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Conception des gammes d’usinage| Réf : BM7030 v2
Auteur(s) : Lionel ARNAUD
Date de publication : 10 janv. 2019
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A priori, au pied d'une machine-outil, il est possible de récupérer plusieurs types d'informations susceptibles de révéler la présence de vibrations : bruit, accélérations, vitesses, positions, forces, couples, puissance, etc :
le bruit (mesuré par exemple avec un simple microphone) : c'est le signal le plus facile à obtenir, mais il est souvent pollué par les différents éléments autour de la machine (multiples éléments mécaniques de la machine, machines voisines) ;
les vibrations (mesurées par exemple avec un accéléromètre en contact avec un élément de la machine ou de la pièce) : c'est le signal le plus utilisé pour détecter les vibrations de façon fiable. Cela dit, on observe assez souvent des problèmes de saturation du signal par des composantes hautes fréquences issues d'autres parties de la machine, notamment les actionneurs électriques (5 à 20 kHz le plus souvent). De nombreux types de capteurs sont en théorie utilisables pour capter les vibrations d'usinage (inductifs, capacitifs, vélocimètres laser, interféromètres laser, triangulation laser, etc.), mais en pratique la pollution apportée par l'usinage, les contraintes de l'usinage (passage de l'outil coupant et présence du fluide de coupe), la gamme fréquentielle requise, généralement 100 Hz à 10 kHz, et le prix, font que la plupart des mesures industrielles sont réalisées avec des accéléromètres ou des microphones. Les capteurs à ultrasons (typiquement > 40 kHz et < 1 GHz), appelés aussi « capteurs d’émission acoustiques », ce qui prête à confusion car ces fréquences ne sont pas audibles, permettent de détecter des signaux liés aux déformations de la matière au niveau du contact outil-pièce. Cela permet de détecter une casse d’outil, et parfois aussi de suivre assez précisément l’usure de l’outil. Ces hautes fréquences sont en pratique décorrélées des phénomènes de vibration que nous étudions dans cet article ;
les forces, ou les couples (mesurés avec un dynamomètre piézoélectrique) : c'est un signal très utile pour détecter les vibrations, mais il nécessite généralement...
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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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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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