Modélisation et quantification tridimensionnelles des écarts de fabrication pour la simulation d'usinage

par Stéphane Tichadou

Thèse de doctorat en Génie mécanique

Sous la direction de Jean-Yves Hascoët et de Olivier Legoff.

Soutenue en 2005

à Nantes , dans le cadre de École doctorale mécanique, thermique et génie civil (Nantes) , en partenariat avec École centrale de Nantes (autre partenaire) .


  • Résumé

    Dans le processus d'industrialisation d'un produit, l’étude de la cotation de fabrication est une étape de l’élaboration de la gamme de fabrication des pièces à produire. Grâce à la simulation d’usinage, elle met en évidence les variations dimensionnelles et géométriques probables des pièces tout le long de leur processus de fabrication, c’est à dire phase après phase. Ces écarts, dus à la fabrication, doivent être tolérés afin de respecter l’ensemble des contraintes fonctionnelles et manufacturières du produit. On distingue généralement deux étapes lors de la cotation de fabrication : Tout d’abord, la simulation dimensionnelle et géométrique d’usinage qui permet l’expertise et la validation d'un avant projet d’étude de fabrication par la prédiction des variations géométriques des surfaces réalisées. Puis, l'optimisation qui permet l’augmentation potentielle des tolérances de fabrication afin de respecter l’ensemble des contraintes associées au produit et d’intégrer au plus tôt, dès la conception, les contraintes de fabrication et de constater leurs effets sur les caractéristiques du produit L'objectif principal de ce travail est d'aboutir à un modèle global réaliste des défauts fabriqués afin de mener à bien la simulation d’usinage. Dans un premier temps, une modélisation des phases d’usinage et, une représentation graphique des gammes de fabrication sont proposées. Une première approche de la simulation d’usinage est présentée en intégrant les écarts de fabrication sur un logiciel de FAO afin de générer une pièce simulée avec défauts. Sur cette maquette numérique, est effectuée la métrologie virtuelle qui caractérise grâce à un modeleur volumique, les défauts de la pièce simulée. Dans un second temps, une approche formelle de la simulation d’usinage est proposée. Des relations sont crées entre les défauts des pièces fabriquées et les écarts de fabrication. Des travaux de recherche initiés dans le domaine de la cotation fonctionnelle ont montré que l'utilisation des torseurs permet une modélisation tridimensionnelle des défauts géométriques. En considérant une phase d’usinage comme un empilage de composants, c’est à dire comme un mécanisme, il est possible de modéliser les défauts de fabrication inhérents à chaque phase puis de les cumuler suivant le processus de fabrication. Une démarche méthodologique permet de générer automatiquement les chaînes de torseurs relatifs à l’ensemble des défauts de fabrication de la pièce brute à la pièce finie. Suite à une étude de cas, les deux approches convergent vers des résultats comparables. Un bilan des apports des deux méthodes de simulation est présenté afin de les associer et de les rendre complémentaires. Enfin, pour permettre de valider expérimentalement les modèles et les approches, un processus opératoire de mesure des défauts tridimensionnels de fabrication est proposé. Il identifie les types de dispersions de fabrication et établit leurs contributions et leurs effets sur la géométrie des pièces. Ces méthodes et les moyens de mesure associés ont été développés dans l’optique d’être adaptés au contexte industriel afin de favoriser la capitalisation du savoir-faire.


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Informations

  • Détails : 1 vol. (222 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliographie p. 211-219

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  • Cote : TH 2110
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  • Cote : LURPA / THESE 2005 13

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  • Cote : 2005NANT2092
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