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Conception des gammes d’usinageArticle de référence | Réf : BM7030 v2
ARTICLE INTERACTIF
Auteur(s) : Lionel ARNAUD
Date de publication : 10 janv. 2019
Relu et validé le 25 nov. 2020
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Procédés d'assistance pour l'usinage des matériauxCet article fait partie de l’offre
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Il est possible de mettre en évidence quelques comportements caractéristiques, que nous illustrons ici principalement pour le fraisage.
Vibrations négligeables
La trajectoire de l'outil est précisément respectée par la machine, on observe sur la surface usinée uniquement les marques du passage des dents espacées de l'avance à la dent programmée (figure 10 a).
Vibrations en phase avec le coup de dent
Lorsque la rigidité du système machine-outil-pièce n'est pas suffisante, l'effort de coupe subit des variations périodiques et crée des vibrations sensibles, dites forcées.
Ces vibrations étant en première approximation à la même fréquence (ou multiples) que le passage de la dent, l'état de surface est quasiment le même que précédemment, et la position moyenne de la surface réalisée est légèrement décalée du fait de ces vibrations (figure 10 b).
Cette situation est difficile à détecter sans mesure, pourtant elle conduit souvent à des niveaux vibratoires importants, allant parfois jusqu'à provoquer un vieillissement rapide de la broche. De plus, cette situation est naturellement obtenue quand on cherche à limiter les vibrations en tâtonnant pour trouver une bonne vitesse de broche sans broutement, car le bruit généré par cette situation semble toujours plus harmonieux (fréquences de dents et harmoniques).
Vibrations en décalage de phase
Lorsque la vibration n'est pas à la même fréquence que le passage de dent, cela a pour conséquence que la surface usinée ne correspond plus à la surface programmée et apparaît alors plus ou moins dégradée.
Cela peut naturellement survenir lorsque l'outil rencontre une hétérogénéité, un trou dans la pièce par exemple. Il apparaît alors un défaut plus ou moins marqué au voisinage, car le système vibre de façon transitoire à ses fréquences propres.
Mais cela peut aussi se produire tout le long d'un usinage et conduire à un état de surface irrégulier, voire chaotique, très dégradé par rapport à la situation sans vibration.
Il est établi qu'une infinité de situations peuvent se produire, par exemple :
l'outil...
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(1) - TAYLOR (F.W.) - On the art of cutting metals. - Transaction of ASME, 28. C'est un ouvrage fondateur sur l'usinage. Les détails techniques datent bien sûr, mais les méthodes scientifiques mises en œuvre à l’époque sont toujours d'une grande actualité (1907).
(2) - SANDVIK - Comment réduire les vibrations lors de l'usinage. - Il s'agit d'une brochure commerciale téléchargeable encore en 2011 sur le siteweb de Sandvik, qui donne quelques conseils pratiques. Plus généralement, les revues scientifiques « International Journal of Advanced Manufacturing Technology », chez Springer, et « International Journal of Machine Tools & Manufacture » chez Elsevier, publient chaque mois quelques articles de recherche scientifique sur les vibrations d'usinage (2007).
(3) - CETIM - Guide méthodologique des vibrations en UGV. - Le Cetim fait régulièrement un travail de veille sur les nouvelles solutions pour l'usinage (2011).
(4) - CHENG (K.) - Machining dynamics. Fundamentals, applications and practices. - Springer (2009).
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Vidéos
Vibrations d'usinage de parois minces :
Vibrations d'usinage en tournage (coupe continue) :
Vibrations d'usinage en UGV (filmé en caméra rapide) :
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