Optimisation du processus de fabrication en usinage à grande vitesse sur machines-outils à structure parallèle

• Auteur / Autrice : Myriam Terrier
• Direction : Jean-Yves Hascoët
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mécanique, thermique et génie civil (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Centrale Nantes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation, Méthodes de

Usinage à très grande vitesse

Machines-outils

Résumé

La première machine-outil à structure parallèle fut présentée en 1994 au salon international de Chicago. Depuis cette date, de nombreux prototypes ont été développés mais très peu de machines parallèles usinent aujourd’hui dans les ateliers de fabrication. Ceci s’explique d’une part par leur complexité apparente et d’autre part par le fait que peu d’études ont été rendues publiques sur leurs réelles aptitudes en usinage, et en particulier en usinage à grande vitesse (UGV). L’intérêt principal des structures parallèles étant la réduction des inerties, celles-ci pourraient permettre d’augmenter les conditions de coupe, par rapport aux machines sérielles. L’objet de cette thèse a donc été d’étudier les potentialités des machines-outils à structure parallèle en UGV sur des formes complexes et standards. Pour cela, deux méthodes ont été mise en place afin d’évaluer les aptitudes des machines quelles soient sérielles ou parallèles. La première est une méthode expérimentale basée sur deux moyens de mesure distincts qui permettent de donner un indicateur de capabilité du processus de fabrication, et de la machine-outil. L’un de ces moyens utilise une Machine à Mesurer Tridimensionnelle qui permet de qualifier l’ensemble du processus de fabrication puisque cette mesure intervient à la fin de la chaîne. L’autre moyen de mesure fait appel aux données des codeurs de la machine. Celui-ci permet de qualifier la machine hormis sa géométrie, la broche et l’outil, et ce quelque soit la trajectoire programmée. La deuxième méthode est une approche simulation. Les travaux réalisés au cours de cette thèse ont consistés à étendre le Simulateur UGV – précédemment développé à l’IRCCyN – aux machines parallèles. Ceci permet d’avoir aujourd’hui un outil générique permettant de qualifier les machines-outils, y compris celles à structure parallèle. Ces deux méthodes ont été appliquées sur un panel de machines sérielles représentatif d’un atelier de fabrication (3 et 5 axes) et de machines parallèles diverses (pleinement parallèle, hybride…). Cette étude nous a permis tout d’abord de mettre en place des outils permettant de qualifier et d’optimiser une machine-outil, indépendamment de sa structure. Nous avons également pu montrer d’une part que le réglage de la machine (structure et CN) joue un rôle direct sur la précision finale de l’usinage, et que d’autre part certaines des machines parallèles testées produisent des niveaux de productivité équivalents à des machines sérielles récentes. Ces travaux ont été réalisés dans le cade d'un contrat de plan Etat-Région (CPER 2000-2006) intitulé Pôle de Recherche sur l’Amélioration de la Productivité (PRAP). La tâche de l’équipe MO2P (Modélisation et Optimisation de Process de Production) de l’IRCCyN a consisté à s’intéresser à la maîtrise des processus de fabrication, et plus particulièrement à l’optimisation du procédé de fabrication en Usinage à Grande Vitesse sur machines-outils à structure parallèle. Dans le cadre de ce CPER, l'acquisition d'une machine-outil à structure parallèle (VERNE) a eu lieu en 2004.