Conception à portique, zone de travail encore plus grande avec des courses et des vis à billes correspondantes, qui se rapprochent des moteurs linéaires en matière d'accélération et de vitesse rapide : voici les points forts du nouveau centre d’usinage VERSA 945 de Fehlmann. Présenté pour la première fois en novembre 2020 à l’occasion de portes ouvertes, sa précision et sa fiabilité permettent une utilisation encore plus universelle.
Les premiers centres d’usinage avec concept de portique ont été proposés par Fehlmann AG en 2009, avec le lancement de la série VERSA 825. En 2017, l’entreprise présente en exclusivité son moteur linéaire avec le VERSA 645. Ces deux centres d’usinage sont très similaires du fait de leur concept de base, le portique, et font leurs preuves depuis des années. Fehlmann a donc décidé de réunir les points forts de ces deux centres d’usinage pour le développement du VERSA 945. Le but de ce nouveau centre d’usinage est d’offrir une utilisation encore plus universelle grâce à ses dimensions et ses courses, le tout associé à la précision, la fiabilité, et les possibilités d'automatisation qui font la réputation de Fehlmann. Le cahier des charges de la nouvelle machine a également été conçu selon ces principes. La zone de travail a été définie avec un diamètre de pièces de 650 mm et une hauteur de montage de 650 mm pour des hauteurs de pièce de maximum 460 mm. La plage de pivotement et les courses devaient donc être plus grandes. Il en résulte une course Y de 800 mm et Z de 500 mm, afin de permettre un usinage parfait des pièces. La plage de pivotement, soit le pivotement des deux côtés, était un point important pour l'équipe chargée du développement du VERSA 945. Il fait donc également partie du cahier des charges, car le pivotement des deux côtés réduit nettement les mouvements compensatoires. Cela permet d'obtenir des surfaces précises ainsi qu’un véritable gain de temps, notamment pour les pièces simultanées.
La conception globale a également occupé un rôle important lors du développement. Environ 70 % des machines de Fehlmann sont utilisées de manière automatisées. 50 à 60 % de ces dernières sont livrées déjà automatisées. Le VERSA 825 répond à ces exigences depuis des années. Un côté est d’ailleurs entièrement dédié à l'automatisation. Le VERSA 945 est, comme le VERSA 645, accessible par le devant, et le côté droit est consacré à l’automatisation. Fehlmann a conçu une ouverture pour l’automatisation très généreuse, car les appareils de manutention, les robots mais aussi les solutions à bras articulé travaillent en partie avec des axes télescopiques de très grande dimension. Ce côté peut également servir à accéder à la zone de travail.
FEHLMANN VERSA 945, un maximum de précision avec une dynamique élevée pour l'usinage sur 5 faces ou en 5 axes simultanésUn poids optimisé avec une grande rigidité
Le concept de la machine VERSA 945 est basé, comme évoqué précédemment, sur une structure en portique. Sa base est en fonte grise. Un matériau qui, selon Urs Schmid, directeur du développement/CTO et membre de la direction, est le meilleur pour garantir la haute précision de la machine.
Du fait de la grande rigidité, les axes Y et Z sont intégrés aux axes d’outil, et l’axe X avec la table circulaire pivotante (berceau avec butée) reposent sur toute la longueur du banc. La table circulaire pivotante dispose, comme tous les modèles VERSA, d’un entraînement direct. Sur le banc de la machine avec une mise en place sur 3 points, le chariot en X glisse avec un chariot de guidage supplémentaire. Cela permet un meilleur pivotement et une plus grande rigidité avec la table circulaire pivotante, car l’entraînement est posé en bas, et le fraisage se fait en haut.
Comme à son habitude, Fehlmann a calculé l’ensemble de la structure de la machine avec la méthode des éléments finis (FEM), afin d'optimiser la rigidité et le pivotement. Le résultat : toutes les pièces mobiles sont fabriquées avec un poids optimisé en fonte à graphite sphéroïdal, et présentent ainsi une grande rigidité, une précision dynamique ainsi qu’un échauffement minimal et maîtrisable. Après des recherches poussées, Fehlmann a également constaté que la fonte à graphite sphéroïdal de type GGG 50 et GGG 60 augmente nettement la rigidité sans impacter le poids.
Un dynamisme comparable aux moteurs linéaires
Parmi les plus importantes modifications réalisées après des études conceptuelles approfondies, on compte la technique d’entraînement et la commande du VERSA 945. L’utilisation de vis à billes pour l’entraînement s’est vite imposée comme évidente. Urs Schmid voit cela comme une conséquence logique : « Plus les axes à déplacer sont grands et lourds, plus l’efficacité du moteur linéaire est faible. Pour le VERSA 645, nous avons utilisé un moteur linéaire dans l’axe X avec une force d'attraction magnétique de 2,5 tonnes. Pour le moteur du VERSA 945, il a fallu passer à 4 tonnes. Il faut assurer l’absorption de cette force, le dimensionnement correct des conduits et la rigidité du chariot. C’est pourquoi nous avons opté pour des vis à bille rectifiées de haute précision et des doubles écrous pour la course réduite. Cette décision présente l’avantage que le concept d’entraînement via la course réduite permet notamment un fraisage trochoïdal. Avec une accélération exceptionnelle et une vitesse rapide de 50 m/min. dans tous les axes, cette solution génère des pertes presque nulles face au moteur linéaire. »
Bien au contraire, cette solution permet d'atteindre une force de déplacement nettement supérieure. Selon Urs Schmid, la haute précision est due aux règles de mesure en verre.
Fehlmann estime la taille maximale des palettes, automatisable, à 400 mm. Les six raccords tournants pneumatiques sont toutefois nouveaux car il fallait répondre à l’exigence croissante en matière de systèmes de tension. En option, le VERSA 945 peut également être commandé avec trois conduits hydrauliques et un conduit pneumatique.
La commande de la machine reste la Heidenhain TNC 640. Elle est désor-mais intégrée derrière l’écran. Soit là où l’utilisateur la cherche.
Dialogue direct avec la commande
Pour le changement d’outil du VERSA 945 , Fehlmann mise toujours sur des doubles pinces rapides. Sur la version standard, le magasin à chaîne comprend 48 places, et 80 en option. Le magasin sur rack peut, au choix, présenter jusqu’à 256 places. Fehlmann prépare actuellement un magasin d’outils nettement plus grand mais toutefois peu encombrant. À cet égard, il est important de noter que les données nécessaires au magasin d’outils doivent être saisies dans le système de gestion Fehlmann Toolmanagement et dans la commande Heidenhain. Le pivotement de la commande permet en outre une vision optimale sur la station de chargement.
Pour résumer, Fehlmann semble avoir développé avec le VERSA 945 un concept de machine qui dépasse les exigences du marché. Malgré l’environnement défavorable, lié à l'épidémie de Covid ou aux problème de livraison de la fonte, la société a été en mesure de respecter les délais pour la construction des prototypes. Les premiers composants ont été testés dès février 2020, et le nouveau produit phare était prêt pour les portes ouvertes. Actuellement, deux machines d’usinage supplémentaires sont en construction : une pour réaliser des essais et des tests, et une deuxième machine déjà commandée par un client en Suisse.
