Focus sur une nouvelle série de machines pour des tolérances réduites de moitié
Présent en tant qu’exposant sur le salon Global Industrie Lyon 2025, le fabricant de centres d’usinage Röders poursuit ses développements dans la haute précision – à l’exemple de la nouvelle série de machines Röders RPT. Objectif ? Répondre aux demandes toujours plus nombreuses et complexes des industriels en matière d’usinage.
En considérant la qualité des pièces que l’on peut aujourd’hui obtenir avec des centres d’usinage de haute précision, on peut se demander si des progrès supplémentaires sont encore possibles. Röders s’est engagé à relever ce défi une fois de plus. « Notre longue expérience dans les applications d’usinage ainsi que nos nombreux développements dans la conception de la CN et de l’asservissement des axes nous ont permis d’acquérir une connaissance très pointue de nos machines, explique Jürgen Röders, Directeur général de Röders GmbH, société familiale depuis six générations. Cela nous permet d’évaluer avec exactitude quels sont les composants à développer pour optimiser la précision et ceux d’une moindre importance ou qui ne conduiraient qu’à l’augmentation des coûts. La solide expertise de nos bureaux d’études et notre efficience nous permettent d’aborder les projets avec pragmatisme ».
Pour sa nouvelle série de machines, Röders s’est appuyé sur ce savoir-faire pour évaluer de manière approfondie la technologie déjà disponible dans les machines de haute précision de la série RXP, continuellement développées depuis 2004, afin d’identifier les pistes de développement pertinentes et prometteuses pour une nouvelle machine.
Effets thermiques
Les fluctuations de température dans l’environnement de la machine restent la principale source des déviations lors de l’usinage et sont souvent sous-estimées par les clients. Si le client parvient à créer des conditions idéales en assurant une bonne stabilité de température, cela a un effet direct sur la précision des usinages. Cependant, cela nécessite une technologie de climatisation assez conséquente et le fonctionnement de ces systèmes est assez énergivore, ce qui n’est pas dans l’air du temps. C’est pourquoi le constructeur allemand s’efforce de maintenir la stabilité géométrique de ses machines et donc leur précision, même lorsque les conditions de température sur le site d’installation ne sont pas optimales.
Dans le cadre de ce projet, des salles climatisées ont été spécialement construites dans les ateliers de l’entreprise à Soltau, chacune pouvant accueillir une machine. En s’appuyant sur l’expérience acquise, d’adéquats systèmes de contrôle de conditionnement de température ont pu être rapidement développés en interne.
Pour ce faire, un système de contrôle Röders simplifié a été mis en œuvre de manière à commander directement une unité de climatisation standard. Cela a permis de maintenir la température dans les locaux climatisés à un niveau très stable… mais aussi de créer une norme standard de ce qui pourrait être obtenu dans des conditions idéales et créer des courbes de température fluctuantes pour analyser la réaction de la machine, notamment en ce qui concerne le décalage des points zéro.
Les experts s’accordent à dire qu’une machine dont les composants sont thermiquement régulés de façon optimale sera plus robuste face aux fluctuations de température. Les concepteurs de Röders savaient cependant que cela aurait un coût assez élevé en raison de l’importance des moyens à mettre en œuvre. C’est pourquoi un concept gradué en trois variantes d’équipements a été développé. Les machines équipées de manière adéquate ont été testées sur de longues périodes avec différentes courbes de température dans ces salles climatisées spécialement dédiées. Ainsi, les machines peuvent être amenées à différents niveaux de précision en fonction des exigences du client selon l’appellation Röders Precitemp I, II et III.
En fonction du niveau choisi, différents circuits de refroidissement tempéré avec précision ainsi que des systèmes d’air conditionné sont intégrés dans les zones stratégiques de la machine. En outre, une compensation logicielle corrige les moindres offsets résiduels restants. Les résultats obtenus avec le niveau maximal sont impressionnants. Par exemple, la machine peut être maintenue géométriquement stable à +/-1 µm alors que les températures ambiantes varient de +/- 3K.
Cette approche se montre particulièrement avantageuse pour les opérateurs utilisant dans le même atelier des machines de différents fabricants pour différents processus d’usinage et ne devant pas tous forcement fournir des résultats de haute précision. En effet, il n’est pas nécessaire d’installer à grands frais un système climatisé très précis pour l’ensemble de l’atelier si l’objectif est d’obtenir une grande précision sur une seule machine. Les autres installations peuvent continuer à fonctionner dans un environnement approprié avec des fluctuations de température, tandis que la machine de précision est adaptée à ces conditions grâce à une technologie qui lui est propre. Cela permet d’économiser des coûts, particulièrement en termes de consommation d’énergie.
La condition préalable à cette procédure est, bien sûr, que les sources de chaleur internes de la machine, par exemple les moteurs d’axes et la broche, n’aient pas d’influence sur la géométrie de la machine. C’est ce que Röders a toujours fait, avec les machines de la série RXP. Par exemple, l’axe Z est préservé des fluctuations de température de la broche de fraisage par un concept à deux niveaux utilisant une chemise de refroidissement thermo-régulée à haut débit. De plus, un capteur externe sans contact surveille la dilatation de l’arbre tournant de la broche dans une plage inférieure au micromètre afin d’améliorer encore la précision en Z. Si nécessaire, par exemple pour la rectification en coordonnées, les rails de guidage des axes peuvent aussi être tempérés avec un circuit de refroidissement additionnel.
Pour les machines à 5 axes en particulier, une optimisation des axes rotatifs dans leur conception par rapport à leurs propriétés thermiques était nécessaire. Jusqu’à présent, les entraînements directs des moteurs-couple étaient simplement maintenus à température constante. Avec la nouvelle série, les roulements des axes rotatifs et la table tournante sont désormais également régulés en température, ce qui permet de réduire considérablement les déviations géométriques. En outre, les erreurs résiduelles peuvent être compensées par des algorithmes logiciels, de sorte qu’il n’y a plus d’effet notable sur la précision d’usinage lors des mouvements à des vitesses plus élevées.
Précision mécanique et qualité des surfaces
Sur les machines 5 axes, au-delà des influences thermiques, les axes rotatifs sont souvent déterminants sur la précision obtenue. C’est pourquoi Röders a entièrement revu la table pivotante et rotative, et l’a optimisée au vu des tolérances et des composants utilisés de façon à améliorer la précision de manière significative.
Les nouvelles machines RPT se distinguent non seulement par la précision accrue de leur cinématique, mais aussi par la précision des pièces qui y sont usinées. Les mesures effectuées sur les machines par l’équipe de développement, ainsi que les premiers essais réalisés par des clients au centre technique de Röders à Soltau, montrent que les tolérances d’usinage peuvent être réduites de moitié par rapport aux machines RXP. « Bien sûr, la précision qui peut être atteinte dépend beaucoup aussi du processus d’usinage, explique Sebastian Knaack, directeur adjoint du centre technique de Röders. Par exemple, l’utilisation d’outils très longs peut entraîner des déviations inévitables en raison de la flexibilité de ceux-ci et donc des écarts, contre lesquels même une machine beaucoup plus rigide ne pourrait rien. Mais pour certaines applications, les nouvelles machines RPT de Röders constituent un véritable bond en avant ».
Comme les paramètres influençant la haute précision d’une part et la qualité des surfaces obtenues d’autre part diffèrent dans une certaine mesure, la série des machines RXP existante a également été revue entièrement à cet égard. En s’investissant sur une nouvelle série de machines, Röders souhaitait également obtenir des améliorations notables dans ce domaine.
En même temps, Röders souhaitait conserver les guidages à rouleaux très rigides des axes linéaires, qui ont fait leurs preuves notamment en dynamique élevée des axes et pour les opérations d’ébauche fréquentes. L’offre d’un fabricant renommé de guidages linéaires qui a su réaliser d’autres améliorations significatives en étroite collaboration est arrivée à point nommé.
Lors de l’usinage, les déplacements transversaux orthogonaux dans le sens de déplacement des axes sont essentiels pour les qualités de la surface obtenues. Bien qu’ils soient de l’ordre du micromètre, ils peuvent avoir un impact lors de l’usinage d’une pièce sur de longues lignes avec une fraise hémisphérique. Malgré leurs très faibles amplitudes, il fallait donc les minimiser. En optimisant les chariots de guidage à rouleaux, il a été possible de réduire considérablement ces mouvements transversaux, comme le montre clairement le graphique. L’appellation Röders Nanotol de cette technologie distingue les nouvelles machines RPT de la série RXP et améliore considérablement la précision des axes.
EQUIP PROD – N°159 Avril-Mai 2025
