Axe 3 : Mesure des ´ecarts g´eom´etriques

L’objectif est la mesure de la topographie de la surface tout au long du processus de polis-sage. Afin de quantifier l’influence (pouvoir d’abrasion, ´ecr´etage, etc.) des diff´erentes ´etapes du processus de polissage, il est n´ecessaire de pouvoir mesurer la surface r´ealis´ee avant et apr`es chacune de ces ´etapes. L’impact d’une ´etape de polissage est tr`es d´ependant de l’effort (ou de la pression) exerc´e par l’outil de polissage sur la pi`ece. Compte tenu des impr´ecisions de remise en position de la pi`ece polie dans l’espace de travail de la machine outil, cet effort peut ˆetre difficile `a contrˆoler si la mesure de la pi`ece est effectu´ee hors de l’espace de la machine, c’est-`a-dire en d´emontant la pi`ece. De mˆeme, certaines pi`eces de grandes tailles comme les matrices d’emboutissage ne peuvent pas ˆetre contrˆol´ees sur des stations de mesure classiques. Pour cette raison nous nous orientons vers une mesure de la topographie directement dans l’espace de tra-vail de la machine outil sans d´emontage de la pi`ece, que nous appellerons mesure« in situ ». La solution envisag´ee consiste en la mesure sans contact par imagerie confocale chromatique par crayon STIL. L’avantage de cette solution est d’avoir un capteur autonome, qui peut ˆetre fix´e dans la broche de la machine pour la mesure. La g´en´eration des trajectoires de mesure n’est pas un probl`eme en soit car des solutions ´eprouv´ees existent dans les logiciels de FAO. Comme le capteur ne mesure les distances que dans une seule direction, il est n´ecessaire de synchroniser le signal qu’il d´elivre avec les d´eplacements des axes X et Y , ainsi qu’avec les axes de rotation si n´ecessaire. Nous devons pour cela maˆıtriser la vitesse de d´eplacement du capteur par rapport `a la pi`ece. La qualit´e de la synchronisation permet de diminuer les incertitudes et de pouvoir observer l’histoire de la surface en chacun de ces points.

Nous avons pu avancer sur cet axe cette ann´ee grˆace au travail Y. Quinsat. Une interface a ´et´e d´evelopp´ee en Visual Basic afin d’enregistrer le signal d´elivr´e par le capteur Stil suivant l’axe Z et de le recaler avec les axes X et Y de d´eplacement de la machine. Les tests pr´eliminaires ont ´et´e effectu´es sur une pi`ece pourvue d’une rainure de 0.2mm de profondeur (obtenue par rectifi-cation) avec un crayon STIL d’une pr´ecision axiale de 100 nm. Sur la figure 4.4, on observe les relev´es effectu´es lors de la mesure sur la MOCN `a gauche et la comparaisons sur une des passes entre la mesure sur station et la mesure sur MOCN. De mˆeme, les param`etres de rugosit´e 3D ont ´et´e compar´es sur la surface de fond de rainure (figure 4.5). On observe dans les deux cas une tr`es bonne corr´elation entre les deux mesures.

FIG. 4.4: Acquisition de la g´eom´etrie in situ

FIG. 4.5: Comparaison des mesures en fond de rainure

Nous avons ´egalement effectu´e des tests lors du polissage d’une surface plane sur la MOCN (figure 4.6). Nous avons mesur´e les ´etats de surfaces obtenus `a la suite de l’´etape de fraisage et de deux ´etapes de polissage. On voit tr`es nettement la diminution de la hauteur des crˆetes lors du polissage ainsi que l’effondrement du bord de la pi`ece `a gauche du `a la trajectoire de polissage. La mesure in situ est donc tout particuli`erement adapt´ee `a la mise au point des param`etres de polissage. Il faut maintenant ´evaluer de mani`ere analytique et exp´erimentale les limites de la mesure in situ, c’est `a dire les incertitudes de mesure et la capabilit´e de mesure vis-`a-vis des ´etapes de polissage.

FIG. 4.6: Mesure in situ en fraisage et pr´e polissage P120 et P240

4.4 Axe 4 : D´efinition d’un processus optimal

L’objectif est de capitaliser les connaissances m´etier acquises dans les tˆaches pr´ec´edentes, c’est-`a-dire de p´erenniser, d’enrichir et de mieux exploiter le capital des connaissances dispo-nibles. Cela consiste `a ´elaborer la gamme de fabrication, de l’usinage de finition au polissage sur des cas industriels. Il est envisag´e ici d’´etablir l’ensemble des« variables produit » (g´eom´etrie, mat´eriaux et sp´ecification des ´ecarts g´eom´etriques) et« variables processus » (les outils de po-lissage et d’usinage, leur trajectoire, etc.) intervenant dans l’usinage et le popo-lissage d’une pi`ece. Les« variables produit » imposent des processus ind´ependants ou non. Les « variables proces-sus» des r`egles d’ant´eriorit´es afin de proc´eder `a d’ordonnancement des op´erations de polissage pour une qualit´e requise.

Concr`etement, comme la qualit´e de la pi`ece finale r´esulte d’op´erations d’usinage et de polis-sage, le choix des param`etres doit permettre de garantir la qualit´e requise tout en minimisant le

temps d’usinage. Les exp´eriences men´ees lors du projet de master 1 d’Etude et de Recherche de M.Camboulive et V.Lacharnay ont permis de caract´eriser les ´etats de surfaces obtenus avec des abrasif papiers sur des ´echantillons en fonte EN-GJL 220, mat´eriau caract´eristique des matrices d’emboutissage de carrosserie automobile. Les essais ont ´et´e r´ealis´es sur une machine `a polir classique. Les r´esultats, figure 4.7, montrent que l’´evolution des valeurs de Sa et St correspond bien `a la tendance du mod`ele extrait de la litt´erature selon lequel St diminue selon l’inverse de la racine carr´ee du nombre de grains d’abrasif par cm2 [Felder 2009]. Grˆace `a ces courbes, on peut choisir l’abrasif ad´equat pour d´ebuter les op´erations de polissage en fonction des pa-ram`etres de la derni`ere op´eration d’usinage. On pourra utiliser pour cela les mod`eles d’´ecarts g´eom´etriques g´en´er´es par les outil h´emisph´eriques d´evelopp´es au LURPA [Quinsat et al. 2008].

FIG. 4.7: Evolution des param`etres de rugosit´e selon l’abrasif

La formalisation de ces contraintes, intra et inter entit´es, pour le proc´ed´e de polissage sera donc effectu´ee comme cela a ´et´e fait par le pass´e pour des op´erations d’usinage. Une hi´erarchisation des variables par ordre de motricit´e et de d´ependance permettra d’extraire les param`etres pilotant dans le processus d’usinage et de polissage d’une entit´e.

4.5 Conclusion

Le polissage sur MOCN apparaˆıt donc comme une solution potentiellement int´eressante pour maˆıtriser le processus de r´ealisation des pi`eces et diminuer les coˆuts de fabrication. Pour le moment nous essayons d’industrialiser le proc´ed´e sur des surfaces tendues que l’on trouve sur des moules (Legrand, SunOptics) ou des proth`eses m´edicales (ICERAM). Les travaux se focalisent donc sur la faisabilit´e de surfaces simples pour lesquelles des solutions d’outillage existent, en g´en´erant des trajectoires de polissage bas´ees sur l’exp´erience des polisseurs ma-nuels. Comme nous venons de le voir dans le projet d’industrialisation du polissage sur MOCN 5 axes, les th`emes de recherche sont riches et les applications et perspectives nombreuses. Cette th´ematique fera l’objet d’un travail de th`ese qui d´ebute `a la rentr´ee 2009.