De l'adaptation à la variation continue de la vitesse de broche afin de contrôler le broutement en fraisage de parois minces : modélisations et études expérimentales

From the spindle speed selection to the spindle speed variation for chatter control in thin wall milling : modelling and experiments

• Auteur / Autrice : Sébastien Séguy
• Direction : Moussa Karama
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse modale (ingénierie)

Fraisage (travail des métaux)

Mots clés libres

Parois minces

Vitesse de rotation variable

Lobes de stabilité

Talonnage

Parcours outils

Résumé

Les travaux présentés dans cette thèse s'inscrivent dans le contexte des vibrations d'usinage et plus spécialement des parois minces, typiques des pièces de structure aéronautique. L'objectif est de contribuer à la maîtrise des phénomènes vibratoires à la fois au niveau théorique et pratique. Nous avons identifié plusieurs voies de recherche visant : l'extension des méthodes classiques utilisant les "lobes de stabilité", la modélisation des phénomènes transitoires intervenant pendant une même passe d'usinage et enfin l'utilisation de la variation continue de la vitesse de rotation de l'outil. La généralisation du tracé des lobes de stabilité sur une pièce à paroi fine, avec un comportement vibratoire très riche, impose l'ajout d'une troisème dimension permettant de prendre en compte les évolutions des paramètres au cours de l'usinage. Cependant, certaines phases sont impossibles à optimiser et présentent un comportement très complexe, difficile à modéliser en pratique. La troisième partie porte sur le développement d'un modèle numérique relativement simple, permettant de prendre en compte tous les aspects, jugés indispensables, à la modélisation de parois minces. L'utilisation de ce modèle temporel permet notamment d'interpréter les états de surface évolutifs, très souvent observés sur les passes d'usinage, mais rarement expliqués dans le détail, à notre connaissance. La dernière partie présente l'étude et la mise au point d'une solution de réduction des vibrations régénératives, par une variation continue de la vitesse de rotation de la broche. Cette méthode apporte des gains importants en usinage grande vitesse, notamment dans la zone du "flip lobe". Cependant, elle peut faire apparaître des vibrations transitoires, à l'échelle de la période de variation, qui réduisent son efficacité.

The work presented in this thesis fits into the context of machine tool vibration and, especially, milling of thin-walled structures, like typical structural aeronautical parts. The aims is to contribute to the control of chatter vibration at both theoretical and practical level. Several aspects of research were identified : the extension of conventional methods using "stability lobes", the modelling of the transient phenomena occurring and the same step of machining and, at last, the use of spindle speed variation. Generalization of stability lobes for thin-walled parts with complex vibration behaviour requires the consideration of a third dimension which describes the parameter evolution during machining. This approach presents good improvement for the machining operation considered. However, some phases of the process are impossible to optimize and the dynamical behaviour is very difficult to be modelled in practice. The third part focus on the development of a relatively simple numerical model, but taking into account all aspects of the problem, considered essential for the modelling of thin walls. This model gives new interpretations of the surface roughness evolution that is often observed on the workpiece but rarely explained in detail to our knowledge. The last part presents the development of a technique to reduce chatter vibration by spindle speed variation. This method provides significant gains in high-speed machining, especially in the area of the "Flip lobe". However, transient vibrations may appear during the machining process that reduces the effectiveness of the method.