Information technique

Dynamic Efficiency – pour un usinage fiable et efficace
En termes d'efficacité d'usinage, un grand potentiel réside dans l'usinage lourd – opération d'ébauche avec une puissance de coupeélevée – et dans l'usinage de métaux difficiles à usiner tels que les alliages de titane, les matériaux à base de nickel ou encore les aciers
inoxydables, très utilisés dans les secteurs aéronautique et aérospatial. Dans le cadre d'un usinage lourd, l'objectif consiste à enlever le plus
de matière possible en un minimum de temps. Plusieurs acteurs de ce processus d'usinage sont alors poussés dans leurs retranchements.
Il est donc essentiel d'avoir une bonne maîtrise de l'ensemble du processus d'usinage à haute puissance pour en assurer la qualité et larentabilité. Les forces résultant de ce processus d'usinage exercent des charges importantes sur la machine et l'outil. L'objectif est donc
d'optimiser le volume de copeaux enlevé, de maximiser la durée de vie de l'outil et de minimiser la charge de la machine.
La solution Dynamic Efficiency englobe des fonctions innovantes pour les TNC HEIDENHAIN. Ces fonctions aident l'opérateur de lamachine à réaliser un usinage lourd et une opération d'ébauche de manière plus fiable et plus efficace. Dynamic Efficiency comprend
trois fonctions logicielles :• Fonction ACC (Active Chatter Control) : cette option réduit la tendance aux vibrations, autorisant ainsi des passes plus grandes.
• Fonction AFC (Adaptive Feed Control) : cette option régule l'avance en fonction de la situation d'usinage.
• Fraisage en tourbillon : ce cycle permet d'ébaucher des rainures et des poches tout en préservant l'outil et la machine.

Chaque fonction apporte des avantages àl'opération d'usinage. Idéalement, il estmême également possible de combiner
plusieurs de ces fonctions en vue d'atteindre
des améliorations considérables.
• Réduction de la durée d'usinage grâce àun plus grand volume de copeaux enlevé(ACC, AFC, fraisage en tourbillon)• Surveillance de l'outil (AFC)• Augmentation de la durée de vie del'outil (ACC, fraisage en tourbillon)
Grâce à Dynamic Efficiency, les processus
d'usinage sont plus rapides, plus respectueux de la machine et de l'outil, et donc
plus efficaces et plus économiques.

Mars 2014

Dynamic Efficiency
Une plus grande efficacité pour l'usinage lourd et l'ébauche

Dynamic Efficiency vise les processus
d'usinage impliquant des efforts de coupeélevés et des volumes de copeaux importants. Cela concerne les opérationsd'ébauche en général, mais également
l'usinage de matériaux difficiles à usinercomme le titane, les alliages à base denickel résistants à la corrosion (par exemple,l'Inconel) et bien d'autres matériaux qui, dufait de leurs propriétés particulières, sontutilisés pour l'outillage, la construction demoules et dans les secteurs de l'aéronautique, de l'aérospatial, du médical et del'énergie. Les forces générées par ce typed'usinage exercent des charges importantes
sur la machine et l'outil. Cette charge élevée se manifeste souvent par l'apparitionde vibrations pendant l'usinage. L'objectif
consiste donc à augmenter le volume decopeaux enlevé, tout en en allongeant ladurée de vie de l'outil et en réduisant lacharge de la machine.
C'est justement sur ces points précis
qu'intervient la solution Dynamic Efficiency
de HEIDENHAIN.

Dynamic Efficiency englobe des fonctions
HEIDENHAIN innovantes destinées auxTNC. Ces fonctions aident l'opérateur dela machine à réaliser un usinage lourd etune ébauche de manière plus efficace etplus fiable. Comme il s'agit de fonctions
logicielles, il n'est pas nécessaire d'intervenir dans la mécanique de la machine.
Dynamic Efficiency contribue à augmenter le volume de copeaux enlevé et à réduire le temps d'usinage.
Dynamic Efficiency comprend trois fonctions logicielles :• Fonction ACC (Active Chatter Control) :cette option réduit la tendance aux vibrations, autorisant ainsi des passes plus
grandes.
• Fonction AFC (Adaptive Feed Control) :cette option régule l'avance en fonction
de la situation d'usinage.
• Fraisage en tourbillon : cette fonction
permet d'ébaucher des rainures et despoches tout en préservant l'outil et lamachine.

2Chacune de ces solutions apporte desavantages décisifs au processus d'usinage.
En les combinant, vous pouvez toutefois
exploiter au maximum le potentiel de lamachine et de l'outil tout en réduisant lacharge mécanique. Même des conditions
d'usinage variables, comme par exemple
dans le cas de coupes discontinues, d'uneplongée dans des matières différentes ou
de simples évidements montrent quel'investissement en vaut la peine. Dans lapratique, il est possible d'augmenter levolume de copeaux enlevé de 20 à 25 %.
En enlevant de plus grands volumes decopeaux, Dynamic Efficiency permetd'accroître la productivité, sans avoir besoin
de faire appel à des outils spéciaux. Le faitd'éviter les surcharges d'outil, de prévenir
l'usure des tranchants et d'assurer une
meilleure fiabilité des processus contribueà une nette amélioration de la rentabilité.

En comparaison, la même rainure a étéusinée avec le processus de fraisage en
tourbillon et la fonction d'asservissement
adaptatif d'avance (AFC). Si la technologie
du fraisage en tourbillon préserve l'outil etla machine, elle n'apporte toutefois pasd'avantages significatifs en termes de vitesse. La fonction AFC joue alors un rôleimportant. Pendant les passes à vide dufraisage en trajectoire circulaire, l'AFC vient
augmenter sensiblement la vitesse d'avanceet la réduit, automatiquement encore, dès
que la fraise pénètre dans la matière. Danscet exemple, Dynamic Efficiency permet
ainsi d'obtenir un gain de temps important.

Fraisage conventionnel
 Coupes droites en quatre profondeurs de passe
 Passe finale
Temps d'usinage 96 sAvanceIl est possible de gagner d'autant plus enefficacité en combinant l'utilisation du fraisage en tourbillon avec l'asservissement
adaptatif d'avance (AFC). En effet, commel'outil se déplace en trajectoire circulairedans la matière, la charge subie par l'outil
et la machine est nettement moins importante. Une partie de cette trajectoire circulaire est toutefois effectuée dans le vide.
La fonction AFC permet alors de déplacer
l'outil avec une avance nettement plus élevée. En combinant cette fonction au cycle
HEIDENHAIN pendant la procédure d'usinage, il en résulte un gain de temps considérable.
Exemple d'usinage
Cet exemple d'application démontre clairement les avantages de Dynamic Efficiency.
L'usinage conventionnel d'une rainure est
comparé à l'usinage d'une rainure avec lefraisage en tourbillon et la fonction AFC.

Fraisage en tourbillon avec AFCTemps d'usinage 58 s

AvanceDans le cas de l'usinage conventionnel,
une coupe est effectuée en plein dans lamatière, au milieu de la rainure. Du fait descaractéristiques technologiques (matière,fraise), il n'est possible d'atteindre àchaque passe qu'un quart de la profondeur
requise. Une fois que la profondeur depasse désirée a été atteinte, une nouvelle
opération vient élargir la rainure à la largeur
souhaitée (ligne verte). La couleur deslignes vous indique la vitesse d'avance quia pu être atteinte.
Dans cet exemple, Dynamic Efficiency permet d'accroître la productivité d'envion 40 % par rapport
à la méthode d'usinage conventionnelle.

3Fonction ACC
Suppression active des vibrations (option)

Une opération d'ébauche implique desforces de fraisage importantes (fraisagepuissant). Des "vibrations" dues à la vitessede rotation de l'outil, aux résonances présentes sur la machine-outil et au volume decopeaux enlevé (puissance de coupe lors
du fraisage) peuvent apparaître. Comme ce
phénomène de vibrations fait subir une
charge importante à la machine et à l'outil,ce facteur vient limiter le volume de copeaux enlevé.

entre l'oscillation et le processus d'usinage, l'énergie qui alimente l'oscillation est
plus importante que l'énergie pouvant êtreconvertie en chaleur par le frottement.
L'oscillation s'amplifie et il en résulte desvibrations. La présence ou non d'une rétroaction (feedback) dépend de plusieurs
facteurs, notamment de l'élasticité dynamique de la machine à la pointe de l'outil(TCP : Tool Centre Point), de l'outil et desparamètres de coupe.

Limites du volume de copeaux enlevé
Trois principaux facteurs limitent le volumede copeaux qu'il est possible d'enlever surune fraiseuse pour un matériau donné : lastabilité thermique et mécanique de l'outil,
la puissance disponible à la broche et l'apparition de vibrations. L'apparition de vibrations ne reflète pas un défaut de la machine. Même si la stabilité de l'outil et lapuissance à la broche sont suffisantes, iln'est pas possible d'éviter ce phénomène.

Etant donné que les vibrations proviennent
d'une oscillation autonome, la fréquence
des vibrations est toujours proche de cellede la machine.

Origines des vibrations
Par "vibration", on entend une instabilité dynamique du processus d'usinage due auxoscillations qui surviennent avec les multipasses. L'ébauche et notamment l'usinagede matériaux difficiles à couper impliquentdes efforts de coupe élevés. Ces forces,qui apparaissent de façon périodique, entraînent une oscillation entre l'outil et lapièce. En cas de rétroaction (feedback)Mesures conventionnelles
Les vibrations exercent une charge excessive sur l'outil et la machine. On essaie
donc généralement de les éviter. La survenue de vibrations dépend notamment de lataille des copeaux (épaisseur et largeur descopeaux, vitesse de coupe, etc.). Pour prévenir le phénomène de vibrations dans lapratique, il faut donc réduire les donnéesde coupe (profondeur de coupe, vitesse derotation et avance), ce qui engendre unebaisse de la productivité.
Avantages de la fonction ACC
Avec l'option ACC (Active Chatter Control),
HEIDENHAIN propose aujourd'hui une
fonction d'asservissement efficace pourPièce fraisée sans fonction ACC : les marques laissées par les vibrations
sont clairement visibles.

4réduire la tendance aux vibrations d'unemachine. En fournissant un amortissement
supplémentaire, l'ACC augmente la puissance de coupe à partir de laquelle des vibrations apparaissent.
La fonction ACC est d'autant plus efficace
pour l'usinage lourd :• Puissances de coupe nettement plusélevées• Augmentation du volume de copeaux
enlevé (jusqu'à 25 %, voire plus)• Moins de charge subie par l'outil, donc
allongement de la durée de vie de l'outil• Moindre charge subie par la machine• Plus grande fiabilité de processus
Principe de fonctionnement de lafonction ACC
Comme la fonction de suppression active
des vibrations (ACC) est une solution purement logicielle, il n'est pas nécessaire d'intervenir dans la mécanique de la machine.
Il n'est pas non plus nécessaire d'utiliser
des systèmes auxiliaires qui augmentent lacomplexité de l'ensemble du système etdonc le risque de panne, par exemple, descapteurs ou des actuateurs. La fonction
ACC détecte le phénomène de vibrations
grâce aux signaux de mesure des entraînements disponibles sur la machine et utilise
les entraînements d'avance de la machinepour retirer l'énergie des vibrations.

Pièce fraisée avec la fonction ACC : avec la même avance et la mêmeprofondeur de coupe, la surface ne présente pas de marques laissées parles vibrations. L'usinage est effectué en préservant l'outil et la machine.

Utilisation de la fonction ACC
L'ACC contrôle l'asservissement dans une
plage de fréquence définie, en dessous dela fréquence d'attaque du tranchant del'outil. L'utilisateur définit si l'option ACC
est active, ou non, simplement en sélectionnant l'outil. Comme la géométrie desoutils influence la force de coupe, et détermine par conséquent les caractéristiquesdes vibrations susceptibles de survenir, ilest possible de créer un jeu de paramètres
spécifique à chaque outil. Lors du changement d'outil, la commutation d'un jeu deparamètres d'outil à l'autre s'effectue automatiquement.
En raison de la diversité des géométries
de machines, le constructeur de machines
peut également paramétrer séparément
l'ACC pour chaque axe, pour tous les axes
d'avance. Cette configuration supplémentaire permet parfois d'améliorer l'effet del'algorithme ACC.

1000

500

0-500-1000

Forces de coupe
avec des vibrations

00.05

0.1

0.15

0.2Temps [s] Force [N] Impacts dans la pratiqueLors de tests de fraisage réalisés sur diverses machines avec différents outils defraisage, le volume de copeaux enlevé a puêtre nettement augmenté (jusqu'à 25 %,voire plus) dans les cas où les vibrations
constituaient un facteur limitant. En évitantle phénomène de vibrations, vous réduisez
en outre sensiblement les forces exercées
sur l'outil et la machine, ce qui allonge ladurée de vie de l'outil et agit de manière
positive sur la durée de vie des composantsde la machine (broche principale, guidages,vis à billes, roulements).

Force [N] Il existe malgré tout des limites au-delàdesquelles l'ACC ne peut plus contrer ce
phénomène de vibrations. Les entraînements d'avance ne peuvent retirer suffisamment d'énergie que dans une plage defréquence n'excédant pas 100 Hz. Il n'est
pas possible d'amortir des oscillations survenant à une fréquence plus élevée. Danscertains cas, il n'est même pas possible
d'amortir les vibrations survenant à une fréquence inférieure à 100 Hz, car elles sontpar exemple limitées à l'outil alors que l'entraînement agit au niveau de la table.

1000

500

0-500

-1000
0Forces de coupe
avec l'ACC

0.05

0.1

0.15

0.2

Temps [s] Simulationd'usinage

5Fonction AFC
Asservissement adaptatif de l'avance (option)

Lors d'un fraisage, la vitesse d'avance est
généralement prédéfinie, pour chaque opération de fraisage, en fonction du matériau
usiné, de la fraise et de la profondeur decoupe. La variation des conditions de coupe
pendant l'usinage – comme par exemple
du fait de profondeurs de coupe variables,
de l'usure de l'outil ou des variations de dureté du matériau – n'a aucune influence surla vitesse d'avance. Cela peut, d'une part,signifier que la vitesse d'avance est par
moments plus faible que la vitesse nécessaire, comme par exemple en cas d'épaisseur de matière décroissante. Il en résultealors un temps d'usinage plus long. D'autrepart, une avance programmée élevée, notamment dans le cas de volumes croissants de matière enlevée, peut entraînerune surcharge de la broche et de l'outil.

Avantages de la fonction AFC
L'asservissement adaptatif de l'avanceAFC (Adaptive Feed Control) de HEIDENHAIN optimise l'avance de trajectoire en
fonction de la puissance de broche etd'autres données de processus. L'AFC garantit toujours l'avance maximale possible
pour une plus grande efficacité et offre
toute une série d'avantages.

Optimisation du temps d'usinage
On constate, en particulier sur les pièces
moulées, des fluctuations de surépaisseur
ou de matière plus ou moins importantes.
En adaptant l'avance en conséquence,la puissance de broche maximale, paramétrée au préalable par une passe d'apprentissage, est maintenue pendant toute ladurée d'usinage. Le temps d'usinage global est réduit en augmentant l'avance dansles zones d'usinage où il y a peu de matière à enlever.
Surveillance de l'outilL'asservissement adaptatif de l'avance dela TNC surveille en permanence la puissance de broche nécessaire pour l'avanceactuelle. Lorsqu'un outil est usé, la puissance de broche augmente. La TNC réduit
l'avance en conséquence. Dès que l'avanceminimale programmée passe en dessousd'un seuil minimum, la TNC réagit par une
mise hors tension, avec un message d'erreur ou un changement d'outil. Cela permet d'éviter les dégâts dus à une rupturede la fraise ou à son usure.

La fonction AFC adapte la vitesse d'avance aux différentes conditions de coupe.

6Préservation de la mécanique de lamachine
Le fait de réduire l'avance en cas de dépassement de la puissance maximale de la brochemémorisée avec une passe d'apprentissage, de manière à rétablir la puissancebroche de référénce, permet de préserverla mécanique de la machine. La broche
principale est protégée efficacement contre
le risque de surcharge.
Principe de fonctionnement
Cette fonction est facile d'utilisation : il suffit de définir des valeurs limites minimale
et maximale pour la puissance de la brochedans un tableau, avant de procéder à l'usinage. Pour cela, la TNC enregistre, au moyen
d'une passe d'apprentissage, la puissancemaximale de la broche. Le système d'asservissement adaptatif de l'avance compare alors en permanence la puissance dela broche avec la puissance de référence ettente de la maintenir pendant toute la durée de l'usinage, en ajustant l'avance.

Fraisage en tourbillon
pour la réalisation de tout type de rainures de contour

Les outils et les structures de la machinesont fortement mises à l'épreuve lors d'unfraisage sur des matériaux extrêmementrigides ou traités, difficiles à usiner. Lesforces sont particulièrement importantes
lors d'un fraisage avec une fraise deux
tailles en coupe droite, car l'outil et la pièce
forment alors un angle d'enroulement de180°. Elles peuvent dans ce cas provoquer
des déformations de l'outil, ce qui entraîne
des erreurs de géométrie dans la rainure.
Pour atteindre le niveau de précision requis
pour les pièces, la profondeur de coupeaxiale est souvent limitée à la moitié dudiamètre de l'outil. Il faut par conséquent
beaucoup de temps pour réaliser des rainures profondes qui sont pré-ébauchéesen plusieurs passes.

Avantages du fraisage en tourbillon
Le fraisage en tourbillon a pour avantaged'usiner tout type de rainures tout en préservant l'outil et la machine. L'opérationd'ébauche est effectuée avec des mouvements circulaires associés à un mouvement d'avance linéaire.
Le fraisage en tourbillon autorise une grande
profondeur de passe, car les conditions decoupe spéciales qu'il implique ne soumettent pas l'outil à une usure croissante.
La plupart du temps, il est ainsi possible
d'utiliser toute la longueur du tranchant, ce
qui permet d'enlever un plus grand volume
de copeaux par dent. La plongée circulairedans la matière n'engendre que de très
faibles efforts dans le sens radial de l'outil,
ce qui préserve la mécanique de la machine et évite la formation de vibrations.
En combinant cette méthode de fraisage
avec le contrôle adaptatif intégré de l’avance(option AFC), il est possible de gagner untemps considérable.

Le fraisage en tourbillon commefonction par défaut
La rainure à usiner est programmée commetracé de contour dans un sous-programmede contour. Les dimensions de la rainure,ainsi que les données de coupe, sont définies dans un cycle distinct. La matière résiduelle éventuelle est ensuite éliminée parune simple passe de finition.
Les avantages en bref :• Un usinage avec toute la longueur dutranchant• Un plus grand volume de copeaux(en combinaison avec la fonction AFC)
• La mécanique de la machine préservée• Moins de vibrations• Une finition des flancs intégrée

Le fraisage en tourbillon permet d'usiner très efficacement tout type de rainures

7

Commandes numériques HEIDENHAIN

Commandes numériques pour fraiseuses, machines de fraisage-tournage
et centres d'usinage
De la commande paraxiale à trois axes compacte TNC 128 à la commande de contournage iTNC 530 (jusqu'à 18 axes plus broche),les commandes TNC de HEIDENHAIN
forment une gamme complète, couvrant
presque tous les types d'application. Avec
la TNC 640, il existe même une commandenumérique pour le fraisage-tournage.
Les TNC de HEIDENHAIN sont polyvalentes :elles sont à la fois adaptées à la commandedans l'atelier et en même temps programmables à distance. Elles conviennent donc
pour la production automatisée. Avec laTNC 640 et l'iTNC 530, par exemple, vousmaîtrisez aussi bien les fraisages simples
que les fraisages à vitesse élevée – avec
un guidage des mouvements particulièrement faible en à-coups – ou encore l'usinage en cinq axes avec tête pivotante etplateau circulaire.
Avec les solutions Dynamic Efficiency et
Dynamic Precision, HEIDENHAIN combine des fonctions de commande innovantes pour un usinage à la fois hautement
précis et efficace.
Dynamic Efficiency assiste l'utilisateur àréaliser un usinage lourd ou une opérationd'ébauche de manière plus fiable et plus
efficace. Dynamic Efficiency est disponible
sur les commandes TNC 640 et iTNC 530.
Dynamic Precision permet d'obtenir despièces d'une plus grande précision, avec unmeilleur état de surface, au cours d'un processus d'usinage plus rapide, conjuguant
ainsi haute précision et haute productivité.
Les options logicielles de Dynamic Precision
peuvent être utilisées avec la TNC 640,l'iTNC 530 et la TNC 620.

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH
Dr.-Johannes-Heidenhain-Straße 583301 Traunreut, Germany{ +49 8669 31-0
| +49 8669 5061
E-mail: info@heidenhain.dewww.heidenhain.de
1081192-30 · 10 · 3/2014 · H · Printed in Germany

TNC 640iTNC 530

TNC 620

TNC 640iTNC 530

TNC 620xxx

OptionOptionOptionAVD – Atténuation active des vibrations Option

OptionOption

PAC – Adaptation des paramètres d'as- Option
servissement en fonction de la position

OptionOptionLAC – Adaptation des paramètres d'as- Option
servissement en fonction de la charge

OptionOptionMAC – Adaptation des paramètres d'as- Option
servissement en fonction du mouvement

OptionOptionx–ACC – Suppression active des vibrations Option

OptionOptionAFC – Asservissement adaptatif del’avance

OptionOption–Fraisage en tourbillon•••

Dynamic Precision
CTC – Compensation des écarts deposition dus aux élasticités

Dynamic Efficiency

xx Fonctions possibles• Fonction par défaut

Pour plus d'informations :• Catalogue TNC 640• Catalogue iTNC 530• Catalogue TNC 620• Information technique
Dynamic Precision