Intégration des comportements vibratoires dans les systèmes de Conception et Fabrication Assistées par Ordinateur (CFAO)

par Meriem Hayani mechkouri

Thèse de doctorat en Génie mécanique - procédés de fabrication

Sous la direction de Philippe Véron.

Soutenue le 20-03-2018

à Paris, ENSAM en cotutelle avec l'Ecole Nationale Supérieure des Arts et Métiers (ENSAM), Meknès , dans le cadre de École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris) , en partenariat avec Laboratoire des sciences de l'information et des systèmes (Marseille) (laboratoire) et de Laboratoire des Sciences de l'Information et des Systèmes : Ingénierie Numérique des Systèmes Mécanique (laboratoire) .

Le président du jury était Abdelghani Cherkaoui.

Le jury était composé de Philippe Véron, Haj El Moussami, George Moraru, Ali Chaaba.

Les rapporteurs étaient Claire Lartigue, El Mustapha Boudi, Ahmed El khalfi.


  • Résumé

    La thèse concerne un procédé de fabrication par usinage dans son aspect le plus générique. L’objectif est de développer une approche intégrée aux systèmes CFAO permettant de prédire le comportement vibratoire d’un système usinant en fraisage régénératif multiaxe dans une échelle mésoscopique. Cela engage l’estimation des interactions Pièce / Outil instantanées, le calcul des forces de coupe et enfin, la détermination de la stabilité/instabilité du procédé sous certaines conditions de coupe. La géométrie de l’interaction est rendue particulièrement complexe à cause de la forme de l’outil et de la pièce ainsi que de leur position relative. Dans ces travaux, nous proposons une approche générique basée sur un système de CFAO pour l’extraction des éléments géométriques nécessaires au calcul des forces de coupe en chaque point de la trajectoire du fraisage. Et dans le dessein d’une meilleure prédiction, nous nous basons sur la discrétisation de la fraise en des arêtes infinitésimales. Particulièrement, cette approche est implémentée pour un cas d’usage simple. Par la suite, nous développons, sous Simulink/Matlab, un système de calcul permettant la visualisation des forces et de la dynamique de la coupe dans le domaine temporel. Ceci grâce aux modèles de comportement du système usinant identifiés expérimentalement et un modèle spécifique d’efforts de coupe intégrant le facteur retard. Par ailleurs, la stabilité liée à la coupe est déterminée à partir des critères de comportement applicables aux systèmes non linéaires héréditaires. L’interopérabilité de ces deux outils de calcul et de conception est couronnée par la production d’un démonstrateur de comportement vibratoire sur une trajectoire de coupe par fraisage régénératif. Enfin, une première étude expérimentale visant le recalage des modèles de comportement et d’efforts de coupe, ainsi que la validation de l’approche générique et du démonstrateur est produite pour différents processus de fraisage.

  • Titre traduit

    Integration of behavior in cad/cam systems


  • Résumé

    This research is a generic aspect enquiry on manufacturing process by machining. Its main objective is supporting CAD/CAM systems through an integrated approach aiming to determine vibratory behavior of multi-axis chatter milling. This involves estimating instantaneous Part / Tool interactions, calculating cutting forces and finally determining process stability or instability under certain cutting conditions. Interaction geometry is made particularly complex because of tool and workpiece’s geometry as well as their relative position. In this work, we propose a generic approach based on CAD/CAM systems to extract geometric elements needed to calculate cutting forces at each point of milling path. In addition, with a view to better prediction, we rely on milling tool discretization into infinitesimal edges while developing and implementing milling simulation system for cutting forces and dynamics calculation tool in Simulink/Matlab software. This, thanks to the behavior models of machining system identified experimentally and a specific model of cutting forces incorporating delay factor. In addition, the milling process behavior is determined by applying some criteria to the hereditary system. The interoperability of these two calculation and design tools is culminated with a visual demonstrator of vibration behaviors in milling tool path. Finally, a first experimental study aiming at behavior and cutting forces models adjustment, as well as the generic approach and the demonstrator validation is realized for different milling processes.


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