Optimisation globale du processus d'usinage des surfaces gauches

Global optimisation of machining processes of the free-form surfaces

• Auteur / Autrice : Sonia Djebali
• Direction : Walter Rubio, Stéphane Segonds
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique, mécanique des matériaux
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Usinage

Surfaces gauches

Mots clés libres

Optimisation

Surface gauche

Usinage en bout

Usinage en zones

Outil torique

Trajectoires d'outil

Résumé

Les surfaces gauches sont utilisées actuellement dans divers domaines d'activité tels que la définition de moules ou de matrices d'emboutissage. Pour ce type d'application, ces surfaces présentent un ensemble de zones convexes, concaves ou à double courbure, et exigent un niveau de qualité élevé et des défauts de formes réduits. Ceci rend leur usinage long, coûteux et peu optimisé, à ce jour : il s'effectue souvent à l'aide d'un outil sphérique et seul le critère de rugosité est pris en compte. L'objectif de cette étude est de minimiser le temps d'usinage des surfaces gauches par outil torique suivant la stratégie par plans parallèles tout en respectant le critère de rugosité. Le temps d'usinage n'est pas une fonction analytique connue. Par hypothèse, il est supposé proportionnel à la longueur de la trajectoire totale parcourue par l'outil sur la surface. Cette dernière dépend de la direction d'usinage qui est influencée par la topologie de la surface et de la hauteur de crête maximum à ne pas dépasser. Afin d'avoir une direction d'usinage optimale pour toute la surface gauche, cette dernière est découpée en zones à faible variation de la normale. Pour chaque zone, une direction d'usinage optimale est calculée et la distance d'usinage optimale est évaluée. Par ailleurs, une pénalité reflétant le temps de déplacement de l'outil d'une zone à une autre est prise en compte. Le problème d'optimisation est donc de minimiser la distance totale parcourue par l'outil sous la contrainte de ne pas dépasser une hauteur de crête imposée. Les paramètres de l'optimisation sont : le nombre et la géométrie des zones de découpage de la surface ainsi que leur direction d'usinage. Pour la résolution du problème de minimisation de trajectoire de l'outil en usinage par zones, les méthodes d'optimisation mises en œuvre sont des méthodes d'optimisation. Les méthodes d'optimisation sont testées sur diverses surfaces tests. Après simulations, analyses et comparaisons entre les différentes méthodes d'optimisation, les résultats obtenus présentent un gain de temps significatif comparé à ce qui se fait actuellement : l'usinage en mono-zone, généralement avec un outil sphérique.

Currently, free-form surfaces are used in various fields of activity, such as a manufacturing moulds or matrix used to make the models. The free form surfaces present a set of curved zones, i. E. Concave and convex zones, these surfaces require a high quality level and reduced shape defects. Their machining is long, not optimized and costly, to date: the machining of free form surfaces is done using the spherical tool with respecting roughness quality. The object of this study is to minimize the machining time of the free-form surfaces using toric end mill cutter and parallel planes milling strategy, with respecting roughness quality. The analytical expression of the machining time is unknown and by hypothesis, it is assumed to be proportional to the paths length crossed by the cutting tool. Those paths length depend on the feed direction and the maximal scallop height criteria must not be exceeded. To have an optimal feed direction at any point, the surface is divided into zones with low variation of the steepest slope direction. The optimization problem was formulated in order to minimize the global path length. Furthermore, a penalty reflecting the time loss due to the movement of the tool from one zone to another one is taken into account. The optimization problem is to minimize the path long trajectory crossed by the tool on the surface while respecting scallop height criteria. The optimization parameters are the number and the geometrical of the zones and the optimal feed direction in each zone. To resolve this problem, several optimization methods are used: combinatorial optimization and stochastic optimization. These methods are applied on a test surface and after simulations, the results obtained present a significant saving of paths length compared to the machining in one zone with spherical tool.