A study on simplified methods for machining simulation at a macroscopic scale
Etude de méthodes simplifiées pour la simulation de l'usinage à l'échelle macroscopique
Résumé
This work presents some simplified methods for machining simulation. Two main phenomena are studied, the form error and chatter prediction. For both studies the workpiece and the tool are modelized using a finite element model. The material cutting is modelized using an experimental cutting force law. The resulting cutting force is applied on models as a punctual loading. In order to predict the form error, the relative displacement between the tool and the workpiece is computed for each loading configuration. Then the final form error is built using these results. Regenerative effects are not taken into account. The study of the cutting instability is done appart. Chatter-relative methods are using a frequency domain approach to compute the inconditionnally stable depth of cut. For both aspects, a method based on the static behaviour of the system is presented first. Then, dynamic-based methods are presented. Computed results are confronted to experiments.
Ce travail présente des méthodes simplifiées pour la simulation de l'usinage. Deux axes sont choisis, la simulation de l'erreur de forme ainsi que la prédiction du broutement. La pièce et l'outil sont supposés déformables. Ils sont modélisés par la méthode des éléments finis. La coupe est modélisée par l'application de l'effort de coupe comme un chargement ponctuel. Cet effort de coupe est obtenu en utilisant des lois expérimentales. Pour prédire l'erreur de forme, l'écart outil-pièce est calculé pour chaque configuration de l'application de l'effort de coupe et le défaut de forme final est reconstruit à partir de ces résultats. Les effets régénératifs ne sont pas pris en compte. Par conséquent, l'instabilité de la coupe ne peut pas être prévue. L'étude de l'instabilité fait l'objet des méthodes de prédiction du broutement. Elles utilisent une approche fréquentielle pour calculer la limite inconditionnelle de stabilité du système. Pour chacun des deux aspects, une première méthode basée sur la statique du système est présentée puis discutée. Une méthode basée sur le comportement dynamique du système est ensuite présentée. Les résultats calculés sont confrontés à des résultats expérimentaux.