.

"Nous devons également optimiser nos produits en termes d'efficacité énergétique. Les systèmes de découpe au laser, par exemple, pour que nos clients puissent aussi faire des économies." En 2018, Bystronic a lancé une nouvelle division pour l’entreprise, le SOLUTION CENTRE, où sont développées des solutions pour la mise en réseau numérique de l'ensemble du système de production dans l'usine des clients. L'objectif de toutes les innovations développées ici est la SMART FACTORY.

"Les clients demandent de plus en plus une production entièrement en réseau, et nous devons être en mesure de le leur fournir." affirme Fabian Furrer.

Une machine parfaitement adaptée
Après quatre ans d'expérience dans la fabrication de bâtis de machines sur la MEGAMILL, la direction commerciale et la direction de la production sont d'accord.



Fabian Furrer, directeur général de Bystronic Laser AG : "La MEGAMILL répond exactement à nos exigences. Nous sommes très satisfaits", déclare-t-il sans ambages.

"Après quatre ans, nous pouvons dire sans hésiter que la MEGAMILL est la machine idéale pour notre production. « appuie Fabian Furrer.

Il insiste particulièrement sur le fait que les exigences spécifiées pour la machine ont été entièrement satisfaites et qu'ils pourront utiliser la machine pour mettre en œuvre de nouvelles idées à l'avenir. À ce sujet, il a déjà quelques idées concrètes.

"Nous avons optimisé les temps de passage, nous atteignons maintenant une productivité élevée et nous travaillons actuellement à 30-40% sans personnel.
Mais nous avons l'intention de continuer dans cette direction et d'étendre la production sans personnel. Avec cette machine, cela ne devrait poser aucun problème".

Bystronic Laser AG est une entreprise technologique leader mondial dans le domaine de l'usinage de métaux en feuilles, spécialisée dans les systèmes de découpe laser.
/ 3500 employés, dans le monde entier
/ Siège social : Niederönz, Suisse
/ 40 sites
/ Chiffre d'affaires net 2021 : CHF 939.3 millions
/ Produits : Systèmes de découpe laser, presses plieuses, automatisation, logiciels, service.
/ Machine de découpe laser : Temps de production : 15 AT /Mach.
/ Cadre de la machine : Temps de production : 7 AT / bâti



Bystronic Laser AG Industrie strasse 21 / CH-3362

DONNÉES TECHNIQUES
Tête de fraisage universelle avec positionnement continu Puissance S1 / S6 38 / 57 kW
Couple S1 / S6 1000 / 1550 Nm   Vitesses des broches 15 ÷ 6000 rpm
En option 15 ÷ 8000 rpm
Porte-outil standard "ISO 50 DIN 69871 Option BIG PLUS
En option HSK 100-A DIN 69893 "

Electrobroche 50 / 63 kW Puissance S1 / S6 50 / 63 kW
Couple S1 / S6 100 / 125 Nm.  Vitesse de broche 12000 / 20000 tr/min.   Porte-outil HSK 100-A / HSK 63-A

Electrobroche 42 / 55 kW Puissance S1 / S6 42 / 55 kW.               
Couple S1 / S6 67 / 87,5 Nm.  Vitesses de broche 24000 tr/min                Porte-outil HSK 63-A

Electrobroche 45 / 58 kW Puissance S1 / S6 45 / 58 kW
Couple S1 / S6 300 / 372 Nm  Vitesses de broche 12000 tr/min                Porte-outil HSK 100-A

Électrobroche 70 / 86 kW Puissance S1 / S6 70 / 86 kW
Couple S1 / S6 160 / 220 Nm   Vitesses de broche 15000 tr/min               Porte-outil HSK 100-A

Axes linéaires
Course de l'axe longitudinal 7500 et plus (par pas de 2500 mm) Course de l'axe transversal 4000 - 5000 - 6000 - 7000 mm
Course de l'axe vertical 1500 - 2000 - 2500 mm
Vitesse d'avance 30 m/min

Glissière verticale Section de la RAM 550 x 640 mm

Commande CNC Heidenhain TNC 640 HSCI ; Siemens 840D sl ; Sinumerik ONE

Moteur broche
Standard 40 kW / 1200 Nm
En option 50 kW / 1500 Nm (S1), 61 kW / 1800 Nm (S6)
Système de refroidissement pièce/outil Basse pression 28 l/min, 6 bar
Haute pression (à travers la broche) 20 l/min, 20 / 40 / 60 bar

Options standard
Tête de fraisage universelle 5 axes continus 6000 tr/min

Tête de fraisage avec broche déportée 3000 tr/min

Tête universelle avec moteurs couple et électrobroche 12000 / 20000 / 24000 tr/min Tête de fraisage 5 axes à fourche avec moteurs couple et électrobroche 12000 / 20000 / 24000 tr/min avec moteurs couple et électrobroche 12000 / 15000 / 20000 / 24000 rpm

Magasin automatique d'outils 48 / 64 / 96 / 128 porte-outils

Magasin automatique de têtes 2 / 3 supports

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