Modélisation du comportement dynamique non linéaire d'un système machine-outil-pièce lors d'une opération de fraisage


Thèse de Hédi YENGUI (Ingénierie numérique)

Type :

Doctorat

Date de soutenance :

14/01/2011

Mots-clés :

Modélisation, Fraisage, Effort de coupe, Vibrations

Co-directeur(s) de thèse :

Alain RIVIERE

Co-directeur(s) externe(s) :

Chafik KARRA

Encadrant(s) :

Gael CHEVALLIER

Ecole doctorale :

Ecole Centrale de Paris

Co-tutelle :

Tunisie


Jury :

Alain RIVIERE - directeur
Gael CHEVALLIER - encadrant
Chafik KARRA - co-directeur
Mohamed SOULA - rapporteur
Mohamed ICHCHOU - rapporteur
Jean-Marc LINARES - président
Mohamed HADDAR

Résumé :

Les travaux de recherche menés dans cette thèse représentent une méthodologie de travail pour contribuer à l’étude du comportement dynamique non linéaire du système Machine – Outil- Pièce (M – O – P) en fraisage. En effet, la recherche bibliographique a donné un aperçu des travaux existants : les phénomènes vibratoires générés par la dynamique de coupe et les mécanismes d’instabilité mis en jeu. En fait, le processus de coupe génère, selon le cas, deux formes de vibrations : les vibrations forcées et les vibrations auto – entretenues.
Dans une première approche, nous avons développé un modèle masse – ressort (à deux degrés de liberté) du système O – P pour étudier et analyser le comportement dynamique de la cellule élémentaire en fraisage. Ce modèle a permis d’examiner l’influence de la profondeur de passe sur la stabilité de la coupe. Cependant, ce modèle reste insuffisant pour quantifier avec précision les vibrations en fraisage. En effet les vibrations générées par la structure même de la machine ne peuvent être négligées.
Pour améliorer cette approche, nous avons modélisé le système global M – O – P. Un modèle numérique basé sur la méthode de sous-structuration par éléments finis de l’ensemble M – O – P a été développé. Nous avons ainsi réalisé des simulations du comportement dynamique global de l’opération de fraisage. L’influence de différents paramètres tels que la vitesse d’avance et la profondeur de passe sur l’effort de coupe et la réponse dynamique a été étudiée. Ce qui a permis de conclure que ces paramètres affectent fortement l’usinage. Pour compléter cette étude numérique, une étude expérimentale a été menée afin d’étudier l’influence de différents paramètres de coupe. En effet, la méthodologie expérimentale développée a mis en évidence les paramètres les plus importants qui influent sur le comportement dynamique global du systeme M – O – P. Cette étude expérimentale a nécessité le développement d’un plan d’expérience complet pour pouvoir définir les paramètres d’entrées/sorties et organiser les essais à effectuer. L’analyse des résultats a permis de détecter l’influence de la vitesse d’avance et de la profondeur de passe sur le niveau des vibrations générées. Le bilan de ces résultats a mis le point sur les niveaux extrêmes des variables provoquant le niveau vibratoire le plus élevé. De plus une confrontation entre les résultats expérimentaux et numériques a été effectuée et a montré une bonne concordance.