Ficep France est l'une des 16 filiales du groupe Ficep réparties dans le monde entier

Technologie de broche à actionnement direct « Direct Drive »

Le perçage de l’acier de construction prévoyait traditionnellement un réducteur de broche de perçage pour réduire la vitesse de la broche et augmenter le couple, pour répondre aux exigences spécifiées. Avec certaines broches hydrauliques, il était également utilisé pour développer une plage différente de vitesses de rotation pour chacune des broches d’une configuration à trois broches.

La configuration à trois broches est encore proposée aujourd’hui par certains fabricants, pour pouvoir offrir jusqu’à trois diamètres différents. Malheureusement, la plage de vitesses de chaque broche n’est pas capable de couvrir toute la plage, de la valeur minimale à la valeur maximale. Le résultat final est que certains outils ne peuvent pas être utilisés sur la plage de vitesses de rotation souhaitée, telle qu’elle est indiquée par le fabricant de l’outil, justement en raison de cette limitation.

L’outillage actuel peut requérir jusqu’à 5 000 tr/min pour atteindre les performances prévues. Pour arriver à des vitesses de rotation élevées, les broches équipées d’un réducteur nécessitent traditionnellement d’un système de refroidissement interne permettant de dissiper la chaleur générée à ce niveau de rotation.

Les capacités des actionneurs de broches ayant été étendues, FICEP a pu concevoir une seule broche équipée d’un changeur automatique d’outil, permettant de réaliser des trous ayant des diamètres différents. La broche ainsi conçue pouvait fonctionner sur toute la plage de vitesses, pour s’adapter aux spécifications des différents outils.

En 1998, FICEP a introduit dans sa division de produits de forgeage un moteur Direct Drive entièrement programmable. En 2009, cette même technologie de broche Direct Drive a été incorporée dans les lignes de produits de perçage de FICEP.

Cette première industrielle de FICEP s’est traduite par de nombreux avantages uniques pour le fabricant :

  1. Le réducteur ayant été éliminé, il a été désormais possible d’atteindre des vitesses de rotation allant jusqu’à 5 000 tr/min sans avoir à se préoccuper de la chaleur générée par la broche ni de la nécessité d’utiliser une broche refroidie à l’eau.
  2. L’élimination des réducteurs, des roulements et des joints élimine pratiquement tout entretien typique.
  3. Greater efficiency. One hundred percent (100%) of the horsepower of the motor is what is delivered to the cutting edges of the tool. It is not like a car where a mechanical transmission greatly reduces the power delivered to the wheels, for example.

Offrir à l’industrie la première broche de perçage « Direct Drive » n’est qu’un autre exemple de l’engagement de l’équipe d’ingénieurs de FICEP envers nos clients ainsi que de leur capacité d’innover !

Speed, safety and process reliability: the advantages of a robotic automatic pieces unloading system

Flexibility and productivity are two important subjects for the manufacturers specially nowadays when the energy cost and the raw material availability are often hard to be managed. Ficep faced these themes many times offering different solutions depending on the customers’ needs: contractors, earth moving machines constructors, ship builders, steel fabricators, etc.

Gemini, for example, is a plate drilling and cutting system which can host different technologies, such as:

  • thermal cutting (plasma with straight or bevel heads and oxy);
  • marking;
  • drilling;
  • tapping;
  • milling.

The positioning of the plates on the working bench (typically carried out by crane) and above all the unloading of the processed pieces, still represent an issue. The unloading operation is usually done manually directly from the bench or thanks to big magnets which collect groups of pieces, to be picked and organized manually on the floor. The possibility to improve this activity, making it quicker and safer, has always been subject to the market requests and to the machine tool manufactures’ analysis.

Automatic unloading robot

Since the parts processed on the Gemini have different size and weight (within the same plate or on different plates), it’s imperative to find an efficient but flexible solution. The first Ficep prototype of robotic system to unload the processed pieces is the result of a specific customer’s request.

Gemini is made of one working bench and two parallel rails which the gantry slides on. Often the system is configured with two gantry machines: Gemini can be combined with one Kronos. The first one performs all the mechanical operations such us drilling, milling, tapping, chamfering etc, while the second carries out the thermal cutting. On the rails, as alternative to the Kronos, it is possible to install the robotic system for pieces unloading.

Once Gemini ends the working cycle of a plate, it moves to the second plate so that the robot can start the unloading activity on the first one without interfering with the Gemini operations. For this reason the working stations must be at least two (one for the working cycle and one for the unloading) or more, up to a maximum of eight stations.

The picking element is made of two pneumatic-magnetic systems which can symmetrically converge or diverge with respect to the arm center to change the dimension of the picking point. In this way the system is able to pick both small or large and heavy pieces: it is also possible to adjust the magnetic level of the picking element according to the characteristics of the piece to be handled.

The operating software

Although the Gemini and the robotic system are two different machines, they exchange the data to optimize their activities: the position of the piece within the working bench is already known in the software. Gemini in fact is previously checking the exact position of the plate, which is usually not perfectly aligned with the working bench, and the software is rotating and adjusting the program accordingly. This information is very useful also for the robot software in order to program its working cycle.

The whole cycle is therefore based on the information coming from the nesting realized with Steel Projects software, Ficep software house, which uses these data to program the automatic unloading with the robot.
Piece type, position on the bench, weight, barycenter and other data are collected by a software specifically developed to generate the pieces unloading program.
The software also identifies the shape and dimension of the part to define the best picking point.

The unloading can be managed and organized in different ways, for example by properly palletizing the components according to specific criteria.
The pallets are positioned in specific areas and are managed by sensors. They can be moved manually or through AGV. It’s also possible to stockpile the empty pallets: once the first pallet is full and removed, the software automatically recognizes the different height of the new unloading level of the second pallet.

The use of a robotic system with anti-collision devices and photocells to remove the processed pieces from the working bench instead of the manual unloading by the operator allows to highly improve the overall safety of the system.

La perceuse à portique pour poutres de FICEP révolutionne le processus de fabrication de ponts

La méthode traditionnelle de fabrication de poutres pour ponts peut être décrite comme suit :

  • Traçage manuel des trous.
  • Utilisation de perceuses magnétiques pour percer des trous dans une des extrémités de la poutre.
  • Boulonner les tôles de connexion.
  • Mettre la poutre suivante dans la ligne et la positionner manuellement contre la poutre dans laquelle on a percé les trous et sur laquelle on a boulonné la tôle de connexion.
  • Une fois que les deux poutres sont correctement alignées, percer manuellement les trous de connexion dans l’extrémité de la deuxième poutre.
  • Une fois que les trous sont percés dans l’extrémité de la poutre n° 2, retirer la poutre n° 1.
  • Move girder #2 to the previous position of girder #1.
  • Tracer manuellement la deuxième extrémité de la poutre n° 2.
  • Après avoir percé la deuxième extrémité de la poutre n° 2 et y avoir boulonné les tôles de connexion, positionner manuellement la poutre n° 3.
  • Continuer le processus décrit ci-dessus pour les autres poutres du pont.

Comme on peut bien l’imaginer, le processus ci-dessus requiert un espace considérable dans l’atelier et jusqu’à plus de 50 heures-homme pour chaque connexion. Cette méthode traditionnelle de fabrication des poutres pour ponts a toujours représenté la pratique universelle suivie dans les ateliers de construction de ponts du monde entier.

Aucun constructeur de machines-outils n’avait même envisagé d’aborder ce processus avec une solution plus productive, jusqu’au moment où FICEP a relevé le défi en 2009. Ce défi d’introduire une nouvelle technologie est révélateur de l’engagement de FICEP à promouvoir l’innovation. Actuellement, FICEP offre la seule solution pour automatiser ce processus et éliminer le travail manuel associé à la fabrication de poutres.

Comment FICEP a-t-elle fait ?

Pour gagner le défi, FICEP a puisé dans les développements existants et les a intégrés avec la technologie de pointe. Ella a ainsi créé de NOUVEAUX processus, comme suit :

  • Comme une partie de la tâche consistait à réduire l’espace requis dans l’atelier et les poutres peuvent s’étendre jusqu’à 50 mètres, ils ont conçu une solution à portique. Cette approche, qui prévoit que la poutre reste immobile et que ce soit la perceuse à se déplacer, a permis de réduire la longueur totale du système à commande numérique pratiquement à la longueur de la poutre la plus longue devant être usinée.
  • Girders are engineered typically with extensive camber and sweep plus they are not always dimensioned as drawn.
  • La perceuse à portique pour poutres de FICEP n’a pas de point de référence machine, donc il n’est pas nécessaire d’essayer de positionner manuellement une poutre de 50 mètres de long à un point zéro mécanique donné.
  • Une fois que le processus à commande numérique est démarré, on utilise la technologie laser pour balayer toute la surface physique de la poutre et permettre au logiciel de définir les points zéro requis. Comme il existe une tolérance associée à la poutre après le soudage, les points zéro qui sont définis sont uniques pour chaque poutre spécifique à usiner.
  • Une fois le cycle de balayage laser terminé, la perceuse à portique à trois broches commence à percer les trous requis sur la base des positions physiques des points zéro définis pour la poutre étant usinée.
  • Le plus souvent, les trous percés dans les ailes et dans l’âme ne partagent pas les mêmes coordonnées de longueur, car les trous percé dans l’âme sont généralement obliques, par exemple, ce qui fait que chaque trou dans l’âme a une coordonnée de longueur différente. Même si les trous partagent la même coordonnée de longueur dans deux des surfaces, la poutre n’est probablement pas positionnée parallèlement à la course du portique.

In order to increase the productivity of the Endeavor girder gantry drill, FICEP’s unique solution was for each spindle to have its own sub axis. This design permits the gantry drill to generate holes in all three faces of the girder even if the holes are not aligned.

The web spindle of the FICEP girder gantry can also rotate up to 90° in each direction to be able to perform end milling.

Since the girder is stationary and the spindles have their own independent sub axis, they can also perform the milling of weld preparation at aggressive rates as each spindle is driven by a 31 KW (41 HP) “Direct Drive” so the full motors power is what is being delivered to the tool. There is no loss of power as this is “Direct Drive” and it does not require a gearbox that diminishes the power delivered to the tool.

The extremely large processing envelop, in conjunction with not having a fixed datum, permits large unique weldments to be laser probed and processed.

The Endeavor Girder Gantry drill represents another innovative FICEP first to assist our business partners compete with alternative materials such as concrete.

La « Fabrication intelligente d’acier » de FICEP

En 1988, FICEP a inventé et installé la première ligne intégrée de fabrication d’acier de construction avec un système de manutention des matériaux entièrement automatisé. Et ce n’était que le début, étant donné que FICEP est le leader incontesté des systèmes automatisés avec des centaines d’installations dans le monde entier ! Au cours des 30 dernières années, FICEP a considérablement accru la productivité de cette technologie automatisée complète. C’est le résultat de l’engagement continu de FICEP en faveur des développements de l’industrie dans le domaine des logiciels et du matériel

Le défi
Depuis que FICEP a inventé la première ligne automatisée de perçage multibroche en 1965, des améliorations significatives ont été apportées aux vitesses d’avance des broches de perçage et aux vitesses de positionnement tant du matériau usiné que des performances de l’axe de la broche de perçage. Le processus visant à augmenter l’efficacité des lignes de perçage et à éliminer les cycles non productifs a peut-être atteint son plateau pour le moment avec l’axe supplémentaire de positionnement de la broche qui permet d’améliorer le temps « copeaux à copeaux ».

Système de perçage et sciage FICEP avec axe complémentaire de positionnement de la broche
Depuis son premier système de manutention de matériaux entièrement automatisé en 1988, FICEP s’est attachée à améliorer l’efficacité du flux de matériaux sur la ligne

Le défi consistait à augmenter le pourcentage de temps pendant lequel les centres d’usinage (sciage, perçage, gravage, grugeage, fraisage, découpe thermique et grenaillage) sont activement occupés à produire et non pas à attendre de commencer le profilé successif.

Comment la disposition optimale est-elle déterminée ?
Il n’existe pas deux entreprises de fabrication de structures en acier qui soient identiques. La combinaison de disposition des équipements dans l’usine, gamme de produits, procédés requis et capacité de production nécessaire rend unique le défi de concevoir la disposition optimale. Des projets précédents réels de types différents sont téléchargés pour générer un rapport de productivité spécifique en fonction du type de contrat.

Jusqu’à la date où FICEP a développé la « Simulation de système », le plan d’ensemble d’une usine était généralement conçu sur la base d’un processus d’entretien avec le client. L’objectif était d’essayer de réaliser un plan d’ensemble qui fût le résultat de quelques suppositions et hypothèses plausibles. Aujourd’hui, FICEP utilise un logiciel propriétaire pour évaluer comment différents types de projets et de plans d’usine peuvent être simulés pour effectuer une analyse détaillée de la productivité.

Les cellules d’usinage séparées plutôt que les systèmes en tandem, les capacités/caractéristiques des tables de transfert et les dimensions des zones d’entreposage des matériaux ne sont que quelques-unes des variables qui doivent être évaluées.

La « Simulation de système » est un processus au cours duquel les dispositions potentielles des équipements sont évaluées en fonction des exigences en main-d’œuvre, des capacités, de la productivité et des goulets d’étranglement. Des projets et/ou des séquences réels sont importés dans le logiciel PLM, qui commence par l’imbrication des matériaux et utilise de puissants algorithmes pour séquencer la production de la manière la plus efficace. Dès que la charge d’usinage optimisée est téléchargée, le « Simulateur de système » montre le processus d’usinage des profilés multiples et des pièces finies en mode vidéo 3D pour refléter les temps d’usinage réels nécessaires à la fabrication de ce lot de production. Le « Simulateur de système » montre où les goulets d’étranglement se produisent et identifie les centres d’usinage qui risquent d’être sous-utilisés dans l’attente du matériau à usiner. Ce procédé innovant permet de comparer différentes plans d’ensemble et de les modifier pour déterminer celui qui offre le maximum de flexibilité et de productivité.

Comment la « Simulation de système » améliore-t-elle votre productivité quotidienne ?
Une fois que la charge d’usinage préliminaire pour la ligne de fabrication d’acier de construction est déterminée, les algorithmes du logiciel développent les séquences optimales du lot de production sélectionné. Avant de lancer la production réelle, la « Simulation de système » peut identifier les goulets d’étranglement éventuels et les centres d’usinage qui risqueraient d’être sous-utilisés. Une fois qu’ils sont identifiés, ce logiciel innovant peut montrer comment la productivité totale du système peut être augmentée avec des modifications ou des ajouts au lot de production en cours.

Comment fonctionne la « Fabrication intelligente d’acier » ?
Lorsque les profilés multiples sont chargés sur la ligne, l’opérateur scanne le code-barres correspondant dans la liste de coupe et l’importe dans le système.

Les profilés sont placés automatiquement tout au long de l’installation, sans opérateur ou préposé. Le parcours dans la ligne ou l’acheminement vers les cellules d’usinage appropriées est basé sur les processus requis et sur l’utilisation optimale des capacités du système. Chaque fois qu’un profilé ou une pièce coupée entre dans une cellule d’usinage, la longueur de la barre brute est vérifiée et le programme à commande numérique approprié est automatiquement sélectionné pour réaliser les usinages requis.

Avantages
Les avantages de la « fabrication intelligente d’acier » sont nombreux et rentables. Aujourd’hui, la plupart des systèmes vendus et installés par FICEP sont dotés de la fonction de « Fabrication intelligente d’acier », car les avantages sont considérables et faciles à justifier, le coût de cette automatisation représentant un investissement minimal en pourcentage du coût total du système.

Résumé des avantages
Séquences du système

  • Les profilés sont imbriqués automatiquement, pour maximiser l’utilisation du matériel.

  • La saisie des données associée au chargement des matériaux se fait avec un code-barres pour éliminer les erreurs possibles.

  • Il n’est pas nécessaire qu’un opérateur sélectionne le programme approprié pour usiner la pièce chargée sur le convoyeur d’alimentation.

  • La longueur du stock est automatiquement vérifiée.

  • L’acheminement du matériel est effectué de la manière la plus efficace et sans aucune intervention humaine.

  • La perte de temps de l’opérateur pour organiser et déplacer le matériel dans le système est éliminée.

  • Toutes les fonctions de manipulation des matériaux se déroulent en temps masqué pendant que les centres d’usinage exécutent les processus requis.

  • L’efficacité et la productivité sont prioritaires dans ce système. Par exemple, des pièces multiples sont chargées automatiquement sur le convoyeur d’alimentation de la grenailleuse, avec l’espacement approprié entre les profilés pour profiter au maximum du procédé de grenaillage.

  • Les nombreux opérateurs qui sont nécessaires pour assurer la productivité d’un système avec manutention manuelle des matériaux sont éliminés et remplacés par un seul préposé. En général, le préposé a le temps d’effectuer le chargement et le déchargement du système.

  • Au fur et à mesure que le processus d’usinage avance, la Fabrication intelligente d’acier a la capacité de télécharger le processus de production en 4-D vers le modèle 3-D pour montrer graphiquement en temps réel l’état de chacun des profilés du modèle.

  • Les données de production peuvent également être affichées en temps réel sur un téléphone intelligent.

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