Une machine à cinématique révolutionnaire (broche fixe mais outils tournants) : le système Escomatic (Esco SA).

Evolution de l’industrie de la machine-outil en Suisse romande [Deuxième partie]

La «deuxième vague»
et la commande CNC 

Dès le début des années 70, apparaissent les premières machines à commande CNC (sigle signifiant Commandes Numériques à Calculateur – donc pourvues d’un ordinateur intégré qui gère les cycles opératoires en lieu et place de l’intervention d’opérateurs). Dans le domaine du tournage, Schaublin (Bévilard) met au point le premier tour à commande CNC au monde, appelé 125-CNC, en l’occurrence une machine dotée d’une commande «maison» incorporant une carte de mini-ordinateur Nova-II de Data General. Auparavant, SIP, faisant œuvre de pionnier, avait développé à Genève une aléseuse-pointeuse dotée d’une commande numérique «maison» également: une aventure si coûteuse qu’elle faillit aboutir à la mise en faillite de l’entreprise, comme on l’a vu en début de chapitre.

Certains constructeurs, au contraire, ne saisissent pas assez rapidement les enjeux qui révolutionnent fondamentalement la conception des machines-outils. Ils disparaissent l’un après l’autre, certains d’entre eux après avoir vainement essayé, trop tardivement ou maladroitement, de se reconvertir. Mais ceux qui ont tenu le coup et ont su anticiper survivent et se développent. Dans le domaine du tour automatique, il semble de prime abord illusoire de substituer la commande numérique aux cames. André Bechler en particulier, ne voit pas d’intérêt particulier à créer des tours automatiques «numériques» qui reviennent alors en tout cas deux ou trois fois plus cher et qui ne peuvent être desservis que par des opérateurs qui doivent être formés à des techniques encore bien mystérieuses. Malgré son âge avancé, il se met lui-même à la planche à dessin et imagine un prototype à cames comportant un grand nombre de chariots disposés en éventail autour de la broche, appelé «Reactomatic»: une réalisation sans suite, car obsolète dès sa naissance, bien qu’ingénieuse.

Chez Tornos-Bechler, au début des années 90, sortent de nouvelles familles de tours automatiques, les gammes ENC, puis TOP-100 et TOP-200. C’est un succès certes, mais ces machines sont en fait plus des tours CNC que des décolleteuses au sens propre du terme. Les clients hésitent à les acheter pour leurs productions en grandes et moyennes séries. Dès 1969 sont réalisés en outre des tours automatiques multibroches avec barillets à 6 ou 8 broches, véritables «multiplicateurs de productivité», essentiellement dédiés à la fabrication de pièces en grandes séries pour l’appareillage et l’industrie automobile. Tornos et surtout quelques entreprises spécialisées de la vallée de Moutier et du Grand-Val, révisent d’anciennes décolleteuses de marques Tornos, Bechler ou Petermann, les «retrofittant» et les munissant de variateurs électroniques (appelés aussi «accélérateurs»), pour l’asservissement programmé des vitesses de rotation de la broche et de l’arbre à cames, en vue d’améliorer la productivité des machines traditionnelles par diminution des temps improductifs.

A cette époque toujours, alors que pratiquement la moitié des fabriques de machines-outils de Suisse romande ont mis la clé sous le paillasson, quelques nouveaux constructeurs se profilent, essentiellement dans des domaines proches de la fabrication de composants pour l’horlogerie, en particulier dans la Vallée de la Sorne, au Val de Ruz, au Locle et à la Chaux-de-Fonds. Esco aux Genevez-sur-Coffrane, par exemple, réalise, initialement pour des pièces relativement simples et usinées à partir de barres profilées à section pas forcément cylindrique, des tours automatiques à broche fixe et à outils rotatifs, qui évitent la mise en rotation des barres de matière, tout en diminuant la surface d’implantation des machines par suppression des longs ravitailleurs de barres. Il devient de la sorte possible d’usiner des pièces à partir de matière conditionnée en torches, au lieu des longues barres rectilignes traditionnelles, d’où un important gain de place pour la machine avec en outre la suppression du bruit et du frottement provenant de la rotation de la matière dans les chargeurs et ravitailleurs de barres. Il faut admettre que la mise en commande CNC de ce genre de machines a constitué en soi un remarquable exploit technique!

Les machines à commande CNC se distinguent par une cinématique simplifiée: les engrenages, arbres de transmission, renvois, boîtes de vitesses et poulies disparaissent. Si les machines deviennent fondamentalement plus simples du point de vue mécanique, en revanche, elles sont toujours plus évoluées au niveau des commandes CNC et de la programmation, tout en devenant à la fois plus rapides et puissantes. Les progrès réalisés dans le domaine de l’outillage, avec les nouveaux matériaux de coupe en métal dur puis en nuances revêtues, en CBN, en PCB ou cermet, etc., autorisent des performances d’usinage inconnues jusqu’alors: les vitesses de broche, de même que les forces et vitesses de coupe s’accroissent de façon spectaculaire, nécessitant de la part des constructeurs de machines des réalisations plus rigides et de la part des fabricants d’outils de nouvelles nuances de métal dur revêtu pour les plaquettes de coupe. La technique d’usinage à ultra-grande vitesse (UGV) apparaît. De plus en plus, les liaisons moteur/broche par l’intermédiaire de chaînes cinématiques composées d’engrenages, de poulies et courroies, disparaissent au profit des broches motorisées (moteurs-broches), une solution compacte et directe qui améliore la rigidité générale de la machine tout en éliminant d’importantes sources de vibrations. Des notions telles que flexion, vibrations, résonance, harmoniques, déformation, rigidité…, acquièrent une signification nouvelle. Le LMO (Institut de machines-outils de l’EPFL), alors sous l’égide du professeur François Pruvot, pose vers la fin des années 1980 les jalons d’une conception scientifique des machines-outils, ce qui n’avait jamais sérieusement été entrepris jusqu’alors. La revue MSM – Le Mensuel de l’Industrie, avait à l’époque publié durant plusieurs années consécutives, une série complète d’études de transferts de techniques sur le sujet, ayant pour générique «Futur des machines–Machines du futur», concernant aussi bien la conception et la géométrie des machines-outils que leurs techniques de commande, d’entraînement et d’asservissement.

Dans le domaine spécifique des tours automatiques CNC à poupée mobile, vers la fin des années 90, Tornos met au point un principe nouveau de décolletage appelé Deco 2000, l’idée étant d’intégrer le savoir-faire du décolleteur dans la commande CNC, plutôt que plier ce dernier à des procédures qu’il ne voudrait ni ne saurait maîtriser. En collaboration avec le constructeur de commandes numériques américano-japonais Fanuc-GE Automation, une solution appelée TB-Deco, en l’occurrence un système de programmation propriétaire associé à une commande numérique à calculateur (CNC) spécialement configurée pour le métier du décolletage, est créé. Il s’applique aussi bien aux machines monobroches que par la suite aux réalisations multibroches. S’éloignant des sentiers battus, une gamme de nouvelles machines appelées Deco (pour les machines monobroches), respectivement Multideco (pour les machines multibroches), vient à point nommé pour remplacer les machines à cames. Le principe du tour automatique à poupée mobile (voir paragraphe consacré à ce sujet), décidément irremplaçable, est conservé. Le décolleteur retrouve ses repères avec une commande numérique adaptée à sa mentalité et à ses procédures, le logiciel embarqué incorporant les fameuses «feuilles de calcul» familières aux décolleteurs, véritables «cames virtuelles». Ceci dit, le coût de la machine est raisonnable, justifiant techniquement et financièrement le remplacement d’une machine traditionnelle par son homologue à commande numérique. En outre, son équipement est variable, car composé en fonction de la complexité des usinages à effectuer et surtout, contrairement aux machines à cames, les machines Deco servent aussi à réaliser de façon rentable la production de pièces en petite série, voire même à l’unité. C’est le succès. Les gammes se suivent et les nouvelles machines CNC supplantent de plus en plus les décolleteuses à cames dans l’imposant parc installé de tours automatiques Bechler-Tornos-Petermann (et concurrents d’ailleurs), soit des dizaines de milliers de machines installées un peu partout dans le monde.

Les machines à commande CNC se distinguent par une cinématique simplifiée: les engrenages, arbres de transmission, renvois, boîtes de vitesses et poulies disparaissent. Si les machines deviennent fondamentalement plus simples du point de vue mécanique, en revanche, elles sont toujours plus évoluées au niveau des commandes CNC et de la programmation, tout en devenant à la fois plus rapides et puissantes. Les progrès réalisés dans le domaine de l’outillage, avec les nouveaux matériaux de coupe en métal dur puis en nuances revêtues, en CBN, en PCB ou cermet, etc., autorisent des performances d’usinage inconnues jusqu’alors: les vitesses de broche, de même que les forces et vitesses de coupe s’accroissent de façon spectaculaire, nécessitant de la part des constructeurs de machines des réalisations plus rigides et de la part des fabricants d’outils de nouvelles nuances de métal dur revêtu pour les plaquettes de coupe. La technique d’usinage à ultra-grande vitesse (UGV) apparaît. De plus en plus, les liaisons moteur/broche par l’intermédiaire de chaînes cinématiques composées d’engrenages, de poulies et courroies, disparaissent au profit des broches motorisées (moteurs-broches), une solution compacte et directe qui améliore la rigidité générale de la machine tout en éliminant d’importantes sources de vibrations. Des notions telles que flexion, vibrations, résonance, harmoniques, déformation, rigidité…, acquièrent une signification nouvelle. Le LMO (Institut de machines-outils de l’EPFL), alors sous l’égide du professeur François Pruvot, pose vers la fin des années 1980 les jalons d’une conception scientifique des machines-outils, ce qui n’avait jamais sérieusement été entrepris jusqu’alors. La revue MSM – Le Mensuel de l’Industrie, avait à l’époque publié durant plusieurs années consécutives, une série complète d’études de transferts de techniques sur le sujet, ayant pour générique «Futur des machines–Machines du futur», concernant aussi bien la conception et la géométrie des machines-outils que leurs techniques de commande, d’entraînement et d’asservissement.

Dans le domaine spécifique des tours automatiques CNC à poupée mobile, vers la fin des années 90, Tornos met au point un principe nouveau de décolletage appelé Deco 2000, l’idée étant d’intégrer le savoir-faire du décolleteur dans la commande CNC, plutôt que plier ce dernier à des procédures qu’il ne voudrait ni ne saurait maîtriser. En collaboration avec le constructeur de commandes numériques américano-japonais Fanuc-GE Automation, une solution appelée TB-Deco, en l’occurrence un système de programmation propriétaire associé à une commande numérique à calculateur (CNC) spécialement configurée pour le métier du décolletage, est créé. Il s’applique aussi bien aux machines monobroches que par la suite aux réalisations multibroches. S’éloignant des sentiers battus, une gamme de nouvelles machines appelées Deco (pour les machines monobroches), respectivement Multideco (pour les machines multibroches), vient à point nommé pour remplacer les machines à cames. Le principe du tour automatique à poupée mobile (voir paragraphe consacré à ce sujet), décidément irremplaçable, est conservé. Le décolleteur retrouve ses repères avec une commande numérique adaptée à sa mentalité et à ses procédures, le logiciel embarqué incorporant les fameuses «feuilles de calcul» familières aux décolleteurs, véritables «cames virtuelles». Ceci dit, le coût de la machine est raisonnable, justifiant techniquement et financièrement le remplacement d’une machine traditionnelle par son homologue à commande numérique. En outre, son équipement est variable, car composé en fonction de la complexité des usinages à effectuer et surtout, contrairement aux machines à cames, les machines Deco servent aussi à réaliser de façon rentable la production de pièces en petite série, voire même à l’unité. C’est le succès. Les gammes se suivent et les nouvelles machines CNC supplantent de plus en plus les décolleteuses à cames dans l’imposant parc installé de tours automatiques Bechler-Tornos-Petermann (et concurrents d’ailleurs), soit des dizaines de milliers de machines installées un peu partout dans le monde.

Dans le domaine de l’usinage tridimensionnel, c’est l’époque de l’apparition des «centres d’usinage» et des «machines-transferts». Ces dernières réalisent l’usinage complet à grande cadence de pièces mécaniques ou horlogères de précision. De conception modulaire, ces solutions de production comportent un nombre de plus en plus important d’axes numériques et sont dotés de divers équipements complémentaires tels que magasins et changeurs d’outils, mesure automatique «en cycle» des pièces produites et systèmes de palettisation pour de l’usinage «à la carte», une solution idéale pour les PME réalisant de la sous-traitance mécanique. Les commandes CNC «maison» cèdent la place aux équipements essentiellement développés par des spécialistes de la commande numérique, tels GE-Fanuc, Siemens, Heidenhain et NUM-Güttinger. En effet, avec la complexité croissante et l’évolution rapide et continuelle des systèmes à commande CNC, la tâche consistant à développer soi-même des commandes numériques n’est plus maîtrisable par les constructeurs de machines. C’est devenu affaire de spécialistes!

Les machines-outils doivent être conçues de façon toujours plus rigide: les vibrations et les déformation de la machine sous effort sont préjudiciables à la précision et à la qualité de surface requise sur la pièce usinée. Elles doivent en outre supporter des contraintes d’usinage sans cesse accrues, en particulier avec l’apparition des techniques UGV et de l’usinage dans les matériaux durs et extra-durs, ou même dans de l’acier trempé. Elles sont souvent conçues également pour fonctionner sans interruption 24 heures sur 24. Et puis, les Suisses ne sont pas seuls sur le marché. Outre les concurrents traditionnels (Allemagne, Italie, Espagne, Grande-Bretagne, France), viennent s’ajouter d’autres compétiteurs venus des USA, du Japon, de Taïwan, de Corée du Sud et sans aucun doute prochainement de Chine continentale. Il s’agit également de produits de qualité qui s’exportent d’ailleurs bien en Europe, y compris en Suisse, par le biais de firmes importatrices de machines-outils implantées sur le territoire helvétique, assurant de façon compétente et dynamique aussi bien la vente que le conseil et les services après-vente.

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