Une solution CNC NUM pour accélérer la production de roues de voitures de course

Qui ne connaît les fameux 500 miles d’Indianapolis? Parmi les acteurs de cette course mythique figure Aero Race Wheels qui est le fournisseur privilégié des roues acier des voitures de tous les événements NASCAR. À Estherville dans l’Iowa, les locaux de la société produisent chaque jour des centaines de roues utilisées pour une large part dans les courses automobile. À elles seules, les roues de la série 59 ont ainsi gagné plus de courses des catégories Cup, Nationwide et Camping World Series que celles des autres marques réunies.

Grâce au rééquipement, basé sur une solution NUM, d’un tour à repousser, Aero Race Wheels Inc. a pu obtenir des améliorations substantielles de son processus de fabrication. Celles-ci concernent avant tout une amélioration de la productivité grâce à une meilleure disponibilité machine et des changements de série plus rapides, un suivi plus étroit des processus et la création automatisée de programmes pour les nouvelles pièces.

Aero Race Wheels utilise la technique du fluotournage pour produire ses roues de hautes performances. Le processus consiste à mettre en rotation à vitesse élevée un disque d’acier tandis qu’une pression localisée, exercée par l’intermédiaire d’un galet, plaque le métal sur un gabarit. Cette technique est idéale pour la fabrication de pièces à symétrie axiale comme les jantes. Sans soudures ni pratiquement aucun déchet, on obtient ainsi un composant monobloc très solide et ce à partir d’une seule pièce de matériau. Les opérations d’usinage de forme sont effectuées sur un tour de marque Autospin de plus de vingt ans d’âge. Cette machine comprend deux groupes de galets de pression – l’un à l’avant de la pièce à usiner, l’autre à l’arrière – ce qui permet aux deux côtés de la jante d’être formés sans intervention manuelle. Chaque groupe de galets dispose de deux axes de contrôle des déplacements, X et Z, entraînés par quatre cylindres hydrauliques ; la broche du tour, elle, est entraînée par un moteur électrique.

Ce vieux tour étant un élément indispensable pour ses opérations de fabrication, Aero Race Wheels commençait à avoir des inquiétudes sur sa pérennité. Alors que la maintenance mécanique de la machine ne pose pas de problèmes particuliers, l’obtention de pièces de rechange pour l’ancien système de commande des axes était devenue pratiquement impossible. En outre, la commande d’origine était pour le moins rudimentaire. Elle était dotée de fonctionnalités limitées et ne pouvait être programmée que point par point, à l’aide d’un tableau d’entrée de données ce qui compliquait la visualisation du programme et sa mise au point, seuls des opérateurs très spécialisés étaient capables d’utiliser cette machine. Comme, de plus, le système ne pouvait enregistrer des programmes que pour quelques types de roues, les changements de lots de production prenaient souvent beaucoup de temps – souvent trois à quatre heures ou plus. – La méthode de production étant prévue pour de petits lots, tout ceci avait un impact sérieux sur la rentabilité.

Afin d’améliorer cette situation, Aero Race Wheels s’est donc adressée à un reconstructeur de machines spécialisé dans le secteur du tournage. Ce dernier a procédé à une rénovation mécanique et électrique complète. Pour l’élément CNC, décisif dans cette rénovation, il a choisi d’utiliser une solution NUMSpinform. Ce progiciel dédié a été développé par l’équipe de NUM aux États Unis, il a permis de surmonter toutes les limites du système actuel et a, de plus, été personnalisé pour répondre aux besoins spécifiques du client. La solution complète inclut également un panneau de commande NUM FS151, une interface de programmation HMI et un pupitre personnalisé pour la machine.

Le concept original NUMSpinform est basé sur une méthode d’apprentissage au cours de laquelle l’opérateur commence par copier la forme du gabarit et spécifier l’épaisseur désirée des parois de la pièce ; le système CNC calcule alors une zone de sécurité en deux dimensions afin d’éviter toute collision entre les galets et le gabarit. L’opérateur forme ensuite la nouvelle pièce sur le tour en contrôlant manuellement les axes X et Z à l’aide d’un manipulateur, tandis que le système CNC enregistre les trajectoires. Avant sa sauvegarde dans le programme de production final, le cycle de tournage enregistré peut être aisément optimisé par modification au vol, à l’aide d’une manivelle électronique, de la trajectoire du galet sur l’axe X ou Z.

Dans le cas du tour Autospin d’Aero Race Wheels, l’approche privilégiée pour la programmation consiste d’abord en cet apprentissage de la zone de sécurité du gabarit, puis en la création sur écran du cycle de travail défini par une série de courbes spline, et ce à l’aide d’un outil de conception graphique. Cette approche est désormais intégrée dans l’offre complète NUMSpinform. Outre une amélioration de la disponibilité machine, cela représente beaucoup d’avantages pour les opérateurs, notamment une augmentation de la sécurité, et une courbe d’apprentissage simplifiée pour ceux qui ne possèdent pas la longue expérience requise pour le processus d’apprentissage.

NUMSpinform permet également la génération de programmes hors ligne. Les utilisateurs peuvent alors créer leurs propres fichiers d’usinage à l’aide des outils graphiques intégrés ou les importer à partir d’un logiciel de CAO tel AUTOCAD. Il leur reste alors à programmer le cycle à l’aide de la souris. Dès que la trame du programme est prête, sa création et son chargement dans le système CNC afin de produire une pièce d’essai ne demandent qu’un dernier clic de souris. La présence d’un disque dur ainsi qu’un accès réseau permettent de s’affranchir des problèmes de stockage des fichiers.

Le pack NUMSpinform gère aussi bien un tour à deux axes qu’une machine à quatre axes. Les chariots de la machine d’Aero Race Wheels peuvent être programmés selon des trajectoires indépendantes ou par symétrie, l’opérateur ne programmant en ce cas que le chariot X1/Z1. «Nos activités exigent une fabrication très flexible», explique Marv Dailey, ingénieur de design/processus chez Aero Race Wheels «, nous fabriquons surtout en petites quantités, nous devons changer de lots aussi vite que possible, et pouvoir essayer de nouveaux designs. L’assistance fournie par NUM et notre partenaire pour la reconstruction de la machine a été exemplaire. Elle a marié mécanique de précision avec les dernières technologies de programmation et de commande. Les changements de séries prennent désormais moins de 20 minutes, et la méthode semi-automatisée de génération et d’optimisation des programmes a réduit significativement les durées de développement et de formation de l’opérateur. La programmation hors ligne libère également du temps sur cette machine décisive pour la production, ce qui augmente encore la productivité.»

Steven Schilling, Directeur général de NUM Corporation, souligne à quel point ce logiciel spécifique à l’application est au cœur de la stratégie commerciale de NUM.» Un logiciel CNC à la pointe de la technologie est souvent l’élément le plus important d’un projet réussi de reconstruction de machine, nous sommes très satisfaits des résultats obtenus grâce à une relation très étroite entre les équipes de NUM, l’intégrateur de systèmes et Aero Race Wheels.»