Contrôle de la qualité du processus d'usinage CNC des aspects clés de la recherche

La technologie CNC est un pilier essentiel et une technologie clé pour la modernisation de l'industrie manufacturière. L'usinage CNC permet de résoudre les problèmes d'usinage de pièces complexes, précises et en petites séries. Il stabilise la qualité, réduit les délais de production et accroît la flexibilité de la production. Il en résulte une efficacité accrue, une accélération du développement produit et une meilleure adaptation de l'entreprise au marché, ainsi qu'une rentabilité renforcée.

La qualité des produits est essentielle à la compétitivité et aux avantages économiques d'une entreprise. La qualité des processus est le fondement de la qualité des produits. Le contrôle de la qualité dans la fabrication est au cœur du contrôle de la qualité. L'étude du contrôle de la qualité de l'usinage CNC est essentielle pour améliorer la compétitivité de base d'une entreprise.

Cet article explore la transition des équipements traditionnels aux équipements à commande numérique (CNC) dans le secteur manufacturier. Il examine les logiciels et le matériel d'usinage CNC. L'étude se concentre sur le contrôle qualité de l'usinage CNC dans la fabrication numérique, dans le but d'identifier les éléments clés d'un contrôle efficace.

Structure du système de contrôle de la qualité du processus d'usinage CNC

1. La situation actuelle et les problèmes de la structure du système de contrôle de la qualité

Il y a quelques années, quelques entreprises avant-gardistes sont passées de l’usinage traditionnel à la fabrication CNC dans le cadre de leur stratégie de développement.

Les industries ont besoin d’une efficacité et d’une précision accrues, ce qui entraîne le remplacement des tours, fraiseuses et perceuses traditionnels par des machines CNC.

Cependant, dans le processus de transition, dans le contrôle de la qualité du processus d'usinage CNC, les problèmes suivants apparaissent :

(1) Le flux de processus traditionnel limite la stabilité de la qualité des pièces

Le flux de processus conventionnel organise principalement l'usinage de machines-outils ordinaires, avec des processus de travail dispersés et davantage de liens de rotation des pièces.

Des positionnements et des serrages répétés entraînent de grandes déformations des pièces, ce qui rend difficile le respect des tolérances de forme et de position. La qualité des pièces est alors instable.

(2) La préparation grossière des programmes de processus Les programmes de processus traditionnels négligent l'utilisation de nouveaux outils de coupe et les paramètres de coupe efficaces manquent de vérification pratique.

Les ouvriers traitent les pièces en fonction de leur expérience, ce qui affecte considérablement la qualité du traitement.

Leurs compétences opérationnelles influencent l’efficacité réelle du traitement, ce qui entraîne une faible efficacité et de nombreux problèmes de qualité cachés.

(3) Support technique de processus insuffisant

Il existe trop peu de techniciens de processus et leurs compétences varient, ce qui entraîne une qualité instable dans les nouveaux processus de production.

La carte de processus d'usinage CNC est trop basique et manque d'informations essentielles, ce qui entrave le guidage efficace de la production.

L'efficacité de la programmation CNC est faible et la préparation des outils, des gabarits, des outils de coupe et des jauges prend trop de temps, ce qui réduit l'efficacité de la machine.

(4) L'application des méthodes et outils de contrôle de la qualité est manquante

Les méthodes et outils de contrôle qualité avancés dans le processus d’usinage CNC sont insuffisants.

N'a pas encore établi de modèle de contrôle qualité pour le processus d'usinage CNC applicable aux ateliers de production spécialisés.

Le manque d'outils de contrôle qualité limite la qualité du traitement des pièces et l'efficacité des machines CNC, affectant le succès de la production.

2. Modèle de flux d'opérations du processus d'usinage CNC

La figure 1 montre l’ancien modèle de processus pour la plupart des opérations d’usinage CNC de l’entreprise.

En appliquant un contrôle de qualité des processus, la qualité de l'usinage CNC reflète la mesure dans laquelle les résultats correspondent aux exigences de conception, de technologie et de production.

Nous suivons les indicateurs de processus tels que le taux de réussite de livraison, le taux de rebut, le taux de reprise, la perte de qualité, le respect de la production et la livraison à temps.

Figure 1 Modèle de flux d'opérations du processus d'usinage CNC

Le contrôle de la qualité de l'usinage CNC limite les fluctuations du processus dans les limites requises.

Les indicateurs de processus au point de sortie reflètent les aspects clés du contrôle du processus.

Les six facteurs clés étroitement liés au contrôle qualité peuvent être identifiés à partir des étapes du processus d’usinage CNC de la figure 1.

(1) Machines

La stabilité, la précision et la fiabilité des machines-outils CNC affectent directement la qualité du traitement.

L'entretien des équipements, la maintenance et le dépannage en temps opportun sont particulièrement importants.

(2) personnel (Homme)

Le niveau de compétence et le souci de la qualité des opérateurs influencent les résultats du traitement.

Améliorer la formation du personnel et renforcer la sensibilisation à la gestion de la qualité.

(3) Méthode

La nature scientifique du programme de processus et de la stratégie de traitement.

Optimisez la conception des processus, préparez raisonnablement les programmes CNC et adoptez des méthodes d'usinage avancées.

(4) Informations

Transfert d'informations et retour d'expérience liés à l'usinage CNC.

Assurez-vous que les documents du processus d'usinage CNC, les procédures d'exploitation et les paramètres du processus sont exacts.

(5) Matériel

La qualité des matières premières a un impact significatif sur la qualité du traitement des pièces.

Renforcer les tests de matériaux et la gestion de la chaîne d’approvisionnement pour garantir que les matières premières répondent aux exigences de traitement.

(6) Mesure

La précision des équipements de test et la nature scientifique des méthodes de test.

Équipé d'outils de mesure avancés et améliore le processus de test pour garantir que les pièces usinées répondent aux exigences de conception.

3. Structure du système de contrôle de la qualité du processus d'usinage CNC

Le système de contrôle qualité de l'usinage CNC comprend des étapes clés pour garantir que le processus répond aux exigences de conception, de technologie et de qualité de production.

(1) Planification de la qualité

La planification de la qualité est le point de départ du contrôle qualité du processus d'usinage CNC. Traduisez les exigences de conception, de processus et de production en caractéristiques de qualité d'usinage CNC spécifiques.

Ces caractéristiques définissent la qualité de l’usinage CNC et établissent des normes pour le contrôle qualité futur.

(2) Formation d'objectifs de contrôle de qualité

Nous déterminons les objectifs de contrôle qualité des processus clés en fonction des caractéristiques de qualité identifiées.

Ces objectifs définissent les normes de qualité pour chaque processus clé et guident le contrôle qualité.

(3) Décomposition des spécifications de contrôle qualité et des paramètres de processus

Nous décomposons les objectifs de contrôle qualité des processus clés en spécifications de contrôle qualité spécifiques et en paramètres de contrôle de processus.

Ce cahier des charges assure un suivi détaillé et un contrôle qualité à chaque étape.

(4) Collecte et mesure des données de qualité en temps réel

Lors de l'usinage CNC dynamique, le système collecte des données en temps réel sur la qualité de la production.

Des capteurs et des équipements de mesure modernes assurent une surveillance rapide de la qualité des pièces et des paramètres de processus pour répondre aux exigences d'usinage.

(5) Analyse et contrôle statistique de la qualité

Nous utilisons des outils d’analyse statistique (par exemple, SPC) et des méthodes de contrôle (par exemple, le contrôle par rétroaction) pour comparer les données réelles avec les objectifs de contrôle qualité des processus clés.

Cela nous permet d’évaluer l’état de qualité du traitement en temps réel et d’identifier les problèmes de qualité potentiels.

(6) Évaluation de la qualité et prise de décision

Nous évaluons la qualité sur la base d’une analyse statistique pour déterminer le niveau de qualité du processus de production actuel.

Les résultats de l'évaluation de la qualité fournissent une base de prise de décision, permettant de déterminer si le processus de production doit être ajusté et optimisé.

(7) Rétroaction et amélioration de la qualité

Évaluation de la qualité et prise de décision, informations en temps opportun sur les différentes étapes du processus d'usinage CNC.

Ce mécanisme de rétroaction permet à l’équipe de traiter rapidement les écarts de qualité, d’optimiser la production et d’améliorer la qualité du traitement.

(8) Mise en œuvre du contrôle qualité du feedback

En utilisant une rétroaction continue, une amélioration de la qualité, un contrôle en boucle fermée et une optimisation continue du processus d'usinage CNC.

Chaque retour d'information pour l'étape suivante s'appuie sur des données et de l'expérience, favorisant ainsi une amélioration continue du système de contrôle qualité.

Le cadre structurel du système de contrôle qualité du processus d'usinage CNC est illustré à la figure 2.

Figure 2 Structure du système de contrôle de la qualité du processus d'usinage CNC

Liens clés du contrôle qualité du processus d'usinage CNC

Le contrôle qualité du processus d'usinage CNC comprend cinq étapes clés : la conception de programmes d'usinage, la programmation CNC, la simulation de processus de contrôle, l'application de méthodes de contrôle qualité et la constitution d'une équipe CNC qualifiée.

1. Conception du programme de processus d'usinage CNC

La conception du processus d'usinage CNC comprend la détermination du contenu de l'usinage, l'analyse des dessins de pièces, la sélection des itinéraires de processus, la spécification des détails du processus et le choix des outils appropriés.

Comparé à l'usinage traditionnel des machines-outils à usage général, l'usinage CNC suit, à bien des égards, des principes de base similaires.

L'usinage CNC se caractérise par une automatisation élevée, des méthodes de contrôle différentes et des coûts plus élevés, ce qui se traduit par une spécificité du processus, une rigueur de conception et une forte concentration sur l'adaptabilité.

La rationalité du programme d’usinage CNC se reflète dans trois aspects : la spécificité et l’adaptabilité du processus, la rigueur de la conception et l’optimisation du programme.

Le programme de processus raisonnable fournit la base pour la préparation du programme CNC, qui est une condition préalable à la programmation.

Si le programme de processus n'est pas conçu de manière adéquate, des erreurs peuvent survenir dans le processus d'usinage CNC. Si la conception du programme de processus n'est pas optimisée, cela peut augmenter la charge de travail et entraîner des pertes d'efforts.

La qualité du programme d’usinage CNC détermine directement la qualité globale de l’usinage.

2. Programmation CNC

Le programme CNC est le résultat de la sortie de programmation CNC, reflétant la réalisation spécifique du programme de technologie d'usinage CNC. Les aspects suivants reflètent sa précision.

Précision du traitement du modèle mathématique des pièces :

Dans la programmation CNC, il est nécessaire de s'assurer que le modèle mathématique de la pièce est traité avec précision.

La programmation doit définir le système de coordonnées et définir avec précision le point de l'outil, le plan de sécurité et les attributs de la machine CNC.

Caractère raisonnable de la division des processus et de l’agencement des séquences :

Le processus d'usinage CNC doit suivre une séquence logique avec des divisions d'étapes précises.

La géométrie de l'outil, l'itinéraire et les paramètres de coupe doivent être correctement sélectionnés et les lettres de commande doivent suivre la syntaxe du système CNC.

La sélection des paramètres de coupe doit tenir compte du matériau, de l’outil, de la machine, de la tolérance d’usinage et d’autres facteurs.

Sécurité des pistes de roulement des outils :

Le parcours de l'outil doit éviter les surdécoupes, les sous-découpes, les collisions et les interférences avec la table, les pièces et les montages CNC.

La programmation CNC avancée implique la sélection des méthodes de traitement appropriées en fonction des caractéristiques d'usinage CNC, l'optimisation des fonctions des machines et systèmes CNC et l'amélioration des performances de l'équipement et de l'efficacité du programme. Plus précisément :

Taux de fonctionnement du programme d'équipement CNC :

Le temps nécessaire à l'équipement CNC pour exécuter un programme (PRT) et son taux d'utilisation de l'équipement (EUT) pendant une période spécifique.

Performances d'usinage des équipements :

Le rapport entre l'efficacité d'usinage réelle et l'efficacité d'usinage souhaitée dans une période définie.

Cette mesure peut être calculée en fonction du matériau retiré, du temps de coupe de la broche, du nombre de pièces traitées ou du temps d'utilisation de l'équipement.

Les logiciels CNC populaires comme UGNX, MASTER CAM et CATIA offrent un support technique solide pour la programmation.

Ce logiciel permet de garantir la précision et la sophistication de la programmation CNC. L'objectif est le même : un usinage CNC efficace et précis, quel que soit l'outil de programmation utilisé.

3. Vérification de la simulation du processus d'usinage CNC

La simulation du processus d'usinage CNC est l'une des technologies de base de la fabrication virtuelle. Elle utilise principalement la simulation géométrique et physique pour garantir la précision et la sécurité du processus d'usinage.

(1) Simulation géométrique

Le logiciel de simulation CNC VERICUT se concentre principalement sur les contrôles géométriques, en utilisant des affichages 3D avancés et la réalité virtuelle pour simuler les opérations d'usinage et de machines-outils pour des résultats très réalistes. Le rôle principal de la simulation géométrique est :

Vérification de la conformité de la trajectoire de l'outil : s'assurer que le parcours de l'outil dans le programme CNC répond aux exigences de conception et évite les erreurs d'usinage.

Vérification des collisions d'interférence géométrique du mouvement de la machine-outil :

La simulation peut détecter les collisions entre la machine-outil et les pièces ou les montages, évitant ainsi les dommages.

La simulation géométrique est un élément important du contrôle de précision et de sécurité du processus d'usinage CNC. Elle permet d'éviter efficacement les pertes inutiles et de réduire les risques du processus.

(2) Simulation physique

Une simulation plus précise nécessite de simuler les phénomènes physiques dans le processus d’usinage.

La simulation physique se concentre sur les phénomènes mécaniques et thermiques réels qui se produisent lors de l'usinage CNC. Voici quelques applications typiques de la simulation physique :

Optimisation de la simulation de la dynamique du processus de fraisage :

Les entreprises avancées utilisent le logiciel SIM-CUT de BUAA pour simuler la mécanique de fraisage et optimiser les paramètres de coupe.

La simulation peut aider à analyser plus en détail la force de coupe, les vibrations et d’autres phénomènes physiques pour améliorer l’efficacité et la précision du traitement.

Simulation d'analyse par éléments finis :

Certaines entreprises utilisent des systèmes de simulation basés sur l’analyse par éléments finis pour étudier la découpe CNC de pièces d’avion complexes.

Un modèle d'usinage par éléments finis simule le processus physique, y compris les propriétés des matériaux, les conditions aux limites, la charge de trajectoire de l'outil et la répartition des contraintes.

Cela permet d'étudier la déformation des pièces, la précision de l'usinage et les problèmes connexes pour mieux contrôler la déformation dans l'usinage complexe de grandes pièces.

4. Application systématique des méthodes et outils technologiques de contrôle de la qualité

Le contrôle qualité de l’usinage CNC garantit que les résultats répondent aux normes en minimisant les fluctuations du processus.

Ce processus comprend la planification de la qualité, l’élaboration de normes de contrôle, l’analyse de la capacité des processus et l’utilisation de méthodes statistiques.

Les principales étapes du contrôle qualité

Planification de la qualité : La planification de la qualité doit d’abord contrôler les indicateurs de qualité du processus et les points de contrôle.

Étude et analyse de la capacité des processus : chaque étude de processus d’usinage identifie les facteurs affectant les fluctuations de qualité et prépare des tableaux de qualité des processus, des documents de contrôle et un contrôle de la qualité des processus CNC.

Collecte et analyse des données : Collecter des données de qualité précises en temps réel, les analyser à l’aide de méthodes de contrôle de la qualité, évaluer la qualité du processus, identifier les facteurs clés, mettre en œuvre des interventions et s’assurer que le processus atteint les objectifs de qualité attendus.

L'indice de capacité du processus est un paramètre important pour évaluer si le processus répond aux exigences de contrôle qualité.

Il permet de calculer l'indice de capabilité d'un processus afin de déterminer s'il peut répondre aux exigences réelles de contrôle qualité. Lors du calcul de l'indice de capabilité du processus, il faut s'assurer que le processus se trouve dans un état stable et contrôlé.

La précision de l'inférence d'échantillon dépend de la méthode d'échantillonnage, de la taille de l'échantillon et de la variation entre les échantillons. Plus l'échantillon est grand, plus l'exactitude de l'inférence est élevée.

Méthodes de contrôle qualité

Les méthodes de contrôle qualité pour les processus d'usinage CNC comprennent :

Méthodes d'analyse statistique : questionnaires, stratification, diagrammes de cause à effet, diagrammes de permutation, histogrammes, diagrammes de corrélation, cartes de contrôle et 7 autres méthodes statistiques.

Méthodes d'analyse qualitative : Sept types de méthodes d'analyse réflexive : diagramme de corrélation, diagramme d'affinité, diagramme systémique, diagramme matriciel, analyse de données matricielles, procédure de prise de décision par processus et diagramme fléché.

Ces méthodes analysent et contrôlent les fluctuations de qualité, garantissant un contrôle précis de la qualité de l'usinage des pièces.

L'usinage CNC nécessite des données de qualité et prend en compte les compétences de l'opérateur et le contrôle qualité pour garantir des méthodes efficaces et flexibles de contrôle de la qualité des pièces pendant le processus d'usinage.

Les méthodes et outils de contrôle de la qualité des processus, qui font partie des principes de gestion de la qualité ISO 2008 9001, garantissent l'effet souhaité de l'usinage CNC.

5. Création d'une équipe de personnel technique CNC de haute qualité

Un travail d’équipe efficace dans l’usinage CNC implique des rôles tels que planificateurs de production, programmeurs, prérégleurs d’outils, opérateurs et inspecteurs.

La conscience de la qualité, la responsabilité et les compétences de chaque membre du personnel ont un impact direct sur la qualité et l'efficacité de l'usinage.

La mise en place d’une main-d’œuvre CNC qualifiée est essentielle pour améliorer la gestion de la production dans l’environnement de production numérique.

Répartition actuelle du travail du personnel et défis

Programmation CNC : Actuellement, la préparation des programmes CNC dans la plupart des entreprises est principalement la responsabilité des techniciens de procédés.

Les techniciens de processus préparent de nouveaux protocoles, résolvent les problèmes techniques, optimisent les protocoles existants et créent des programmes CNC.

La lourde charge de travail limite la capacité du technicien de processus à optimiser la programmation CNC et à mener des recherches approfondies.

Préparation et préconditionnement des outils CNC : Les préparateurs de machines CNC à temps plein s’occupent de la préparation et du préconditionnement des outils CNC.

La capacité de recherche technique de ces travailleurs est souvent limitée par leurs compétences individuelles, leur éducation et leur condition physique, ce qui entrave l'amélioration globale des performances de découpe des outils CNC.

Le besoin d’une main-d’œuvre hautement qualifiée et spécialisée

Avec le développement continu du mode de production des usines de fabrication numérique avancées, les exigences des entreprises en techniciens CNC augmentent.

La constitution d'une équipe de techniciens CNC qualifiés est essentielle pour améliorer l'efficacité et la qualité de l'usinage. Une équipe de techniciens CNC de haute qualité peut :

Améliorer le niveau technique des compétences en programmation CNC des techniciens de procédés grâce à des formations et des séminaires, leur permettant d'optimiser et d'innover en matière de programmation dans leur travail quotidien.

Renforcer la recherche sur les performances des outils h : Améliorer les compétences en recherche technique des opérateurs CNC et promouvoir le développement continu des performances des outils.

Gérer efficacement le processus de production : améliorer l’efficacité de l’usinage CNC et la stabilité de la qualité grâce à la collaboration et à la synergie d’équipe.

Application pratique

La figure 3 montre l'utilisation du logiciel CATIA V5R18 pour la conception du processus d'une coque de surpresseur hydraulique, y compris la création d'un modèle d'usinage numérique pour déterminer le plan de processus et optimiser le parcours de l'outil.

L'interface de contrôle de simulation du processus d'usinage CNC est illustrée dans la figure 4.

Figure 3 Conception du programme de processus d'usinage CNC de la coque

Figure 4 Interface de contrôle de simulation du processus d'usinage CNC

La simulation du processus d'usinage CNC à l'aide du logiciel VERICUT7.1 a montré que le flux de processus est passé de 195 à 21 procédures et que la rotation des pièces est passée de 43 à 15 fois après les améliorations.

Deux outils de coupe (Showa, Deray simple) ont été utilisés pour optimiser les paramètres de coupe et déterminer des processus efficaces et pratiques.

Figure 5 Diagramme de contrôle à pôle mobile à valeur unique

L’application du contrôle qualité du processus d’usinage CNC pour optimiser la gestion de la production et améliorer les tâches clés, telles que les pièces en goulot d’étranglement (coques), a réduit le cycle de traitement de 4 à 5 mois à seulement 24 jours pour quatre pièces de coque.

Les mesures clés pour obtenir des résultats sont les suivantes.

1) Développer un programme d'amélioration des processus en rationalisant les opérations avec le tour numérique COBAR65, les centres d'usinage verticaux-horizontaux DMC60U, le perçage CNC et les machines-outils EDM ROBOFORM2000 comme noyau de quatre petites unités.

2) La préparation de la production est la base du succès de ce blitz. L'outil composite spécial a été précommandé pour le programme d'amélioration technique, ce qui constitue une base solide pour l'amélioration des processus. L'équipe de préparation de la production a également joué un rôle clé dans le processus de blitz des pièces.

3) La nouvelle méthode d'inspection joue un rôle clé. L'inspection des processus suit et enregistre tous les paramètres tout au long du processus, avec des inspections générales effectuées à l'avance, réduisant ainsi le temps d'inspection total de moitié (seulement 2 jours pour un processus qui en prend généralement 4).

Conclusion

Dans la transformation de la production CNC, la structure du modèle de contrôle qualité et les aspects clés doivent être vérifiés à l'aide de pièces typiques, en utilisant l'approche « planification, analyse, diagnostic et amélioration » pour évaluer l'efficacité et la faisabilité de l'amélioration de l'efficacité dans des processus de fabrication similaires.