Quels types d'équipements d'usinage automatisés sont utilisés dans le secteur de la fabrication ?

À mesure que les technologies de fabrication ont progressé, l'automatisation croissante des processus a permis de réaliser des gains de productivité considérables. Plusieurs catégories d'équipements d'usinage automatisés ont été mises au point pour répondre à différentes exigences en matière de cadence de production et de flexibilité.

1. Tours automatiques ou semi-automatiques à une ou plusieurs broches. Ces machines exploitent les capacités intrinsèques d'équipements autonomes automatiques ou semi-automatiques pour réaliser différentes opérations sur de nombreux types de pièces. Le type et la taille de la machine doivent être choisis en fonction des procédés requis, des opérations à réaliser et de l'état des ébauches. Le mode de commande doit également tenir compte du nombre de variantes de produits, de la taille des lots et de la fréquence des changements de série. Une machine semi-automatique peut parfois être équipée d'un système de chargement et de déchargement automatique, d'un magasin d'outils et d'un changeur d'outils automatique afin de permettre une production entièrement automatisée.
2. Machines-outils automatiques à usage spécifique. Une machine à usage spécifique est conçue pour une opération précise sur une pièce donnée, généralement à partir d’une analyse détaillée du processus. Son système de transmission est relativement simple, et le dispositif de fixation est étroitement intégré à la structure de la machine. Sa rigidité est généralement supérieure à celle d’une machine polyvalente. Les concepteurs étant soumis à moins de contraintes, les exigences en matière d’automatisation peuvent être prises en compte de manière globale. L’inconvénient réside dans le fait que les composants nouvellement conçus peuvent nécessiter des ajustements importants. Son coût élevé est difficile à justifier pour une production à l’unité ou en petites séries ; ces machines sont donc particulièrement rentables lorsque la conception du produit est stable et que les volumes de production sont élevés.
3. Machines-outils modulaires. Entre environ 70% et 90% de leurs composants sont standardisés, ce qui réduit les délais de conception et de fabrication et permet une reconfiguration partielle ou complète. Une machine modulaire est conçue pour une pièce spécifique et peut utiliser un plan de processus optimisé. Elle permet la concentration des opérations, l’usinage simultané sur plusieurs faces et avec plusieurs outils, ainsi que l’usinage multibroches de plusieurs alésages en un seul serrage. Ces capacités améliorent la productivité, la précision de positionnement et la qualité du produit tout en réduisant les manipulations entre les opérations. Les composants standardisés simplifient la maintenance et réduisent les coûts. Les applications typiques comprennent le perçage, l’alésage, le perçage profond, l’alésage de précision, le dressage, le filetage interne et externe, ainsi que le fraisage frontal sur des carters, des coques et des pièces de forme irrégulière. Les machines équipées de têtes motrices à tourelle ou de têtes de broche interchangeables peuvent également prendre en charge la production en séries moyennes.
4. Machines-outils NC et CNC. Une machine à commande numérique (CN) utilise des signaux numériques pour contrôler ses mouvements et suit automatiquement un programme, une vitesse et une trajectoire prédéfinis. Les machines modernes utilisent généralement la commande numérique par ordinateur (CNO). Le programme source, qui comprend les opérations de la machine, les paramètres de processus et les contrôles dimensionnels, peut être saisi directement dans un ordinateur programmable qui commande la machine. Lorsque le produit change, l’opérateur n’a généralement qu’à charger la nouvelle pièce, changer l’outillage et remplacer le programme CN. Les machines CNC conviennent à la fabrication à l’unité, aux petites et moyennes séries ainsi qu’aux pièces complexes ; elles peuvent également être utilisées en production de masse. Elles améliorent la productivité, réduisent la main-d’œuvre, s’adaptent rapidement aux modifications de conception, garantissent une précision constante et peuvent s’intégrer dans un système de fabrication flexible ou une ligne automatisée flexible.
   
5. Centres d'usinage. Un centre d'usinage (MC) est une machine polyvalente CNC équipée d'un magasin d'outils et d'un changeur d'outils automatique. Une fois configuré, il peut fraiser, aléser, percer et aléser automatiquement deux surfaces ou plus. Le regroupement des opérations permet de réduire les changements de configuration répétés, les réglages de la machine, le transport des pièces, les temps d'attente et les erreurs liées à la configuration. Les catégories comprennent les centres de fraisage et d’alésage, les centres de tournage, les centres de rectification, les centres de poinçonnage et les centres multibroches dotés de têtes de broche interchangeables automatiquement. Les centres d’usinage conviennent aux pièces complexes et exigeantes qui nécessiteraient autrement plusieurs machines conventionnelles, outils, dispositifs de fixation, réglages et ajustements. Ils permettent également la production mixte de pièces plus simples montées par groupes sur des palettes. Leur flexibilité en fait des équipements essentiels dans les systèmes de fabrication flexibles.
6. Cellules de fabrication flexibles. Une cellule de fabrication flexible (FMC) combine généralement une à trois machines CNC avec des équipements de manutention. Elle comprend un magasin d'outils, une station de stockage des pièces et un contrôleur de cellule. Les machines peuvent charger et décharger automatiquement les pièces, changer d'outils, contrôler la précision d'usinage et surveiller l'usure des outils. Une FMC peut effectuer en continu une séquence limitée d’opérations et est particulièrement adaptée aux lots de petite et moyenne taille.
7. Lignes d'usinage automatisées. Une ligne automatisée relie un ensemble de machines-outils automatiques et de dispositifs auxiliaires dans l'ordre des opérations, grâce à un système de transfert des pièces et à un système de commande. Les pièces se déplacent automatiquement d'un poste à l'autre à un rythme de production défini et subissent tout ou partie du processus requis. Ces lignes peuvent utiliser des machines-outils à usage général, à usage spécifique ou modulaires. Elles garantissent une qualité stable, une productivité élevée et une moindre intensité de main-d'œuvre, mais la pièce reste généralement fixe ou ne subit que très peu de modifications ; elles sont donc principalement adaptées à la production en série.