Identification et modélisation du comportement dynamique des robots d'usinage

Identification and modeling of machining robots' dynamic behavior

• Auteur / Autrice : Seifeddine Mejri
• Direction : Pascal Ray
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Mécanique
• Date : Soutenance le 08/04/2016
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences pour l'ingénieur (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pascal (Aubière, Puy-de-Dôme)
• Jury : Président / Présidente : Didier Rémond
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Ray, Didier Rémond, Joseph Lardies, Jean-Philippe Costes, Laurent Sabourin, Thien-Phu Le, Vincent Gagnol, Gabriel Abba
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Joseph Lardies, Jean-Philippe Costes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Usinage

Robots industriels

Mots clés libres

Usinage robotisé

Vibration

Identification modale

Modélisation dynamique

Analyse modale opérationnelle

Analyse modale expérimentale

Stabilité de coupe

Robot machining

Vibration

Modal identification

Dynamic modeling

Operational modal analysis

Experimental modal analysis

Machining stability

Résumé

La robotisation des procédés d’usinage suscite l’intérêt des industriels en raison du grand espace de travail et le faible coût des robots par rapport aux machines-outils conventionnelles et la possibilité d’usiner des pièces de formes complexes. Cependant, la faible rigidité de la structure robotique favorise le déclenchement de phénomènes dynamiques liés à l’usinage sollicitant le robot en bout de l’outil qui dégradent la qualité de surface de la pièce usinée. L’objectif de ces travaux de thèse est de caractériser le comportement dynamique des robots en usinage. Ces travaux ont suivi une démarche en trois étapes : La modélisation d’un premier modèle considéré de référence où le robot est au repos. Ensuite l’identification du comportement dynamique du robot en service. Enfin, l’exploitation des modèles dynamiques du robot en vue de prédire la stabilité de coupe. L’originalité de ces travaux porte sur le développement des méthodes d’identification modale opérationnelles. Elles permettent d’intégrer les conditions réelles d’usinage et d’élaborer des modèles plus précis que le premier modèle de connaissance sans être biaisés par l’effet des harmoniques de rotation de l’outil. Enfin, des préconisations sur le choix de configurations du robot et sur la direction des forces d’excitation sont proposées pour assurer la stabilité de la coupe lors de l’usinage robotisé.

Machining robots have major advantages over cartesian machine tools because of their flexibility, their ability to reach inaccessible areas on a complex part, and their important workspace. However, their lack of rigidity and precision is still a limit for precision tasks. The stresses generated by the cutting forces and inertia are important and cause static and dynamic deformations of the structure which result in problems of workpiece surface. The aim of the thesis work is to characterize the dynamic behavior of robots during machining operation. This work followed a three-step approach : Modeling a first model considered as a reference where the robot is at rest. Then the identification of the dynamic behavior in service. Finally, the prediction of the cutting stability using the robot dynamic model. The originality of this work is the development of new operational modal identification methods. They integrate the machining conditions and result into a more accurate model than the first model of reference without being biased by harmonics. Finally, guidlines of robot’s configurations and excitation forces’ direction are proposed to ensure the robotic machining stability.