Modélisation et simulation du procédé de prépolissage automatique sur centre d'usinage 5 axes

Modeling and simulation of automatic pre-polishing process on 5-axis machining center

• Auteur / Autrice : Anthony Guiot
• Direction : Christophe Tournier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique, génie mécanique, génie civil
• Date : Soutenance le 06/12/2012
• Etablissement(s) : Cachan, Ecole normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pratiques (1998-2015 ; Cachan, Val-de-Marne)
• Jury : Président / Présidente : Gérard Poulachon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Sabourin, Yann Quinsat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Benoît Furet, Joël Rech

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Automatisation

Polissage

Mots clés libres

Polissage automatique

Défauts géométriques

Taux d’enlèvement de matière

Mod´elisation et simulation

Centre d’usinage 5 axes

Automatic polishing

Geometrical deviations

Material removal rate

Modeling and simulation

5-axis machining center

Résumé

La réalisation de formes complexes comme les moules ou les prothèses médicales nécessite l’utilisation d’opérations de super finition pour obtenir de faibles défauts géométriques, pouvant aller jusqu’au poli-miroir. Ces opérations de pré-polissage et de polissage sont encore régulièrement réalisées manuellement. En effet, malgré des avantages en termes de répétabilité, de productivité et de qualité géométrique, les méthodes de polissage automatique sont peu utilisées car elles nécessitent une mise au point importante. Les travaux de recherche présentés participent à la maîtrise du procédé de polissage automatique tout en contrôlant la qualité géométrique des pièces. Pour parvenir à cette maîtrise, un outil de simulation de l’enlèvement de matière est mis en place. Cet outil permet de simuler l’enlèvement de matière au cours d’une opération de prépolissage réalisée sur centre d’usinage 5 axes. Il se base sur un modèle du contact obtenu entre l’outil de pré-polissage et la pièce, ainsi que sur un modèle du pouvoir abrasif intégrant l’usure et l’encrassement du disque. Cette simulation permet de vérifier la régularité de l’abrasion sur une surface et d’identifier les zones pouvant faire apparaitre des défauts macro-géométriques importants. Une méthode est également proposée pour compenser les variations du pouvoir abrasif au cours du temps. La compensation s’effectue en optimisant les consignes de vitesse d’avance et/ou de fréquence de broche le long de la trajectoire. Cette méthode de pilotage permet d’obtenir un taux d’enlèvement de matière plus constant et ainsi de réduire les défauts géométriques générés pendant une opération de prépolissage.

Complex shapes such as medical implants or injection molds require the use of super-finishing operations to minimize geometrical defects, down to mirror effect finish. These pre-polishing and polishing operations are still regularly performed manually by skilled workers. In spite of advantages in terms of repeatability, productivity and geometrical quality, automatic polishing methods are not widely used because they require systematic and significant developments. The present work contributes to enhance the automatic polishing process compared to the geometric quality of the parts. To achieve this control, a numerical simulation of material removal is implemented. This software simulates the material removal during a pre-polishing operation performed on 5-axis machining center. It is based on a contact model obtained between the pre-polishing tool and the part, as well as an abrasive model including wear of the disc. This simulation allows to check the uniformity of the material removal on the surface and to identify potential areas where macro-geometric defects appear. A method is also proposed to balance variations of the abrasive efficiency. The correction is performed by optimizing the federate and/or the spindle speed along the tool path. This method provides a constant material removal and reduces the geometrical deviations generated during pre-polishing operations.