Machines-outils rapides à structure parallèle : Méthodologie de conception, applications et nouveaux concepts

par Olivier Company

Thèse de doctorat en Automatique, traitement du signal et génie informatique

Sous la direction de Étienne Dombre.

Soutenue en 2000

à Montpellier 2 .

mots clés

• Robotique -- Recherche
• Machines-outils -- Commande numérique -- Modèles mathématiques
• Mécanismes -- Modèles mathématiques
• Programmation parallèle (informatique)
• Apprentissage des concepts

Résumé

Le monde de la machine-outil est en évolution permanente afin de répondre au marché, très réactif, des pièces usinées. De nos jours, il existe une grande demande de machines rapides à commande numérique, notamment pour l’industrie automobile. Les limites dynamiques des machines cartésiennes à architecture série ayant été atteintes, les premières machines-outils à architecture parallèle ont fait leur apparition sur le marché. Elles sont inspirées des mécanismes et des robots parallèles largement étudiés par les roboticiens au cours de ces 25 dernières années. Cette thèse, qui s’inscrit à la frontière de la robotique et du domaine de la machine-outil, propose une démarche de sélection, de modélisation, d’optimisation et de dimensionnement de machines-outils parallèles rapides. Les outils proposés sont l’établissement des modèles géométrique, cinématique et dynamique, le calcul des efforts dans les barres, de la rigidité et de l’influence des erreurs géométriques sur la précision de la machine. Cette démarche est ensuite appliquée à la résolution des cas concrets relatifs à l’usinage 3 axes et 5 axes. Une nouvelle famille de mécanismes parallèles, intermédiaire entre le robot Delta et l’Hexa, est également présentée. Cette famille possède 4 degrés de liberté, cas peu étudié à ce jour. Elle trouve des applications aussi bien dans le domaine de la robotique de manipulation (tâches de pick and place avec orientation) que dans le domaine de l’usinage 5 axes.

Résumé

The world of machine tool is always changing to take into account the changes in manufactured parts. Nowadays, there is a growing need of fast machine tools, in particular for the automotive industry. Serial machines have reached their dynamical limits and the first parallel kinematics machines have been realeased. They are inspired from parallel robots studied by the robotics community during the past 25 years. This work draws a link between the domains of robotics and machine tool. A method for selecting, modelling and optimising parallel kinematics machine tool is proposed. Then this method is applied to solve the problem for fast machine tools with either 3 axis or 5 axis. A new familly of fast parallel kinematics is also introduced. This familly, whose kinematics lies between Delta and Hexa robots, has 4 degrees of freedom. It can be used in robotics for fast pick and place tasks and also for the design of 5 axis parallel machine tools by putting the workpiece on a rotative plate.