Forme du profil de la meule désirée

La forme du profil de la meule a une grande influence sur le taux d’enlèvement de matière. Elle définit aussi la forme du profil de la surface à meuler. Le choix du profil de la meule est très important. Il est basé sur les résultats de la recherche d’Agnard en 2013 sur les meules embouts et adapté au meules boisseaux. Dans les travaux d’Agnard (2013), le profil sphérique a été utilisé avec des meules de type embout, voir Figure 2.1. Le meulage effectué avec ce type de meule a donné de bons résultats au niveau du contrôle du taux d’enlèvement de matière et d’usure de la meule. La forme de l’empreinte réalisée sur la pièce à l’aide de ce type de meule est indépendante de l’angle de meulage. À partir de cette perspective, on a eu l’idée d’appliquer le profil sphérique avec des meules de type boisseau, voir Figure 2.2. Les angles de meulage utilisés avec les meules de ce type sont aux alentours de 7º à 18º. Ces angles sont très faibles par rapport aux angles de meulage utilisés avec les meules de type embout qui sont aux alentours de 25º à 85º (Agnard, 2013). Cette contrainte impose un rayon du profil de la meule supérieur au rayon du profil utilisé avec les meules de type embout.

Pour valider le choix du profil sphérique avec les meules de type boisseau, une simulation numérique de l’opération de meulage est réalisée afin d’analyser l’évolution de la forme de l’entaille sur la plaque et la forme du copeau non déformé. Dans la simulation, le contact entre la meule et la pièce est supposé continu et le meulage est réalisé avec un mouvement de berceau. La largeur de l’entaille et la profondeur de passe générées avec ce type de meule restent constantes tout au long de l’opération de meulage (voir Figure 2.3). Cette simulation prouve que le choix du profil sphérique de la meule est le choix optimal pour bien contrôler le taux d’enlèvement de matière au cours du meulage. Dans la même simulation, une analyse du copeau non déformé est faite. Le copeau non déformé est, par définition, le volume de l’intersection entre la meule et la pièce à meuler à chaque impact. Cette analyse a montré que la forme et le volume du copeau non déformé (voir Figure 2.4) restent constants en variant l’angle de meulage. Ceci montre aussi que le profil sphérique utilisé par Agnard en 2013 fonctionne très bien avec la meule de type boisseau.

Influence de la rigidité du robot sur les angles de meulage. SCOMPI est un robot très flexible. En meulage, pour assurer un effort normal sur la plaque à meuler, le robot se déforme élastiquement. Cette déformation élastique engendre une erreur sur les angles de meulage. La connaissance de cette variable nous permet de compenser les angles de meulage afin de bien positionner le point de contact sur la pièce. Le robot est modélisé par un ressort de rigidité en torsion ?. Dans cette étude, la valeur de la rigidité est supposée constante, quelle que soit la configuration du robot car l’intervalle d’oscillation de la meule est faible. Pour calculer l’effort normal appliqué sur la meule, il faut déterminer le point d’application de l’effort normal. Le point bleu de la Figure 2.18 représente le centre de masse du copeau non déformé et le point rouge représente le point de contact de la meule sur la surface de travail. λ est l’angle qui sépare le point de contact sur la surface de travail et le centre de masse du copeau non déformé (voir Figure 2.18). Dans le meulage sans chevauchement, la valeur de l’angle λ est égale à 70 % de la valeur de l’angle d’immersion. La position de centre de masse du copeau non déformé permet de calculer la valeur du rayon effectif de meulage donné par les équations suivantes :

Taux d’enlèvement de matière

Le taux d’enlèvement de matière est un bon indicateur pour valider l’efficacité du modèle d’oscillation. Le modèle d’enlèvement de matière est utilisé pour estimer la puissance nécessaire pour assurer un taux d’enlèvement de matière donné. L’équation (3.1) présente le modèle d’enlèvement de matière proposé par Hazel (2004). (3.1) Le modèle d’enlèvement de matière présenté par l’équation (3.1) est un modèle semiempirique. Il faut rappeler que ce modèle tient compte de la nature vibro-impact du meulage avec le coefficient du nombre d’impacts par tour ?? . La surface de coupe ? est en fonction du taux d’enlèvement de matière. ? est la vitesse de rotation de la meule (RPM). Puisque ce modèle est semi-empirique, les coefficients ?? et ?? sont déterminés expérimentalement. Cet essai se déroule avec le plan d’expérience donnée par le Tableau 3-2.

Le modèle d’enlèvement de matière présenté par l’équation (3.1) donne un coefficient de corrélation ajustée égale à 0.736, voir Figure 3.13. Kurfess et al. (1988) ont proposé un modèle d’enlèvement de matière dédié aux opérations de meulage robotisé. Dans ce modèle, le taux d’enlèvement de matière varie linéairement en fonction de la puissance de meulage, voir équation (3.2).(3.2) Les coefficients ?? et ?? sont déterminés expérimentalement. Cet essai expérimental se déroule avec le plan d’expérience présenté par le Tableau 3-2. Le coefficient de corrélation ajusté généré avec ce modèle est égal à 0.738, voir Figure 3.13. La Figure 3.13 montre la courbe en rouge présenté par l’équation (3.1). La réalisation de cette courbe est faite avec la méthode d’ajustement de courbe (curve fitting) dans Matlab. Les coefficients ?? et ?? sont déterminés avec ce module. La courbe en bleu donnée par l’équation (3.2) représente une régression linéaire du taux d’enlèvement de matière en fonction de la puissance de meulage.

CONCLUSION

L’objectif du projet consiste à développer une méthode de profilage des meules de type boisseau. Le profil sphérique de la meule assure une surface de coupe indépendante de l’angle de meulage. Le maintien du profil sphérique améliore le contrôle de l’enlèvement de matière. Des équations mathématiques sont développées pour calculer les angles limites de meulage en fonction de l’usure de la meule. Une fonction d’oscillation est utilisée afin de contrôler le profil de la meule. Le contrôle d’enlèvement de matière et d’usure de la meule sont assurés respectivement avec les modèles d’enlèvement de matière et d’usure. Pour le profilage de la meule, plusieurs solutions sont envisagées. La meilleure solution consiste à utiliser le robot pour profiler la meule. Cette solution est adoptée dans ce projet. Le profilage de la meule avec le robot est, d’une part, rapide et d’autre part, il augmente la durée de vie de la meule car au bout de 10 minutes de meulage le profil sphérique de la meule se forme. Ce profil est maintenu avec le modèle d’oscillation. Plusieurs essais de meulage sont menés pour valider le modèle d’oscillation proposé dans le projet. Le meulage avec le modèle d’oscillation a donné de bons résultats. En effet, la forme sphérique du profil de la meule est maintenue et le rayon du profil varie avec une erreur de 4 %. Le meulage avec le modèle d’oscillation assure donc le maintien du profil sphérique de la meule. Le contrôle du taux d’enlèvement de matière est amélioré.

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LITTERATURE
1.1 Introduction
1.2 Usinage par abrasion
1.3 Procédé de fabrication des meules
1.4 Type des meules
1.5 Type de liant
1.5.1 Liants minéraux
1.5.1.1 Liants vitrifiés
1.5.1.2 Magnésiens
1.5.2 Les liants organiques
1.5.2.1 Résinoïdes
1.5.2.2 Caoutchouc
1.5.2.3 Shellac
1.6 Dressage d’outil
1.6.1 Outils de dressage fixe
1.6.2 Outils de dressage rotatif
1.7 Différents types de meulage
1.7.1 Meulage surfacique
1.7.2 Meulage cylindrique
1.7.3 Meulage « centerless »
1.8 Mécanismes d’enlèvement de matière
1.9 Mécanismes d’usure de la meule
1.10 Énergie spécifique
1.11 Modèles d’enlèvement de matière
1.11.1 Introduction et définition
1.11.2 Formulation mathématique dans des travaux de recherche antérieurs
1.12 Modèle d’usure
1.12.1 Introduction et définition
1.12.2 Formulation mathématique dans des travaux de recherche antérieurs
1.13 Meulage robotisé
1.13.1 Introduction
1.13.2 Technologie SCOMPI
1.13.3 Contrôle du taux d’enlèvement de matière
1.13.4 Stratégie de contrôle
1.13.5 Cinématique de meulage
1.13.6 Meulage par vibro-impact
1.13.7 Effort de meulage
1.13.8 Modèle d’oscillation pour des meules à dôme sphérique
CHAPITRE 2 ÉTUDE DE PROFILAGE D’OUTIL DE MEULAGE
2.1 Introduction
2.2 Choix du profil de la meule
2.2.1 Forme du profil de la meule désirée
2.2.2 Choix du rayon du profil
2.3 Modèle d’enlèvement de la matière
2.3.1 Surface de coupe
2.3.2 Modélisation de l’enlèvement de la matière
2.4 Modèle d’usure de la meule
2.4.1 Volume d’usure
2.4.2 Modélisation de l’usure de la meule
2.5 Modèle d’oscillation
2.5.1 Angles géométriques de la meule dans le régime transitoire
2.5.2 Angles géométriques de la meule dans le régime permanent
2.5.3 Angles de meulage dans le régime transitoire et permanent
2.5.4 Correction des angles de meulage
2.5.4.1 Influence de la géométrie de copeau non déformé sur les angles de meulage
2.5.4.2 Influence de la rigidité du robot sur les angles de meulage
2.5.5 Conception d’un logiciel pour le calcul des angles de meulage
2.5.6 Fonction d’oscillation
CHAPITRE 3 SYSTEME DE PROFILAGE DE MEULE ET ESSAIS EXPÉRIMENTAUX
3.1 Introduction
3.2 Taillage de la meule
3.2.1 Première solution – utilisation d’un mécanisme de profilage manuel de meule
3.2.2 Deuxième solution – utilisation d’une machine CNC
3.2.3 Troisième solution – taillage sur le robot SCOMPI
3.3 Essais expérimentaux
3.3.1 Méthodologie
3.3.2 Profilage de la meule
3.3.2.1 Régime transitoire
3.3.2.2 Régime permanent
3.3.3 État de surface de la plaque après le meulage
3.3.4 Taux d’enlèvement de matière
3.3.5 Taux d’usure
CONCLUSION
RECOMMANDATIONS