Situation des travaux au niveau international :

Le projet CyberCut^TM est un prototype informatique pour le développement d’un système CFAO via un support Internet [AHN 01]. Ce prototype est développé pour un système automatisé basé sur un flux de communication continu entre le bureau d’étude et le bureau des méthodes. Plusieurs logiciels et modèles sont développés autour de cette plate-forme réseau :

- Un outil de conception en ligne basé sur le stockage d’informations Desing-for-Manufacturing et de règles de conception incluant les difficultés d’usinage imposées aux concepteurs

- Un modèle géométrique de représentation des données appelé SIF-DSG dans le but d’avoir une transmission des informations non ambiguës entre le module de conception et le module de gamme de fabrication

- Un logiciel réalisant la gamme de fabrication de manière automatisée s’appuyant sur plusieurs modules permettant de convertir une géométrie de conception en un ensemble de séquences d’usinage 3 axes sur fraiseurs CN.

Parmi les modules développés dans le dernier logiciel, les travaux de Sundararajan & al. [SUN 04] se basent sur la notion de poche généralisée. Ce concept de poche généralisée est utilisé pour identifier

des entités d’usinage à partir du volume de matière à usiner (figure 29). Le volume de matière est cal-culé à partir de la direction d’accessibilité de la pièce. L’identification des entités d’usinage se base sur l’extraction des faces planes dont les normales sont le long de la direction d’usinage choisie. Les faces de formes complexes sont remplacées par la projection plane de celle-ci sur sa boîte englobante (cove-ring face). A partir de cela sont identifiées les poches simples et les poches complexes. La classification des poches est basée sur le nombre d’axes sollicités de la machine pour obtenir la forme désirée :

- poche simple : deux axes de la machine outil sont sollicités lors de l’usinage, le troisième est utilisé pour prendre les prises de passe axiales (usinage 2 axes et 1/2).

- poche complexe : trois axes de la machine outil sont sollicités lors de l’usinage (usinage 3 axes).

Néanmoins, les informations attachées à l’entité d’usinage sont insuffisantes pour guider suffisam-ment le préparateur. Ce type d’approche est mieux adapté aux opérations d’ébauche où la géométrie de l’entité d’usinage est considérée comme un volume de matière à enlever pour s’approcher de la forme finale. Alors que lors des opérations de finition la géométrie adaptée est la surface de la pièce qui sert de support au calcul de trajectoires outil.

Ce type d’approche au même titre que celle proposée dans le projet Usiquick repose sur une décom-position du modèle CAO de la pièce basée sur l’intégration des difficultés d’usinage induites par le pro-cessus d’usinage. Ce concept est exploité dans les travaux de Sun et al. [SUN 01] dans le contexte de l’usinage d’outillage de forge (figure 30). Dans le cadre de ces travaux nous nous intéressons plus parti-culièrement aux décompositions effectuées lors de la phase de finition (figure 31). La démarche de décomposition proposée repose sur quatre étapes d’analyse topologiques de la géométrie de la pièce à partir d’une part des ressources d’usinage et plus particulièrement les outils et d’autre part des stratégies d’usinage associables à des régions type. Le premier type de décomposition consiste à analyser les rayons de courbure en flanc et en fond de gravure afin de déterminer des régions correspondant à diffé-rents rayons d’outil. Des cartes de décomposition selon les dimensions outils utilisables sont donc ainsi

définies. Ensuite, à partir de ces cartes, le choix optimisé des outils est réalisé à partir des valeurs des régions extraites et du calcul du temps de coupe pour un ensemble d’outil. Le second type de décompo-sition consiste à analyser l’inclinaison de la direction de la matière de chaque surface par rapport à la direction d’usinage. Ainsi, différents types de régions pré-associés à des stratégies d’usinage sont défi-nies (planes, planes directionnelles et fortement inclinées). Des cartes de décomposition sont ainsi obte-nues. De la même manière que précédemment, le choix de la valeur critique de l’angle de séparation entre les régions planes et les régions fortement inclinées est obtenu par le calcul du temps de coupe. Ensuite, les différentes cartographies sont superposées afin d’obtenir la décomposition finale en entités d’usinage associées à un ensemble d’outils donnés et de stratégies d’usinage.

Dans le cadre de ces travaux nous constatons que la géométrie surfacique est la mieux adaptée pour une décomposition topologique du modèle CAO de l’outillage lors de la préparation à l’usinage d’opé-rations de finition. Néanmoins, les modèles CAO exploités dans le cadre de ces travaux, se composent d’une cavité. Dans nos travaux, nous considérons des outillages multi cavités impliquant de

nombreu-Figure 30 : Décomposition d’un outillage complexe d’après [SUN 01]

Figure 31 : Décomposition d’un outillage complexe pour la phase de finition d’après [SUN 01]

Feature volume slicing Contour decomposition for multiple Optimal tool selection Freeform surface features Roughing operation Surface decomposition for multiple tools Surface decomposition for multiple tool path

patterns

Optimal tool

selection ^{Finishing operation}

Geometry extraction for

tapering ^{Tool selection Tapering operation}

Geometry extraction

for corner rouding ^{Tool selection Corner rounding} operation

Decompose the surfaces for multiple tools based

on feature contour restriction Obtain the decomposition map Freeform surface features Finishing operations Decopmpose the

surfaces for multiple tools based on feature bottom

restriction

Obtain the decomposition map

Decompose the surfaces into flat and steep regions

Decompose the surfaces into driectionnally flat and

steep regions

Obtain the decomposition map

Obtain the decomposition map

Select the optimal tools based on the decomposition map

Select the critical slope based on the decomposition map

Combine the decomposed

ses relations topologiques d’interférence (interpénétrations multiples des géométries des différentes cavités). Le nombre de cavités et les relations topologiques présentes sur les outillages que nous consi-dérons constituent une première différence majeure entre les travaux de Sun & al. et nos travaux.

D’autre part, nous avons la confirmation que l’intégration des difficultés d’usinage doit être au coeur de la démarche du préparateur afin de faciliter la génération de trajectoires. Les difficultés d’usinage intégrées par Sun & al. reposent principalement sur le choix des dimensions outil et le choix d’une direction d’usinage. Ainsi, les difficultés d’usinage liées aux respects des vitesses de coupe et d’avance ne sont pas abordées dans ces travaux car Sun & al. se basent sur la génération d’un processus d’usinage conventionnel intégrant des outils de formes (outil conique, outil spécifique pour réaliser les rayons de raccordement convexe) et considère des conditions de coupe conventionnelles. Dans le cadre de nos tra-vaux nous nous appuyons sur la réalisation d’un processus d’UGV intégrant des outils standard (outil hémisphérique, torique ou fraise deux tailles). En ce qui concerne les séquences d’usinage abordées dans les travaux de Sun & al., il considère uniquement les séquences d’usinage à direction de guidage planaire (plans parallèles, niveau de Z et surfaçage) et ne considère pas l’impact de l’association de ces stratégies d’usinage à une géométrie donnée en terme de respect des conditions. Dans le cadre de nos travaux nous exploitons les stratégies d’usinage standard FAO (plans parallèles, niveau de Z, surfaçage et suivi de courbe(s)) et analysons l’adéquation des séquences d’usinage obtenues avec la géométrie de l’outillage. La considération d’un processus d’usinage d’UGV face à un processus conventionnel et de l’impact des séquences d’usinage générées sur le respect des conditions de coupe constituent les diffé-rences majeures entre nos travaux et ceux proposés par Sun & al.

La définition de carte de décomposition est un outil graphique très intéressant dans le cadre de la pré-paration à l’usinage. En effet, il permet d’avoir rapidement un premier niveau de décomposition de l’outillage fournissant des informations liées au processus d’usinage. Néanmoins, le critère de choix du temps de coupe pour définir l’angle critique entre les directions planes et les directions fortement incli-nées n’est pas le plus pertinent. Les outillages de forge sont des pièces quasi unitaires où le temps d’usi-nage n’est qu’un critère secondaire devant les difficultés de respect de conditions de coupe présentées précédemment et que nous considérons dans nos travaux.

Décomposition de formes par géométrie différentielle

Ce concept est basé sur l’étude du modèle CAO à partir de la géométrie différentielle. Ce type d’étude se base sur une analyse syntaxique de forme à partir des courbures principales (sommets, arêtes et faces du modèle CAO : modèle B-Rep) [GAD 98]. En chaque point de la surface, un couple de cour-bure minimale et maximale est défini. Six couples de courcour-bure type sont identifiés et permettent de faire des regroupements en régions de courbure formalisés sous la forme d’un graphe. L’analyse de ce graphe permet de définir quatre régions de courbure type : dépression pure, plan, protrusion pure, transition (figure 32).

Un autre type d’analyse syntaxique de forme à partir des normales locales (sommets, arêtes et faces du modèle CAO B-Rep) est développé dans [ZHA 04]. A partir de l’étude des normales, le modèle CAO est décomposé selon cinq types de régions d’orientation. A partir des attributs de régions d’orien-tation et des normales aux frontières cinq types d’entités sont identifiées : noyau (core), trou (hole), cavité (cavity), îlot (island), cavité ouverte (open cavity). L’avantage de ces méthodes est leur forte généricité qui permet de s’adapter à tous types de géométrie de formes complexes. D’autre part, la mise en oeuvre de ces méthodes s’adapte facilement à n’importe quel logiciel CFAO. Néanmoins, aucun des

travaux proposés n’intègre les contraintes et difficultés d’usinage dans l’extraction des entités, ce qui limite ensuite la possibilité de définir convenablement des entités d’usinage en vue d’associer un pro-cessus d’usinage et plus particulièrement de générer les trajectoires d’usinage.