SYNTHÈSE DES CONNAISSANCES D’USINAGE

SYNTHÈSE DES CONNAISSANCES D’USINAGE

Montages d’usinage

En règle générale, une attention particulière est portée sur la minimisation du nombre de posages, puisque ceci affecte directement la précision et le temps de l’usinage. En génération de gamme assistée par ordinateur, la qualité du montage doit aussi être évaluée selon des indices de performance. La qualité du positionnement respectivement aux tolérances à atteindre sur la pièce, la stabilité de la matière brute soumise aux efforts de coupe pendant l’usinage et l’accessibilité de l’outil de coupe sont des indicateurs permettant d’évaluer le montage d’usinage (Paris & Brissaud, 2005).Le critère généralement utilisé pour déterminer le nombre de montages est la direction d’accès aux entités d’usinage. Kannan & Wright (Kannan & Wright, 2004) proposent un algorithme pour minimiser le nombre de montages et pour déterminer la configuration des éléments de fixation, que ce soit en étau ou bridé. L’application est dédiée à des pièces en 2½D, c’est-à-dire que les entités d’usinage peuvent être définies par un contour en 2D, une profondeur et une direction d’accès. On relate également une caractéristique importante de la génération de la gamme d’usinage, soit le fait que cette activité est non linéaire. Ceci provient du fait que l’on cherche à minimiser le nombre de posages, mais ceci dépend du choix de la direction d’accès des entités d’usinage. Comme ces dernières peuvent comporter plus d’une option, il est nécessaire de procéder à des itérations afin de trouver la meilleure solution.Chou et al. (Chou, Srinivas, & Saraf, 1994) proposent une approche plus globale pour la conception des montages d’usinage. On énonce des règles générales permettant d’orienter les choix du montage, ainsi que les fonctions et requis d’un bon montage.

 Parcours d’outil

La génération des parcours d’outils est une étape importante dans la création du programme d’usinage. Elle peut avoir un impact non négligeable sur la longueur du trajet d’outil et par le fait même sur le temps d’usinage. Différentes stratégies sont proposées par les logiciels de FAO pour enlever de la matière. On peut ainsi faire l’ébauche d’une poche par une série de trajectoires décalées par rapport au contour (en spirale), par zigzag ou bien en suivant une seule direction avec des retraits entre les passes. Le mode en spirale est moins sensible aux erreurs et plus efficace pour les formes complexes, mais la trajectoire plus lourde à générer, tandis que l’approche en zigzag produit des parcours plus courts si la dernière passe de contournage n’est pas considérée (Hatna et al., 1998). Le type d’entrée en matière peut également être adapté selon le besoin par une plongée verticale ou sur une rampe rectiligne ou spirale (hélicoïdale). Les approches sur les parois peuvent aussi être choisies, tangentielles ou à angle. Bref, une multitude de stratégies existent et il est nécessaire de déterminer dans quelles circonstances celles-ci sont optimales et efficaces. Suh & Shin (Suh & Shin, 1996) proposent une méthode pour ébaucher des poches complexes à l’aide d’un réseau de neurones. L’emphase est mise sur la génération du parcours d’outil comportant un trajet minimum, en permettant de multiples plongées et retraits. Ceci donne alors lieu à une ébauche incomplète qui peut comporter des discontinuités défavorables à l’obtention d’un fini de surface optimal pour l’opération de finition. Ils mentionnent également quelques conclusions énoncées par différents auteurs au sujet des stratégies et de leurs avantages.En usinage surfacique avec un outil à bout sphérique, il a été démontré que la qualité de la surface peut être améliorée en optimisant l’angle d’inclinaison de l’outil. Chen et al. (Chen, Chang, & Chang, 2000) ont développé un outil de génération automatique de l’angle d’inclinaison de l’outil en tout point d’une surface usinée utilisant un réseau de neurones. Parmi les avantages de l’utilisation du réseau de neurones, ils citent la possibilité de surmonter les difficultés reliées aux non-linéarités et aux grandes quantités de données.Tout système de génération de gamme d’usinage comporte aussi un module de choix des paramètres de coupe. L’objectif principal est de maximiser le taux d’enlèvement de matière lors des opérations d’ébauche, alors que l’emphase est mise sur la qualité des surfaces et le respect des tolérances pour les opérations de finition (Hatna et al., 1998). Certains sont basés sur des tables provenant de livres de référence (Fidan & Elsawy, 2002; Tolouei-Rad & Bidhendi, 1995), alors que d’autres procèdent à une optimisation des paramètres. Reddy & Ghosh (Reddy & Ghosh, 1994) utilisent la méthode Taguchi afin de déterminer les paramètres influents en tournage et pour minimiser les facteurs de bruit. On mentionne également que le modèle CAO doit contenir des informations essentielles comme le matériau, la géométrie et la rugosité des surfaces. Verma et al. (Verma, Holcomb, Blessner, Tilman, & Johnston, 2003) ont plutôt orienté leur recherche afin de déterminer les paramètres nécessaires pour atteindre un fini de surface désiré, toujours selon la méthode Taguchi. Parmi ces paramètres, on retrouve le type d’outil, la vitesse d’avance, la vitesse de coupe et la profondeur de coupe, classés en ordre décroissant selon l’influence sur le fini de surface.

SYNTHÈSE DES CONNAISSANCES D’USINAGE – LES RESSOURCES

La revue de la littérature a permis de relever des informations intéressantes sur la génération de gammes de fabrication. Par contre, cette exploration a été jugée incomplète, notamment en raison du caractère général des informations disponibles. Pour cette raison, des rencontres ont été réalisées auprès de spécialistes en fabrication assistée par ordinateur. Celles-ci ont permis d’appuyer les renseignements recueillis lors de la revue de la littérature et même d’apporter des précisions particulières au secteur de l’industrie aéronautique.Les rencontres auprès des spécialistes se sont déroulées en deux temps. Premièrement, des entrevues ont été réalisées avec les spécialistes en programmation des parcours d’outil pour l’usinage de pièces structurales aéronautiques. Deuxièmement, une consultation individuelle de la base de données a permis d’explorer différents programmes d’usinage. Pour restreindre la complexité du travail et l’éventail de possibilités, les rencontres ont porté sur des pièces structurales simples usinées sur une machine-outil spécifique, soit un centre d’usinage à quatre axes. Les pièces sélectionnées pouvaient être usinées en un ou deux posages.La première approche consiste à accompagner le programmeur lors de la réalisation d’un programme d’usinage. Il est alors possible de suivre le raisonnement du programmeur lors des prises de décision nécessaires à chacune des opérations d’usinage. L’interaction directe avec le spécialiste favorise la remise en question des façons de faire lors de la génération des parcours d’outil pour l’usinage. Une attention particulière est portée sur les paramètres significatifs ayant une influence sur les décisions prises. Par exemple, pour une opération d’usinage en flanc, le choix du diamètre de l’outil de coupe a été questionné et les éléments occupant une place dans cette décision ont été soulevés. Puisque cette étude vise à déterminer des paramètres d’entrée d’un outil d’assistance à la génération de gammes d’usinage utilisant une forme d’intelligence artificielle, il importe de remonter à la base de l’usinage et de questionner des décisions qui paraissent évidentes pour un programmeur expérimenté. Inévitablement, la connaissance de ces paramètres de base est primordiale afin d’orienter correctement l’outil d’assistance avec des données d’entrée révélatrices. De plus, la phase d’accompagnement est effectuée auprès de plusieurs programmeurs afin d’élargir le champ de l’étude et de représenter de façon optimale le savoir-faire de l’entreprise. L’exercice a ainsi permis de mettre en lumière les variables impliquées dans le processus décisionnel.La deuxième approche consiste quant à elle en une consultation de la base de données des programmes d’usinage déjà réalisés. Pour ce faire, des programmes sont sélectionnés au hasard, toujours en retenant des pièces simples usinées sur le même centre d’usinage. Les programmes sont analysés afin de noter des façons de faire communes qui se répètent d’un programme à l’autre et pour confirmer les informations recueillies lors de la première phase d’accompagnement. La sélection aléatoire des programmes permet de mieux généraliser le savoir-faire de l’entreprise en augmentant le nombre de programmeurs étudiés. L’exercice a permis de réfléchir sur les méthodes utilisées et a soulevé de nombreux questionnements. Les interrogations ont ensuite été discutées avec les programmeurs afin de bien comprendre les choix effectués et surtout les raisons derrière ces choix. Les conclusions retenues au cours de ces rencontres, jumelées à celles recensées lors de la revue de la littérature, ont permis de faire ressortir des paramètres de décision significatifs qui seront présentés à l’intérieur des prochains chapitres.Puisque la FAO consiste en un éventail exorbitant de possibilités, il serait fort prétentieux de croire réalisable la synthèse d’un procédé si complexe en ces quelques pages. Il est alors plus réaliste de cibler un type de pièces particulier et une configuration de machine-outil unique. L’industrie aéronautique offre cette opportunité puisque les pièces peuvent être subdivisées en un nombre restreint de familles comportant des caractéristiques communes. De plus, l’approche préconisée correspond totalement à leurs besoins compte tenu de la variété de pièces rencontrées dans chaque famille et des petites séries qu’elles représentent.

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 PROBLÉMATIQUE
CHAPITRE 2 OBJECTIFS ET MÉTHODOLOGIE
2.1 Objectifs généraux
2.2 Objectifs spécifiques
2.3 Méthodologie
CHAPITRE 3 REVUE DE LA LITTÉRATURE
3.1 Formulation des connaissances d’usinage
3.2 Génération de gammes d’usinage
3.3 Entités d’usinage
3.4 Directions d’accès d’outil
3.5 Choix des machines et des outils
3.6 Montages d’usinage
3.7 Parcours d’outil
3.8 Définitions
CHAPITRE 4 SYNTHÈSE DES CONNAISSANCES D’USINAGE – LES RESSOURCES
4.1 Ressources
4.1.1 Machines-outils
4.1.1.1 Axes de la machine-outil
4.1.1.2 Changement d’outils
4.1.1.3 Performances
4.1.1.4 Charges admissibles
4.1.2 Outils
4.1.2.1 Outils axiaux
4.1.2.2 Outils radiaux
4.1.2.3 Porte-outils
4.1.3 Montages d’usinage
4.1.3.1 Étaux de fraisage (simple et multiple)
4.1.3.2 Crampons-plaqueurs
4.1.3.3 Plaque de montage
4.1.4 Matière brute
4.1.4.1 Procédés de mise en forme
4.1.4.2 Dimensions
4.1.4.3 Niveau de précision de la coupe
4.2 Synthèse des paramètres significatifs pour le choix des ressources d’usinage
CHAPITRE 5 SYNTHÈSE DES CONNAISSANCES D’USINAGE – LA PIÈCE À USINER
5.1 Informations sur la pièce à usiner
5.1.1 Caractéristiques d’une pièce aéronautique structurale
5.1.2 Modèle CAO
2 5.1.2.1 Géométrie
5.1.2.2 Dimensions
5.1.2.3 Tolérances, rugosités et défauts
5.1.3 Matériau de la pièce
5.1.4 Quantité de pièces à usiner et fréquence
5.1.4.1 Pièce unitaire
5.1.4.2 Moyenne ou grande série
5.1.4.3 Symétrie
5.1.4.4 Pièces multiples
5.2 Synthèse des paramètres significatifs associés à la pièce à usiner
CHAPITRE 6 SYNTHÈSE DES CONNAISSANCES D’USINAGE – LA GÉNÉRATION DE LA GAMME
6.1 Génération de la gamme d’usinage
6.1.1 Objectifs poursuivis lors de la génération de la gamme d’usinage
6.1.1.1 Minimisation du temps d’usinage
6.1.1.2 Atteinte de la qualité désirée
6.1.1.3 Diminution des posages nécessaires
6.1.2 Analyse de la géométrie
6.1.2.1 Types de géométrie et enrichissement
6.1.2.2 Entités d’usinage
6.1.2.3 Directions d’accès
6.1.2.4 Orientation de la matière brute
6.1.3 Choix des ressources disponibles
6.1.3.1 Machine-outil
6.1.3.2 Configuration du montage
6.1.3.3 Outils de coupe
6.1.4 Stratégies d’usinage
6.1.4.1 Détermination des opérations d’usinage
6.1.4.2 Ordonnancement des opérations
6.1.4.3 Cas particuliers et savoir-faire spécifique
6.1.5 Paramètres de coupe
6.1.5.1 Vitesse de coupe
6.1.5.2 Avance de coupe
6.1.5.3 Profondeur de coupe
6.1.5.4 Arrosage
6.1.5.5 Type de mouvement
6.1.5.6 Sens de mouvement
6.1.5.7 Surépaisseurs de matière
6.1.5.8 Entrée en matière
6.1.5.9 Mouvement d’approche et de sortie
6.1.5.10 Considérations économiques sur l’usure des outils
6.2 Synthèse des étapes de génération de la gamme
CHAPITRE 7 ÉTUDE DE CAS ET INTERPRÉTATION DES RÉSULTATS
7.1 Génération de la gamme d’usinage
7.1.1 Analyse de la géométrie et choix des ressources
7.1.1.1 Types de géométrie et enrichissement
7.1.1.2 Entités d’usinage
7.1.1.3 Dimensionnement de la matière brute
7.1.1.4 Configuration du montage
7.1.2 Stratégie d’usinage
7.1.2.1 Détermination des modes d’usinage
7.1.2.2 Choix des outils de coupe
7.1.2.3 Ordonnancement des opérations d’usinage
7.2 Validation de la gamme d’usinage
CHAPITRE 8 EXPLOITATION DES RÉSULTATS DANS UN SYSTÈME D’INTELLIGENCE ARTIFICIELLE UTILISANT LES RÉSEAUX DE NEURONES
8.1 Caractéristiques d’un réseau de neurones
8.2 Structure proposée de l’outil de génération de gamme
8.2.1 Enrichissement du modèle CAO
8.2.2 Détermination des entités d’usinage
8.2.3 Configuration du montage
8.2.4 Détermination des opérations d’usinage
8.2.5 Sélection des outils
8.2.6 Ordonnancement des opérations
8.2.7 Sélection des paramètres de coupe
8.3 Discussion
CONCLUSION
ANNEXE I DESSIN DE DÉTAIL DE LA PIÈCE EXEMPLE
ANNEXE II REPRÉSENTATION DES ÉTAPES D’USINAGE DE LA PIÈCE DE RÉFÉRENCE
LISTE DE RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES ………

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