Au-delà des machines de transfert traditionnelles : intégration et contrôle dans une machine de grande envergure conçue pour l’industrie automobile

Dans le secteur des machines de transfert, où les configurations standard peinent à gérer des opérations d’usinage de plus en plus complexes, Spada Machines a choisi de développer des solutions propriétaires hautement intégrées. C’est dans ce contexte que s’inscrit la collaboration de longue date avec NUM, qui trouve l’une de ses plus belles expressions dans le développement d’une machine destinée au secteur automobile, caractérisée par un haut niveau de complexité et de coordination des processus.

La complexité croissante de l’usinage dans le secteur automobile, en particulier pour les composants liés à l’électrification, met à rude épreuve les modèles de production traditionnels, notamment lorsqu’il s’agit de gérer plusieurs processus simultanément et de manière contrôlée. C’est dans ce contexte que la collaboration de longue date entre NUM et Spada Machines (une entreprise basée à Brescia spécialisée dans la conception et la fabrication de machines à transfert, de centres de tournage multibroches et de machines spéciales) franchit l’une de ses étapes les plus avancées : le développement d’une machine de transfert pour un client allemand du secteur automobile, caractérisée par un niveau d’intégration et une densité de processus dépassant de loin les normes de l’industrie.

« Le principal défi de ce projet consistait non seulement à augmenter le nombre d’opérations d’usinage, mais aussi à les gérer de manière cohérente », souligne Marco Battistotti, directeur général de NUM Italie. « Cette machine figure en effet parmi les plus sophistiquées sur lesquelles NUM ait jamais travaillé, et les chiffres soulignent clairement sa complexité : 66 axes contrôlés, 26 broches au total et la capacité de gérer jusqu’à 40 processus d’usinage simultanés. »

Une approche différente
Spada Machines évolue dans ce paysage avec un positionnement qui rompt avec les normes établies de la technologie de transfert. Forte d’une histoire remontant aux années 1960, l’entreprise a en effet choisi de ne pas rivaliser sur des configurations standard – verticales ou horizontales – mais de développer des solutions propriétaires articulées autour des besoins d’application des clients. « Lorsque nous avons démarré, nous avons clairement compris que nous ne pouvions pas rivaliser avec ceux qui dominaient déjà ces segments », explique Mauro Guerra, PDG de Spada Machines ; « nous devions proposer quelque chose de différent. »

Cette approche a donné naissance à la technologie brevetée Multi-S, basée sur une structure à stations multiples capable d’intégrer des opérations de tournage et de fraisage (même simultanément) en concentrant plusieurs opérations en une seule configuration. Cette configuration permet à la machine de surmonter les limites traditionnelles des machines de transfert et de traiter des composants provenant de matériaux différents, de géométries et de dimensions différents au sein d’un même système, tout en maintenant des niveaux élevés de précision et de stabilité du processus. Tout au long de ce parcours, la collaboration avec NUM a été cruciale dès les premières étapes du développement technologique, contribuant de manière substantielle à la définition de l’architecture de commande et des solutions d’application.

Flexibilité, efficacité et précision
Ce niveau d’intégration trouve sa pleine expression dans la machine développée pour un client de l’industrie automobile allemande, où la technologie de transfert est poussée à un degré d’intégration et de densité de processus rarement atteint dans les configurations traditionnelles.

« La machine que nous avons développée », explique M. Battistotti, « dispose de 66 axes contrôlés, d’un total de 26 broches (dont 13 en boucle fermée et 13 en boucle ouverte) et est capable de gérer jusqu’à 40 opérations d’usinage simultanées, ce qui équivaut à autant de programmes de pièces s’exécutant en parallèle. Mais l’enjeu crucial ne réside pas simplement dans l’exécution parallèle des programmes, mais plutôt dans leur synchronisation, car l’efficacité globale de la machine dépend de cette coordination. »

La structure repose sur une architecture multi-stations (jusqu’à 12 stations opérationnelles) dans laquelle chaque unité peut être reconfigurée en fonction du cycle : une broche peut être transformée en axe C ou en unité de fraisage, passant ainsi des opérations de tournage aux opérations de fraisage au sein d’un même processus. Cette flexibilité génère un très grand nombre de combinaisons opérationnelles et permet de concentrer plusieurs phases de production au sein d’un seul système.

« Cette polyvalence », souligne Mattia Spada, chef de projet chez Spada Machines, « est complétée par une conception mécanique axée sur la stabilité. La machine doit être capable d’un enlèvement de matière important dans les premières stations tout en garantissant une haute précision lors des opérations de finition réalisées dans les stations suivantes. La base et la structure sont donc conçues pour isoler les vibrations et empêcher que les contraintes générées lors des opérations d’usinage les plus lourdes ne soient transmises aux stations suivantes, préservant ainsi la qualité de la pièce et la répétabilité du processus. »

Partenariat technologique
Dans ce contexte, la contribution de NUM va bien au-delà de la simple fourniture du système de commande numérique, s’étendant directement à la définition de l’architecture mécatronique de la machine. Le système repose sur une configuration comprenant 5 NCK modulaires, conçus pour coordonner la gestion du grand nombre d’axes et de processus actifs et sur un seul Automate centralisé, un choix qui va à l’encontre de la tendance des architectures multi-Automates, simplifiant la gestion en permettant un contrôle unifié de toutes les fonctions de la machine et en évitant la nécessité de synchroniser des systèmes logiques distincts.

« Cette architecture est complétée par l’intégration complète de fonctions de sécurité certifiées », ajoute M. Spada, « réparties sur tous les axes et broches mais gérées par un système centralisé, ainsi que par une motorisation basée sur la technologie DSL, qui réduit considérablement le câblage en utilisant un seul câble pour l’alimentation et le retour d’information. Dans un système à 66 axes, ce choix a un impact significatif sur la conception et l’industrialisation de la machine, la rendant plus compacte et plus efficace. »

L’adoption de broches synchrones à refroidissement liquide, une solution peu courante dans le monde des machines transfert, vient compléter la contribution technologique de NUM. « Contrairement aux systèmes traditionnels basés sur des moteurs asynchrones », explique Battistotti, « ces broches sont à entraînement direct, sans cinématique intermédiaire, et fonctionnent en ligne avec le moteur, tandis que le refroidissement liquide maintient une température de fonctionnement constante et donc la stabilité dimensionnelle. » Il en résulte une plus grande précision dans le temps, accompagnée de performances dynamiques élevées.

Efficacité dans la durée
Pour compléter le tableau, il faut ajouter la capacité à traduire cette architecture en une véritable continuité opérationnelle, où le paramètre clé n’est pas la vitesse théorique, mais l’efficacité dans la durée. Le système intègre des fonctions de surveillance avancées qui permettent un contrôle du processus en temps réel et la détection de toute anomalie avant qu’elle n’entraîne des rebuts ou un arrêt de la machine, un aspect crucial dans une presse à transfert où plusieurs pièces sont traitées simultanément. « Mieux vaut ajouter une seconde au temps de cycle mais atteindre un niveau d’efficacité plus élevé et plus constant », note M. Guerra, « car c’est la stabilité qui détermine la productivité globale. »

Parallèlement, la gestion de l’énergie basée sur des variateurs modulaires avec réinjection sur le réseau permet de réutiliser l’énergie générée pendant les phases de décélération, améliorant ainsi l’efficacité énergétique globale d’un système caractérisé par une puissance installée élevée. Il en résulte une plateforme qui, bien que développée pour une application spécifique dans le secteur de l’automobile électrique, démontre une évidente évolutivité industrielle.