Contr?le actif des vibrations en fraisage.

par Feriel Kochtbene

Thèse de doctorat en G?nie m?canique - proc?d?s de fabrication

Sous la direction de Jean-Claude Carmona et de George Moraru.

Soutenue le 21-12-2017

à Paris, ENSAM , dans le cadre de ?cole doctorale Sciences des m?tiers de l'ing?nieur (Paris) , en partenariat avec Laboratoire des Sciences de l'Information et des Syst?mes (La Garde, Var) (laboratoire) et de Laboratoire des Sciences de l'Information et des Syst?mes (laboratoire) .

Le président du jury était Henri Paris.

Le jury était composé de Jean-Claude Carmona, George Moraru, Philippe Lorong.

Les rapporteurs étaient Yann Landon, Christophe Corbier.


  • Résumé

    Cette th?se commence avec un ?tat de l?art des domaines d??tudes importants pour notre objectif (diff?rentes techniques usuelles de r?duction des vibrations en usinage, m?thodes de contr?le actif) avant de valider le principe de contr?le actif du fraisage en se pla?ant en rep?re fixe. On a alors d?velopp? un mod?le d??tat d?une poutre d?Euler Bernoulli perturb?e en un point et corrig?e en un autre via un actionneur pi?zo?lectrique. Ce mod?le a permis d?obtenir plusieurs compensateurs, suivant diff?rentes strat?gies de commande. Nous avons par la suite proc?d?, d?un point de vue exp?rimental, ? l??tude sur un dispositif similaire ? notre besoin d?un point de vue de l?actionnement et des ordres de grandeurs (amplification m?canique, gamme de fr?quences etc.). Les strat?gies de commande robustes que nous avons d?velopp? pour pouvoir att?nuer les d?placements vibratoires de cette poutre ont conduit ? des r?sultats concluants pr?sent?s dans le m?me chapitre, d?abord en simulation (qui nous a permis une ?tude comparative), avec ou sans la pr?sence du processus d?usinage, puis exp?rimentalement. La robustesse de ces strat?gies de commande a ?t? ?tudi?e (en simulation) en ajoutant des incertitudes au mod?le ?tudi? de diff?rentes mani?res. Ensuite, nous avons identifi? le mod?le du syst?me ?tudi?, d?termin? les correcteurs correspondants et test? ces derniers sur notre banc d?essai pour valider le bon fonctionnement des diff?rentes strat?gies de contr?le utilis?es tout le long de cette th?se. Enfin, pour pr?parer un d?ploiement de ces strat?gies en rep?re tournant (porte-outil de contr?le actif), nous avons mod?lis? et impl?ment? les m?mes d?marches pour le cas o? l?actionnement se situe en rep?re tournant et concerne deux axes simultan?ment, situ?s dans le plan XY du porte-outil. Nous avons d?abord ?tudi? les vibrations transversales d?une poutre en rotation dans le cas g?n?ral avant de n?gliger les ph?nom?nes d?inertie et gyroscopique. En effet, on s?int?resse au contr?le actif du fraisage particuli?rement dans les applications de finition, l? o? on utilise des outils longs de faibles diam?tres. Les nouvelles expressions des deux fonctions de transfert de notre syst?me usinant ont ?t? d?termin?es pour obtenir sa repr?sentation d??tat, cl? du contr?le actif. La projection du processus de coupe sur le rep?re tournant est indispensable pour effectuer les simulations du fraisage via le porte outil actif. Ce dernier chapitre met en relief les perspectives de cette th?se, ? savoir le contr?le actif du fraisage quelque soit le type de l?op?ration ou du diam?tre de l?outil avec un porte outil m?catronique destin? pour ce genre d?op?rations.

  • Titre traduit

    Control for vibration Phenomena in Mechanical Machining.


  • Résumé

    This thesis deals with the fields of study which are important for our objective (different usual vibration reduction techniques in machining, active control methods) before validating the principle of active control of milling in a fixed reference. We then developed a state space model of an Euler Bernoulli beam excited at one point and corrected in another one by a piezoelectric actuator. This model allowed us to obtain several compensators, according to different control strategies. We then proceeded from an experimental point of view to study a device similar to our need from an actuating point of view and levels of magnitude (mechanical amplification, frequency range, etc.). ). The robust control strategies that we have developed to attenuate the vibratory displacements of this beam have led to conclusive results presented in the same chapter, first in simulation (which allowed us a comparative study), with and without the cutting process and then experimentally. The robustness of these control strategies was studied (in simulation) by adding uncertainties to the model in different ways. Then we have identified the model of the system, calculated the corresponding compensators and tested them on the test bench in order to validate the good functioning of the different control strategies used in this thesis. Finally, in order to use these strategies in rotating reference (active control tool holder), we have modeled and implemented the same steps for the case where the actuation is located in rotating reference and concerns two axes simultaneously, located in the XY plane of the tool holder. We first studied the transverse vibrations of a rotating beam in the general case before neglecting the inertia and gyroscopic phenomena. Actually, we are interested in the active control of milling, particularly in finishing applications, where long tools of small diameters are used. The new expressions of the two transfer functions of the system have been determined to obtain its state space representation, key of the active control. Projection of the cutting process on the rotating reference is essential to perform milling simulations with the active tool holder. This last chapter highlights the prospects of this thesis,that is the active control of the milling for all kinds of milling operations as well as for different tools with a mechatronic tool holder aimed for this kind of operation.


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