Analyse de la mesure des déplacements d’outils en

fraisage.10ème Colloque National AIP PRIMECA

La Plagne 17-20 Avril 2007

MOREAU Vincent, Doctorant

COSTES Jean-Philippe, Maître de conférence

18-20 avril 2007 10 ème Colloque AIP PRIMECA 2-16

Plan

Description du dispositif utilisé

Mesure des vibrations d’outil sur 1 tour

Etude des déphasages apparaissants entre les tours consécutifs– Etude d’un cas stable– Etude d’un cas instable

Calcul des efforts et des déplacements– Calcul des déplacements à partir des efforts (validation de la

méthode utilisé)– Calcul des efforts à partir des déplacements

Conclusions et perspectives

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Dispositif expérimental : l’outil

Outil– L=170 mm– Ø=20 mm– 2 dents

– Lporte à faux = 120 mm

– Attachement CoroGrip

Capteur de déplacement sans contact à courant de Foucault– Déplacement de l’outil dans le référentiel de la broche– Nécessite un diamètre minimum de l’outil

2 plans de mesure :

44 mm et 78 mm au dessus des arêtes de coupe.

Plan 1 Plan 2

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Signaux enregistrés

– 4 capteurs de déplacements, sur le dispositif

– 2 accéléromètres pour contrôler les vibrations du dispositif (dans les 2 directions)

– 3 efforts, mesuré grâce à une platine de mesure Kistler

– Signal Top Tour, issu du codeur de la broche

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Déplacement de l’outil sur un tour

Cas stable ap=0.15mm N=9000 tr/min, déplacements effectifs de l’outil pendant l’usinage– Passage des deux dents dans la matière– Faux rond des plaquettes (une dent dominante)

• Epaisseur de copeau différente => déplacement maximum de l’outil différent

Dent 1 Dent 2Dent 1 Dent 2

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Mouvements dans le plan X / Y

Essai stable ap=0,15 mm

N=9 500 tr/min

Dent1

Dent2

A quel phénomène correspondent ces phases d’entrées et de sorties dans la matière ?

Y+

X+

0°90°180°270°

Y+

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Déphasage

Superposition de plusieurs tour consécutifs de l’enregistrement

• Essai stable ap=0,15 mm N= 11000 tr/min

Le 3 premiers tours sont en phase

Superposition de tous les tours

Position angulaire des maximums

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Déphasage

• Essai instable ap=0,25 mm N= 8500 tr/min

Le 3 premiers tours sont déphasés

Superposition de tous les tours

Position angulaire des maximums

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Calcul des efforts et des déplacements

Démarche mise en œuvre:– Identification de paramètres de l’outil– Calcul des déplacements à partir des efforts (pour la

validation de la méthode de calcul)

– Calcul des efforts à partir des déplacements (2 phases):• Utilisation de la raideur statique

• Utilisation de la FRF

Efforts FRF Déplacements

Déplacements Raideur (N/mm)

Efforts

Déplacements FRF-1 Efforts

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Sonnage de l’outil, détermination de la FRF

Sonnage de l’outil avec un marteau instrumenté– Calcul de la FRF grâce au logiciel d’acquisition

– Identification des paramètres de la FRF

Fx

ΔX

Outil

Fo=678.5 HzKsi=0.013903%K=2631 N/mm

Sonnage

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Calcul des déplacements à partir des efforts

Calcul des déplacements, utilisation de la FRF de l’outil

Essai stable ap=0,15 mm N=9000 tr/min

Efforts FRF Déplacements

Méthode de validation

Problème du bruit des capteurs de déplacements

Problèmes de la sollicitation dynamique de la platine

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Calcul des efforts à partir des déplacements

Première méthode, utilisation du gain simple issu du sonnage

Déplacements Raideur (N/mm)

Efforts

Essai stable ap=0,15 mm N=9500 tr/min

Méthode très simplifiée

Utilisable pour les outils très flexibles uniquement

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Calcul des efforts à partir des déplacements

Deuxième méthode, utilisation de l’inverse de la FRF

Déplacements FRF-1 EffortsEssai stable ap=0,15 mm N=8500 tr/min

Essai instable ap=0,175 mm N=8500 tr/min

Méthode plus rigoureuse

Problème des vibrations propres de la platine de mesure d’efforts

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Conclusions et perspectives

Déplacement par tour:– Utilisation d’un outil à une dent pour isoler les phénomènes– Compréhension des phénomènes

Déphasage:– Possibilité de visualiser le déphasage de manière simple et

rapide et de statuer sur l’état de l’usinage– Influence de la stabilité sur le déphasage

• Est il possible de l’utiliser pour déterminer les paramètres de coupes optimums ?

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Conclusions et perspectives

Mesure d’efforts:– Avantages

• Système totalement extérieur au processus (pas d’influence)• Peu sensible aux résonances• Permet les mesures de vibrations et d’efforts

– Inconvénients• Plus difficile à mettre en œuvre sur la machine• Précision à améliorer

– Améliorations• Détermination de la FRF, broche à l’arrêt et en rotation• Approximation de la FRF à un seul mode• Utilisation d’une platine de mesure d’efforts en fraisage avec

compensation accélérométrique (ENSAM de PARIS)

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Merci de votre attention

Si vous avez des questions ?

MOREAU Vincent

LABOMAP – équipe usinage

ENSAM Cluny 71250 CLUNY

vincent.moreau@cluny.ensam.fr

Tel: 03-85-59-53-88

Manufacturing21

L’équipe du laboratoire usinage de l’ENSAM de Cluny