II. 2.1.3.2 Comportement dynamique du BO
II.3 Conclusions
Un dispositif expérimental et un modèle ont été conçus pour caractériser le système usinant. A l’aide du protocole d’essais est obtenue la matrice de raideur 6x6 caractérisant le système.
Par rapport à d'autres auteurs qui utilisent uniquement les raideurs de l'outil, cette étude prend en compte, en plus, les raideurs issues du système de maintien de l'outil (BO).
Des informations importantes sur les raideurs statiques sont obtenues, permettant notamment de déterminer les directions privilégiées de déplacement.
Le centre de raideur et le centre de rotation ont été déterminés expérimentalement. La direction de déplacement minimum a également été définie à partir du modèle expérimental.
Puis la partie BP est caractérisée. Ses raideurs sont déterminées et une matrice diagonale de déplacement est obtenue.
L’analyse du comportement statique du système BO- BP sera validée par la suite dans le troisième chapitre par l’analyse du comportement dynamique lors de la coupe.
Le protocole expérimental utilisé dans la détermination des raideurs statiques sera aussi validé par les essais de coupe dans le domaine de la coupe vibratoire.
Lors des essais, une analyse dynamique sur le comportement du système a été effectuée, dans les deux cas d’essais suivants : à l’impact et lors du fonctionnement à vide de la machine. Ainsi, nous avons déterminé lors de l’impact les paramètres dynamiques, la matrice de masse
[ ]
M et la matrice d’amortissement[ ]
C .- Chapitre III -
ANALYSES ET RESULTATS
« L’étude expérimentale est conçue pour identifier les principaux paramètres relatifs au comportement dynamique du système usinant lors de la coupe. La localisation des déplacements de la pointe de l’outil décrivant une ellipse dans un plan est confirmée à partir des résultats expérimentaux. La caractérisation du torseur d’actions mécanique et l’influence des vibrations sur l’axe central sont exprimées.
L’objectif de l’approche expérimentale est d’approfondir la connaissance du phénomène dynamique de la coupe pour proposer un modèle en accord avec les résultats expérimentaux. »
ANALYSES ET RESULTATS
III.1 Introduction... 121 III.2 Protocole d’essais : présentation... 122 III.2.1 Dispositif expérimental ... 123 III.2.2 Protocole d’essais ... 124 III.3 Cinématique ... 126 III.3.1 Déplacements pièce/outil/copeau ... 127 III.3.2 Analyse fréquentielle... 130 III.3.3 Plan de déplacements ... 131 III.3.3.1 Localisation du plan des déplacements... 132 III.3.3.2 Analyse de l’ellipse des déplacements ... 133 III.3.3.2.1 Le déphasage entre les déplacements de l’outil ... 133 III.3.3.2.2 Approximation de l’ellipse... 134 III.4 Torseur des actions mécaniques ... 136 III.4.1 Forces ... 136 III.4.1.1 Analyse fréquentielle ... 137 III.4.1.2 Plan forces ... 137 III.4.2 Moments... 141 III.4.2.1 Analyse fréquentielle des moments ... 142 III.4.3 Evolution de l’axe central ... 143 III.5 Géométrie pièce et copeau ... 147 III.5.1 Mesures rugosimétriques... 147 III.5.2 Caractéristiques du copeau... 147 III.5.2.1 L’épaisseur du copeau ... 147 III.5.2.2 Largeur du copeau ... 149 III.6 Synthèse ... 149 III.6.1 Plan des déplacements/forces... 150
III.6.4 Corrélation centre de raideur/axe central de la coupe dynamique ... 152 III.6.5 Vibrations auto-entretenues, validation expérimentale ... 152 III.7 CONCLUSIONS ... 155
III.1 Introduction
Les phénomènes dynamiques des machines-outils proviennent de l’interaction du système élastique machine-processus de coupe. Cette interaction est donc la source génératrice des aspects dynamiques classiquement rencontrés dans les machines-outils. Les actions de coupe appliquées au système élastique provoquent des déplacements relatifs outil/pièce, qui génèrent des variations. Celles-ci modifient la section du copeau, la pression de contact, la vitesse du mouvement relatif etc. Dès lors, l’instabilité du processus de coupe peut provoquer l’instabilité du système dynamique de la machine-outils : des vibrations apparaissent. Elles ont des répercutions indésirables sur la qualité des surfaces usinées et sur l’usure de l’outil. Elles peuvent engendrer des problèmes de maintenance voire des ruptures d’éléments des machines-outils. Aussi, il est nécessaire de développer des modèles permettant d’étudier les phénomènes vibratoires rencontrés au cours de l’usinage et de prévoir les conditions stables de coupe.
Des efforts considérables sont développés pour modéliser correctement la coupe. Mais à l’heure actuelle les solutions proposées sont encore loin de fournir des modèles suffisamment pertinents et généraux pour traduire de façon acceptable l’ensemble des résultats expérimentaux disponibles. Au regard des conditions de coupe tridimensionnelle et non stationnaire, notamment dans le cas des régimes vibratoires, [Segreti, 2002], [Benmohammed, 1996], [Marot, 1980] les modèles à mettre en œuvre deviennent très complexes.
Les machines-outils d’aujourd’hui possèdent des comportements dynamiques assez élevés en ce qui concerne les rigidités, les capacités d’amortissement. Cependant les causes d’apparition des vibrations, ou bien de régimes instables, sont données par la dynamique du processus de coupe dans différentes conditions de travail. Autrement dit, dans certaines conditions, l’interaction du processus de coupe avec le système élastique de la machine-outils, provoque l’apparition des vibrations ; il s’agit de vibrations auto-entretenues. Ces vibrations provenant de la coupe ont des fréquences voisines des fréquences propres du système et sont générées par la variation des actions de coupe, variation qui dépend de celles des différents paramètres caractéristiques du processus [Deacu et al, 1977].
Les modifications de ces paramètres conduisent à des variations des déplacements relatifs outil/pièce et outil/copeau. Celles-ci génèrent des variations de la section du copeau qui, à leur tour, induisent des variations des actions de coupe, et donc entretiennent les vibrations. Dans cette partie, nous présentons une étude expérimentale pour déterminer et caractériser une série de paramètres nécessaires à la modélisation dynamique de la coupe lors des vibrations.
Dans ce contexte, un protocole a été conçu à l’aide d’une série de moyennes de mesures tridimensionnelles pour mettre en évidence les différents phénomènes dynamiques lors de la coupe vibratoire.