Traitement de surface robotisé de pièces moulées géométriquement complexes avec détection des contours en 3D et technologie intelligente de capteur force-couple

La nouvelle cellule robotisée, très universelle, est conçue pour l’ébarbage de pièces de fonderie et l’usinage des surfaces de pièces pesant jusqu’à 100 kg et présentant des géométries complexes. L’objectif de l’usinage est l’enlèvement uniforme d’au moins 1 mm d’épaisseur de matériau sur la surface totale de la pièce à usiner (exemples : Raccords de tuyaux de l’industrie pétrochimique ou pièces de moteur de l’industrie automobile).

La pièce à usiner est fixée sur une table rotative avec un système de serrage de palettes et ainsi amenée en position d’usinage. Deux palettes sont disposées sur la table rotative en position 180°. Pendant que la première pièce est usinée dans la cellule robotisée, la pièce suivante peut être serrée dans le second système de serrage de palettes sur la table rotative. Le plateau rotatif fait tourner la pièce à usiner dans la cellule robotisée et positionne la palette dans la bonne position grâce à un système de serrage à point zéro sur un second plateau rotatif CNC à l’intérieur de la cellule robotisée. Cette table rotative avec la palette serrée et la pièce à usiner dessus est commandée par le robot industriel à six axes comme septième axe de manière librement programmable et permet ainsi des positions d’usinage et d’engagement optimales.

Le robot d’usinage est équipé d’une broche haute performance compacte, refroidie à l’eau, qui assure une accessibilité optimale aux pièces à usiner, en conjonction avec la table rotative CNC supplémentaire. Un capteur force-couple intégré dans la pince du robot contrôle avec précision la force de contact de l’outil sur la pièce à usiner, de sorte que des opérations d’usinage sensibles à la force peuvent également être effectuées sur la pièce. Cela permet l’usinage entièrement automatisé de géométries complexes.

En raison des propriétés des aciers fortement alliés des pièces, l’usinage est réalisé avec des outils d’usure - dans ce cas exemplaire avec des meules. Toutefois, le système peut également fonctionner de manière universelle avec d’autres outils, par exemple des outils de fraisage. C’est pourquoi la broche de rectification/fraisage est équipée d’un système de changement d’outils pouvant compter jusqu’à 132 outils, qui remplace les outils usés par des outils frères et assure un processus de production continu pendant de nombreuses heures. Dans cette application, l’usinage d’une pièce nécessite trois changements d’outils.

La technologie des capteurs force-couple est utilisée depuis plusieurs années dans le domaine de la robotique pour l’usinage sans transition de contours de pièces indéfinis ou variables et le contrôle de la pression de contact à force constante dans les processus d’usinage. Le contenu innovant de la méthode présentée ici réside dans la combinaison de la détection force-couple avec l’usinage de surfaces complexes définies en 3D et un contrôle de la force constante orthogonale à la surface avec compensation simultanée de l’usure de l’outil. Les dessins de conception en 3D des pièces sont lus par un logiciel de FAO et les trajectoires de robot nécessaires sont programmées hors ligne, les trajectoires d’0outil étant calculées en codes à six ou plusieurs axes.

Le défi de cette innovation réside dans l’utilisation d’outils abrasifs, car non seulement la circonférence de la pièce mais aussi le diamètre de la meule changent au cours de l’usinage. Grâce à une programmation intelligente et à l’association du logiciel de FAO avec la technologie des capteurs force-couple, nous avons réussi à faire ce que même le fabricant du logiciel pensait être impossible. Grâce à cette mise en réseau et en combinaison avec un système de mesure 3D de la meule, le robot utilise différents outils abrasifs pour usiner en force des surfaces complexes avec un enlèvement de matière important. Lorsqu’un diamètre de meule prédéfini est atteint, l’outil est automatiquement remplacé par un système de changement d’outil intégré dans la griffe.

La combinaison du contrôle de la force et de la programmation FAO de la géométrie de la pièce et des trajectoires du robot associées est particulièrement nécessaire pour les pièces moulées de grandes dimensions et les écarts qui en résultent. Les écarts des pièces réelles par rapport au dessin peuvent atteindre plusieurs millimètres. La pièce est donc en outre mesurée à des points de référence spécifiés avant l’usinage à l’aide d’un capteur de distance laser fixé au bras du robot. Les points de mesure ainsi déterminés sont inclus dans le calcul des trajectoires en tant que valeurs de correction de la géométrie de la pièce. Le contrôle de la trajectoire réelle est ensuite contrôlé par la force.