Journée d’Etude 2005 BIENNE

SylvieXpert, une FAO développée en Suisse, axée sur le pilotage des décolleteuses et des centres d’usinage de nouvelle génération de tournage-fraisage

dans des applications horlogères

Jean-Pierre Bendit Jinfo SA et Jurasoft SA, Rte de Coeuve 2, CH-2900 Porrentruy

Résumé Les MOCN utilisées en fabrication horlogère ont énormément évolué ces dernières années intégrant des fonctions de tournage et de fraisage avec parfois plusieurs reprises ou stations d'usinage. Le pilotage de ces MOCN de nouvelle génération est limité avec les logiciels standards de FAO. Le logiciel SylvieXpert, édité par Jurasoft SA et commercialisé en Suisse par Jinfo SA, a été développé dès le départ en pensant aux machines possédant un nombre illimité de canaux et d’axes. Entièrement basé sur des modèles 3D, le logiciel prend en compte la cinématique complète de la machine, les outils, les serrages et bien entendu la pièce ainsi que son brut. Afin d'automatiser la fabrication de pièces similaires, SylvieXpert offre à l'utilisateur une manière originale de travailler et lui permet de capitaliser son savoir-faire en créant ses propres bibliothèques d'outils et de gammes opératoires. La version 2 de SylvieXpert comprend entre autre, un système expert permettant la détermination automatique des paramètres de coupe. Celui-ci a été co-financé par la Commission pour la Technologie et l'Innovation au travers d'une collaboration avec les écoles d'ingénieurs jurassiennes. Concepteur de SylvieXpert, Jurasoft SA personnalise ce logiciel à chaque utilisateur. 1. Introduction La société Jinfo SA est active depuis 1982 dans les domaines de la CAO (Conception Assistée par Ordinateur) et de la FAO (Fabrication Assistée par Ordinateur). Les deux logiciels 2D "Chantal" et "Sylvie", à la base de la société, ont été remplacés depuis une dizaine d'années par des logiciels d'éditeurs européens standards parmi les plus performants du marché actuel. Les produits de CAO standards d'aujourd'hui donnent satisfaction moyennant quelques personnalisations. Il n'en est pas de même pour les produits de FAO où les MOCN (Machines-Outils à Commande Numérique) sont de plus en plus complexes et où le standard n'existe pas. De plus, les MOCN ont énormément évolué ces dernières années intégrant des fonctions de tournage et de fraisage avec parfois plusieurs reprises ou stations d'usinage. Le pilotage de ces MOCN de nouvelle génération est très limité avec des logiciels standards de FAO.

Fig. 1 : Centre de fraisage-tournage avec reprise

Après analyse des produits existants, des remarques de fabricants de MOCN à la recherche de la FAO tournée vers l'avenir et des besoins de leurs clients, les directeurs de Jinfo SA, MM Muehlethaler et Bendit en ont conclu qu'il y avait à l'heure actuelle un manque dans ce domaine. Forts de ces constatations, ces deux personnes ont créé une nouvelle société, Jurasoft SA, pour le développement d'un logiciel de FAO sous le nom de "SylvieXpert" qui répond aux critères de performances demandés à l'avenir pour le pilotage de MOCN complexes. 2. Axée sur le tournage-fraisage et le décol- letage avec gestion d'un nombre illimité de canaux et d’axes Le logiciel SylvieXpert est conçu pour piloter les nouvelles MOCN comme des centres d'usinage 5 axes réalisant des opérations de fraisage et de tournage (Fig. 1) et les tours multi-broches et multi-tourelles (à poupées fixes ou mobiles). L'application a été développée dès le départ en pensant aux machines possédant un nombre illimité de canaux, d’axes linéaires et rotatifs. La version 1 de SylvieXpert a été commercialisée au début de cette année avec en point de mire les décolleteuses, car c'est dans ce domaine que le marché est le plus demandeur actuellement.

En effet, d'une part, les logiciels standards n'ont pas été conçus pour des MOCN à poupées mobiles avec de nombreux canaux, plusieurs reprises, des outils et des opérations spéciaux et d'autre part, les besoins des décolleteurs évoluent énormément ces derniers temps avec des pièces à géométries complexes, des séries de plus en plus petites et des machines ayant des possibilités de plus en plus grandes (Fig. 2).

Fig. 2 : Décolleteuse 3 canaux et une reprise

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3. Entièrement basée sur des modèles 3D Le fait d'avoir une représentation 3D de la pièce à usiner, du brut, des outils et de la machine permet de connaître précisément l'espace complet de travail sans avoir à demander à l'utilisateur des précisions complémentaires. Par exemple, le logiciel est capable de retrouver automatiquement tous les trous d'une pièce et pour chacun de ces trous, son diamètre et sa profondeur. Ainsi, le parcourt de la mèche sera généré de façon automatique et évitera tous risques de collisions. D'autre part, la représentation 3D de la machine et des outils permet, lors de la simulation, de montrer les déplacements de tous les éléments qui composent la machine et de tous les outils, offrant ainsi la possibilité d'observer par exemple les collisions éventuelles entre des outils inutilisés et la pièce en cours d'usinage. Finalement, la connaissance de la matière restante après chaque opération d'usinage permet d'optimiser les parcours d'outils. La description des géométries à usiner est également grandement simplifiée lors de la sélection sur un modèle 3D, par exemple lors d'une opération d'usinage d'une partie surfacique sur une pièce de décolletage (Fig. 3).

4. Gestion des outils Une structure originale de gestion d'outils a été conçue pour être aussi souple que possible. L'outil physiquement utilisé par la machine pour une opération d’usinage donnée est appelé "outil assemblé". Celui-ci est composé d'un ou plusieurs éléments outils. Un élément outil représente une partie concrète de l’outil comme une fraise, un mandrin à pince, une rallonge, une douille de réduction, etc. Ces éléments que l’on assemble forment l’outil assemblé. Afin de pouvoir supporter des outils « multiples » (un support pouvant accueillir plusieurs éléments outils), la représentation des outils se fait en arbre. Cette représentation permet de modéliser autant de niveaux d’éléments outils que l’on veut (ex.: mandrin/réduction/rallonge/fraise) ou encore un nombre illimité d’éléments à un niveau donné (Fig. 4).

5. Automatisation de la fabrication de pièces similaires Chaque entreprise utilise souvent les mêmes outils et les mêmes paramètres d'usinage. Afin d'automatiser la fabrication de pièces similaires, SylvieXpert offre à l'utilisateur une manière originale de travailler et lui permet de capitaliser son savoir-faire en créant ses propres bibliothèques d'outils et de gammes opératoires. Une bibliothèque standard de plus de 500 éléments-outils est intégrée à SylvieXpert. Dans la plupart des logiciels de FAO, l'utilisateur décrit les opérations d'usinage et les associe à des géométries, ainsi l'ordre chronologique de la description génère la gamme opératoire. Dans SylvieXpert, l'opérateur peut travailler de cette manière, mais peut également éditer préalablement une gamme opératoire puis lui associer une géométrie. De plus, l'opérateur peut utiliser des gammes modèles. Grâce à ce concept, il est possible de stocker, pour une réutilisation ultérieure, des suites d'opérations d'usinage classiques (par exemple, pointage-perçage-taraudage) et de les réutiliser lors de la conception des gammes opératoires d'autres pièces. Il est également envisageable d'associer une opération (paramètres, outil et condition de coupe) à plusieurs zones géométriques. Ces fonctionnalités sont proposées dans le but de capitaliser l'expérience et le savoir-faire de l'utilisateur afin d'automatiser la fabrication de pièces similaires. La gestion des données étant primordiale dans ce logiciel, il a été décidé de travailler au moyen d’un SGBD (Système de Gestion de Base de Données). 6. Simulation réelle et calcul du temps d'usinage Un des principaux problèmes dans le pilotage de MOCN multi-canaux et possédant de nombreux axes est la mise au point du programme d'usinage. Dans SylvieXpert, après avoir décrit les usinages et placé les outils sur leurs groupes-outils, l'utilisateur pourra décrire les opérations qu'il souhaite réaliser en simultané. Un diagramme de "Gantt" lui présentera les opérations en fonction du temps (Fig. 5).

Fig. 3 : Sélection des géométries en 3D

Pour les MOCN qui utilisent des patrons d'usinage, ceux-ci sont générés automatiquement et les opérations placées dans les bons canaux. Une simulation réelle du déplacement de tous les groupes-outils avec l'environnement complet est primordiale (Fig. 6). Dans SylvieXpert l'accent a été mis sur une simulation réelle tenant également compte de la personnalisation de chaque client. En effet, la mise en forme demandée par l'opérateur est en amont de la simulation et non pas compris dans le post-processeur qui génère le code de la CN comme c'est le cas dans les logiciels de FAO traditionnels. Grâce à cette solution, la mise au point des

Fig. 5 : Diagramme de "Gantt" des usinages simultanés

Fig. 4 : Gestion en 3D des outils-multiples

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programmes est grandement simplifiée et les collisions visualisées et détectées automatiquement.

7. Pilotage de tous types de CN Concepteur de SylvieXpert, Jurasoft personnalise ce logiciel de FAO à chaque MOCN particulière et à chaque utilisateur. Quelque soit le langage de la CN, la génération du code est possible grâce à un concept souple de génération de post-processeurs. Par exemple, pour les machines Tornos (Fig. 7), SylvieXpert génère un fichier texte récupérable par TB-DECO. SylvieXpert propose automatiquement des "synchronisations" ou des "contraintes". Ainsi, une société peut piloter tout son parc machines avec le même logiciel.

8. Banque de données des paramètres de coupe La version 2 du logiciel comprend entre autre, l'intégration d'un système expert permettant la détermination automatique des paramètres de coupe. Ce développement est cofinancé par la Commission pour la Technologie et l'Innovation au travers d'une collaboration avec les écoles d'ingénieurs jurassiennes. Le système propose des valeurs de vitesses de coupe, avances et stratégies d'usinage (par exemple perçage avec ou sans débourrage) en fonction de la matière à usiner, de l'état de surface désiré, de l'outil, etc… De plus, le système s'enrichit des valeurs réellement utilisées ce qui permet d'affiner les propositions en fonction de l'expérience sur une machine donnée.

9. Simple d'apprentissage La description des usinages sur des modèles 3D avec gestion et visualisation de l'enlèvement de matière est en soit une façon naturelle et simple de travailler. De plus, chaque type d'opérations, paramètres d'usinage et paramètres d'outils est présenté dans une boîte de dialogue identique et accompagné d'une image rendant l'apprentissage très facile (Fig. 8).

10. Pourquoi une CFAO pour l'horlogerie ? SylvieXpert est née de l'expérience d'une équipe qui travaille en CFAO appliquées au domaine horloger depuis plus de vingt ans et qui a toujours été à l'écoute de ses clients et de leurs besoins en fonction des progrès technologiques mécaniques et informatiques. Pour mémoire, Jinfo SA présentait déjà une conférence "La CFAO, un outil efficace dans l'entreprise" en 1985 au 59ème congrès de la SSC à Interlaken avec des exemples de constructions horlogères et de pilotage de centres d'usinage 5 axes. Le logiciel SylvieXpert a été conçu pour piloter les machines spécialement dédiées à l'usinage de petites pièces de grandes précisions particulièrement bien adaptées à la production horlogère, microtechnique, dentaire et médicale. Quelles sont les particularités de ces nouvelles machines qui ne peuvent être pilotées parfaitement par des solutions de CFAO standards ? Nous pouvons citer entre autres : • une ou plusieurs reprises afin de terminer entièrement la

pièce en un seul passage (centre d'usinage avec reprise(s), machines transferts, tours à poupée fixe ou mobile)

• des opérations de fraisage et de tournage sur la même machine afin de supprimer le passage de la pièce sur plusieurs machines

• plusieurs opérations simultanées (plusieurs groupes-outils) afin de réduire le temps de cycle pour produire une pièce

• l'utilisation d'outils-multiples ou de formes spéciales. Une illustration de ces nouvelles possibilités est sans doute les décolleteuses à CN de ces dernières années qui ouvrent les portes à de nouvelles solutions de fabrication. En effet, il est maintenant possible d'usiner des pièces de géométries complexes (3D, 4 et 5 axes simultanés) sur des décolleteuses avec des avantages de précision et de production automatisées. Ces pièces à géométries complexes révolutionnent le travail du décolleteur avec des temps de cycles élevés, une programmation manuelle impossible et souvent de petites séries où les temps de mise en train deviennent critiques pour une bonne productivité. C'est donc pour ces machines que SylvieXpert a été personnalisée en premier et reste l'objectif de développement pour cette année.

Fig. 6 : Simulation réelle afin de détecter les collisions

Fig. 8 : Apprentissage simplifié par des boîtes de dialogues uniformisées et des illustrations des paramètres.

Fig. 7 : Pilotage des DECO par l'exportation du programme dans TB-DECO

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11. Exemples d'utilisation de SylvieXpert dans le domaine horloger Voici trois exemples de pièces d'horlogerie que nous avons réalisée comme pièces tests avec SylvieXpert sur des décolleteuses de configuration suivante : • décolleteuse avec broche principale et broche de reprise • peigne avec outils fixes et tournants

• tourelle avec outils fixes et tournants • outils fixes et tournants pour usiner la pièce de reprise • trois canaux • axes C sur la broche principale et sur la broche de reprise • 8 axes linéaires.

Fig. 9 : Une opération d’usinage de fraisage d’un arbre de barillet.

Dans cet exemple (Fig. 9), le parcours de la fraise a été calculé automatiquement en fonction de la géométrie sélectionnée, du choix du type d'attaque et des paramètres d'usinage de l'opération. En fonction des possibilités de la machine et du choix de l'opérateur, l'usinage pourra s'effectuer en CX ou en XY. D'autre part, la gestion des outils de formes de SylvieXpert permet de visualiser l'enlèvement de matière tel qu'il sera effectué sur la pièce. Dans cet autre exemple (Fig. 10), on peut voir qu'une opération d'usinage (comprenant les paramètres de l'opération, l'outil et les paramètres technologiques) est associée à plusieurs zones géométriques de la pièce. Avec SylvieXpert, il est en effet simple de modifier un paramètre influençant l'usinage de plusieurs zones géométriques différentes. Avec ce troisième exemple (Fig. 11), on peut voir la fraise qui évide des poches avec des algorithmes originaux. Le parcourt de l'outil sera calculé automatiquement en fonction de la poche à usiner. D'autre part le parcourt obtenu a été généré de façon à diminuer au maximum les changements brusques de direction.

12. Conclusions Grâce à SylvieXpert, le pilotage des décolleteuses et des centres d’usinage de nouvelle génération de tournage-fraisage pour l'usinage de pièces à géométries complexes est grandement simplifié et fiable. En outre cette solution permet de capitaliser le savoir-faire de l'entreprise et lui offre ainsi un gain de productivité important. 13. Remerciements Nous tenons à remercier ici les sociétés :

• Atokalpa de Alle

• Azuréa de Moutier

• Burri de Moutier

pour leur collaboration et pour avoir accepté de présenter leurs exemples de pièces dans cette présentation. Des renseignements supplémentaires sont à disposition sur le site : www.sylviexpert.ch

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Fig. 10 : Une opération d’usinage de fraisage sur un cercle d’emboîtage.

Fig. 11 : Evidements de forme d’un tambour de barillet.

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