Execution adaptative de trajectoire 5 axes sur structures poly-articulées

par Laureen Grandguillaume

Thèse de doctorat en Génie mécanique

Sous la direction de Christophe Tournier.

Soutenue le 07-12-2017

à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences (Cachan, Val-de-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec École normale supérieure Paris-Saclay (Cachan, Val-de-Marne) (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire universitaire de recherche en production automatisée (Cachan, Val-de-Marne ; 1981-....) (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Yves Hascoët.

Le jury était composé de Christophe Tournier, Jean-Yves Hascoët, Hélène Chanal, Walter Rubio, Sylvain Lavernhe, Christian Arber, Pedro Rodriguez Ayerbe.

Les rapporteurs étaient Hélène Chanal, Walter Rubio.

mots clés

• Usinage 5 axes
• Usinage à grande vitesse
• Génération de trajectoire
• Polytope
• Cinématique
• Manipulabilité
• Usinage
• Polytopes
• Cinématique

Résumé

L’usinage 5 axes à grande vitesse est de plus en plus utilisé dans l’industrie pour réaliser des pièces de géométrie complexe à forte valeur ajoutée avec pour contrainte de respecter la qualité géométrique tout en maximisant la productivité. Dans ce contexte, la FAO et plus particulièrement la génération des trajectoires d’usinage jouent un rôle prépondérant. Ces travaux proposent de définir des trajectoires en fonction de la pièce à réaliser mais aussi de la structure poly articulée et de ses performances cinématiques. La grande diversité des structures en termes d’architecture et de cinématique impose une méthode de calcul générique facilitant la définition de trajectoires adaptées pour leur suivi. L’état de l’art des travaux réalisé dans les domaines de l’usinage et de la robotique pour répondre à cette problématique conduit à utiliser des polytopes de manipulabilité cinématique pour modéliser les contraintes cinématiques. L’analyse de ces polytopes et de la géométrie de la pièce à usiner permet de générer des trajectoires avec une vitesse outil/pièce maîtrisée et un temps de parcours réduit dans le cas de l’usinage 5 axes positionné et de l’usinage 5 axes continu. Ce formalisme met en avant les fortes dépendances entre les différents paramètres de la stratégie d’usinage (positionnement de la pièce, direction d’avance et orientation de l’outil) et permet de privilégier certaines combinaisons de ces paramètres pour maîtriser la vitesse d’exécution de la trajectoire.

mots clés

• 5 axes machining
• High speed machining
• Toolpath computation
• Polytope
• Kinematic
• Manipulability

Titre traduit

Adaptative execution of 5 axis tool path on polyarticulated structure

Résumé

5 axes high speed milling is increasingly used for manufacturing high addedvalue parts with complex forms in order to respect surface quality while maximizing productivity. In this context, CAM and more specifically toolpath computations play a major part. This work proposes to define toolpath depending on the workpiece but also onkinematical capacities of the polyarticulated structure.The large variety of structure in terms of architecture and kinematic enforce a generic calculation method to simplify adaptative toolpath generation. A state of the art realized in machining and robotics proposes to investigate the use of kinematical manipulability polytopes to represent kinematical capacities. An analysis of the polytopes and of the workpiece allows to generate toolpaths with a controlled feedrate and a decreasing time in 5 axes positionned milling and in 5 axes continous milling. This formalism highlights strong interactions between milling strategy parameters (workpiece setup, feed direction, tool orientation) and allows to prioritize specific parameters mix to have a controlled execution feedrate.