C-5-1 ) Présentation.
L’origine des travaux qui sont présentés dans ce document nécessite d’être précisée. Lors d’essais de coupe avec des outils toriques à deux dents, une approche qualitative du comporte-
Fig.C-44 : Effort transversal équilibré modélisé et relevé pour une fraise à trois dents. -300 -200 -100 0 100 200 300 0 2 4 6 8 10 12 Angle (rad) Fo rc e Fx (N ) Fx3dentsmini Fx3dentsmaxi Fx3dentsmini
ment global en usinage en fonction de l’angle d’inclinaison α de l’axe de l’outil a été effectuée. Les constatations suivantes ont été faites :
- le bruit produit lors de l’usinage diminue considérablement dès qu’on introduit un angle de talonnage et il semble varier avec l’angle.
- la rugosité obtenue sur les pièces usinées diminue lorsque le bruit diminue.
La liaison entre les efforts de coupe, le bruit généré lors de l’usinage et la rugosité obtenue a alors été présumée. Dans les chapitres précédents le lien entre l’angle d’inclinaison de l’axe de l’outil conduisant au talonnage et la composante transversale de l’effort de coupe a été établi. L’apport du talonnage sur la diminution de l’amplitude de cette composante pour les outils à deux et trois dents a également été démontré. Dans ce qui va suivre le lien entre l’angle d’inclinaison de l’axe de l’outil et le bruit généré lors de l’usinage va être mis en place et l’apport de l’équilibrage de la force de coupe transversale sur la rugosité obtenu va être établi.
C-5-2 ) La mesure acoustique du bruit généré lors de l’usinage.
C-5-2-1 ) Le dispositif expérimental.L’objectif des manipulations est l’acquisition et la mesure du signal sonore généré lors d’un usinage. Pour réaliser cette acquisition, un enregistreur HANDY RECORDER-ZOOM H4 a été utilisé (Fig.C-45). Cet appareil utilisé par les musiciens pour régler leurs instruments ou retra- vailler des enregistrements est équipé de deux microphones disposés en X-Y permettant l’acquisi- tion sur deux voix d’un signal suivant des directions décalées de 90°.
La plage des fréquences mesurables par l’appareil est nominalement [30Hz ; 20kHz] mais Fig.C-45 : Enregistreur HANDY RECORDER-ZOOM H4
les caractéristiques de l’amplification ne sont pas linéaires sur le domaine et le signal est atténué de plus de dix décibels pour une fréquence inférieure à 60Hz. La plage exploitable est donc [60Hz ; 20kHz] :
L’acquisition est effectuée avec une fréquence d’échantillonage de 44.1KHz et le signal est digitalisé sur 16bits. Pour effectuer les mesures, l’enregistreur a été placé à proximité de la zone d’usinage et pour les essais comparatifs il n’a pas été déplacé.
C-5-2-2 ) Les différentes sources du bruit lors d’un usinage.
Le bruit produit lors d’un usinage a des origines diverses. Il provient de l’usinage en lui même mais également des éléments mis en jeu pour le produire et de l’environnement de travail. Les principales sources sont les suivantes :
- les actionneurs de la machine : moteur de broche, moteurs d’avance, système de lubrifi- cation, groupe hydraulique, systèmes pneumatiques.
- L’outil : réponse vibratoire de l’outil excité par l’effort de coupe, chocs lors des entrées et sorties de coupe.
- La réponse vibratoire des différents équipements : la pièce, le porte pièce, la table de la machine, le bélier et la broche, les armoires électriques et le bâti de la machine.
- Les mouvements des fluides : jet de lubrifiant, jet d’air comprimé. - L’environnement de travail en atelier de mécanique.
Ces différentes sources sont les causes du bruit généré lors de l’usinage. Elles peuvent être classeés en familles corespondantes aux 5M sur un diagramme cause-effet :
Fréquence (Hz) (dB)
C-5-2-3 ) Les dispositions particulières pour l’acquisition acoustique.
Pour observer le bruit provoqué lors d’un usinage en fonction de l’angle de talonnage, il est donc nécessaire d’isoler les autres facteurs influents sur celui-ci. L’exécution d’essais comparatifs permet de fixer l’influence de la plupart des causes qui participent à la génération du bruit :
- méthode : influence du type de l’opération et des conditions de coupe neutralisés lors d’essais comparatifs,
- matière : la pièce et le porte pièce étant massif devant la quantité de matière enlevée, la masse varie peu et leurs réponses dynamiques sont neutralisées lors d’essais comparatifs,
- main d’oeuvre : une attention particulière est nécessaire pour ne pas perturber l’acquisi- tion acoustique durant les manipulations. Toutefois, l’intensité sonore des manipulations d’un opérateur est faible devant l’intensité du signal sonore produit en usinage,
- machine : la réponse dynamique des éléments de machine (CU DMG 50E), le bruit des actionneurs et la rigidité des liaisons sont considérées constants sur des essais comparatifs et par construction d’influence négligeable,
- milieu : le bruit lié au mouvement du fluide et de l’air comprimé sont considérées cons- tants sur des essais comparatifs et d’influence négligeable. En revanche le bruit des autres
MACHINE
Actionneurs
Rigidité des liaisons Réponse dynamique des éléments de machine MAIN D’OEUVRE Manipulations de l’opérateur MILIEU Mouvement du fluide de coupe Mouvement d’air comprimé Autres machines dans l’atelier MATIERE Réponse dynamique de la pièce Réponse dynamique du porte pièce METHODE Type de l’opération d’usinage Inclinaison de l’axe de broche Conditions de coupe
BRUIT
Fig. 47 : Diagramme causes-effet du bruit généré lors d’une opération d’usinage. Réponse dynamique
machines a conduit à réaliser des essais hors période d’utilisation des autres matériels de l’atelier.
La réalisation d’essais comparatif permet donc de figer l’influence de la plupart des causes générant du bruit en cours d’usinage. La constitution massive de la machine, du porte pièce et de la pièce permet d’un autre côté de limiter les variations de réponse dynamique et donc d’obtenir comme cause influente l’inclinaison de l’axe de broche provoquant une réponse dynamique varia- ble de l’outil.