Usinage des outillages Application à la FAO CATIA Arts et Métiers ParisTech, Angers Guénaël GERMAIN

Cours en relation avec le cours d’IND Usinage Grande Vitesse Application : Usinage des outillages

Présentation des modules FAO de CATIA

Présentation des modules FAO de CATIA Gamme de fabrication Chang. d’outil et opérations d’usinage Opération d’usinage Géométrie Pièces et Assemblages Ressources Machines et outils

Présentation des modules FAO de CATIA Exemple pour l’opération de ‘Surfaçage’ Trajectoires d’approche, de retrait, de dégagement…. Paramètres opératoires Outil et paramètres de coupe Géométries à usiner Stratégie d’usinage

Stratégies pour l’UGV Trajectoires Les trajectoires doivent garantir le plus possible une évolution continue des sollicitations mécaniques (effort de coupe – ébauche – ou effet dynamique –finition). Pas de changement de direction brutal, entrée dans la matière de manière continue, .. Vx Vy x y Vx Vy

Stratégies pour l’UGV Trajectoires - configuration de la FAO CATIA - Les trajectoires doivent garantir le plus possible une évolution continue des sollicitations mécaniques (effort de coupe – ébauche – ou effet dynamique –finition). Pas de changement de direction brutal, entrée dans la matière de manière continue, .. - configuration de la FAO CATIA - Vx Vy x y Vx Vy

- configuration de la FAO CATIA - Type d’usinage Mode de balayage Usiner en avalant Avalant (down milling) (climb milling) Opposition (up milling) (conv. mill.) - configuration de la FAO CATIA - - configuration de la FAO CATIA -

Pas de balayage Choix du pas de balayage La diminution de la hauteur des crêtes est une fonction carrée du pas de balayage

- configuration de la FAO CATIA - Pas de balayage Choix du pas de balayage - configuration de la FAO CATIA - Attention : La hauteur de crête est respectée que si la passe reste entre les deux valeurs extrêmes (maximum et minimum).

Discrétisation de la trajectoire - configuration de la FAO CATIA - Les trajectoires créées par la FAO sont liées aux surfaces (arêtes ou points) du modèle numérique de la pièce. Mais, sauf cas particulier, les trajectoires sont discrétisé en segments de droite (code G01). => Erreur de corde - configuration de la FAO CATIA -

Discrétisation de la trajectoire Aligné => Facettisation de la surface Décalé => Hauteur de crêtes plus importante

Discrétisation de la trajectoire Possibilité de créer une trajectoire NURBS au lieu de segments de droite. Attention la machine doit pouvoir usiner un courbe NURBS.

Discrétisation de la trajectoire - configuration de la FAO CATIA - La trajectoire de l’outil est appliquée soit au mouvement du point de contact de l’outil sur la surface (posage par le point de contact) soit au mouvement d’un point fixe de l’outil (posage par le point centre outil). - configuration de la FAO CATIA - Le posage par le point de contact est optimale pour l’UGV mais il reste plus difficile à mettre en œuvre. Le posage par le point fixe centre-outil est plus rapide et plus robuste d’un point de vue du calcul de la trajectoire.

Stratégies en ébauche

- configuration de la FAO CATIA - Stratégies en ébauche Stratégie : balayage dans des plans à altitude constante. - configuration de la FAO CATIA - Travail par zone : évite des va-et-vient entre les différentes zones Travail par plan : équilibre les déformations de la pièce (paroi mince)

Stratégie pour l’entrée et sortie de la matière Stratégies en ébauche Stratégie pour l’entrée et sortie de la matière Pour garantir la continuité des sollicitations mécaniques appliquées à l’outil, il faut utiliser une stratégie d’entrée en pleine matière en « colimaçon » (spirale) ou en « feuille morte » (ramping). Entrée en spirale

- configuration de la FAO CATIA - Stratégies en ébauche Stratégie pour l’entrée et sortie de la matière - configuration de la FAO CATIA - A Attention : il faut activer la Macro pour qu’elle soit prise en compte.

Stratégie pour l’ouverture d’une poche Stratégies en ébauche Stratégie pour l’ouverture d’une poche Une autre stratégie permet une entrée dans la matière et une ébauche de la poche de façon très efficace : Le trèflage (plunge milling) Très grand débit de matière Sollicitation de l’outil sur l’axe Z (très rigide)

Stratégies en ébauche Stratégie pour l’ouverture d’une poche A - configuration de la FAO CATIA - A

- configuration de la FAO CATIA - Stratégies en ébauche Usinage trochoïdal A - configuration de la FAO CATIA -

Stratégies en finition

Stratégies en finition Amélioration de l’état de surface dans les coins Variation de la section du copeau au niveau des arcs de raccordement. => Choc, vibration Solution => Diminution de l’avance dans les angles - configuration de la FAO CATIA -

Ecriture du programme CN PROGRAMME CATIA Langage CATIA Traduction dans CATIA APT source Format neutre au standard APT POST PROCESSEUR Programme CN (langage machine) Format iso ou autre Pas de modification « au pied de la machine »

Ecriture du programme CN APT Source Langage ISO Langage Heidenhain

Stratégies CFAO

Stratégies FAO La trajectoire de l’outil peut être discrétisée par point avec interpolation linéaire, par courbes BSplins (Nurbs), polynomiale ou par arcs de cercle. Surface de la pièce test

Interpolation des trajectoires

Interpolation des trajectoires Limitation de la vitesse d’avance par le temps de traitement d’un bloc (2 ms). Exemple : points distants de 100 µm (discrétisation) / 2 ms => Vitesse maxi de 3 000 mm/min

Interpolation des trajectoires Look ahead Pilotage de la vitesse par anticipation La commande calcule plusieurs blocs de CN de manière anticipée et détermine une courbe de vitesse sur plusieurs blocs. Vitesse N1 Bloc N12 (Look Ahead) Eviter la rupture de vitesse à la transition de bloc

Interpolation des trajectoires L’interpolation linéaire est à éviter en UGV car elle ne permet pas d’attendre les vitesses demandées. L’interpolation circulaire donne des résultats proche des courbes NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline)

Types d’opérations d’usinage Les opérations d’usinage disponibles sous CATIA sont généralement utilisées être utilisées comme suit : Nom Logo Axes Type d’op. Remarques 2,5 3 +3 Eb. Fi. Ebauche prismatique X Fraisage en plongée Tréflage. Icône lié à Ebauche Usinage de poche Surfaçage Contournage Suivi de courbes Rainurage Point à point Us. de poche 4 axes Position de l’axe automatique

Types d’opérations d’usinage Nom Logo Axes Type d’op. Remarques 2,5 3 +3 Eb. Fi. Power machinig X Ebauche multi-poches et surfaces. Perçage, alésage… Ebauche Eb. par copiage Icône lié à Ebauche Plans parallèles Us. Suivant tube mutiaxes Icône lié à Plans parallèles Balayage suivant courbes Bal. suivant courbes isoparamétriques Icône lié à Balayage suivant courbes Contour par guidage multiaxes

Types d’opérations d’usinage Nom Logo Axes Type d’op. Remarques 2,5 3 +3 Eb. Fi. Surfaçage en spirale X Surfaçage de toutes les surface planes multiaxes Suivi de courbes multiaxes Icône lié à Contournage Contournage multiaxes Balayage 4 axes le long d’une courbe Icône lié à Plans parallèles Trajet bitangent Contou. niveau Z Us. hélicoïdal multiaxes

Gamme type (pièce 3 axes) Opérations Outils Remarques Ebauche Fraise 2 tailles Profondeur de passe importante ½ Finition Ap moins important (suppression des ‘marches’) – Ne pas indiquer de brut dans l’opération CATIA Finition Plans parallèles ou Contournage en Z + Surfaçage en spirale Fraise boule Définir un hauteur de crête à respecter Balayage suivant courbes… + Trajet bitangent Finition des congés de raccordement

Conclusion Une optimisation des stratégies en FAO est impérative pour une obtenir une haute qualité d’usinage et permettre d’obtenir un niveau élevé de productivité. Mais il ne faut pas négliger pour autant le choix des outils et des paramètres opératoires (démarche COM).

Conclusion La FAO permet : De calculer les trajectoires des outils De vérifier l’accessibilité des outils/surfaces D’éviter les collisions outil/pièce, outil/montage, outil/machine De vérifier si la géométrie de la pièce usinée est correcte De connaitre les temps d’usinage D’écrire le programme CN (via le postprocesseur) Mais ne permet pas : De prédire l’état de surface De prévoir les phénomène vibratoires (outil, machine, pièce) Le prise en compte de la déformation de la pièce/effort de coupe De valider les paramètres de coupe (ap, f, Vc)