L’automatisation qui change tout: Walter Meier pour VOH
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VOH, une entreprise leader dans le domaine de l'horlogerie et de la microtechnique, mise sur des solutions d'automatisation avancées pour optimiser ses processus de production. En collaboration avec Walter Meier et la cellule d'automatisation Fanuc RoboDrill et RoboMat MK-21, VOH a réussi à mettre en place une solution de fabrication flexible et précise qui transforme durablement le quotidien de travail.
Situé au cœur du Grand Chasseral à Courtelary, VOH fait partie des leaders dans le développement et la fabrication d’équipements professionnels et des solutions «Smart».
Spécialisée dans les secteurs de l’horlogerie et de la microtechnique, ses solutions innovantes répondent aux besoins spécifiques de ces industries particulières. La philosophie industrielle de VOH repose sur une compréhension approfondie des besoins de ses clients. Grâce à son expertise sectorielle et à ses compétences techniques avancées, VOH intègre de façon optimale des principes du Smart Manufacturing et de l’industrie 4.0 pour offrir des solutions de pointe. Ce positionnement fait de VOH un partenaire incontournable pour accompagner la réussite de ses partenaires.
L’offre de VOH comprend une gamme étendue d’appareils et d’outils, bien trop vaste pour être entièrement détaillée ici. Cependant, nous pouvons vous donner un aperçu des principales applications : assemblage de mouvements horlogers, contrôle de composants et d’assemblages, gestion du magnétisme, mesure de force et de couple de torsion, optimisation ergonomique des postes de travail, smart production, et personnalisation. VOH est également en mesure de créer des outils et appareils sur mesure, personnalisés aux couleurs, marques et logos de ses clients.
VOH, fondée en 1995, fabrique l’intégralité de ses produits dans son département de production de Courtelary, équipé d’un parc machines de pointe. Avec une équipe d’une trentaine de collaborateurs et cinq apprentis, l’entreprise offre des conditions de travail attrayantes, contribuant à un faible taux de turnover.
Cependant, comme beaucoup d’entreprises du secteur, VOH fait face à une pénurie de main-d’œuvre qualifiée. «Ce défi récurrent nous a poussés à explorer des solutions durables pour assurer notre production. L’automatisation s’est révélée être une réponse efficace», explique Steve Ligier, directeur des opérations chez VOH.
L’automatisation comme solution : une panacée?
Pour Steve Ligier, la réponse à cette question est très clairement : oui! «Il s’agit de notre première expérience en automatisation et, avec le recul, je ne reviendrais pas sur cette décision». Encore fallait-il trouver la solution la plus appropriée aux besoins de VOH. Après avoir arpenté les salons, le SIAMS en particulier, une solution s’est présentée chez Walter Meier avec un ensemble Fanuc RoboDrill en configuration 5 axes et une cellule d’automatisation RoboMat MK-21. «Nous avions une contrainte, c’était de pouvoir passer sur la nouvelle machine notre plus grosse pièce. Cette pièce est fabriquée en grande quantité et c’est là que nous pouvions vraiment gagner du temps, d’autant plus qu’il y a plus d’une heure d’usinage», poursuit Steve Ligier.
Un autre critère essentiel pour VOH était la simplicité d’utilisation et la flexibilité de la cellule d’automatisation. «Ce qui est vraiment bien avec cette cellule, c’est qu’on a un robot performant mais on ne s’en occupe pour ainsi dire pas. Si nous devions encore avoir un automaticien pour programmer le robot, un dessinateur pour nous concevoir les préhenseurs, nous ne nous en sortirions pas. Et en termes de flexibilité, cette cellule est incroyable. Nous produisons une série différente chaque jour sans avoir à nous occuper de la mise en train du robot», conclut-il.
Des centres d’usinage qui ont fait leurs preuves
Fabriqués depuis plus de quarante ans, les centres d’usinage RoboDrill de Fanuc ont évolué au cours du temps en intégrant les dernières technologies tout en conservant les caractéristiques qui ont fait leur succès. Trois modèles du fabricant japonais sont disponibles au catalogue de Walter Meier, du petit a-D21SiB5 au grand a-D21LiB5 en passant par l’a-D21MiB5. C’est ce dernier modèle qui a été retenu par VOH car il permet d’usiner la plus grande pièce fabriquée par l’entreprise. «Les dimensions de cette pièce sont à la limite de ce que peut accepter la machine dans sa configuration actuelle», explique Fabrice Waeber, conseiller technique et commercial machines-outils chez Walter Meier. Si la pièce en question a des dimensions bien inférieures aux capacités de la machine dans sa version 3 axes, 500 mm en X, 400 mm en Y et en Z, l’intégration d’un imposant diviseur Lehmann TAP9 pour les 4e et 5e axes réduit significativement les courses utiles.
La version ADV du Fanuc RoboDrill a-D21MiB5 installée chez VOH dispose de plusieurs améliorations par rapport à la version standard, à commencer par une course plus importante en Z qui passe de 330 à 400 mm. Le temps de changement d’outils a également été raccourci à 0,7 seconde. Sur la version standard, la rotation du carrousel d’outils à 21 positions est actionnée par la broche via l’engrenage sur le nez de broche. Avec la version Advanced, cet engrenage est remplacé par un servomoteur, ce qui réduit non seulement le temps de changement d’outils, mais diminue également le bruit de la broche en fonctionnement. Le poids maximal des outils est augmenté et passe de 3,3 à 4 kg. Deux versions différentes de broches sont disponibles, 10 000 ou 24 000 tr/min. C’est cette dernière qui a été choisie par VOH avec un arrosage central haute pression à 60 bars. Le cône de broche est à la norme BT30/BBT30 avec un contact cône/face pour une rigidité accrue, très utile pour les opérations d’ébauche lourdes ou lorsque l’on recherche une qualité d’états de surface supérieure. «Lorsque c’est nécessaire, nous utilisons des tasseaux BBT30 pour une stabilité maximale. Pour les opérations courantes, la norme BT30, plus économique, est largement suffisante», précise Hugo Barbosa, responsable cellule usinage chez VOH.
La machine dispose encore d’un palpeur d’outils filaire et d’un palpeur pièce infrarouge. L’évacuation des copeaux vers le convoyeur se fait par deux canaux inclinés situés de part et d’autre de la table. «Les buses périphériques intégrées dans la zone de travail de la machine assurent parfaitement leur rôle en évacuant de manière très efficace les copeaux vers le convoyeur», explique Hugo Barbosa. Une accumulation de copeaux sur la table peut interférer avec le basculement du diviseur et générer des pannes. C’est pourquoi, et encore plus quand la machine fonctionne de manière autonome, il est essentiel de parfaitement maîtriser ce paramètre. L’ensemble de la gestion du liquide de coupe et des copeaux est assuré par une installation individuelle de Knoll constituée d’un convoyeur à copeaux, d’un groupe haute pression et d’un système de filtration. Le bac d’émulsion contient 900 litres, de quoi assurer une excellente stabilité thermique du liquide de coupe même lorsque le centre d’usinage tourne en continu.
Un diviseur polyvalent avec d’excellentes performances
Le fabricant suisse pL Lehmann développe et produit depuis plus de 40 ans des tables rotatives CNC compactes de haute précision. Walter Meier équipe ses centres d’usinage Fanuc avec les productions de Lehmann et d’autres fournisseurs pour offrir à sa clientèle l’accès à l’usinage 4 et 5 axes. Comme beaucoup de fabricants et de sous-traitants en Suisse, VOH n’a pas choisi cette configuration pour répondre à un besoin lié à la production de pièces complexes en 5 axes simultanés comme c’est le cas pour la fabrication de turbines ou de moules d’injection. En revanche, l’entreprise de Courtelary profite des énormes possibilités offertes par un usinage en 5 axes positionnés afin de produire ses composants en un seul serrage. C’est un gain de temps indéniable, mais surtout c’est l’assurance d’un très haut niveau de précision. Un point qui reste crucial dans le secteur horloger.
Lehmann propose deux catégories de tables rotatives destinées à l’usinage et une troisième pour des opérations de contrôle métrologique. Les deux premières se déclinent en deux technologies différentes : avec un entraînement par engrenages ou un entraînement direct. C’est cette dernière solution, de la série 900, qui a été installée sur le Fanuc RoboDrill de VOH. Idéale pour des pièces cylindriques jusqu’à environ Ø100 x 100 mm ou cubiques de 150 mm de côté, le power skiving, l’usinage en 5 axes simultanés et les opérations de tournage. Disponibles avec 4 types de motorisations, la plage de fréquences de rotation va de 2 170 à 5 450 tr/min. Le diviseur installé sur le centre d’usinage de VOH est équipé d’un moteur standard avec une fréquence de rotation maximale de 2 100 tr/min.
L’entraînement direct a de nombreux avantages, à commencer par sa vitesse de rotation élevée, à même d’autoriser les opérations de tournage et de power skiving, un procédé de taillage des engrenages plus rapide et flexible que le taillage standard ou le brochage. Qui dit absence d’engrenages dit aussi absence de jeu, les axes sont en prise directe avec les moteurs, pour une précision de positionnement accrue. Mais c’est très certainement le comportement dynamique qui bénéficie le plus de l’entraînement direct. Ce critère est important lorsqu’un 4e et 5e axes sont intégrés sur une machine qui en est dépourvue d’origine. Car c’est toujours le maillon le plus «lent» qui conditionnera les performances de l’ensemble. Dans ce cas, le Lehmann TAP9 est parfaitement adapté à la haute dynamique des centres d’usinage Fanuc RoboDrill.
Mais toute cette débauche de moteurs, d’encodeurs et de régulations ne serait rien sans une base mécanique rigide et précise. Perpendicularité et parallélisme sont de 0,01/100 mm en standard. Cette précision géométrique élevée peut encore, en option, être réduite de moitié. Le berceau basculant dispose d’un contre-palier qui garantit une excellente stabilité à l’ensemble. La série 900 dispose d’un bon rapport compacité/volume de travail pour un poids conséquent compris entre 190 et 258 kg selon la version. Plusieurs options sont disponibles comme l’augmentation de la hauteur de pointe de 40 mm, des contre-pointes manuelles et pneumatiques ou encore un groupe de réfrigération pour les opérations d’usinage à sec avec des vitesses de rotation élevées.
FANUC RoboMat MK-21
Un génie universel qui prend peu de place
Le choix d’un entraînement direct était conditionné dès le départ par le besoin de VOH de pouvoir effectuer certaines opérations de tournage directement avec le Fanuc RoboDrill. «Nous sommes très satisfaits de cette fonction. Le gain de temps, mais également de précision, la pièce est usinée en un seul serrage, est vraiment un plus important. Les états de surface tout comme la circularité sont similaires à ce que nous pourrions obtenir avec un vrai tour», explique Hugo Barbosa. «Nous avons fourni à VOH les tasseaux de tournage nécessaires à leurs productions», précise Fabrice Waeber. Développés avec Denitool pour Walter Meier, ces tasseaux compacts sont parfaitement adaptés aux centres d’usinage RoboDrill.
Une automatisation flexible, fiable et simple d’utilisation
Le cœur de la cellule d’usinage reste le magasin de pièces RoboMat MK-21 fabriqué en Allemagne par Häberle. C’est lui qui a conditionné le choix de VOH pour de multiples raisons, à commencer par sa polyvalence. Totalement intégrée au centre d’usinage, cette cellule d’automatisation reprend le design et les codes couleurs du fabricant japonais. Ce qui surprend de prime abord, c’est sa compacité. Avec seulement 757 mm de largeur pour 1167 mm de profondeur et une hauteur de 2027 mm, le RoboMat MK-21 cache bien son jeu car, en réalité, il est bien plus qu’un simple magasin de pièces. En effet, le MK-21 fait également office d’extension pour le stockage de tasseaux supplémentaires. Un couteau suisse de l’automatisation qui combine le stockage de 60 palettes et de 44 outils, ce qui, additionnés aux 21 postes de la tourelle, amène le nombre d’outils à un total de 65! Cette capacité supplémentaire est la bienvenue car bien souvent, 21 outils peuvent assez rapidement s’avérer insuffisants. Les principaux outils nécessaires à la fabrication d’une pièce sont stockés dans la tourelle pour bénéficier du changement d’outils ultra rapide lié à ce type de cinématique. Les outils supplémentaires sont conservés à portée du bras robotisé dans l’espace de stockage dédié du RoboMat MK-21. Les outils sont stockés verticalement dans des pinces montées sur 4 rails horizontaux disposés à droite de la cellule. Cette configuration a l’avantage de ne pas limiter la longueur ou le diamètre des outils tant que ces valeurs ne dépassent pas les maxima acceptés par la machine.
Le stockage des palettes, des étaux Lang Technik dans le cas de VOH, se fait via une tour rotative équipée de 5 plateaux. Le changement de la plaque de base au point zéro sur le diviseur permet l’utilisation d’étaux de tailles différentes avec un pas de grille de 52 ou 96 mm. Le nombre d’étaux pouvant être stockés dépend de la taille de ces derniers, soit entre 6 et 12 unités par plateau. La gestion des palettes et l’affectation du programme s’effectuent directement depuis la commande Fanuc 31i-B5 Plus du centre d’usinage via JobManager.
«La cellule d’automatisation RoboMat MK-21 est non seulement très simple d’utilisation mais également d’une grande fiabilité. Le soir, on prépare 24 pièces et quand nous arrivons le lendemain matin, tout est fini et juste. La cellule robotisée fonctionne à merveille, il n’y a aucun réglage à faire. Cet investissement a complètement changé notre manière de travailler surtout que nous ne travaillons pas en équipes. La mise en train se fait la journée et les pièces sont usinées pendant la nuit sans aucune intervention. C’est comme si nous avions une ou deux personnes supplémentaires au sein de notre équipe», explique Steve Ligier.
«Le seul contrôle que nous effectuons est un palpage en Z pour nous assurer qu’aucun copeau ne soit présent entre la semelle de l’étau et la plaque de base montée sur le diviseur», conclut Hugo Barbosa.
Le RoboMat MK-21 dispose encore d’une corde à son arc qui le rend extrêmement fiable. C’est son bras Fanuc LR Mate 200iD équipé d’un préhenseur Schunk particulier. Cumuler palettes et outils nécessite généralement de changer de préhenseurs, ce qui complique le procédé et augmente les risques de pannes ainsi que le coût du système. Ici, c’est le bon sens et l’ingéniosité qui priment. La saisie des outils, que ce soit dans la tourelle de la machine ou dans le magasin de la cellule, ne se fait pas de manière traditionnelle par la collerette du tasseau, mais par son cône. Cette approche pragmatique simplifie grandement la conception du préhenseur tout en laissant la collerette libre pour un chargement simple et rapide des outils dans leurs poches. Elle offre également la possibilité de manipuler les palettes ou les étaux avec le même préhenseur. Cela est rendu possible par l’adjonction d’un point d’accroche sous la forme d’une petite plaquette hexagonale fixée par 2 vis à tête conique sur l’un des côtés des étaux. Walter Meier a même ajouté sa petite touche personnelle en y gravant un visage avec les vis qui font office d’yeux. C’est par cette petite pièce que le préhenseur peut manipuler les étaux pour les opérations de chargement et de déchargement. De cette manière, on fait l’économie d’une interface ATC [Automatic Tool Changer] au bout du bras ainsi que d’un préhenseur supplémentaire, avec pour corollaire une fiabilité accrue.
Parmi la foule de détails qui peuvent de prime abord sembler anecdotiques, on peut citer la traverse de liaison qui solidarise la cellule d’automatisation au bâti de la machine-outil. Cette pièce est hautement stratégique car elle empêche tout désalignement de la cellule avec la machine. «Dans un atelier, il y a du mouvement. On circule avec des transpalettes, des chariots élévateurs, et un coup même léger contre la cellule peut suffire à la faire bouger. Cela entraîne immanquablement une modification de la position de la cellule, ce qui nécessitera un réalignement de l’ensemble et des corrections de positions du robot. C’est une perte de temps et d’argent qui peut être facilement évitée grâce à cette plaque de liaison», précise Fabrice Waeber. Et pour terminer le tour d’horizon de ce RoboMat MK-21, il faut reconnaître que son ergonomie générale est vraiment bien pensée. L’accessibilité aux palettes et aux outils par les grandes portes frontales et latérales est vraiment excellente.
Un pas dans l’inconnu qui finalement n’apporte que du bon
Pour ses premiers pas dans le monde de l’automatisation, l’expérience de VOH s’est avérée positive dans tous les sens du terme. L’accompagnement technique et le soutien de Walter Meier du début à la fin de ce projet n’y est pas étranger. L’automatisation est encore trop souvent et à tort perçue comme adaptée qu’à des conditions très spécifiques souvent liées à la taille importante des lots fabriqués. L’exemple positif de VOH dans ce domaine prouve le contraire et démontre un fait incontestable. Aujourd’hui, l’automatisation est devenue extrêmement flexible et fiable. Même pour des petites séries avec des typologies de pièces différentes, elle s’avère très rapidement rentable. Mais surtout, elle est devenue accessible à tous car elle ne nécessite plus de connaissances spécifiques en matière de robotique et de programmation. «La seule contrainte que nous nous sommes imposés, c’est un temps de passage de minimum 10 minutes. En deçà de ce temps, la mise en train devient trop longue par rapport à la durée du cycle d’usinage et l’automatisation perd de son attrait principalement sur un plan économique», précise Steve Ligier.
Walter Meier a toujours su choisir avec soin ses fournisseurs et partenaires pour proposer des solutions d’usinage de très grande qualité. Un centre d’usinage et un robot japonais, un diviseur suisse, une cellule d’automatisation et des périphériques allemands, tout cela a bien évidemment un coût qui peut être rédhibitoire a priori. Cependant, ce serait perdre de vue l’essentiel que de ne pas se pencher en détails sur les plus-values qu’offre une telle cellule d’usinage. «Le prix ne correspondait pas vraiment à ce que nous voulions investir initialement. Mais en regardant de plus près le type de pièces que nous fabriquons, leur temps de passage et les possibilités offertes par les centres d’usinage Fanuc et les systèmes d’automatisation, nous nous sommes dit que cette solution était vraiment la plus intéressante pour nous», explique Steve Ligier. «Nous n’avions pas de machines Fanuc avant celle-ci mais nous sommes très satisfaits de notre choix. C’est un projet abouti et aujourd’hui je peux dire qu’il s’agit vraiment de la machine la mieux adaptée à notre production. Nous sommes vraiment enchantés de cette machine», conclut-il.
Avec des produits aussi bien établis sur le marché et qui ont fait leurs preuves, tabler sur 20 ans de fonctionnement opérationnel est un objectif tout à fait atteignable. D’autant plus si l’entretien courant et la maintenance prédictive sont effectués régulièrement. À ce sujet, Walter Meier propose plusieurs offres de services pour assurer le bon fonctionnement de ces machines même après de nombreuses années de bons et loyaux services.
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