Analyse de la mesure des déplacements d’outils en fraisage. 10ème Colloque National AIP PRIMECA La Plagne 17-20 Avril 2007 MOREAU Vincent, Doctorant COSTES Jean-Philippe, Maître de conférence

10 ème Colloque AIP PRIMECA Plan Description du dispositif utilisé Mesure des vibrations d’outil sur 1 tour Etude des déphasages apparaissants entre les tours consécutifs Etude d’un cas stable Etude d’un cas instable Calcul des efforts et des déplacements Calcul des déplacements à partir des efforts (validation de la méthode utilisé) Calcul des efforts à partir des déplacements Conclusions et perspectives 18-20 avril 2007 10 ème Colloque AIP PRIMECA

Dispositif expérimental : l’outil Plan 1 Plan 2 Outil L=170 mm Ø=20 mm 2 dents Lporte à faux = 120 mm Attachement CoroGrip Capteur de déplacement sans contact à courant de Foucault Déplacement de l’outil dans le référentiel de la broche Nécessite un diamètre minimum de l’outil 2 plans de mesure : 44 mm et 78 mm au dessus des arêtes de coupe. 18-20 avril 2007 10 ème Colloque AIP PRIMECA

10 ème Colloque AIP PRIMECA Signaux enregistrés 4 capteurs de déplacements, sur le dispositif 2 accéléromètres pour contrôler les vibrations du dispositif (dans les 2 directions) 3 efforts, mesuré grâce à une platine de mesure Kistler Signal Top Tour, issu du codeur de la broche 18-20 avril 2007 10 ème Colloque AIP PRIMECA

Déplacement de l’outil sur un tour Cas stable ap=0.15mm N=9000 tr/min, déplacements effectifs de l’outil pendant l’usinage Passage des deux dents dans la matière Faux rond des plaquettes (une dent dominante) Epaisseur de copeau différente => déplacement maximum de l’outil différent Dent 1 Dent 1 Dent 2 Dent 2 18-20 avril 2007 10 ème Colloque AIP PRIMECA

Mouvements dans le plan X / Y Essai stable ap=0,15 mm N=9 500 tr/min Dent1 270° 180° 90° 0° Dent2 Y+ Y+ X+ A quel phénomène correspondent ces phases d’entrées et de sorties dans la matière ? 18-20 avril 2007 10 ème Colloque AIP PRIMECA

10 ème Colloque AIP PRIMECA Déphasage Superposition de plusieurs tour consécutifs de l’enregistrement Essai stable ap=0,15 mm N= 11000 tr/min Position angulaire des maximums Le 3 premiers tours sont en phase Superposition de tous les tours 18-20 avril 2007 10 ème Colloque AIP PRIMECA

10 ème Colloque AIP PRIMECA Déphasage Essai instable ap=0,25 mm N= 8500 tr/min Position angulaire des maximums Le 3 premiers tours sont déphasés Superposition de tous les tours 18-20 avril 2007 10 ème Colloque AIP PRIMECA

Calcul des efforts et des déplacements Démarche mise en œuvre: Identification de paramètres de l’outil Calcul des déplacements à partir des efforts (pour la validation de la méthode de calcul) Calcul des efforts à partir des déplacements (2 phases): Utilisation de la raideur statique Utilisation de la FRF Efforts FRF Déplacements Raideur (N/mm) Déplacements Efforts Déplacements FRF-1 Efforts 18-20 avril 2007 10 ème Colloque AIP PRIMECA

Sonnage de l’outil, détermination de la FRF Sonnage de l’outil avec un marteau instrumenté Calcul de la FRF grâce au logiciel d’acquisition Identification des paramètres de la FRF Fx ΔX Outil Sonnage Fo=678.5 Hz Ksi=0.013903% K=2631 N/mm 18-20 avril 2007 10 ème Colloque AIP PRIMECA

Calcul des déplacements à partir des efforts Calcul des déplacements, utilisation de la FRF de l’outil Efforts FRF Déplacements Essai stable ap=0,15 mm N=9000 tr/min Méthode de validation Problème du bruit des capteurs de déplacements Problèmes de la sollicitation dynamique de la platine 18-20 avril 2007 10 ème Colloque AIP PRIMECA

Calcul des efforts à partir des déplacements Première méthode, utilisation du gain simple issu du sonnage Raideur (N/mm) Déplacements Efforts Essai stable ap=0,15 mm N=9500 tr/min Méthode très simplifiée Utilisable pour les outils très flexibles uniquement 18-20 avril 2007 10 ème Colloque AIP PRIMECA

Calcul des efforts à partir des déplacements Deuxième méthode, utilisation de l’inverse de la FRF Essai stable ap=0,15 mm N=8500 tr/min Déplacements FRF-1 Efforts Essai instable ap=0,175 mm N=8500 tr/min Méthode plus rigoureuse Problème des vibrations propres de la platine de mesure d’efforts 18-20 avril 2007 10 ème Colloque AIP PRIMECA

Conclusions et perspectives Déplacement par tour: Utilisation d’un outil à une dent pour isoler les phénomènes Compréhension des phénomènes Déphasage: Possibilité de visualiser le déphasage de manière simple et rapide et de statuer sur l’état de l’usinage Influence de la stabilité sur le déphasage Est il possible de l’utiliser pour déterminer les paramètres de coupes optimums ? 18-20 avril 2007 10 ème Colloque AIP PRIMECA

Conclusions et perspectives Mesure d’efforts: Avantages Système totalement extérieur au processus (pas d’influence) Peu sensible aux résonances Permet les mesures de vibrations et d’efforts Inconvénients Plus difficile à mettre en œuvre sur la machine Précision à améliorer Améliorations Détermination de la FRF, broche à l’arrêt et en rotation Approximation de la FRF à un seul mode Utilisation d’une platine de mesure d’efforts en fraisage avec compensation accélérométrique (ENSAM de PARIS) 18-20 avril 2007 10 ème Colloque AIP PRIMECA

Merci de votre attention Manufacturing21 Si vous avez des questions ? MOREAU Vincent LABOMAP – équipe usinage ENSAM Cluny 71250 CLUNY vincent.moreau@cluny.ensam.fr Tel: 03-85-59-53-88 L’équipe du laboratoire usinage de l’ENSAM de Cluny 18-20 avril 2007 10 ème Colloque AIP PRIMECA