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Câbles de mesure pour grands centres d'usinage

L'usinage complet de pièces de grande taille comme moteurs diesel, turbines, générateurs ou hélices de bateaux rend nécessaire la construction de centres d'usinage toujours plus grands. Avec aussi des effets sur la technologie des machines. Les constructeurs de ces équipements extrêmement complexes font généralement appel à la toute dernière génération de commandes, pour lesquelles une solution globale spéciale avec un câble de mesure a été mise au point. Ce câble de mesure peut transmettre des signaux de manière fiable même sur de longues distances, garantissant ainsi une bonne disponibilité de la machine.

WALDRICH COBURG GmbH est un des leaders mondiaux de la construction de machines-outils de grande taille. « Qualité de très haut niveau et service client de très grande qualité sont nos principes directeurs », explique l'ingénieur Thomas Bätz, Responsable de la conception électrique. Le site de Cobourg fabrique des machines de fraisage horizontales et verticales, des tours verticaux et des polisseuses. « Nous nous voyons comme un partenaire de confiance pour nos clients du monde entier, capable de répondre à leurs besoins spécifiques en terme de technologies complexes, de précision, de performances d'usinage, de cotes des pièces et de productivité. »

Ces centres d'usinage connaissent une demande croissante et le nombre d'employés est passé de 500 à environ 850 au cours des années passées, avec une part d'apprentis de 10%. « Par l'apprentissage, nous nous assurons d'avoir du personnel qualifié à long terme. » Pour assurer un usinage économique des pièces, ingénieurs, techniciens de production et d'application travaillent main dans la main. « Nous misons sur une production en profondeur nous permettant de garantir la meilleure qualité possible pour nos clients », explique Thomas Bätz. « Tous les composants clés comme les unités à broches et à fraises sont par exemple fabriqués et assemblés ici. Même les armoires électriques les plus complexes sont conçues dans nos locaux. » “

Un câble de mesure pour de grandes longueurs de transmission

Des chaînes porte-câbles et des câbles chainflex® de la société igus® sont utilisés dans les grands centres d'usinage depuis des années déjà. Pour les plus petites séries de centres d'usinage à portique, la société fait également appel à des systèmes de chaînes porte-câbles préconfectionnés commercialisés par igus® sous le nom de readychain®. « Il n'est pas rare que nos clients utilisent leurs machines pendant 20 à 30 ans, voire plus longtemps, tout en en exigeant souvent des disponibilités d'au moins 95% », précise le responsable.

Photo d'une machine-outil avec une chaîne porte-câbles E4 de la société igus® Machine-outil WALDRICH COBURG en cours de montage. Au premier plan, une chaîne porte-câbles igus® E4 destinée à alimenter le plateau mobile de la machine en signaux et en agents.
Photo des personnes impliquées Oliver Köhler, Andreas Muckes (tous deux de chez igus® GmbH), Thomas Bätz et Thomas Bischoff (tous deux de chez WALDRICH COBURG GmbH).

« Cela signifie que tous les composants doivent fonctionner à la perfection, à tout moment et en toutes circonstances », précise le responsable du groupe pour bien illustrer le niveau d'exigence. « Dans ce contexte, nous n'avons jamais eu le moindre problème avec les câbles chainflex® que nous utilisons depuis des années. » “
 
En 2010, le spécialiste des centres d'usinage de grande taille a décidé de faire appel à une nouvelle technologie de commande pour les machines. La commande moderne est équipée de l'interface ouverte pour codeurs de mesure Drive-CLiQ. Il s'agit d'une interface interne qui permet l'interconnexion de composants de différents fabricants et transmet le signal du système de mesure en temps réel de manière fiable. Ce changement a aussi exigé de nouveaux câbles de mesure. Comme les constructeurs de machines de Cobourg n'avaient jamais eu le moindre souci avec les câbles de la série CF113.D dans leurs chaînes porte-câbles, il a été décidé de connecter les systèmes Drive CLiQ à un CF113.028.D, un câble spécialement mis au point pour cette interface.

Dans les centres d'usinage, les câbles, les connecteurs et le nombre de points de sectionnement doivent être conçus en conséquence. « Cela rend les choses compliquées », déclare Thomas Bischoff du Service de conception électrique. « Chaque point de sectionnement est un obstacle pour le signal. De ce fait, la longueur spécifiée par le fabricant de la commande diminue avec chaque point de sectionnement. » “

Les câbles CF113.D ont une gaine en PUR. Pour les chaînes porte-câbles, ils offrent une structure de toronnage et de blindage optimisée pour une longue durée de vie. Retardateurs de flamme et exempts de produits halogènes, ils répondent aussi à d'autres critères importants institués par les fabricants de machines-outils, notamment une homologation UL et NFPA79.2012.

Il existe des câbles de mesure chainflex® pour les sollicitations moyennes à élevées. Ils sont par principe testés sur des millions et des millions de cycles dans des chaînes porte-câbles. IIs sont disponibles avec des gaines en PVC, PUR et TPE pour les systèmes de tous les fabricants de renommée internationale. En fonction du type, ces câbles sont retardateurs de flamme, résistants aux réfrigérants et aux huiles, ils peuvent être utilisés à des vitesses et accélérations élevées et répondent aux différentes spécifications des fabricants d'entraînements. En d'autres termes, presque tous les fabricants d'entraînements trouveront sur stock un câble leur convenant parfaitement.

Transmission de signaux sur de plus longues distances

Dans un premier temps, ce sont les spécifications techniques du fabricant des commandes qui ont fait l'objet de l'attention. « Mais nous nous sommes vite rendu compte que les câbles n'étaient pas suffisamment longs pour nos grosses machines. L'explication en est très simple. Si les spécifications techniques fournies par le fabricant de la commande stipulent que le signal d'un système de mesure peut être transmis sur une distance maximale de 50 m, nous atteignons vite nos limites dans la mesure où des distances allant jusqu'à 100 m doivent être franchies avec nos grandes machines », explique Thomas Bätz.

Dans les centres d'usinage, les câbles, les connecteurs et le nombre de points de sectionnement doivent être conçus en conséquence. « Cela rend les choses compliquées », déclare Thomas Bischoff du Service de conception électrique. « Chaque point de sectionnement est un obstacle pour le signal. De ce fait, la longueur spécifiée par le fabricant de la commande diminue avec chaque point de sectionnement. » “

Photo d'un connecteur et d'un câble de mesure pour les grands centres d'usinage Connecteur et câble de mesure pour grands centres d'usinage
Image d'un entrepôt avec de nombreux câbles chainflex® en stock. L'entrepôt de Cobourg a de nombreux câbles chainflex® en stock.

De surcroît, le fabricant de la machine doit garantir que chacun des composants puisse être monté et retiré rapidement même sur les machines sophistiquées. « Cela entraîne de nombreux points de sectionnement et donc une réduction de la distance spécifiée par le fabricant de la commande pour le signal. » “
 
Vient s'y ajouter le fait que les câbles doivent résister aux mouvements continus dans les chaînes porte-câbles et tenir dans les conditions parfois difficiles associées au travail du métal sans être endommagés. Thomas Bischoff à ce sujet : « Les câbles et les connecteurs doivent être robustes et répondre aux exigences mécaniques, électriques et chimiques. Ils doivent aussi être faciles à mettre en œuvre pendant la production sans avoir besoin de se procurer d'outils spéciaux. Nous voulions aussi, dans la mesure du possible, faire appel aux mêmes câbles et aux mêmes connecteurs qu'auparavant pour éviter d'avoir des problèmes lors du changement. » »

De nombreux tests préalables

Pour pouvoir présenter une solution, il ne suffit pas que le câble fonctionne bien. Le nombre et les propriétés de différentes connexions jouent aussi un rôle. « Ici, on ne peut pas avoir de solution standard issue du catalogue », explique Andreas Muckes, Responsable Produits chez igus®. « Nous nous sommes penchés sur chaque détail avant de proposer une solution adaptée. » Des séries de tests ont été effectuées dans le laboratoire de tests de l'entrprise à Cologne pour optimiser la solution de connexion. Nous avons ensuite envoyé les câbles à l'utilisateur, qui les a raccordés à une commande originale. Des sollicitations réalistes de la machine ont ensuite été simulées pour vérifier que le concept de câble mis au point tienne au quotidien.

Les efforts déployés ont fini par apporter le résultat escompté. Les câbles de mesure se montrent performants sur tous les centres d'usinage avec la nouvelle génération de commandes, même en rétrofit sur des machines plus anciennes. Ils ont fonctionné sans le moindre problème dès le premier jour. Le fait que les connecteurs ronds M23 courants puissent être utilisés comme composants standards présente un avantage considérable au montage.

« Les résultats ont été à la hauteur des attentes. La durée de vie et la qualité de signal requises ont été atteintes. Une longueur totale de câble de 90 à 100 m peut maintenant être réalisée sans problème et une longueur de 120 m est même concevable », constate Thomas Bätz. Cinq points de raccordement maximum sont utilisés. « Cette combinaison câble/connecteur nous permet d'obtenir un affaiblissement extrêmement bas. Il est beaucoup plus bas qu'avec l'original du fabricant de la commande », ajoute Thomas Bischoff.

Sept qualités fondamentales des câbles chainflex® évitent les défaillances de câbles dans les applications à chaînes porte-câbles. Pour y répondre, igus® a fait appel à sept astuces pour la conception des câbles. Ils ont un élément de noyau résistant à la traction qui stabilise le toronnage à l'intérieur du câble, évitant ainsi l'effet tire-bouchon et les ruptures de conducteurs. Un cordon en cuivre spécial évite les ruptures au niveau des conducteurs, garantissant ainsi une longue durée de vie en mouvement continu, même en présence de tout petits rayons de courbure. Le cordon est adapté aux spécifications. Dans le domaine de la mesure, il existe par exemple de nombreuses sections. La section est donc choisie en fonction de l'application pour avoir les meilleurs résultats.

Seuls des matériaux de haute qualité sont utilisés pour l'isolation des conducteurs. Des matériaux testés sur des millions de kilomètres dans des applications à chaînes porte-câbles. Le toronnage en faisceaux renforce l'ensemble et diminue les sollicitations dans le rayon en raison d'efforts de traction et de poussée moindres. Un système qui contribue aussi à prévenir l'effet tire-bouchon et les ruptures de conducteurs. La gaine intérieure surmoulée par extrusion offre au toronnage une solide tenue de l'extérieur. Un blindage général à angle de blindage optimisé évite les ruptures de blindage et contribue à améliorer la CEM du câble. Les angles de tressage serrés et les redistributions des paires de blindage exercent une influence sur la portée du signal, c'est-à-dire sur sa sensibilité aux interférences après une distance donnée en mètres.

Enfin, une gaine extérieure extrudée sous pression, très résistante à l'usure, soutient le blindage tressé. Elle permet de minimiser l'abrasion dans la chaîne porte-câbles, contribuant de façon avérée à allonger la durée de vie même en présence de fortes charges dynamiques.

Dans un câble de mesure, la combinaison des sections des conducteurs est spécifiée par le fabricant du système de mesure ou de la commande.

Image d'un câble de mesure pour la nouvelle génération de commandes Câble de mesure pour la nouvelle génération de commandes
Photo de câbles igus®chainflex® dans des chaînes porte-câbles Câbles chainflex® dans des chaînes porte-câbles. Ils répondent à toutes les spécifications thermiques, chimiques et électriques.
Photo d'un concept de blindage serré avec petit pas et redistributions serrées Concept de blindage serré avec petit pas et redistributions serrées. Il joue sur la robustesse du câble.

Il y a donc une interdépendance directe entre le nombre de conducteurs d'une section donnée qui sont toronnés ensemble et les propriétés capacitives électriques du signal. Sans aucune marge de manœuvre. « Pour pouvoir trouver un compromis permettant d'obtenir les propriétés électriques requises d'une part et la durabilité nécessaire d'autre part, il faut beaucoup d'expérience. Cette expérience, nous l'avons, et nous avons pu la mettre au service de cette application, et de bien d'autres », conclut Andreas Muckes.

Stocks complets

Les câbles de mesure sont toujours adaptés aux systèmes de mesure des différents fabricants. Ils doivent fonctionner sur la durée. « Nos exigences en terme de robustesse face aux influences extérieures et de stabilité ont été remplies d'office », souligne de nouveau Thomas Bischoff. « La coopération étroite entre nos deux entreprises, dès la mise au point, y est pour beaucoup. » “
 
WALDRICH COBURG utilise uniquement des câbles de la gamme chainflex® dans ses centres d'usinage. Ceux-ci sont le garant de la longue durée de vie des machines et doivent donc être disponibles sur stock. « Pas le moindre problème à signaler à ce niveau non plus », conclut Thomas Bätz. « Nous n'avons jamais connu de pénuries, et quand nous avons besoin de câbles, nous les avons rapidement. » “


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