Etude de l'usinage des matériaux performants et surveillance de l'usinage
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Piezoelectric dynamometers are widely used in laboratory in order to observe and qualify cutting. The study developed in this thesis shows that dynamometer deliver qualitative information in high frequency domain, upper than the its natural modes. Fundamental phenomena can thus be detected, such as chip segmentation frequency. A precise analyse of frequential response of the dynamometer has been used in order to correct the measure in frequency domain. Bandwidth has been doubled. Recently, research groups on rotating machine have developed some monitoring techniques of instantaneous angular speed, in order to detect defect on gear teeth. Adaptation of these techniques in cutting domain, combined with special sampling method of rotary encoder signal, shows very interesting perspectives. Angular speed of the spindle was shown to be an excellent signal for monitoring encoder signal, shows very interesting perspectives. Angular speed of the spindle was shown to be an excellent signal for monitoring milling operations. Local variations of angular speed, due to successive passage of the teeth of the tool associated with dynamic model of the spindle were used for computing a cutting torque very close to real one. Moreover, the evolution of these variations of speed were shown to be a very effective indicator for tool condition monitoring such as wear evolution, or break detection for the different tool teeth.
Abstract FR:
A l'heure de la banalisation de l'usinage à grande vitesse et de la surenchère dans les systèmes de surveillance, cette thèse aborde le problème de la bande passante pour l'analyse de l'effort de coupe en fraisage, et développe une nouvelle approche pour l'observation et la surveillance du fraisage. Les dynamomètres à quartz piézoélectriques sont largement utilisés dans le cadre des laboratoires pour qualifier et observer l'usinage. En revanche, leur bande passante est limitée pour l'observation du fraisage, en particulier pour l'usinage à grande vitesse et l'usinage de finition. Le travail développé dans cette thèse démontre toutefois que la table dynamométrique délivre une information qualitative à haute fréquence, même après ses premiers modes de résonance, et permet de détecter des phénomènes fondamentaux dans la compréhension de l'usinage, tels que les fréquences de segmentation du copeau. Une analyse fine de la réponse fréquentielle du dynamomètre sert de base à une correction dans le domaine fréquentiel permettant de doubler la bande passante. Les équipes de recherche sur les machines tournantes ont développé dernièrement des techniques de surveillance de la vitesse angulaire instantanée pour détecter des défauts sur des dents d'engrenage. La transposition de ces méthodes dans le domaine de l'usinage, combinée avec une technique d'échantillonnage originale du signal du codeur de broche, a démontré un potentiel d'observation très prometteur. La vitesse angulaire instantanée de la broche s'est révélée être un très bon signal pour surveiller les opérations de fraisage. Les variations locales de cette vitesse générées par les passages des différentes dents de l'outil associées à un modèle dynamique de la broche en rotation ont permis de reconstruire une image très fidèle du couple d'usinage. De plus, l'évolution de ces variations de vitesse a été démontrée comme étant une excellente indication pour l'état de l'outil, débouchant sur le suivi de l'usure et la détection de la rupture des différentes dents de l'outil. Ce travail ouvre également de nombreuses perspectives pour l'observation et la surveillance de l'usinage, allant d'une meilleure intégration du codeur sur la broche à la détection des modes propres de la broche et la surveillance des vibrations auto-régénérées en usinage.