Mill+: outil de fraisage stable et de qualité

2024/12/09 Gorka Urbikain Pelayo - Gipuzkoako Ingeniaritza Eskola (EHU). CFAA Fabrikazio Aeronautiko Aurreratuko Zentroa (EHU). | Daniel Olvera Trejo - Institute of Advanced Materials for Sustainable Manufacturing, Tecnológico de Monterrey. Iturria: Elhuyar aldizkaria

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Le fraisage est habituel dans la fabrication mécanique et est l'un des processus qui apporte le plus de valeur à la pièce. Mais il est très sensible aux vibrations, en particulier aux soi-disant chatter, qui sont très dangereuses pour les pièces. Ce problème est dû au fait que le système de coupe n'a pas suffisamment de rigidité ou d'amortissement lorsque la coupe est effectuée dans certaines conditions. Ce phénomène, en plus de produire du bruit, aggrave la qualité de la pièce et réduit la durée de vie de la pièce herramienta.Cuando se produit le phénomène Chatter, les vibrations de l'outil de coupe augmentent la surface de travail ou produisent des irrégularités; d'autre part, l'outil s'érode plus rapidement et, par conséquent, diminue la productivité et augmente les coûts du processus [1-3].

Bien que le problème des vibrations soit ancien, il pose aujourd'hui de nouveaux défis, car des normes plus élevées doivent être assurées dans les processus d'usinage. Lorsque le système de coupe ne peut pas être modifié ou ne veut pas être modifié, la solution est de modifier les paramètres de coupe. C'est l'argument principal pour utiliser l'application que nous présentons ci-dessous.

Qu'est-ce que Mill+ et comment résoudre le problème des vibrations de chatter?

Mill+ est une application développée par l'Université du Pays Basque [4,5] et la Technologie de Monterrey [6] grâce à une longue collaboration d'années, et conçue pour prévenir et contrôler les vibrations qui se produisent dans le fraisage. MATLAB App Designer propose des cartes de stabilité via une interface dans l'environnement afin que l'opérateur puisse sélectionner les paramètres de coupe les plus appropriés, tels que la vitesse de rotation de la tête principale (\(n\)) et profondeur axiale de coupe (\(a_p\). Ces cartes affichent des combinaisons de paramètres qui produisent un processus stable ou des vibrations désagréables, (\(\( n\) ,\(a_p\(Le Parlement adopte la résolution)

Fonctions de l'application Mill+

Pour obtenir un processus de fraisage efficace et de haute qualité, il est nécessaire de sélectionner les paramètres de coupe appropriés. Ces paramètres, tels que la vitesse de rotation, l'avance par dent et la profondeur de coupe, influent directement sur la qualité de la pièce, la productivité et la durabilité des outils. À partir de ces paramètres sont créés de nouveaux, plus élaborés (et prévisibles): certaines variables — puissance de coupe, forces de coupe, débit de copeaux, rugosité superficielle… — jouent un rôle fondamental.

La compréhension et le contrôle de ces variables, en plus d'aider à augmenter la productivité, permettent d'assurer la stabilité et la qualité globale du processus de fraisage.

Par conséquent, l'outil développé offre les capacités de simulation suivantes:

1. Affichage multivariant. Il permet de prédire la stabilité et l'aspérité superficielles qui seront obtenues avec les paramètres de coupe sélectionnés. De cette façon, l'opérateur peut prédire si le processus est stable et quelle finition peut être obtenue. Cela aide à trouver un équilibre entre stabilité et qualité de surface, car il faut garder à l'esprit que les deux aspects sont différents. Un équilibre doit être recherché entre la productivité (ou le taux de retrait de la puce) et la finition superficielle de la pièce. Bien sûr, ce dernier prend plus d'importance dans les processus de finition.
   

   Figure 2.Resultados: cartes de stabilité des couleurs (à gauche) et vues multivariables (à droite).
2. Calcul des forces dynamiques. L'application permet de simuler les forces de coupe à n'importe quel point du réseau. De cette façon, on peut observer l'évolution des forces dynamiques au fil du temps. En outre, il permet d'appliquer une transformation rapide (FFT) de Fourier dans le profil des forces pour déterminer avec précision si un phénomène chatter se produit ou non. Le critère est le suivant: Si dans la FFT les moments les plus élevés des forces coïncident avec les multiplicateurs de fréquence des chocs entre les dents, le processus est stable et dans le fraisage se produit une vibration forcée (caractéristique dans le fraisage). Au contraire, si les moments les plus élevés commencent à se séparer des fréquences de collision (et leurs fréquences multipliables) et apparaissent autour des fréquences propres au système, cela indique qu'il y a un phénomène chatter.
3. Optimisation de la productivité et de la qualité L'onglet Optimisation permet de trouver un équilibre entre la productivité et la qualité de la finition de surface. Emplacement d'un point optimal pour l'utilisateur de l'application (\(n\)et\(a_p\Vous pouvez ajuster les coordonnées en fonction des limites de valeur initialement définies par celui-ci: le taux d'élimination de la puce ou le débit de la puce (points bleus) et la rugosité minimale considérée comme cible (R_a\)(points morts). À partir de ces deux conditions, un point est suggéré dans le diagramme. Dans l'image, le point de départ (rouge) est au centre de la carte et le point optimal (vert) essaie d'obtenir le meilleur équilibre entre les deux caractéristiques.
   

   Figure 3.Optimizacion de la productivité et de la qualité: à la recherche de l'équilibre.

 

À qui s'adresse Mill+ ?

L'objectif de Mill+ est qu'il soit utile pour les professionnels de l'industrie et pour les étudiants dans le domaine académique. Les professionnels peuvent effectuer une analyse rapide avant les opérations de fraisage et optimiser les paramètres et réduire la probabilité d'erreurs; l'application est facile à utiliser et ne nécessite pas beaucoup de formation pour s'intégrer dans le flux de travail. Dans le domaine universitaire, il est déjà utilisé dans le Technology de Monterrey et à l'Université du Pays Basque pour enseigner les vibrations et la stabilité du processus de fraisage, de sorte qu'ils peuvent voir et analyser comment les paramètres de coupe affectent le comportement des outils et des pièces de travail et peuvent mieux comprendre la théorie et l'appliquer dans des situations pratiques.

 

Bibliographie

[1] Tlusty, J. Polac M. The stability of machine tools against self-excited vibrations in machining. International Research in Production Engineering Conference, 1963, pp. 465-474.

[2] Altintas, Y. Manufacturing Automation: Metal Cutting Mechanics, Machine Tool Vibrations, and CNC Design, 2012, Cambridge University Press.

[3] Schmitz, T. Quant à Miguel Strogoff et Miguel Strogoff, les deux chevaliers, dont l'un Smith et l'autre K. Machining dynamics: Response to Improved Productivity. Springer, 2009

[4] Urbikain, G. Artetxe, E. López de Lacalle, L.N., Numical simulation of milling forces with barrel-shaped tools considering runout and tool inclination angles. Applied Mathematical Modelling, 2017, vol. 47, p. 47. 619–636.

[5] Urbikain G. Modelling of static and dynamic milling forces in inclined operations with circle segment end mills. Precision Engineering, 2019, vol. 56, p. 56. 123–35.

[6] Olvera D., Elias - Zuñiga A., D. Martínez Alfaro H., López de Lacalle L.N., Rodriguez C.A., Campa F.J. Détermination of the stability lobes in milling operations based on homotopy and simulated annealing techniques. Mechatronics, 2014, vol. 24(3), p. 24. 177–85.