Développement d'un modèle d'efforts de coupe applicable à des familles d'outils : cas du fraisage des aciers traités thermiquement

Development of a cutting forces model applicable to a family of tools : case of milling of hard steels

• Auteur / Autrice : Stéphanie Bissey
• Direction : François Lapujoulade
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Procédés de fabrication
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fraisage (travail des métaux)

Résumé

L'objet des travaux de recherche porte sur l'étude et la modélisation des efforts de coupe en fraisage de matériaux durs. La connaissance des efforts de coupe, ainsi que leurs évolutions au cours du temps, sont des signatures utiles à l'optimisation et au suivi du procédé d'usinage. La prédiction de l'évolution temporelle des efforts de coupe peut permettre d'optimiser la géométrie des outils lors de leur conception, ou de mieux adapter les conditions de coupe et la machine utilisée à l'opération d'usinage envisagée ; ceci dans le but de minimiser le niveau d'effort ou de le stabiliser, et ainsi d'éviter les pics d'efforts importants néfastes à la tenue de l'outil et aux capacités de la machine. La connaissance des efforts de coupe favoriserait également l'optimisation des trajectoires d'outils au sein d'un logiciel de FAO par exemple. Cette étude vise donc à améliorer la procédure de qualification d'un outil pour l'usinage d'un matériau donné, en considérant comme point de départ la géométrie locale de l'arête coupante, et en "remontant" ensuite à la géométrie globale de l'outil ou de la famille d'outils considérée. Cette méthode présente l'avantage de pouvoir être adaptée à toutes les formes globales d'outils, notamment dans le cas de fraises à géométrie complexe. Seule la définition de l'arête coupante doit être conservée pour appliquer la procédure à plusieurs outils de la même famille. Enfin, cette étude est rendue possible en Usinage Grande Vitesse par la mise au point d'un capteur dynamométrique à compensation inertielle permettant l'obtention de signaux de bonne qualité à haute fréquence.

This research work deals with the study and the modelisation of cutting forces in milling of hard materials. The knowledge of cutting forces, and their time evolution, are useful data for optimisation and monitoring of the manufacturing process. The prediction of the cutting forces time evolution could allow to optimise the tool design, or to better adapt the cutting conditions and the machine tool to the considered machining operation; in order to minimise the force level or to stabilise it, and then to avoid the force "peeks" with high amplitudes that are dangerous for the tool life and for the capacities of the machine. The knowledge of cutting forces could also help optimisation of tools trajectories in a CAM software for example. The objective of this study is to improve the procedure of qualification of a tool machining a given material, considering as first step the local geometry of the cutting edge, and going back then to the global geometry of the tool or of the considered tool family. This method has the advantage of being adapted to any global shape of tool, even in the case of milling cutters with complex geometries. Only the cutting edge definition must be conserved to apply the procedure to several tools of the same family. Finally, this study has been possible in high speed conditions thanks to a dynamometric sensor with inertial compensation allowing to obtaining good quality signals even at high frequencies.