Planification de parcours d'outils et simulation dynamique dans l'usinage CNC 5 axes

 

L'usinage CNC à cinq axes est un moyen efficace d'usiner efficacement des pièces complexes dans les domaines de l'aviation, de l'aérospatiale, de l'énergie et de la défense nationale, et constitue une avancée dans l'amélioration de la technologie de fabrication. En partant des avantages de l'usinage CNC à cinq axes, nous décrivons la planification du parcours de l'outil, la simulation intégrée géométrie-mécanique et la simulation dynamique, en nous concentrant sur les progrès récents de la recherche sur l'optimisation de la direction de l'axe de l'outil en fonction de l'accessibilité, la planification de la position de l'outil de formage du contact ponctuel de troisième ordre et du contact linéaire, la solution analytique de la surface de l'enveloppe de l'outil et l'analyse de la stabilité du processus d'usinage, analysons les problèmes existants et anticipons les tendances de développement futures.

L'usinage CNC traditionnel à trois axes complète l'usinage des pièces en contrôlant la translation de l'outil. Les machines-outils CNC à cinq axes sont composées de machines-outils à trois axes avec deux degrés de liberté de rotation. Les machines-outils CNC à cinq axes peuvent être placées dans n'importe quelle direction dans l'espace de travail à l'aide de ces deux axes de rotation. Les avantages de l'usinage CNC à cinq axes sont principalement obtenus en contrôlant la direction de l'axe de l'outil, ce qui se reflète notamment dans les aspects suivants :

L'usinage CNC à cinq axes présente certes les avantages mentionnés ci-dessus, mais il présente également de nouveaux défis. En raison de l'introduction du mouvement de rotation, la position de l'axe de l'outil est plus flexible. Il est difficile d'imaginer intuitivement le mouvement de l'outil par rapport à la pièce dans le système de coordonnées de la machine-outil, ce qui augmente la difficulté de la planification du parcours de l'outil. De plus, la vitesse d'avance de chaque point de l'outil n'est pas la même et les conditions d'usinage changent instantanément, ce qui complique la prévision de la force de coupe et les problèmes dynamiques. Les travaux de recherche actuels se reflètent principalement dans trois aspects^[1]: planification du parcours de l'outil, simulation géométrique-mécanique intégrée du processus d'usinage et simulation dynamique, comme illustré dans la Figure 1. La planification du parcours de l'outil génère la trajectoire de mouvement de l'outil par rapport à la pièce en fonction du modèle de pièce, du plan d'usinage et des exigences d'erreur.

(1) Le changement de direction de l'axe de l'outil peut éviter les interférences entre l'outil et la pièce et permettre l'usinage de pièces à surface courbe complexe telles que des turbines et des hélices intégrales ;

(2) En ajustant la direction de l'axe de l'outil, la géométrie de l'outil et la surface de la pièce peuvent être mieux adaptées, la largeur de coupe effective peut être augmentée et un usinage efficace de grandes pièces à surface courbe ouverte peut être réalisé ;

(3) Le contrôle de la direction de l'axe de l'outil peut améliorer les conditions d'usinage. Par exemple, lors de l'usinage de zones à grande courbure telles que la racine de la turbine, seuls des outils à petit rayon et à faible rigidité peuvent être utilisés. Le choix d'une direction raisonnable de l'axe de l'outil peut réduire le porte-à-faux de l'outil. Le contrôle de la direction de l'axe de l'outil peut également contrôler la zone où l'outil participe à la coupe, réduire la force de coupe et l'usure de l'outil et améliorer la qualité de la surface usinée.

La trajectoire d'outil générée joue un rôle déterminant dans la qualité et l'efficacité de l'usinage et constitue la base de la simulation géométrique-mécanique intégrée du processus d'usinage. La géométrie dans la simulation géométrique-mécanique intégrée fait référence à la géométrie de coupe entre l'outil et la pièce pendant le processus d'enlèvement de matière. La simulation intégrée fait référence à l'intégration de la géométrie de coupe et des modèles de force de coupe pour prédire la force de coupe dynamique pendant le processus d'usinage.

Il s'agit de la base pour la planification des vitesses d'avance en fonction de la force de coupe, la prévision et la compensation de la déformation de l'outil et de la pièce, et peut également fournir des informations mécaniques pour la simulation dynamique. La simulation dynamique est le processus de prévision de la stabilité du processus d'usinage et de la morphologie de surface de la pièce en fonction de la force de coupe et des caractéristiques dynamiques du système machine-outil-pièce. C'est la base pour l'optimisation des paramètres de processus et des trajectoires d'outils en fonction des caractéristiques dynamiques du processus d'usinage.

Français Au niveau international, de nombreuses recherches théoriques et appliquées ont été menées sur l'usinage CNC à cinq axes. Actuellement, il existe des logiciels de FAO généraux (tels que UG et Catia), des logiciels de FAO spéciaux (tels que Max pour l'usinage des turbines et TurboSoft pour l'usinage des pales) et des logiciels de simulation dynamique (tels que CutterPro). En 2001, l'Union européenne a lancé le projet « Flamingo (optimisation du fraisage des flancs) » et a étudié conjointement des méthodes de fraisage latéral efficaces avec des entreprises et des universités renommées telles que SNECMA, Rolls Royce et Dassault Systèmes. United Technologies Corporation, Pratt & Whitney et Concepts NREC ont étudié la technologie d'usinage de précision efficace à cinq axes. La Chine a également développé des logiciels tels que Kaimo, 5BDM et DynaCut, mais elle en est encore à ses balbutiements en matière de recherche théorique et d'application.

Les logiciels commerciaux actuels offrent une multitude de stratégies pour la planification et la simulation des trajectoires d'outils, mais ils sont encore imparfaits en termes d'intelligence, de facilité de traitement et d'efficacité de calcul. Par exemple, la stratégie de contrôle de la direction de l'axe de l'outil repose principalement sur les données saisies par les programmeurs, et il est difficile d'optimiser automatiquement la direction de l'axe de l'outil pour répondre simultanément aux exigences d'évitement des interférences, de traitement des lignes larges, de régularité globale des trajectoires d'outils et de raccourcissement de la longueur de l'outil. En termes de simulation dynamique, elle cible principalement l'usinage CNC à trois axes, et il existe un besoin urgent de modélisation et de simulation de la dynamique de la force de coupe et du processus de coupe pour l'usinage à grande vitesse à cinq axes.

1. Planification du parcours de l'outil

La planification des trajectoires d'outils est la technologie de base de la programmation CNC. La plus grande difficulté dans la planification des trajectoires d'outils pour un usinage efficace à cinq axes de surfaces complexes est qu'en plus de satisfaire aux contraintes géométriques, il est également nécessaire de prendre en compte les caractéristiques dynamiques et les facteurs physiques pendant le processus d'usinage. En particulier pour les pièces fabriquées dans des matériaux difficiles à usiner, les caractéristiques dynamiques et les facteurs physiques déterminent en grande partie l'efficacité et la qualité de l'usinage et doivent être pris en compte lors de la phase de planification des trajectoires d'outils. Lors de la planification de la trajectoire d'outil, il est nécessaire d'élargir la zone de coupe effective de l'outil et d'améliorer les conditions du processus en ajustant la direction de l'axe de l'outil tout en garantissant l'absence d'interférence.

1.1 Évitement des interférences

L'évitement des interférences est la contrainte géométrique qui doit être prise en compte en premier lors de l'usinage de pièces courbes complexes. Les méthodes actuelles de planification de trajectoires d'outils sans interférence peuvent être divisées en méthodes de planification basées sur la génération et la détection et en méthodes de planification basées sur l'accessibilité. La génération et la détection font référence à la génération de la trajectoire d'outil en premier, puis à la détection des interférences, et à l'évitement des interférences en ajustant la direction de l'axe de l'outil, comme illustré dans la Figure 2 ; tandis que la méthode de planification de trajectoire d'outil basée sur l'accessibilité génère directement des trajectoires d'outil sans interférence dans l'espace accessible, comme illustré dans la Figure 3.

Les travaux de la méthode de génération avant détection se concentrent sur la vérification des interférences et le réglage de la direction de l'axe de l'outil. Il y a généralement des dizaines de milliers, voire des centaines de milliers de points de position d'outil dans un programme CN. La vérification des interférences nécessite souvent beaucoup de temps de calcul et de ressources, c'est pourquoi la recherche se concentre sur l'amélioration de l'efficacité de la vérification globale des interférences^[2,3]Lors de l'usinage de pièces complexes, la méthode de génération avant détection nécessite souvent des vérifications répétées des interférences et des ajustements de la direction de l'axe de l'outil. Dans ce processus, les contraintes géométriques sont principalement prises en compte et il est difficile d'optimiser la direction de l'axe de l'outil en fonction des exigences du processus.

La méthode de planification basée sur l'accessibilité calcule d'abord le cône de direction atteignable de l'outil au point de contact discret de l'outil, puis planifie le parcours de l'outil dans la direction atteignable. L'avantage de cette méthode est qu'elle peut évaluer directement l'usinabilité de la pièce, réduire voire éviter les réglages et détections répétés du parcours de l'outil, et ainsi optimiser le parcours de l'outil dans l'espace sans interférence de l'outil. Par exemple, la direction de l'axe de l'outil peut être optimisée en fonction des performances cinématiques de la machine-outil, surmontant la difficulté d'éviter les interférences globales lors de l'optimisation de la direction de l'axe de l'outil. Cependant, lors de l'usinage de pièces complexes, le modèle d'obstacle est souvent composé de centaines de milliers, voire de centaines de milliers de polygones. Le calcul de la direction de l'axe de l'outil atteignable nécessite souvent d'énormes ressources informatiques et du temps. Par conséquent, l'accent de la recherche est mis sur la manière de calculer rapidement le cône de direction atteignable de l'outil, notamment la méthode de l'espace C (espace de configuration).^[4,5] et la méthode du cône visible ^[6~10]La clé de la méthode de l'espace C est de savoir comment mapper rapidement la surface de l'obstacle à l'espace C, et l'efficacité de calcul est le principal problème de ce type d'algorithme.

Les résultats des calculs de Wang et al. ^[5] montrent que lorsque le modèle d'obstacle contient 10,000 1190.33 triangles, même si le contrôle d'interférence du porte-outil n'est pas pris en compte, le temps de calcul du cône de direction atteignable atteindra XNUMX minutes. Pour améliorer l'efficacité du calcul, le rayon de l'outil est d'abord ignoré et l'outil est abstrait sous forme de rayon partant du point de position de l'outil. Le problème d'accessibilité est transformé en problème de visibilité. Les auteurs de cet article ^[6,7,8] a utilisé la méthode C-space pour décrire le cône de visibilité de l'outil et a proposé trois stratégies pour améliorer la vitesse de calcul du cône de visibilité en utilisant l'algorithme de suppression cachée dans les graphiques, et a proposé une méthode d'analyse de fabricabilité de surface basée sur le cône de visibilité. Cependant, la visibilité ne prend pas en compte le rayon de l'outil et du porte-outil mais n'est qu'une condition nécessaire pour que l'outil n'ait aucune interférence. Par conséquent, un post-traitement chronophage est nécessaire pour une vérification précise des interférences ^[9]. Si la surface d'usinage et la surface de contrôle d'interférence sont décalées de distances égales, le problème d'accessibilité de l'outil à tête sphérique peut être équivalent au problème de visibilité ^[10].

Cependant, le calcul de la surface à distance égale résultante est une tâche complexe, et cette méthode ne peut toujours pas prendre en compte avec précision le rayon du porte-outil. Elle n'est applicable qu'aux outils à bout sphérique. Par conséquent, il est difficile d'avoir une application universelle. Les auteurs de cet article ^[11,12] L'invention concerne un cône de visibilité traditionnel généralisé et une méthode permettant de calculer efficacement le cône de direction global atteignable de l'outil, dont la complexité temporelle est approximativement linéaire. Pour les fraises à fond plat et les fraises circulaires couramment utilisées dans l'industrie, le point de position unique de l'outil peut généralement être déterminé en fonction du point de contact de l'outil, de la direction de la normale à la surface et de la direction de l'axe de l'outil.

Lorsque le point de position de l'outil est observé dans la direction opposée à la direction de l'axe de l'outil, le problème d'accessibilité globale de l'outil peut être équivalent au problème de visibilité complète d'un ensemble de surfaces de disque et de surfaces de cône. La fonction de requête d'occlusion dans la carte graphique (GPU) peut être utilisée pour détecter rapidement la visibilité complète des surfaces de disque et de cône, puis déterminer l'accessibilité complète de l'outil. Le tableau 1 compare le temps de calcul des trois algorithmes. On peut constater que lorsque le nombre de triangles et le nombre de directions d'axe d'outil du modèle d'obstacle d'entrée sont plus de 10 fois supérieurs à ceux de l'algorithme de la littérature [9], le temps de calcul de l'algorithme basé sur le GPU n'est que de 2 % de l'algorithme de la littérature [9], et le temps de calcul moyen d'une seule position d'outil est inférieur à 2 ‰ de l'algorithme de la littérature [9]. Même si le nombre de triangles d'entrée est 10 fois supérieur à celui de la référence [3], le temps moyen de détection d'une seule position d'outil basé sur l'algorithme GPU est inférieur à 3 % de celui de l'algorithme de référence [3].

1.2 Efficacité du traitement

Les fraises à bout sphérique sont encore largement utilisées dans l'usinage CNC à cinq axes. La planification de la position de l'outil d'usinage à fraise à bout sphérique est simple, mais l'efficacité est relativement faible. En ajustant sa position et son attitude, les fraises non sphériques peuvent faire en sorte que le point de contact de l'outil se situe dans la zone de bande près de la ligne de trajectoire. La surface de l'enveloppe de l'outil se rapproche entièrement de la surface de conception théorique, augmentant ainsi considérablement la bande passante de traitement sous une précision donnée, et exploitant pleinement le potentiel des machines-outils à cinq axes lors du traitement de surfaces planes et courbes ouvertes, qui est devenu un sujet de recherche brûlant ces dernières années. Les travaux de recherche se concentrent principalement sur le fraisage en bout des fraises à fond plat et des fraises annulaires et le fraisage latéral des fraises cylindriques et des fraises coniques. Le fraisage en bout repose sur le formage par contact ponctuel, et des taux d'enlèvement de matière élevés peuvent être obtenus en augmentant la zone de coupe effective de l'outil. L'amélioration de l'efficacité du traitement et le formage par contact en ligne sont utilisés dans le traitement de fraisage latéral pour réaliser directement le traitement en ligne large.

Le principe de formage de l'usinage CNC à cinq axes est le principe de l'enveloppe de la famille de surfaces à paramètre unique. L'erreur d'usinage réelle est l'erreur normale de la surface de l'enveloppe de l'outil par rapport à la surface de la pièce. Étant donné que la surface de l'enveloppe de l'outil ne peut être calculée qu'une fois toutes les positions de l'outil déterminées ^[13,14], la manière de prendre en compte l'écart entre la surface de l'enveloppe de l'outil et la surface de la pièce lors de la planification d'une position d'outil unique est une question très critique, qui est directement liée à la précision du calcul de la position de l'outil. En raison de la difficulté et de la complexité de l'opération, la plupart des ouvrages ont adopté un traitement simplifié approximatif ^[15], transformant la planification de la position de l'outil en un problème d'approximation d'optimisation entre la surface de l'outil et la surface de la pièce sous une seule position d'outil. Les différents modèles d'optimisation de la position de l'outil donnés ne peuvent pas refléter fidèlement le processus d'usinage réel, et les méthodes existantes ne conviennent qu'au calcul de la position de l'outil d'une certaine surface ou d'un certain outil. Il reste encore beaucoup à faire en termes de polyvalence, d'opérabilité, de stabilité et de précision d'usinage.

Pour le fraisage en bout, Wang Xiaochun et al. ^[15,16,17] ont étudié successivement le problème de planification de la position de l'outil du point de vue du contact d'ordre élevé entre la surface de l'enveloppe de l'outil et la surface de conception au point de contact de l'outil. Wang Xiaochun et al. ^[15] Rao et al. ont proposé la méthode de courbure osculatrice pour les fraises à disque concaves. Dans la section normale perpendiculaire à la direction d'avance, la surface enveloppe formée par le cercle de trajectoire de la pointe de l'outil et la section normale de la surface théorique ont les mêmes dérivées d'ordre 1 à 3, augmentant ainsi la bande passante de traitement de chaque passe tout en maintenant la précision. ^[16] L'auteur a étudié la correspondance de courbure entre la surface de conception et la surface d'enveloppe de l'outil et a proposé une méthode pour éliminer les interférences locales dans l'usinage à cinq axes de surfaces de forme libre avec des fraises à fond plat. Les deux méthodes ci-dessus sont basées sur le modèle approximatif local de la surface d'enveloppe de l'outil pour l'optimisation de la position de l'outil, mais ne s'appliquent qu'aux fraises à disque ou aux fraises à tête plate et ne peuvent pas être étendues à d'autres types d'outils.

Gong et coll. ^[17] L'invention concerne un modèle décrivant la relation entre la surface de l'outil, la surface de l'enveloppe de l'outil et la surface de conception. Le principe et la méthode de la surface de l'enveloppe de l'outil se rapprochant de la surface de conception au sens de la proximité de la bande sont proposés. Cette méthode s'applique aux outils rotatifs généraux, mais elle est basée sur la reconstruction locale du second ordre de la surface de l'enveloppe de l'outil. Elle ne peut réaliser qu'un contact du second ordre entre la surface de l'enveloppe de l'outil et la surface de la pièce.

Pour l'usinage à cinq axes, un contact de troisième ordre entre les deux peut être obtenu en théorie, de sorte que le modèle de deuxième ordre ne parvient pas à exploiter pleinement le potentiel de l'usinage par liaison à cinq axes. Les modèles théoriques de ces méthodes sont également incompatibles entre eux, et tous convertissent les conditions de contact en équations, puis calculent strictement la position de l'outil qui répond aux conditions de contact. Cependant, dans les applications pratiques, en raison de la complexité de l'outil et de la surface de conception, ainsi que de l'existence de contraintes de non-interférence, de contraintes d'espace de travail de la machine-outil et de contraintes de lissage du parcours de l'outil, un usinage de contact d'ordre élevé précis est souvent impossible à réaliser.

Les auteurs de cet article ^[18,19] ont étudié les caractéristiques géométriques entre deux surfaces de contact linéaires. La condition de base de la surface enveloppe de l'outil est qu'elle soit en contact linéaire avec la surface de l'outil et la surface de conception le long de la ligne caractéristique et de la ligne de trajectoire de contact de l'outil respectivement. Le principe de reconstruction locale de la surface enveloppe balayée par l'outil rotatif a été proposé.

Un modèle mathématique permettant de reconstruire la surface approximative locale de troisième ordre de la surface d'enveloppe de l'outil à partir d'une seule position de l'outil a été établi et la relation différentielle de troisième ordre entre la surface de l'outil, la surface d'enveloppe de l'outil et la surface de conception au voisinage du point de contact de l'outil a été caractérisée. Sur cette base, une nouvelle méthode de planification de la position de l'outil pour l'usinage CNC à cinq axes à grande ligne d'outils non sphériques de surfaces de forme libre a été proposée - la méthode de contact de troisième ordre. Cette méthode optimise l'angle de coupe et l'angle de roulis de l'outil de sorte que la surface d'enveloppe de l'outil et la surface de conception atteignent un contact de troisième ordre au point de contact de l'outil.

Français Il convient à tout outil de surface rotatif, à toute surface conçue et à diverses méthodes de traitement, et peut naturellement gérer diverses contraintes géométriques et cinématiques. Une fraise circulaire avec un rayon de cercle central de 10 mm et un rayon de cercle parent de 2.5 mm a été utilisée pour usiner une surface en spirale. Lorsque l'erreur d'usinage est limitée à 0.005 et 0.01 mm à un certain point de contact de l'outil, les largeurs de bande d'usinage des trois positions d'outil (contact de premier ordre de l'outil à extrémité sphérique, contact de deuxième ordre de l'outil circulaire et contact de troisième ordre) sont présentées dans le tableau 2. On peut voir que l'usinage par contact de troisième ordre atteint l'approximation optimale locale entre la surface d'enveloppe de l'outil et la surface de conception, et améliore considérablement l'efficacité d'usinage même par rapport à l'usinage par contact de deuxième ordre.

Pour le fraisage latéral, Lartigue et al. ^[20] Gong et al. ont d'abord étudié le problème d'optimisation de la position de l'outil du point de vue du contrôle de l'erreur globale. En ajustant la surface de trace de l'axe, la surface de l'enveloppe de l'outil a été amenée à se rapprocher de la surface de conception au sens des moindres carrés. Cependant, la mesure d'erreur qu'ils ont adoptée a été simplifiée dans une certaine mesure. Pour le traitement des outils à colonne, Gong et al.^[21] appliqué le principe d'inclusion isométrique pour transformer le problème en problème d'approximation des moindres carrés de la surface isométrique de la surface de trace de l'axe à la surface de conception.

Cette méthode ne se limite pas à la taille de l'erreur locale mais se concentre sur le contrôle de l'erreur d'approximation de l'enveloppe de la famille de surfaces d'outils par rapport à la surface de conception dans son ensemble, c'est pourquoi on l'appelle la méthode d'optimisation globale. Bien que l'ajustement de surface par les moindres carrés puisse suivre directement les théories et méthodes pertinentes d'inversion de surface, qui sont plus faciles à mettre en œuvre d'un point de vue informatique, il ne répond pas aux critères d'évaluation des erreurs de contour recommandés par les normes ISO et ANSI. De plus, ces deux méthodes ne peuvent pas gérer la contrainte de non-découpe et ne sont pas adaptées à la planification de la semi-finition. De plus, les problèmes fondamentaux tels que la description analytique de l'erreur normale entre la surface d'enveloppe et la surface de conception et l'influence du changement de la forme de la surface de trace de l'axe sur l'erreur normale n'ont pas été bien résolus.

Les auteurs de cet article ^[22,23] a attribué le problème global d'optimisation du parcours d'outil pour le fraisage latéral avec une fraise cylindrique au problème de la meilleure approximation cohérente de l'enveloppe de l'outil par rapport à la surface de conception, a défini la fonction d'erreur normale de la surface de trace de l'axe point et a dérivé ses expressions de matrice de gradient de premier ordre et de couleur de mer de second ordre pour les paramètres de contrôle de la forme de la surface de trace de l'axe. Sur cette base, un algorithme efficace d'approximation de la surface de trace de l'axe du nuage de points discrets a été construit et appliqué au fraisage latéral de surfaces réglées non développables. La précision géométrique a été améliorée de plus de 30 % par rapport aux méthodes internationales existantes et la contrainte de surcoupe a pu être traitée naturellement. Les résultats de la comparaison sont présentés dans le tableau 3^[27,28]Cette méthode utilise la propriété géométrique selon laquelle la surface d'enveloppe de la fraise cylindrique et la surface de trace de son axe sont équidistantes l'une de l'autre, elle ne peut donc pas être étendue au cas des fraises coniques.

Dans certaines applications, une fraise conique peut réaliser une coupe à petit rayon à l'extrémité tout en garantissant la rigidité, évitant ainsi les interférences entre l'extrémité de l'outil et la pièce à usiner et la difficulté d'une rigidité insuffisante d'une fraise cylindrique à petit rayon. Par conséquent, la méthode d'optimisation de la position de l'outil pour le fraisage latéral à fraise conique a attiré l'attention ces dernières années.

Sur la base de la représentation de l'enveloppe sphérique à double paramètre de la surface de l'enveloppe de l'outil, les auteurs de cet article ^[24,25] ont proposé une méthode pour calculer directement l'erreur normale entre l'enveloppe de l'outil et la surface de conception sans construire la surface de l'enveloppe, et ont dérivé l'expression du gradient du premier ordre de l'erreur normale concernant les paramètres de contrôle de forme de la surface de trajectoire de l'axe de l'outil, révélant l'influence d'un petit ajustement de la position de l'outil sur l'erreur d'approximation globale entre la surface de conception et la surface de l'enveloppe de l'outil.

Sur cette base, un algorithme d'approximation optimal et cohérent pour le nuage de points discret de la surface d'enveloppe de l'outil par rapport à la surface de conception, basé sur des informations dérivées, a été construit, réalisant l'optimisation globale du parcours de l'outil pour le fraisage latéral à cinq axes avec une fraise conique. Les théories et méthodes pertinentes sont également applicables à la planification du fraisage latéral d'outils rotatifs généraux.

Prenons comme exemple le fraisage latéral d'une pale de turbine avec une fraise conique. Les deux courbes limites de la surface réglée de la pale sont toutes deux des courbes B-spline du troisième ordre, et le rayon du cercle inférieur de la fraise conique est de 6.25 mm, la hauteur de 30 mm et l'angle du demi-cône de 10°. 50 × 100 points discrets sont sélectionnés uniformément sur la surface réglée à traiter. La surface de trace de l'axe initial est générée par la méthode de Chiou ^[26]. À ce stade, la sur-dépouille maximale entre la surface de l'enveloppe de l'outil et la surface conçue est de 0.0896 mm et la contre-dépouille maximale est de 0.0239 mm. Après optimisation de la surface de trace de l'axe, la sur-dépouille et la contre-dépouille maximales sont réduites respectivement à 0.0062 et 0.0061 mm. On peut constater que l'optimisation globale du parcours de l'outil améliore considérablement la précision géométrique de la pièce.

1.3 Amélioration des conditions de processus

L'usinage à grande vitesse impose des exigences plus élevées en matière de fluidité des trajectoires d'outils et de rigidité globale du système d'usinage. La fluidité de l'axe de l'outil et la longueur de l'outil influencent les caractéristiques dynamiques du processus d'usinage CNC à cinq axes. Les différentes directions des axes d'outils modifient également les paramètres de coupe tels que la vitesse de coupe effective et affectent les facteurs physiques tels que la force de coupe. Ces facteurs doivent être intégrés dans la planification des trajectoires d'outils pour améliorer les conditions du processus.

(i) Douceur dans la direction de l'axe de l'outil. La régularité dans la direction de l'axe de l'outil a un impact direct sur l'erreur non linéaire cinématique, l'efficacité de l'usinage, la régularité du mouvement d'avance et les conditions de coupe ^[29,30]. Par conséquent, la régularité dans la direction de l'axe de l'outil est un indicateur important pour évaluer les trajectoires d'outil. La mesure de la régularité de l'axe de l'outil peut être définie dans le système de coordonnées de la machine-outil, le système de coordonnées de la pièce ou le système de coordonnées d'avance, correspondant respectivement au mouvement de l'axe rotatif de la machine-outil, au changement de direction de l'axe de l'outil par rapport à la pièce et au changement des conditions de coupe.

La plupart des études existantes prennent en compte les métriques dans le système de coordonnées de la machine-outil. Kersting et al. ^[31] ont étudié la méthode de lissage de la direction de l'axe de l'outil dans l'espace C libre en fonction des métriques du système de coordonnées de la machine-outil. Castagnetti et al. ^[29] a défini les métriques dans le système de coordonnées de la machine-outil avec la douceur du mouvement d'avance de l'axe rotatif et l'efficacité du traitement comme objectif, et a prouvé que le temps de traitement peut être considérablement raccourci après avoir optimisé la direction de l'axe de l'outil.

Les auteurs de cet article ^[11,12] L'algorithme de lissage global de la direction de l'axe de l'outil dans l'espace réalisable de l'axe de l'outil est étudié. L'algorithme prend en compte les contraintes de vitesse angulaire entre les positions d'outils adjacentes et définit le problème de lissage global de la direction de l'axe de l'outil comme un problème d'optimisation contraint dans le domaine discret. L'algorithme du chemin le plus court du graphe orienté est utilisé pour résoudre le problème d'optimisation afin d'obtenir le chemin d'outil globalement lisse.

La méthode de mesure de la direction de l'axe de l'outil de lissage dans le système de coordonnées de la pièce est principalement axée sur la planification du parcours de l'outil NURBS. Dassault ^[32] Siemens a étudié la méthode d'utilisation de courbes splines doubles pour décrire le parcours de l'outil d'usinage à cinq axes et a obtenu une direction d'axe d'outil lisse par interpolation. Le système CNC 840D de Siemens a lancé une interface qui prend en charge les parcours d'outils NURBS doubles équidistants. La direction de l'axe de l'outil est une courbe spline rationnelle sur une sphère, ce qui garantit la régularité de la direction de l'axe de l'outil.

L'auteur de cet article 1) ^[33] a proposé une méthode de génération de trajectoires d'outils NURBS doubles équidistantes. Sur la base de la cinématique « point-ligne », un hyperplan quaternion double a été introduit pour décrire l'espace de position de l'outil, et le problème de génération « position d'outil discrète → trajectoire d'outil continue » a été converti en un problème de conception de courbe d'interpolation plane dans l'espace quaternion double. La courbe B-spline a été utilisée pour concevoir une trajectoire d'outil sous la forme d'une expression de mouvement rationnel, qui peut être facilement convertie en l'expression de courbes NURBS doubles à pas fixe.

La mesure dans le système de coordonnées d'avance reflète le changement des conditions de coupe. Le lissage de la direction de l'axe de l'outil en fonction de la mesure dans le système de coordonnées d'avance permet d'obtenir une force de coupe régulière. Ozturk et al. ^[34] a analysé la relation entre la direction de l'axe de l'outil et la force de coupe pour l'usinage des fraises à tête sphérique et a prouvé que la direction de l'axe de l'outil a un impact significatif sur la qualité d'usinage des fraises à tête sphérique.

Les auteurs de cet article ^[30,35] L'algorithme proposé permet de lisser globalement la direction de l'axe de l'outil sur la grille de contact de l'outil. L'algorithme prend en compte de manière exhaustive trois mesures dans le système de coordonnées de la pièce, le système de coordonnées de la machine-outil et le système de coordonnées d'avance. Il peut assurer simultanément la régularité globale de la direction de l'axe de l'outil le long de la direction d'avance et de la direction de la rangée adjacente. De plus, il n'a besoin que de calculer le cône de direction accessible à l'outil sur la grille de contact de l'outil, ce qui présente une efficacité de calcul élevée. La simulation montre que l'optimisation globale de la direction de l'axe de l'outil peut améliorer l'efficacité du traitement, rendre le mouvement d'avance de la machine-outil plus stable et est propice à l'obtention d'une force de coupe régulière pendant le traitement.

(ii) Raccourcir la longueur de l’outil. La possibilité d'usiner des pièces complexes avec des outils plus courts est un avantage important de l'usinage CNC à cinq axes. Le raccourcissement de la longueur de porte-à-faux de l'outil peut améliorer la rigidité de l'ensemble du système d'usinage. La longueur d'outil sûre la plus courte est généralement calculée pendant la phase de simulation du programme CNC. Par exemple, le logiciel de simulation CNC Vericut propose dans la version 6.2 la fonction de calcul de la longueur d'outil sûre la plus courte. Pour calculer la longueur d'outil sûre la plus courte pendant le processus de simulation, la trajectoire de l'outil doit d'abord être planifiée. Le porte-à-faux de l'outil sûr ne peut être calculé que pour la trajectoire d'outil existante. Cependant, lors de l'usinage de pièces complexes, la longueur d'outil sûre la plus courte est souvent déterminée par la direction de l'axe de l'outil. Par conséquent, la longueur d'outil sûre la plus courte doit être prise en compte lors de la phase de planification de la trajectoire de l'outil.

La question de savoir comment prendre en compte la longueur minimale d'outil sécuritaire lors de la planification du parcours d'outil pour l'usinage CNC à cinq axes a été moins prise en compte dans les recherches existantes. Morimoto et al. ^[10] ont proposé un algorithme permettant d'ajuster la direction de l'axe de l'outil afin de raccourcir la longueur de l'outil pour l'usinage à angle fixe des fraises à tête sphérique. Cette méthode nécessite de trouver d'abord les surfaces décalées équidistantes de la surface usinée et de la surface de contrôle d'interférence et est trop conservatrice lors du calcul de la longueur d'outil sûre. Les auteurs de cet article ^[36] a proposé une méthode de calcul de la longueur minimale d'outil sûre dans la direction accessible basée sur la détection d'accessibilité d'outil basée sur le GPU, fournissant une méthode efficace de planification de la longueur de sécurité d'outil pour l'usinage CNC 3+2. Sur cette base, l'algorithme de planification de trajectoire d'outil pour l'usinage CNC à liaison cinq axes avec la longueur d'outil la plus courte comme objectif a été exploré plus en détail ^[37,38]En prenant comme contraintes la non-interférence du parcours de l'outil et la régularité de la direction de l'axe de l'outil entre les positions d'outil adjacentes, le problème d'optimisation de la longueur de l'outil a été transformé en un problème d'optimisation de combinaison de contraintes, et une méthode de résolution efficace a été donnée.

2. Simulation intégrée géométrie-mécanique

La simulation dynamique de l'effort de coupe est la base de la simulation physique et est largement utilisée dans l'optimisation des paramètres de coupe tels que la vitesse d'avance et la vitesse de broche, la prédiction du broutage de coupe, le contrôle adaptatif du processus d'usinage, la surveillance de l'usure et des dommages des outils, la prédiction de la morphologie de la surface d'usinage et l'analyse et la compensation des erreurs d'usinage. La simulation intégrée géométrie-mécanique prédit l'effort de coupe dynamique en fonction des conditions de coupe instantanées pendant l'enlèvement de matière. Elle comprend deux aspects : le coefficient d'effort de coupe et la géométrie de coupe instantanée. Le coefficient d'effort de coupe est généralement obtenu par étalonnage expérimental ^[39,40]. Par conséquent, le travail principal est la numérisation du volume de l'outil et la modélisation de la géométrie de coupe outil-pièce.

2.1 Intégration de la simulation géométrique et de la prédiction de l'effort de coupe

La clé de la modélisation du corps de l'outil balayé est de résoudre sa surface enveloppe. Pour modéliser la surface enveloppe du corps de l'outil balayé sous un mouvement à cinq axes, les méthodes couramment utilisées sont les méthodes numériques ^[41], notamment la méthode de perte de rang jacobite, la méthode des équations différentielles balayées, la méthode de modélisation implicite et la méthode de la somme de Minkowski. Ces méthodes nécessitent des solutions numériques d'équations différentielles ordinaires d'ordre élevé ou d'équations transcendantes, qui nécessitent beaucoup de calculs. Chiou et al. ^[42] ont dérivé les formules de solution pour les lignes caractéristiques instantanées du coupeur annulaire et du coupeur APT composé des surfaces du cône supérieur et inférieur et de la surface annulaire intermédiaire sous un mouvement d'interpolation linéaire à cinq axes. Du et Ye et al. ^[43,44] ont simplifié les résultats de Chiou en introduisant la représentation instantanée de la vitesse du référentiel et du corps rigide. Plus tard, Chiou et al. ^[45] Les formules de résolution des lignes caractéristiques instantanées de la fraise APT sous le mouvement général du corps rigide dans l'espace ont été obtenues en introduisant le repère instantané au point de contact de l'outil. Les méthodes ci-dessus nécessitent un calcul point par point des points sur la surface de l'enveloppe, et le processus de détermination de la solution est relativement compliqué.

Les auteurs de cet article ^[13,14] ont proposé deux expressions analytiques pour la surface de balayage du tranchant d'un outil rotatif :

(1) La surface rotative du tranchant d'une fraise conique, d'une fraise à tambour et d'une fraise annulaire est représentée comme la surface enveloppe d'une famille de sphères à rayon variable à paramètre unique. La surface enveloppe du volume balayé et son vecteur normal externe unitaire des trois types d'outils en mouvement spatial général sont dérivés à l'aide de la théorie de l'enveloppe de la famille de sphères à double paramètre ;

(2) L'expression analytique de la ligne caractéristique de la surface enveloppe balayée d'un outil rotatif arbitraire en mouvement spatial général est obtenue en appliquant la condition d'enveloppe et la méthode de représentation de la vitesse du mouvement du corps rigide. La méthode présente l'avantage de ne pas introduire de repère instantané supplémentaire et la formule est concise et claire.

La géométrie de coupe de l'outil-pièce est la base de la simulation de la force de fraisage de l'usinage à cinq axes. Actuellement, les méthodes de modélisation de la géométrie de coupe couramment utilisées sont principalement divisées en trois catégories : la modélisation solide, la modélisation analytique et la modélisation de la géométrie discrète :

(1) Méthode de modélisation solideAltintas et al. ^[46] utilisé des outils de modélisation solide ACIS pour déterminer l'état de maillage instantané et l'épaisseur de coupe de la fraise conique et de la pièce dans le fraisage latéral à cinq axes ;

(2) Méthode de modélisation analytique, Elbestaw et al. ^[47,48] représenté la courbe de la lame comme une courbe NURBS et déterminé le micro-élément de la lame et l'épaisseur de coupe instantanée en calculant l'intersection de la courbe et la géométrie de la pièce ;

(3) Méthode de modélisation à géométrie discrète, Jérard et al. ^[40] nous avons utilisé la méthode du tampon Z étendu pour représenter la géométrie de la pièce et avons calculé la zone de maillage instantanée et l'épaisseur de coupe instantanée par la relation d'intersection entre le corps de balayage de l'outil et l'unité du tampon Z.

2.2 Planification de la vitesse d'avance en sous-dépassant les contraintes de force de coupe

Grâce à la simulation géométrique-mécanique intégrée du processus de fraisage à cinq axes, la vitesse d'avance peut être optimisée en fonction de l'effort de coupe. Les algorithmes d'optimisation de la vitesse d'avance des logiciels de FAO commerciaux actuels sont tous basés sur l'analyse du volume (également appelé taux d'enlèvement de matière). Dans cette méthode traditionnelle, la vitesse d'avance est généralement réglée de manière inversement proportionnelle au taux d'enlèvement de matière instantané ou de manière exponentielle. Les deux principaux inconvénients de cette méthode sont les suivants :

(1) Bien que le taux d'enlèvement de matière instantané puisse refléter dans une certaine mesure l'ampleur de la force de coupe, il ne peut pas refléter la direction de la force de coupe. Par conséquent, l'optimisation de la vitesse d'avance basée sur le taux d'enlèvement de matière ne peut pas refléter la nature de la force de coupe ;

(2) L'ampleur de la force de coupe générée par la vitesse d'avance planifiée par cette méthode est difficile à maintenir constante.

Étant donné les lacunes de la planification du taux d'avance en fonction du taux d'enlèvement de matière, Bailey et al. ^[47,48] ont proposé une méthode de planification de l'avance d'usinage à cinq axes basée sur le modèle de force de coupe. Erdem et al. ^[49] a mené une étude comparative détaillée sur les deux stratégies d'optimisation du taux d'avance basées sur le modèle de force de coupe et le modèle de taux d'enlèvement de matière. L'auteur de cet article ^[50] proposé une méthode de planification hors ligne pour la vitesse d'avance du fraisage latéral CNC à cinq axes avec contraintes de force de coupe :

Sur la base du format d'interpolation polynomiale de spline cubique de chaque axe de la machine-outil, un modèle d'optimisation est établi avec la série temporelle entre les points de position adjacents de chaque axe comme variable de conception, la somme minimale de la série temporelle d'exécution entre les points de position adjacents de chaque axe comme fonction objective, la vitesse, l'accélération et la limite de saut de chaque axe comme contrainte, et la force de coupe maximale de l'outil pendant la coupe est inférieure à la valeur du domaine de la vanne comme contrainte, et l'algorithme optimal global est utilisé pour résoudre et obtenir la vitesse d'avance optimale. Cette méthode convient à l'usinage grossier de surfaces de forme libre et à l'usinage de semi-finition de surfaces réglées ou de surfaces quasi réglées.

3. Simulation dynamique du processus d'usinage

La simulation dynamique du processus de fraisage à cinq axes fournit des données d'historique des variables d'état du processus pour l'optimisation du processus d'usinage. Le travail principal comprend la modélisation dynamique, l'analyse de la stabilité du processus d'usinage et l'optimisation des paramètres du processus.

3.1 Modélisation cinétique

Le modèle de dynamique structurelle du système outil-pièce est divisé en :
(1) Modèle de vibration du couplage outil-piècePour le traitement des pièces en tôle mince, le groupe de recherche de Ratchev ^[51] ont proposé un modèle de vibration de couplage plaque mince-outil basé sur la méthode des éléments finis ; Kovecses et al. ^[52] ont proposé un modèle de vibration pour le fraisage de pièces en plaques minces basé sur une modélisation analytique. Cependant, pour le fraisage de pièces en coque mince, les modèles de vibration de pièces et les modèles de vibration de couplage outil-pièce sont rarement utilisés dans les revues internationales.

(2) Modélisation de la dynamique du contact pièce-outil. Hu et al. ^[53] ont utilisé un modèle à paramètres groupés pour analyser la stabilité dynamique du montage dans le cadre de la dynamique multi-corps flexible ; Kapoor et al. ^[54] ont étudié le modèle de contact de friction dynamique montage-pièce et analysé l'influence de l'effet dynamique sur les performances de traitement ; Rong et al. ^[55] ont établi un modèle de contact montage-pièce dans le cadre de la méthode des éléments finis et ont achevé l'identification expérimentale de la matrice de rigidité de contact. D'autre part, Melkote et al. et al. ^[56] ont analysé l'influence de l'effet dynamique pièce-outil (les caractéristiques variables dans le temps de l'inertie de la pièce, de la rigidité, de la fréquence, etc. pendant le processus d'enlèvement de matière de la fraise) sur la stabilité dynamique du processus de serrage.

3.2 Analyse de la stabilité du processus

Français Sur la base du modèle de dynamique structurelle du système outil-pièce, les travaux actuels sur l'analyse de la dynamique du processus de fraisage se concentrent principalement sur l'analyse du broutage. Le broutage du processus de coupe est divisé en broutage régénératif, broutage de couplage modal, etc. On pense généralement que le broutage régénératif se produit avant le broutage de couplage modal. La comparaison des méthodes d'analyse de la stabilité du broutage couramment utilisées est présentée dans le tableau 4. Altintas et al. ^[57] Altintas a utilisé le développement de Fourier du coefficient de force de coupe pour donner un modèle de prédiction du broutage de fraisage (méthode ZOA). Sa précision dépend de la tendance de changement de la force de coupe et du nombre de termes de Fourier. Il est très efficace pour les outils à plusieurs dents et les méthodes d'usinage avec de grandes profondeurs de coupe radiales, mais manque de précision suffisante pour les méthodes d'usinage avec des outils à peu de dents et de petites profondeurs de coupe radiales. Ces dernières années, le groupe d'Altintas ^[58] a proposé une méthode multifréquence qui peut être utilisée pour prédire la stabilité du fraisage avec de faibles profondeurs de coupe radiales. Bayly et al. ^[59] a combiné la solution analytique de vibration sans outil et la solution approximative de vibration du processus de contact outil-pièce pour développer une méthode d'éléments finis dans le domaine temporel (TFEA) pour prédire le bavardage du système de fraisage.

Cette méthode est toutefois principalement adaptée à la prévision de la stabilité du fraisage avec de faibles profondeurs de coupe radiales. Cependant, une erreur importante se produit dans le cas de profondeurs de coupe radiales importantes. Integer et al. ^[60] L'équation de retard de la dynamique d'usinage a été transformée en une série d'équations différentielles ordinaires autonomes en discrétisant le terme de retard et en effectuant une moyenne d'ordre zéro sur le terme de coefficient périodique, à savoir la méthode dite semi-discrète, qui peut être utilisée pour prédire l'apparition de bavardages. Sa précision dépend de la longueur de pas discrète et la quantité de calcul est proche de celle de la méthode multifréquence ^[61], qui est beaucoup plus grande que celle de la méthode ZOA. Cette méthode est une méthode générale qui s'applique à la prédiction de la stabilité du fraisage pour les profondeurs de coupe radiales grandes et petites.

Les auteurs de cet article ^[62] ont proposé une méthode entièrement discrète de prédiction de la stabilité du broyage, basée sur un format d'intégration directe. La réponse d'un système linéaire périodique à retard unique prenant en compte l'effet régénératif est d'abord exprimée sous forme intégrale. Après discrétisation de la période unique à intervalles égaux, les termes variables dans le temps (y compris les termes de coefficient périodique, de retard temporel et d'état) du terme intégral de Duhamel de la réponse sont interpolés linéairement et de manière synchrone à chaque intervalle de temps. Sur cette base, un système dynamique discret approximant le système continu d'origine est construit, et les valeurs propres de la matrice de transfert du système dynamique discret sont obtenues. Selon le théorème de Floquet, la stabilité du système est déterminée par la taille du module des valeurs propres.

Cette méthode est une méthode générale adaptée à la prédiction de haute précision de la stabilité du fraisage avec des profondeurs de coupe radiales grandes et petites et présente une efficacité de calcul supérieure à la méthode semi-discrète car lors de la numérisation du plan de paire de paramètres « vitesse-profondeur de coupe », il n'est pas nécessaire de calculer la fonction exponentielle de la matrice dans la couche de cycle de numérisation de la profondeur de coupe. L'exemple montre que, sous réserve de garantir la précision numérique, l'efficacité de calcul de la méthode entièrement discrète pour prédire la stabilité d'un système de fraisage à un seul degré de liberté peut être améliorée d'environ 75 % par rapport à la méthode semi-discrète. Pour les systèmes de fraisage à deux degrés de liberté, l'amélioration peut être d'environ 60 %.

3.3 Optimisation du paramètre de processus

Les travaux sur l'optimisation des paramètres de processus sans bavardage se concentrent principalement sur l'usinage à trois axes. Budak et al. ^[63] ont proposé une méthode pour calculer la profondeur de coupe axiale et radiale optimale dans le cadre d'un taux d'enlèvement de matière maximal sans bavardage. Altintas et al. ^[64] ont proposé une méthode d'optimisation de la vitesse de broche et de l'avance à commande numérique basée sur la simulation du processus de fraisage et la prédiction de la stabilité du broutage. Le modèle de prédiction de stabilité existant et l'optimisation des paramètres du processus de fraisage à cinq axes sont basés sur des modèles dynamiques avec certains paramètres. Cette méthode n'introduit pas l'incertitude des paramètres du système de coupe dans la planification des paramètres du processus et ne peut pas refléter les conditions d'usinage réelles. Par conséquent, les paramètres de processus obtenus ne sont pas la véritable solution optimale et peuvent toujours provoquer du broutage. Les paramètres physiques et les paramètres géométriques de la structure outil-pièce contiennent de nombreuses incertitudes, telles que les paramètres physiques tels que le module d'élasticité et le coefficient de Poisson, et les paramètres géométriques tels que l'épaisseur de la pièce et d'autres dimensions géométriques. Dans le passé, le problème d'incertitude dans le fraisage était principalement étudié du point de vue du contrôle ^[65], et le contrôleur a été conçu pour compenser les erreurs dans le modèle de force de coupe et les facteurs non linéaires d'avance de force de coupe dans le processus de coupe.

À l'heure actuelle, il existe peu de travaux sur la modélisation dynamique des processus de fraisage CNC avec des paramètres incertains dans le monde. Les auteurs de cet article ^[66,67,68] ont proposé une méthode d'optimisation robuste des paramètres du procédé de fraisage cinq axes, prenant en compte les paramètres incertains du procédé d'usinage. processus d'usinageL'algèbre d'intervalles a été utilisée pour résoudre les limites supérieure et inférieure du diagramme de stabilité du broutage de fraisage et les limites supérieure et inférieure de la réponse dynamique de l'outil sur la base d'une analyse de sensibilité. Un modèle d'optimisation robuste pour les paramètres du procédé a été établi, et le problème d'optimisation multi-objectif avec des paramètres incertains a été transformé en un problème d'optimisation mono-objectif avec certains paramètres pour l'optimisation et la résolution. Comparés aux résultats du modèle à certains paramètres, les résultats obtenus en résolvant le modèle d'optimisation robuste garantissent la stabilité du fraisage cinq axes de surfaces complexes.

4. Perspective

L'usinage CNC à cinq axes est un moyen efficace d'usinage efficace de pièces complexes dans les domaines de l'aviation, de l'aérospatiale, de l'énergie et de la défense nationale, et constitue une percée dans l'amélioration de la technologie de fabrication. La Fondation nationale des sciences naturelles, le Programme national de recherche et développement de base clé et les grands projets scientifiques et technologiques citent tous la théorie de base et la technologie commune de l'usinage CNC à cinq axes comme orientations de recherche clés. Combinant les principaux besoins du pays et l'avant-garde de la science de la fabrication, les futures orientations de recherche de l'usinage CNC de précision à cinq axes à haute efficacité sont les suivantes :

(1) Un modèle de simulation dynamique complet du processus d'usinage CNC.

La simulation dynamique est la base théorique pour obtenir un usinage efficace et précis. Les recherches actuelles se concentrent sur certains sous-systèmes du système « machine-outil-pièce-fixation ». Jusqu'à présent, il n'y a pas eu de rapport sur un modèle dynamique « outil-pièce-fixation » relativement complet, ni d'analyse détaillée de sa réponse dynamique sous des micro-perturbations des paramètres de processus sur la qualité des pièces finales. Par exemple, les idées existantes pour l'analyse des vibrations du processus d'usinage sont toutes de la « dynamique structurelle », c'est-à-dire que l'effet de couplage du mouvement du corps rigide à grande échelle de la fraise et de la vibration de l'outil sur la précision de l'usinage de surface est ignoré. En réalité, en raison de l'introduction du mouvement de rotation, l'outil effectue un mouvement d'avance variable par rapport à la pièce dans l'usinage à cinq axes. Selon la théorie de la « dynamique multi-corps flexible », le mouvement du corps rigide à grande échelle de l'outil affecte la petite déformation élastique de l'outil. Pour prédire plus précisément la morphologie de surface de la pièce usinée, il est nécessaire de définir d'abord l'impact de cet effet de couplage sur la précision de l'usinage de surface.

(2) Méthode de fabrication intégrée conception-traitement-mesure.

Compte tenu des conditions de coupe variables dans le temps et des nombreux facteurs incertains de l'usinage à cinq axes, une seule opération d'usinage ne peut souvent pas répondre aux exigences élevées du produit en termes de précision géométrique et de performances physiques. Le mode d'usinage en boucle fermée intégrant la conception, le traitement et la mesure est un moyen important de résoudre ce problème et constitue la direction de pointe de la fabrication numérique. Il comprend la planification des processus et la simulation d'usinage, l'acquisition d'informations de surface et l'analyse des données, l'évaluation de la qualité et la reconception des surfaces. Parmi eux, la technologie de mesure in situ rapide des performances physiques et de la morphologie géométrique, la théorie de la reconception de surface à contraintes multi-sources basée sur l'inversion des équations de physique mathématique, la méthode d'estimation précise de la quantité de matière enlevée pendant l'usinage de compensation et la méthode de planification du processus d'usinage à cinq axes prenant en compte les caractéristiques dynamiques du système de traitement et les contraintes physiques du processus d'usinage sont des sujets difficiles.

(3) Méthode de simulation multi-physique pour le processus de formage par fraisage à cinq axes.

Les pièces complexes hautes performances exigent des exigences plus élevées en matière de qualité de surface. La simulation multiphysique du procédé de formage, basée sur la simulation de l'effort de coupe par fraisage cinq axes, est devenue un nouveau pôle de recherche. Elle fournit une base théorique pour le contrôle et l'optimisation des paramètres d'usinage en prédisant quantitativement les performances macro et micro des pièces. La simulation multiphysique actuelle est principalement destinée au tournage et au fraisage, ou à l'usinage CNC trois axes. Comment réaliser une simulation physique efficace dans usinage CNC cinq axes La gestion des conditions de coupe variables dans le temps constitue un défi majeur. Le sujet abordé comprend la description numérique et la caractérisation quantitative du champ énergétique composite dans le processus de fabrication ; l'influence du système et des paramètres du procédé sur les performances macro et micro des pièces ; la prédiction quantitative et la régulation des comportements physiques complexes dans le processus de fabrication ; et de nouvelles méthodes d'optimisation et de contrôle des procédés d'usinage.

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