Modélisation avancée des performances dynamiques des broches UGV

par Clément Rabréau

Thèse de doctorat en Génie mécanique, productique, transport

Sous la direction de Benoît Furet et de Mathieu Ritou.

Le président du jury était Philippe Lorong.

Le jury était composé de Mathieu Ritou, Sébastien Le Loch, Claire Lartigue.

Les rapporteurs étaient Gilles Dessein, Vincent Gagnol.


  • Résumé

    Les broches d’Usinage à Grandes Vitesses sont des systèmes mécaniques très précis au comportement dynamique complexe et sensible. La moindre instabilité lors de l’usinage peut générer des défauts sur les pièces et réduire considérablement la durée de vie de la broche. Afin de prédire et mieux comprendre le comportement dynamique de telles broches, notamment vis-à-vis des conditions d’exploitations (vitesses de rotation, température, usure, …) un modèle numérique basé sur une approche phénoménologique est proposé. Dans un premier temps le comportement axial du système de roulements préchargés est considéré. L’équilibre axial est résolu de manière itérative en calculant les raideurs des roulements à partir d’un modèle analytique tenant compte notamment des effets dynamiques sur les billes. Ce modèle axial est recalé grâce à des mesures expérimentales de chargement axial de broche et permet l’obtention des matrices de raideurs des roulements ainsi que des valeurs des efforts et des raideurs de précharge de la broche étudiée. Un modèle de comportement dynamique global est alors développé. Un excitateur électromagnétique permettant d’appliquer une excitation dynamique sur la broche en rotation est utilisé pour rendre possible l’identification des paramètres du modèle. Celui-ci est enrichi pour modéliser au mieux le comportement observé expérimentalement. Le modèle numérique est alors utilisé pour étudier l’influence des conditions d’exploitations sur le comportement dynamique de la broche et sur sa stabilité en usinage.

  • Titre traduit

    Advanced modeling of HSM spindle dynamic performances


  • Résumé

    High Speed Machining spindles are very efficient systems with a complex and sensitive dynamic behavior. Stability issues during machining can lead to bad quality of machined parts and also can reduce spindle lifetime. During this thesis, a numerical model has been developed to predict such instabilities. It also aims to improve the understanding of the spindle behavior and its variations with operating conditions (spindle speed, temperature, wear …). A phenomenological approach has been chosen for the model. At first, the axial behavior of the preloaded bearing system is considered. The axial equilibrium is resolved iteratively. The bearing stiffness are obtained from an analytical model that considers dynamic effects on bearing balls. The model updating performed on this axial model with a specific experiment lead to the complete bearing stiffness matrices and to preload parameters values. A radial model of the dynamic behavior of the spindle is then developed. An electromagnetic excitation device is used to measure the dynamic behavior of the spindle while rotating. The model parameters are identified from this experiment and some enrichment are proposed to improve the simulations results. Simulations are finally performed to study the influence of the operating conditions on the dynamic behavior of the spindle and also on its stability.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 28-03-2021

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