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
Tel: 03-85-59-53-88
Manufacturing21
L’équipe du laboratoire usinage de l’ENSAM de Cluny
