Instruments de mesure et de contrôle

Durant les essais réalisés dans cette étude on a utilisé plusieurs appareils d’acquisition des paramètres à utiliser. Ces mesures vont être détaillées dans ce paragraphe :

UGPMM ENIS – LGP INP ENIT Page 111 2.3.1. Mesure des efforts de coupe

L'acquisition des efforts de coupe lors de l'usinage de la pièce est effectuée en utilisant une platine KISTLER de référence 9257 B (Figure 4. 7).

La platine Kistler permet de mesurer l’intensité des trois composantes des efforts de coupe suivant les trois directions du repère machine (X, Y et Z) avec une erreur de 3% sachant que 'Fx' présente l'effort suivant la direction de l'avance de la fraise, 'Fy' l'effort suivant la direction de balayage et 'Fz' l'effort suivant la direction de l’axe de l’outil.

Figure 4. 7. Dimensions de la platine Kistler 9257B

La pièce à usiner est montée à travers deux vis CHC M8 sur la platine Kistler, cette dernière est fixée par quatre vis sur la table de la machine-outil. Le porte outil est serré par la suite automatiquement sur la broche (Figure 4. 8). Par la suite, l’usinage de la surface plane avec la fraise à bout sphérique monobloc est réalisé à sec sans lubrification sachant que c’est une condition imposée par le constructeur.

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Figure 4. 8. Montage de la pièce et de la fraise sur la machine

Les efforts générés par l'opération d'usinage sont transmis aux capteurs piézoélectriques, ces derniers convertissent les déplacements détectés en signaux électriques. Les signaux sont transmis par la suite par des câbles vers l’amplificateur de charge 5019A qui permet de traiter les grandeurs mesurées. Ces données sont ensuite transmises à travers la carte d’acquisition au logiciel Instacal sur un PC portable contenant le logiciel de traitement et de filtrage des signaux Dynoware (Figure 4. 9). La fréquence d’acquisition utilisée de la platine kistler est de 2000 Hz avec un temps d’acquisition variable en fonction de la vitesse d'avance afin de limiter le chargement continue des piézos et l’augmentation de leurs températures.

Figure 4. 9. Acquisition et traitement des données (a) amplificateur de charge 5019A (b) interface Dynoware

2.3.2. Mesure des paramètres modaux

Il est nécessaire de connaitre les paramètres modaux du montage utilisé pour prendre en considération le comportement du système outil, porte outil et broche lors de l'étude des vibrations de la fraise. On a déterminé les paramètres modaux (masse, amortisseur, rigidité)

UGPMM ENIS – LGP INP ENIT Page 113 dans les conditions statiques du montage en mesurant la pulsation propre et le taux d’amortissement.

La méthode consiste à étudier la Fonction de Réponse en Fréquence FRF du système qui a été réalisée expérimentalement par un essai au marteau modale de choc (Impact test) modèle 2302- 10 de type Meggitt Endevco. Durant l’impact, l’effort est mesuré grâce à un capteur présent à l’extrémité du marteau lié par un câble au système d'acquisition de données de type 2827 Bruel Kjaer. Les déplacements ont été mesurés à travers un vibromètre laser Ometron VH300+ de type 8329 branché au même système d'acquisition (Figure 4. 10). Ce dernier est lié à un ordinateur portable muni d'un logiciel Pulse LabShop de Bruel Kjaer afin de traiter les mesures obtenues en utilisant la transformée de Fourier où on obtient dans le domaine fréquentiel l’effort et le déplacement. Le rapport de ces deux grandeurs donne directement la FRF de la zone de mesure.

Figure 4. 10. Test d'impact par marteau de choc (a) excitation (b) traitement des signaux (c) vélocimétrie laser

2.3.3. Mesure du faux rond

Le faux rond de la fraise est mesuré sur la fraise montée dans la broche de la machine à travers un comparateur de précision Holex de résolution r=0.001mm fixé sur un support magnétique (Figure 4. 11).

Tout d'abord, on commence par le positionnement du comparateur suivant l'axe Y de la machine en le mettant en contact avec le corps de la fraise au-dessus du point de départ de la dent. Après, on définit ce premier point de contact comme point de référence en étalant le comparateur à '0' et on tourne la fraise manuellement en cherchant la valeur minimale et maximale du faux rond afin de déterminer l'excentricité. On marque par la suite la position de la valeur maximale pour calculer l'angle de positionnement de cette excentricité qui est défini entre cette position et la tangente à la dent.

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Figure 4. 11. Mesure du faux rond de la fraise (a) Comparateur Holex (b) Paramètres de mesure (c) Position de mesure

2.3.4. Mesure de la vitesse d'avance

L’acquisition des signaux de la vitesse d'avance (Figure 4. 13), de la position et de l'accélération est effectuée à l’aide d’un logiciel de constructeur SINUCOM (Figure 4. 12) installé sur un ordinateur portable. Ce dernier est branché avec le directeur de commande numérique Siemens de la machine Huron (Figure 4. 12) par l’intermédiaire d'un câble, d'un adaptateur Simatic Net CP5511/CP5512 et d’une carte d’acquisition Siemens.

Figure 4. 12. Chaine d'acquisition des signaux des vitesses d’avance (a) DCN (b) Câble et adaptateur (c) Carte d’acquisition (d) PC muni du logiciel SINUCOM

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Figure 4. 13. Interface du logiciel SinuCom (Profil de la vitesse d'avance suivant X)

2.3.5. Mesure de l’usure

L'usure en dépouille des fraises a été mesurée à l'aide d'un microscope numérique Dino-Lite AM7013MZT équipée d'un support d'orientation précis (Figure 4. 14). Le traitement des images des mesures a été réalisé à l'aide du logiciel DinoCapture 2.0 associé au microscope utilisé.

UGPMM ENIS – LGP INP ENIT Page 116 2.3.6. Mesure de la topographie

L'appareil utilisé pour la mesure de la topographie est le système de topo-microscopie Infinite- Focus Alicona qui est un rugosimètre 3D optique et un système de micro-géométries permettant de mesurer à la fois la forme et l'état de surface sur un seul dispositif. Ce système est basé sur le principe de microscope optique couplé à une caméra (Figure 4. 15). Il permet de construire une image en trois dimensions à partir d'une série d'images partiellement focalisées acquises automatiquement. A partir des différents types de données enregistrées, des mesures de dimensions, de profil d'ondulation, de forme, de rugosité, de topographie, de surface ou de volume peuvent être effectuées.

Figure 4. 15. Machine de mesure InfiniteFocus Alicona.

La mesure de la topographie a été réalisée avec un agrandissement 'x20'. L'Alicona est capable de mesurer avec cette configuration des patchs de 4x4mm.

Afin d'analyser l'impact de l'accélération et de la décélération de la fraise sur la topographie, 6 patchs ont été mesurés par pièce (Figure 4. 16 (a)). L’analyse a été réalisée en utilisant le logiciel de traitement des données Mountains Map 7 de Digital Surf.

Pour chaque patch, on a mesuré le profil de la surface en allégeant une portion de la surface. Par la suite, on a sélectionné une zone sur laquelle on a fait une extraction 3D de cette surface.

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Figure 4. 16. Méthode de mesure de la topographie

L’état des 9 pièces après la réalisation des différents essais est donné par la Figure 4. 17. La topographie de ces surfaces est présentée en 2D sur la Figure 4. 24.

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