Différents types d’erreurs-machines dans l’usinage

Différents types d’erreurs-machines dans l’usinage

Erreurs géométriques de composants et de structures de la machine

Les erreurs géométriques des composants et de la structure de la machine sont provoquées, comme le nom le dit, par les imperfections mécaniques de ceux-ci (Lamikiz et al., 2008). Ces imperfections peuvent provenir de défauts géométriques sur une articulation, de l’usure sur les surfaces guides d’une articulation, de mauvais alignements entre les différentes articulations de la machine, etc. Lorsqu’une erreur modifie l’orientation d’un ou de plusieurs composants de la MOCN, la propagation de cette erreur dans la cinématique de la machine provoque des déplacements composés sur les composants qui suivent le défaut. Ce phénomène est causé par l’erreur d’Abbé (Bryan, 1979; Slocum, 1992). Le regroupement d’erreurs géométriques inclut aussi les erreurs cinématiques de la machine. Ces erreurs sont causées par la position erronée des surfaces qui ne se trouvent pas à leur position nominale, les jeux qui sont présents dans les différentes composantes, etc. Les explications sur ce type d’erreurs seront davantage développées à la section 1.2 de ce mémoire.

Erreurs provoquées par les distorsions thermiques

Les erreurs thermiques (Lamikiz et al., 2008) sont de nature non linéaire et difficiles à estimer et à corriger. Six sources de distorsions thermiques (Ramesh, Mannan et Poo, 2000a) qui peuvent influencer le comportement géométrique d’une MOCN ont été identifiées : • chaleur dégagée par le procédé d’enlèvement de matériel ; • chaleur dégagée par la machine ; • chaleur dégagée ou absorbée par le système de refroidissement ; • chaleur dégagée ou absorbée par l’environnement de la machine ; • chaleur dégagée par les opérateurs près de la machine ; • mémoire thermique des environnements précédents (Bryan, 1990). 8 La Figure 1.1 montre bien les divers effets thermiques dans un processus de fabrication. Il est très intéressant de remarquer que les erreurs thermiques touchent aussi les instruments de mesure, mais, avec les diverses avancées technologiques, les machines d’inspection sont de plus en plus compensées thermiquement et leurs erreurs thermiques se voient grandement minimisées par rapport aux erreurs thermiques observées lors de l’usinage. La conséquence des erreurs thermiques est que les différents éléments de la machine, la pièce et l’outil, vont également se déformer. Ces déformations vont se manifester en modifiant la 9 pose4 réelle de l’outil par rapport à la pose désirée. La Figure 1.2 illustre bien la problématique décrite.

Erreurs de déflexions causées par les forces de coupe

Les erreurs provoquées par les forces de coupe sont, à un premier niveau, la déflexion directe de la structure, de l’outil ou de la pièce à usiner, causée par la force de contact entre l’outil et la surface à usiner. Cette déformation est causée par le domaine élastique des matériaux constituant la machine, l’outil et la pièce usinée. Par contre, à un second niveau, il s’agit de tous les phénomènes vibratoires qui sont engendrés durant le procédé d’usinage. L’un des phénomènes vibratoires prédominant dans la limite opérationnelle d’une machine est l’apparition de l’autoexcitation vibrationnelle, aussi appelée le broutage (machine tool chatter) (Insperger et al., 2006). Le broutage survient lorsque la dynamique de la machine rentre en résonance. Cette résonance dépend de la vitesse de la broche et de la profondeur de Erreurs de déflexions causées par les forces de coupe Les erreurs provoquées par les forces de coupe sont, à un premier niveau, la déflexion directe de la structure, de l’outil ou de la pièce à usiner, causée par la force de contact entre l’outil et la surface à usiner. Cette déformation est causée par le domaine élastique des matériaux constituant la machine, l’outil et la pièce usinée. Par contre, à un second niveau, il s’agit de tous les phénomènes vibratoires qui sont engendrés durant le procédé d’usinage. L’un des phénomènes vibratoires prédominant dans la limite opérationnelle d’une machine est l’apparition de l’autoexcitation vibrationnelle, aussi appelée le broutage (machine tool chatter) (Insperger et al., 2006). Le broutage survient lorsque la dynamique de la machine rentre en résonance. Cette résonance dépend de la vitesse de la broche et de la profondeur de coupe et engendre des mouvements relatifs non désirés entre la position programmée et la position réelle de l’outil de coupe. À titre d’exemple, des travaux sur le sujet (Thevenot et al., 2006) ont permis d’obtenir la Figure 1.3 des lobes de stabilité qui montrent les zones où la machine est stable ou instable.

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE LITTÉRAIRE
1.1 Différents types d’erreurs-machines dans l’usinage
1.1.1 Erreurs géométriques de composants et de structures de la machine
1.1.2 Erreurs provoquées par les distorsions thermiques
1.1.3 Erreurs de déflexions causées par les forces de coupe
1.1.4 Erreurs d’asservissement
1.1.5 Erreurs algorithmiques de contrôle et de commande
1.2 Définitions et propagation des erreurs géométriques
1.2.1 Paramètres d’erreurs géométriques indépendants de la position
1.2.2 Paramètres d’erreurs géométriques dépendants de la position
1.2.2.1 Erreurs géométriques des glissières
1.2.2.2 Erreurs cinématiques des glissières
1.2.3 Erreur volumétrique
1.3 Modèle cinématique variationnel d’un centre d’usinage
1.3.1 Identification de la chaîne cinématique
1.3.2 Modélisation de la chaîne cinématique
1.3.3 Intégration du comportement variationnel à un modèle cinématique
1.4 Contrôle statistique de procédé et indices de capabilité
1.4.1 Indices de capabilité monovariable
1.4.2 Indices de capabilité multivariables
1.4.3 Capabilité d’une tolérance de position
1.5 Conclusion
CHAPITRE 2 SIMULATION DU COMPORTEMENT CINÉMATIQUE
VARIATIONNEL DE LA MOCN
2.1 Modèle cinématique théorique
2.2 Modélisation du comportement cinématique variationnel
2.2.1 Modélisation du comportement cinématique variationnel dépendant de la
position
2.2.2 Modélisation du comportement variationnel indépendant de la position
2.3 Ensemble d’erreurs minimales
2.4 Cartographie des erreurs géométriques
2.5 Conclusion
CHAPITRE 3 FAISABILITÉ D’UNE PRODUCTION EN PARALLÈLE
3.1 Vérification du procédé d’inspection
3.1.1 Analyse de répétitivité et de reproductibilité (GR&R)
3.1.2 Compensation systématique de l’effet de la flexibilité des pièces
3.1.3 Stabilité du processus d’inspection
3.2 Vérification de l’équivalence des lignes de production
3.2.1 Test sur l’équivalence de la variance des lignes
3.2.2 Test sur l’équivalence de la moyenne des lignes
3.3 Conclusion
CHAPITRE 4 MESURER LA CAPABILITÉ PAR L’INDICE DE HOSEFER-LIND
4.1 Variables influençant la capabilité d’une exigence PLTZF
4.2 Modèle mathématique général
4.3 Mesure de la capabilité du procédé par l’indice de Hasofer-Lind
4.4 Comportement statistique (PDF et CDF) de la localisation d’un élément
4.4.1 Procédé de localisation équivalent selon les axes u et v
4.4.2 Procédé de localisation non équivalent selon l’axe u et v
4.5 Prédiction du comportement du procédé de localisation dans une PLTZF
4.5.1 Comportements aléatoires similaires dans les axes u et v
4.5.2 Comportements aléatoires non similaires dans les axes u et v
4.6 Conclusion
CHAPITRE 5 VALIDATION – ÉTUDE DE CAS
5.1 Estimation de la capabilité de chaque ligne de production
5.1.1 Estimation du comportement de −s et de −r
5.1.2 Estimation de β1 et de β2 à partir des mesures expérimentales
5.1.3 Estimation de β3 à partir des mesures expérimentales
5.2 Estimation des erreurs d’usinage à l’aide du modèle cinématique de la MOCN
5.2.1 Comportement simulé de la position d’un élément Ri
5.2.2 Estimation de β1 et de β2 à partir du modèle cinématique
5.2.3 Estimation de β3 à partir du modèle cinématique
5.3 Comparaison du comportement expérimental du procédé et du comportement issu du
modèle cinématique
5.3.1 Validation de l’indice β3
5.3.2 Comparaison des capabilités
5.4 Conclusion
CONCLUSION
RECOMMANDATIONS
ANNEXE I MODÈLE VARIATIONEL DE LA MOCN
ANNEXE II PROGRAMME DE CALCUL DU COMPORTEMENT CINÉMATIQUE
VARIATIONEL DE LA MOCN
ANNEXE III CERTIFICAT D’ÉTALONNAGE DE LA MOCN À CINQ AXES
(GÉOMÉTRIE PARTIEL)
ANNEXE IV PEGDP ET PEGIP
ANNEXE V ARTICLE ACCOMPAGNANT LE DÉVELOPPEMENT DE L’INDICE DE
CAPABILITÉ HASOFER-LIND
ANNEXE VI DÉVELOPPEMENT MATHÉMATIQUE DU COMPORTEMENT DE
POSITION D’UN ÉLÉMENT Ri
BIBLIOGRAPHIE