Au cas où vous ne l'auriez pas encore lu : les robots sont les nouvelles machines CNC ! Les techniques d'usinage robotisé les plus récentes relèguent en effet les machines CNC au rang de vieux dinosaures. Mais les robots sont-ils vraiment assez performants pour effectuer des opérations d'usinage ? Peut-il y avoir quelques nuances ? Ou les centres d'usinage traditionnels sont-ils appelés à suivre le même sort que les dinosaures ? (et donc à disparaître plutôt qu'à devenir les protagonistes d'un film à plusieurs millions de dollars, même si j'avoue que j'aimerais beaucoup voir 'CNC World 3' sur grand écran).
Au cours de la dernière décennie, les robots ont remplacé les machines-outils traditionnelles pour une multitude d'opérations, dont le fraisage, le polissage, l'ébavurage, le découpage et bien d'autres encore. Mais l'usinage robotisé peut-il vraiment être plus performant que les machines-outils spécialisées ? C'est ce que nous allons découvrir…
L'usinage robotisé... vraiment ?
Si l'idée de l'usinage robotisé vous est nouvelle, n'hésitez pas à examiner la chose d'un œil critique. Les robots ne sont pas réputés pour leur rigidité, qui est généralement considérée comme la principale caractéristique d'une machine CNC. L'usinage robotisé comporte toutefois un certain nombre d'avantages de taille qui peuvent facilement compenser cette faiblesse.
Imaginez que vous ayez un énorme bloc de polystyrène expansé et que vous souhaitiez réaliser une sculpture spectaculaire du logo de votre entreprise pour un prochain dîner d'affaires. Or, vous ne disposez pas du personnel – ou du temps – nécessaire pour apprendre à travailler le polystyrène à la main. Vous avez accès à une usine remplie de machines CNC, mais celles-ci sont toutes bien trop petites pour pouvoir gérer un tel volume. Mais vous avez un robot...
Ce type d'application est précisément celui qui est le plus approprié pour l'usinage robotisé. Il s'agit d'une pièce trop grande pour les centres d'usinage traditionnels, fabriquée dans un matériau relativement mou et nécessitant un parcours d'usinage complexe qui n'est pas réalisable avec la plupart des machines CNC. L'usinage robotisé est donc particulièrement populaire pour les opérations de prototypage rapide.
Mais vous êtes peut-être en train de vous dire : "Tout cela est très bien, mais mon but n'est pas de découper un bloc de frigolite. Ce que je veux faire, c'est usiner nos propres produits avec précision. L'usinage robotisé est-il donc envisageable dans mon cas ?" Peut-être... Pour le savoir, nous allons énumérer les 5 avantages et inconvénients liés à cette solution.
Robots vs machines CNC : où en sommes-nous ?
1. Précision
La précision de l'usinage est probablement la principale caractéristique que les gens utilisent pour mettre en avant les performances d'une machine CNC. Après tout, si votre machine ne fonctionne pas avec précision, comment pouvez-vous espérer fabriquer un produit de qualité ?
La calibration d'un robot KUKA avec la précision de RoboDK pour les machines-outils est de plus en plus efficace. Les centres d'usinage de pointe peuvent atteindre des précisions comprises entre 20 et 50 microns. Le tour considéré comme étant 'le plus précis au monde' (qui avait été créé en 2001 et qui ne semble toujours pas avoir été égalé) atteint une précision de 0,2 micron.
La précision des robots s'est considérablement améliorée au cours de ces dernières années. Les robots industriels peuvent être calibrés à un niveau proche de leur répétabilité. Ainsi, un robot KUKA KR210, par exemple, qui atteint une répétabilité de 100 microns, peut être calibré avec une précision de 200 microns.
Il convient toutefois de rappeler que la précision d'un robot dépend de sa bonne calibration. Étant donné que la calibration dépend des utilisateurs finaux, l'industrie de la robotique a tendance à se concentrer davantage sur la 'répétabilité' d'un robot plutôt que sur sa précision.
Gagnant : la machine CNC.
2. Dimensions d'usinage
Lorsque l'on aborde la question des dimensions d'usinage, il faut savoir qu'il existe sur le marché des machines CNC tout à fait impressionnantes. J'ai personnellement déjà vu des machines à plateau plus grandes que des baleines. La plupart ont cependant une zone d'usinage beaucoup plus petite.
Les robots industriels offrent quant à eux très souvent un important volume d'usinage. Un robot industriel de taille moyenne offre un volume d'usinage de 7 à 8 mètres cubes. De plus, vous pouvez facilement ajouter un axe externe au robot et ainsi accroître encore plus l'espace de travail.
Gagnant : L'usinage robotisé.
3. Polyvalence
Le plus grand avantage des robots est probablement leur polyvalence. Vous pouvez facilement les déplacer d'une opération à l'autre. Les machines CNC sont tout à fait adaptées à une opération spécifique, qu'il s'agisse de fraiser, tourner, percer, etc. Mais un robot peut faire tout cela et bien plus encore. Les robots peuvent également se déplacer selon des trajectoires plus complexes que la plupart des machines CNC. Ces dernières ont généralement 3 ou 4 degrés de liberté (4DoF= Degrees of Freedom). Cela peut suffire pour de nombreuses opérations d'usinage, mais cela peut aussi être contraignant. Presque tous les robots industriels ont 6 DoF, ce qui signifie que vous pouvez usiner pratiquement toutes les formes que vous voulez.
Gagnant : L'usinage robotisé.
4. Rigidité
La rigidité d'une machine-outil a une grande influence sur sa précision. Un outil avec une faible rigidité se déplacera lorsqu'il touchera un matériau dur. Ce qui entraînera une découpe peu précise. Les robots sont généralement beaucoup moins rigides que les machines-outils traditionnelles. La rigidité d'un robot est généralement inférieure à 1 newton par micromètre, alors que pour les machines CNC, elle est souvent supérieure à 50 newtons par micromètre.
Les outils à faible rigidité ont aussi généralement une fréquence propre plus basse, ce qui signifie que l'outil vibre lorsqu'il entre en contact avec le matériau. La fréquence propre des robots est comprise entre 10 et 20 Hz, contre quelques centaines ou milliers de Hz pour les machines-outils.
L'usinage robotisé peut facilement gérer des matériaux mous tels que la mousse, le bois, le plastique, etc. Cependant, les matériaux plus durs, comme l'acier ou le titane, peuvent occasionner un jeu dans les moteurs du robot, réduisant ainsi le degré de précision.
Gagnant : la machine CNC.
5. Abordabilité
Les centres d'usinage et les robots peuvent être coûteux. Les robots présentent toutefois deux avantages notables par rapport aux machines CNC traditionnelles : leur grand espace de travail et leur polyvalence. La capacité à usiner des objets de (presque) n'importe quelle taille, forme et complexité signifie que les robots peuvent offrir à une entreprise plus de valeur à moindre coût. Des chercheurs de l'Université de Mons, en Belgique, estiment qu'un robot est 30 % moins cher qu'une machine-outil à espace de travail égal.
Gagnant : L'usinage robotisé.
Conclusion : oui et non !
La réponse à la question 'Les robots peuvent-ils être plus performants que les machines CNC' est donc claire : 'oui'... et 'non' ! Tout dépend en fait de ce que l'expression 'plus performants' signifie dans le cadre de votre application.
Si votre opération d'usinage exige une précision et une rigidité élevées, les machines CNC sont imbattables. Mais si vous avez besoin de polyvalence, d'un grand espace de travail et d'un prix abordable, c'est l'usinage robotisé qui s'impose.
Je pense donc pouvoir dire que l'usinage robotisé est de plus en plus adopté dans l'écosystème CNC, à travers l'intégration de robots d'usinage plus petits et complexes dans un espace de travail CNC.
