2. Contraintes et solutions choisies.

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1 Machines SERDI s.a. 23, avenue des Vieux Moulins B.P Annecy Cedex France Tél. : (33) Fax Direction : (33) Commercial : (33) Bureau d Etudes : (33)

2 1. Introduction Leader mondial dans le secteur de la culasse, notamment grâce à ses systèmes brevetés de centrage sur coussins d air, Serdi se devait d être le leader dans le système d usinage du siège par interpolation. Suite à l innovation technologique des moteurs, Serdi constate une demande croissante pour des machines capables d usiner des sièges de soupapes aux matériaux toujours plus durs. Cette évolution va perdurer ces prochaines années, raison pour laquelle Serdi propose des nouvelles solutions adaptées à cet environnement. Pour atteindre cet objectif, Serdi s est associé à un leader allemand de la production d outils de précision : Komet. Cette importante société allemande a développé récemment des moteurs à induction pour générer et contrôler les mouvements de l axe U. Ce système breveté s appelle le Komtronic. Celui-ci a été utilisé jusqu à ce jour essentiellement sur des centres d usinage CNC. Parmi les clients du Komtronic figurent notamment des constructeurs automobiles de 1 ère monte. Serdi a eu l idée d associer Komet au développement de sa nouvelle machine destinée aux reconstructeurs ou aux préparateurs. C est ainsi qu est née la STroniK, qui est basée sur les connaissances intrinsèques de chaque partenaire. La STroniK est une machine de grande précision conçue en associant les technologies d avant-garde de la machine-outil en termes de mécanique, de commande numérique et de motorisation de puissance. La fiabilité de la STroniK est garantie par le fait que chaque composant de la machine a été utilisé dans d autres applications depuis quelques années déjà. Serdi a opté pour un système de commande numérique ouvert en choisissant un produit leader du marché, en l occurrence Siemens. Ce choix a l avantage de permettre au client d être indépendant de Serdi pour la commande numérique. La STroniK utilise principalement des produits Siemens pour la motorisation et l électronique créant ainsi un environnement favorable pour un service aprèsvente rapide et fiable. Les compétences de chacun des partenaires dans les secteurs de la première monte et constructeurs sont le garant du respect des normes et d une intégration optimale des différents composants. Le travail en commun des équipes de recherche et développement de Serdi et de Komet ont permis le dépôt d un brevet d invention détenu à part égale par chacun des partenaires. Ce brevet souligne l excellence industrielle de la STroniK qui devrait rester un produit leader de son marché pour de nombreuses années. 2/

3 2. Contraintes et solutions choisies. L utilisation de métaux alliés dans la structure des sièges de soupapes requiert des paramètres de coupe nécessitant des vitesses de rotation élevées pour les petits diamètres et des vitesses plus basses pour l usinage des sièges de gros diamètres. Il est donc impératif d avoir une broche permettant d obtenir des hautes vitesses de rotation, ainsi qu un couple élevé à basse vitesse. La STroniK remplit ces conditions avec un moteur de broche embarqué de 4 KW avec un couple maximum de 0 à 3'000 tours par minute, et la capacité d aller jusqu à 5'000 tours. La concentricité et l état de surface du siège de soupape sont des critères importants pour permettre un bon contact et une bonne étanchéité entre la soupape et le siège garantissant le refroidissement de la soupape et de bonnes performances moteur. Pour ce faire, l ensemble des éléments de la machine doit être suffisamment rigide et les déplacements de l outil de coupe devront être réguliers et sans jeu. Ce résultat est obtenu si les commandes de déplacement de cet outil respectent les instructions données et si les jeux à l inversion sont minimums et stables dans le temps. De plus, les éléments mécaniques doivent être peu enclins aux déformations et à l usure, et les températures dégagées par le moteur doivent être minimales. La STroniK remplit tous ces critères. Le moteur à induction ne crée pas de jeu à l inversion par lui-même avec des échauffements minimums. Le moteur creux de la broche dispose d un refroidissement intégré qui peut être activé si nécessaire. La STroniK permet ainsi une utilisation maximale de la machine sans créer de hautes températures. Pour que le profil du siège soit respecté, il est important que l interpolation des axes U et Z soit régulière et constante. Cette interpolation nécessite des éléments de contrôle de ces axes. La STroniK et la commande numérique Siemens permettent d obtenir le résultat d usinage souhaité pour n importe quelle forme du siège et de la pré chambre. Enfin, le poids embarqué du système doit être minimum. La technologie de transfert de signal de commande et de puissance par induction développée par Komet a permis de minimiser le poids et de définir un emplacement optimum des unités moteur de contrôle et de déplacement de l outil. Le système Komtronic, incluant le moteur à induction et le mouvement linéaire, ne pèse que 7,2 kilogrammes. Ce poids est de plus réparti par moitié 3/

4 au-dessus et au-dessous de la sphère, ce qui permet une maniabilité et un auto centrage de grande précision. Le profil des sièges peut être très large. Ce paramètre oblige à avoir un déplacement en U de l outil suffisant ; la course de 22 mm au rayon de la tête d usinage Komtronic devrait couvrir l ensemble des besoins. Pour assurer une rigidité maximale et éviter des déformations, le bâti a été conçu en fonte. La STroniK a permis une intégration fiable de technologies d avant garde contrôlés par un outil de commande numérique qui garantit les meilleurs résultats d usinage pour un large éventail de culasses. 3. Applications Moteur axe U à induction Le système d alimentation et de contrôle par induction du moteur du déplacement de l axe U (brevet Komet), situé sur la partie supérieure de la broche, a permis de localiser ces éléments directement dans les éléments tournants de la broche. Ce système limite également le nombre d éléments mécaniques de transmission du mouvement de rotation en déplacement linéaire situé dans la partie inférieure de la broche. Des déplacements réguliers et sans surcharge du chariot porte-outil, quelque soit le type de matériau, et avec des avances maximales de 300 mm/mn. peuvent être obtenus grâce à un moteur brushless suffisamment puissant. Le diamètre extérieur de 115 mm de la tête du Komtronic et de la configuration de son outillage de coupe rend possible la réalisation de tous types d usinages sur des petites et grosses culasses. L usinage de profil de siège de grande largeur, sans reprise, est possible grâce à un déplacement de l outil de 22 mm au rayon et ce malgré les dimensions extérieures réduites de la tête d usinage. La STroniK peut ainsi réaliser simultanément l usinage des sièges d admission et d échappement sans changement du porte-outil. Ce déplacement en U de 22 mm combiné avec la course de broche de 245 mm rend possible l usinage de profils profonds rencontrés sur les moteurs diesel rapides ou sur les conduits de moteurs de haute performance (venturi). 4/

5 La course de broche 245 mm permet les usinages combinés de l alésage du guide sur des longueurs supérieures à 100 mm et d usinage du siège. L alimentation de lubrifiant par l intérieur de la tête garantira le maintien des tolérances d alésage, tout en augmentant la durée de vie des alésoirs. Grâce au positionnement du porte outil sur le chariot strié, la capacité d usinage des sièges est de 14 mm à 163 mm. Cette technologie, déjà éprouvée dans des applications industrielles chez des constructeurs et sur différents matériaux, apporte une solution fiable aux attentes des clients concernés par la rénovation ou le développement, et qui sont à la recherche d un outil de haute précision respectant les critères de qualité équivalents à ceux du constructeur. Ces mêmes clients pourront également bénéficier de l expérience acquise par Komet dans le domaine de la coupe pour leur apporter la solution dans le choix des outils. Moteur intégré à la sphère Ce type de moteur creux synchrone, intégré dans la broche, a été développé pour des applications de broches de machines-outils CNC. L intégration du moteur dans la broche demande des dimensions compactes. Cette intégration a été rendue possible par le choix de ce type de moteur, dont le couple est supérieur de 60%, à volume égal de la partie active, aux moteurs conventionnels. Le rotor creux excitation par aimants «terres rares» génère peu de dissipations de puissance dans le rotor, ce qui réduit l échauffement et la dilatation de la broche. Le système de refroidissement optionnel du moteur garantit, si nécessaire, le contrôle et le maintien de la température de fonctionnement de la broche. La STroniK peut de ce fait être utilisée dans des environnements exigeants, tels que ceux rencontrés dans l industrie ou les pays à températures extrêmes. Les valeurs de couple et d accélération permettent d atteindre une excellente précision d usinage due à la marche régulière et précise de la broche, même à basse vitesse, ceci en raison de l absence totale de transmissions. Un codeur de vitesse de broche permet une régulation précise de la vitesse et du couple. 5/

6 Commande numérique Les axes Z et U sont pilotés numériquement par une CNC standard, produit de la gamme des Siemens 802D / 840D, en accord total avec les moteurs de déplacement de ces deux axes. Cette CNC 802D peut accepter jusqu à 5 axes et une broche, ce qui devrait suffire pour effectuer les commandes de déplacements nécessaires à l usinage de la culasse en cycle automatique. Pour des applications plus importantes, la CNC 840D répond à toutes les exigences. Le langage de programmation est en accord avec les standards ISO. Cette standardisation des paramètres permet une adaptation rapide pour les personnes formées aux commandes numériques standards. D autre part, le choix de cette CNC, appliquée dans de nombreux pays et dans divers environnements, pourra bénéficier d une structure de service additionnelle à celle de Serdi et garantira la pérennité de la machine. Le partenariat établi entre Serdi et Komet garantira également une évolution permanente du produit, toujours en accord avec les besoins rencontrés chez les constructeurs, tant en fonction de l évolution technique des moteurs que des moyens de production requis par l industrie. 6/

7 COMMANDE NUMERIQUE AXE U TETE STroniK StroniK XL COMMENTAIRES Type de CN SIEMENS 802 D SL Pro SIEMENS 802 D SL Pro Option SIEMENS 840 D Système de programmation ISO ISO Nombre d'axes numériques numérique 2 axes Z et U numérique 2 axes Z et U Possibilité de commande d'axes 5+1 broche 5+1 broche Si 840 D, possibilité de controler 31 axes Langues disponibles Déplacement automatique du chariot porte outil - au rayon 22 mm 22 mm Système de blocage du pilote par vis Capacité d usinage mm mm Nombre de têtes pour couvrir la plage d'usinage 1 1 Vitesse de déplacement outil 0 à 300 mm/mn 0 à 300 mm/mn Système de centrage 3 coussins d'air 3 coussins d'air Angle de broche 5 5 Recentrage vertical de la broche par verin pneumatique Déplacement du cylindre de sphère + / -' 6 mm + / -' 6 mm Recentrage horizontal du cylindre de sphère par verin pneumatique BROCHE AXE Z AUTRES BATI CAPACITE CULASSE DIMENSIONS POIDS ALIMENTATIONS Déplacement longitudinal de la tête (distance Max guide à guide) 990 mm 990 mm avec position de parking pour course maxi optionnelle mm chargement/déchargement de 500 mm Puissance moteur de broche 4 KW = 5,5 HP 4 KW = 5,5 HP Entrainement direct par moteur à arbre creux de type synchrone à aimant permananent. Système de refroidissement intégré Vitesse de rotation (plage de couple max) 0 à 3000 tr/mn 0 à 3000 tr/mn Vitesse contrôlée par codeur Vitesse maxi 5000 tr/mn 5000 tr/mn Déplacement en Z de la broche 245 mm 245 mm option 300 mm Vitesse de déplacement 0 à mm/mn 0 à mm/mn Course alésage guide > 100 mm > 100 mm Possibilité d'effectuer l'usinage combiné du guide et siège Course du correction de profondeur de broche 100 mm optionnel 100 mm optionnel Par laser anti réflechissant Incrément de descente 0,01 mm 0,01 mm Arrosage optionnel, direct par la broche Matière (table, colonnes, poutre) Fonte Fonte Posé sur un chassis tubulaire Hauteur 475 mm 968 mm hauteur sous logement pilote aux régles Longueur pas de limite mini 930 mm/maxi 1430 mm Largeur 500 mm mini 530 mm / maxi 790 mm Poids 400 kg 400 kg (option kg) Déplacement en Y des parallèles 160 mm sur de patins à coussin d'air 160 mm sur de patins à coussin d'air optionnel sur rails de guidage Refroidissement moteur ENCOMBREMENT DE LA MACHINE AU SOL Hauteur (tête remontée au maximum) mm mm Longueur Maximum sans armoire CNC mm mm Profondeur mm mm Dimensions armoire CNC L x L x H en mm 600 x 520 x x 520 x Poids Net de la machine Kg Kg Electrique 3 x 400 v + N + PE, 50/60Hz 3 x 400 v + N + PE, 50/60Hz Puissance 6,3 KVA 6,3 KVA Pneumatique 6 bar 6 bar optionnel intégré air ou eau 7/