L’objectif global de ce travail est de mettre en place une nouvelle stratégie d’usinage en fraisage 5-axes qui améliore le comportement dynamique d’outil en introduisant un angle de talonnage. Pour cela, l’axe de l’outil est incliné vers l’arrière par rapport à la direction d’usinage et depuis longtemps les usineurs utilisent cette possibilité pour résoudre les problèmes de coupe qui dégradent l’état de surface et sollicitent fortement les outils. Cette solution d’usinage est parti- culièrement intéressante pour les pièces à forte valeur ajoutée comme les moules, les matrices et plus généralement les pièces de formes complexes fraisées qui sont fréquemment usinées avec des fraises toriques. Pour cette raison, la plupart des logiciels de FAO intègrent l’angle d’incliaison de l’axe d’outil dans les paramètres de génération d’une trajectoire mais malgré une automatisation toujours plus poussée, aucune aide n’est apportée à l’opérateur pour effectuer ce choix. Des essais préliminaires et purement qualitatifs nous ont montré que l’inclinaison de l’axe de l’outil vers l’arrière par rapport à la direction d’usinage améliore considérablement le compor- tement de la coupe. D’un autre côté, l’étude des traces laissées sur les pièces nous a montré que dans ce cas, l’arrière et l’avant de l’outil usinent simultanément et que ces deux zones ont une action mécanique combinée. Nous nous sommes donc attachés à caractériser l’action mécanique de l’outil sur la pièce en proposant un modèle d’effort de coupe en rainurage plein pour les fraises toriques à plaquettes rondes. Le choix délibéré d’un modèle semi empirique dont l’expression mathématique est relativement simple nous a permis de l’utiliser pour caractériser ensuite les efforts produits par les différentes parties de l’outil. Nous avons pu donc mettre en place un modèle d’effort de coupe intégrant l’angle de talonnage. L’étape incontournable de calibration de ces deux modèles a été abordée et nous proposons des méthodes de détermination des différents coefficients à partir d’un seul essai pour chaque modèle.
Même si ce modèle d’efforts fait apparaître ponctuellement des écarts entre les efforts cal- culés et les efforts réels, nous n’avons pas cherché à l’améliorer car cela aurait nécessité d’une part un modèle mathématique bien plus complexe et d’autre part une étape de calibration qui aurait nécessité plusieurs essais. Il faut garder à l’esprit que nous avons cherché un équilibrage des efforts transversaux et que les écarts entre le modèle et le réel se retrouvant sur l’avant et l’arrière de l’outil, ils se compensent en partie dans l’effort transversal global.
Pour utiliser au mieux les avantages du talonnage, nous avons mis en place une méthode d’équilibrage de la force de coupe transversale pour les outils à deux, trois et quatre dents. Les courbes de cette composante sont alors recentrées autour de l’axe des abscisses et l’erreur de posi- tionnement due à la flexion de l’outil est limitée. Nous avons aussi mis en évidence que dans le cas des fraises à deux et trois dents, l’amplitude de la force de coupe transversale est nettement diminuée ; l’excitation de l’outil est donc elle aussi diminuée. Pour comparer les solutions testées,
nous avons développé une méthode de quantification utilisant l’intensité acoustique relative. Cet indicateur permet de mesurer le bruit généré lors d’un usinage et donc d’apprécier la sollicitation subie par l’outil et l’état de surface obtenu.
Nous présentons ensuite une intégration de l’équilibrage de la force de coupe transversale au positionnement d’outil sur une surface gauche en fraisage 5-axes. Nous avons mis en place un nouveau positionnement d’outil, qui dans le domaine hors interférence locale intégre l’équili- brage de la force de coupe transversale. Nous avons étendu cet aspect aux trajectoires successives. Le cas du plan est traité pour montrer le principe de la planification des trajectoires et nous avons montré comment la méthode s’applique dans le cas d’une calotte sphérique. Ce dernier cas est intégralement traité pour comparer la stratégie associée à l’équilibrage de la force de coupe trans- versale à la stratégie isocrête communément utilisée. Une validation expérimentale de cette com- paraison est présentée et l’intérêt du travail sur la qualité de la surface obtenue est mis en évidence.
Suite à ces travaux de recherche qui ont portés à la fois sur les efforts de coupe, le position- nement d’outil hors interférence et la planification des trajectoires, des points restent à approfon- dir et de nouveaux axes de recherche apparaissent.
Les points à approfondir sont :
- l’application complète (calcul, usinage et contrôle) de la méthode présentée à une sur- face de forme complexe avec des zones en interférence,
- l’application aux surfaces fermées (poches) pour mettre en place un protocole de chan- gement de la direction d’usinage,
- l’application de la méthode à d’autres géométries d’outil comme les fraises à poches présentées au chapitre B.
Les nouveaux axes de recherche sont :
- l’intérêt de la méthode sur la durée de vie de différents outils pour effectuer le choix d’une géométrie,
- l’application de la méthode aux pièces usinées dans des matériaux réfractaires, - la diminution des temps d’usinage par l’augmentation de l’avance.
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