17/09/2018 Usinage de pièces de formes complexes: méthode de choix de stratégie d’usinage. Stage de 2eme année Master : « Sciences de l’Ingénieur » (SdI) Spécialité : « Mécanique et Ingénierie des Systèmes » (MIS) Orientation : « Robotique – Productique » RP Encadré par: Bernardin Kwamivi MAWUSSI Yann QUINSAT Co-encadré par: Laurent TAPIE 17/09/2018

Entités géométriques d’usinage Problématique 17/09/2018 Entités géométriques d’usinage Processus d’usinage ? Objectif Proposer une méthode d’association d’un processus d’usinage à une entité géométrique complexe dans le cas d’une stratégie plan parallèle.

Plan 1- Entité géométrique et association de stratégies d’usinage. 17/09/2018 1- Entité géométrique et association de stratégies d’usinage. 2- Processus U.G.V. de finition. 3- Méthode de choix de stratégie d’usinage. 4- Détermination d’une orientation performante en plan parallèle. 5- Validation sur un outillage de forge.

1- Entité géométrique et association de stratégies d’usinage. Recherche Bibliographique. 17/09/2018 [MAW 95] Découpage en entité géométrique. Niveau 4 Macro entités Plan de joint Cavités de la matrice Niveau 3 Entités d’usinage Meta Prim. racc. Contour Plan Generatrice Plan de joint E2 E3 E1 & E4 Association d’une gamme d’usinage.

1- Entité géométrique et association de stratégies d’usinage. Recherche Bibliographique. 17/09/2018 [CHO 03] Association de stratégies d’usinage. Découpage en entité géométrique.

1- Entité géométrique et association de stratégies d’usinage. Recherche Bibliographique. 17/09/2018 [SUN 01] 1er filtre interférences 2ème filtre inclinaisons Stratégies associées suivant les inclinaisons et les interférences

1- Entité géométrique et association de stratégies d’usinage. 17/09/2018 Résultat. Méthode à forte implication de l’expert. [MAW 95] : Pièce décrite dans un modèle filaire. Usinage sur CN 3 axes conventionnelles avec une F.A.O. 2D. => implication de l’expert lors du découpage en entité. [CHO 03] : Pièce décrite dans un modèle C.A.O. 3D. Usinage sur CN 3 axes conventionnelles avec une F.A.O. 3D. => implication de l’expert lors de l’association de stratégie et le découpage. Méthode semi-automatique. [SUN 01] : Pièce décrite dans un modèle C.A.O. 3D. Usinage sur CN 3 axes conventionnelles avec une F.A.O. 3D. => faible implication de l’expert lors de la superposition des cartes. => Pas d’intégration du phénomène U.G.V.

Plan 1- Entité géométrique et association de stratégies d’usinage. 17/09/2018 1- Entité géométrique et association de stratégies d’usinage. 2- Processus U.G.V. de finition. 3- Méthode de choix de stratégie d’usinage. 4- Détermination d’une orientation performante en plan parallèle. 5- Validation sur un outillage de forge.

2- Processus U.G.V. de finition. Modèle retenu. 17/09/2018

2- Processus U.G.V. de finition. Génération de trajectoire. 17/09/2018 Cas du plan parallèle. [JUN 02] : génération de séquence d’usinage en plan parallèle sur le maillage STL de la surface offset. STL de la surface offset Famille de plans parallèles Trajectoire outil Paramètres de la stratégie. Paramètres FAO pour construire un trajet sur surface offset : pas longitudinal pas transversal direction d’usinage [LAR 99] Tolérance d’usinage Trajet outil Surface à usiner Pas longitudinal Pas transversal Hauteur de crête Direction d’usinage

2- Processus U.G.V. de finition. Apparition du phénomène U.G.V. 17/09/2018 Ralentissement de la machine. [DUG 02] : modèle de passage de discontinuité. - insertion d’un cercle entre 2 segments Vitesse sur un cercle => Ralentissement de la machine en fonction de b - plus b est grand Vfmax est petit. TIT : Tolérance d’Interpolation de Trajectoire Intérêt de choisir la direction d’usinage. But: diminuer les ralentissements de la machine - trouver les directions dont les trajets sont les moins discontinues. Minimise le nombre de discontinuités. Maximise le nombre de discontinuités.

Plan 1- Entité géométrique et association de stratégies d’usinage. 17/09/2018 1- Entité géométrique et association de stratégies d’usinage. 2- Processus U.G.V. de finition. 3- Méthode de choix de stratégie d’usinage. 4- Détermination d’une orientation performante en plan parallèle. 5- Validation sur un outillage de forge.

3- Méthode de choix de stratégie d’usinage. Choix d’une stratégie d’usinage de finition. 17/09/2018 [QUI 04] [MAW 95] [TAP 06]

Plan 1- Entité géométrique et association de stratégies d’usinage. 17/09/2018 1- Entité géométrique et association de stratégies d’usinage. 2- Processus U.G.V. de finition. 3- Méthode de choix de stratégie d’usinage. 4- Détermination d’une orientation performante en plan parallèle. 5- Validation sur un outillage de forge.

4- Détermination d’une orientation performante en plan parallèle. Méthode utilisée. 17/09/2018 [QUI 04] Critère cinématique. avec [PAT 03] Construction du faisceau directionnel. Fonction de performance en un point M Faisceau directionnel à chaque point M de la surface.

4- Détermination d’une orientation performante en plan parallèle. Algorithme proposé. 17/09/2018 STL de l’entité géométrique Poids affecté grâce un critère cinématique de passage de discontinuité [DUG 02] Barycentres « Gi » des facettes STL de la surface offset dont la tolérance de flèche est la tolérance d’usinage. Affectation des poids « P(d,Gi) » à chaque triangle Obtention de la fonction de performance pour l’entité Faisceau directionnel pour une entité avec

4- Détermination d’une orientation performante en plan parallèle. Affectation des poids « P(d,Gi) ». 17/09/2018 Calcul de trajet sur STL. Direction d’usinage Barycentres Intersection plan / STL Axe outil Trajet simulé Détermination de la géométrie de la surface offset. Intersection plan d’usinage/STL pour chaque facette et chaque orientation. Association du poids en fonction des discontinuités du trajet calculé. P1 P2 P4 P3 b1 b2 Fonction poids. blimite étant la valeur, donnée par le constructeur, pour laquelle la machine passe la discontinuité sans insérer de courbe, donc sans ralentir.

Plan 1- Entité géométrique et association de stratégies d’usinage. 17/09/2018 1- Entité géométrique et association de stratégies d’usinage. 2- Processus U.G.V. de finition. 3- Méthode de choix de stratégie d’usinage. 4- Détermination d’une orientation performante en plan parallèle. 5- Validation sur un outillage de forge.

5- Validation sur un outillage de forge. Extraction des entités de base. 17/09/2018 Modèle CAO. Entité plan de joint Entités contournées Entité bras Entité de révolution Raccordements Association de toutes les entités géométriques de base présentes dans le domaine des outillages de forge. [MAW 95] Entité considérée. Entité bras

5- Validation sur un outillage de forge. Association de séquences d’usinage à l’entité « bras ». 17/09/2018 Fonction de performance . Fdperformant = [87° , 105°] pour a = 0,1 Donc les séquences d’usinage performantes sont des stratégies en plan parallèle avec une direction d’usinage comprise entre 87° et 105°. Illustration du faisceau directionnel . Direction d’usinage 20° Direction d’usinage 90° Direction d’usinage 100° Direction d’usinage 140°

5- Validation sur un outillage de forge. Classification des séquences d’usinage. 17/09/2018 Simulation cinématique (viewer) . 75 à 100% de Vprog 50 à 75% de Vprog < à 50% de Vprog Code couleur: [TAP 06] Validation de la méthode . Erreurs sur le temps de simulation : - FAO/réel : 70 à 80% - Viewer/réel : < 5% 40% gain temps entre la séquence la plus lente et la plus rapide. => objectif atteint

Conclusions et perspectives 17/09/2018 Pas d’intégration du phénomène U.G.V. dans les méthodes proposées. Conclusions Modèle du processus U.G.V. de finition. Méthode de choix intégrant la cinématique machine. Détermination d’une orientation performante en plan parallèle justifiée par le gain de temps d’usinage (40% d’écart suivant la direction d’usinage choisie). Perspectives Intégration d’un critère d’état de surface. Regroupement d’entité d’usinage grâce aux faisceaux directionnels. Découpage de l’outillage en stratégie d’usinage et pas en entité géométrique. Reconnaissance d’entité d’usinage assistée Comportement cinématique lors d’une stratégie en niveau de Z

Bibliographie. 17/09/2018 [CHO 03] B.K. CHOI, K.KO, « C-SPACE BASED CAPP ALGORITHM FOR FREEFORM DIE-CAVITY MACHINING », Computer-Aided Design 35 (2003) 179-189. [DUG 02] A. DUGAS, « Simulation d’usinage de formes complexes », Thèse de doctorat, IRCCyN_ Ecole Centrale Nantes, 2002 [JUN 02] C.S. JUN, D.S. KIM, S. PARK, « A new curved-based approach to polyhedral machining. », Computer-Aided Design 34 (2002) 379-389. [KIM 02] Bo H. KIM, Byoung K. CHOI, « Machining efficiency comparaison direction-parallel tool path with contour-parallel tool path. », Computer Aided Design 34 (2002) 89-95. [LAR 99] C. LARTIGUE, E. DUC, C. TOURNIER, « Machining of free-form surfaces and geometrical specifications. », Proc Instn Mech Engrs, 1999, vol 213, p 21-27. [LAV 06] S. LAVERNHE, C. TOURNIER, C. LARTIGUE, « Kinematical performances in 5-axis machining », IDMME 2006, 17-19 May, Grenoble, France. [MAW 95] B.K. MAWUSSI « Modèle de Représentation et de Définition d’Outillages de Forme Complexe. Application à la Génération Automatique de Processus d’Usinage », Thèse de doctorat, Ecole Normale Supérieure de Cachan 1995. [PAT 03] V. PATELOUP, E. DUC, C. LARTIGUE et P. RAY, « Pocketing optimisation for hsm. Geometry tool path and interpolation mode influence on dynamic machine tool behaviour. », Machine Engineering, 2003, vol 3, p 127-138. [QUI 04] Y. QUINSAT, « Contribution au choix de stratégies d’usinage : application à la finition des pièces de formes complexes. », Thèse de doctorat, Institut Français de Mécanique Avancée. [SUN 01] G. SUN, CH. SEQUINB, PK. WRIGHT, « Operation decomposition for freeform surface features in process planning », Computer-Aided Design 33 (2001) 621-636. [TAP 06] L. TAPIE, B.K. MAWUSSI, B. ANSELMETTI, (2006), « Machining strategy choice: performance viewer », IDMME 2006, 17-19 May, Grenoble, France.

Merci de votre attention. 17/09/2018 Merci de votre attention.