Effet du chargement sur la précision d'une machine-outils cinq-axes

Ce projet de recherche porte sur l'étude d'une potentielle relation entre le chargement dû au poids de la pièce et les erreurs volumétriques sur une machine-outil 5-axes à table verticale. Il prend le relais de l'étude de B. Asadishad [1] dans lequel le lien entre le chargement et les erreurs paramétriques fut étudié. Ici, l'étude des performances de la machine en termes de précision et de répétabilité des erreurs volumétriques sous charge sera privilégiée. Les charges appliquées dans l'étude précédente sont reprises mais le protocole de test et de mesures a été adapté. Ainsi, les tests développés pour la présente étude se servent de blocs (acier) simulant une force, des entretoises légères (aluminium) couplés aux blocs simulant un moment et des sphères montées sur des tiges de 280 mm de hauteur. Un protocole de test a ensuite été mis au point spécifiant les indexations des axes rotatifs B et C de la machine-outil et leur ordre, le nombre de blocs et d'entretoises ainsi que leur position sur la table et le nombre de sphères palpées. Ensuite, la machine comportant une zone de travail et une zone de chargement, un test de répétabilité a été effectué pour quantifier la précision de placement de la table après être passée dans la zone de chargement. La hauteur des tiges pouvant engendrer des erreurs de mesure en raison de déflexion sous leur propre poids et sous l'effet de la force du palpeur un test nommé « 0 » sera utilisé comme référence afin d'annuler les erreurs dues à la déflexion de la tige lors des palpages. Une série de 16 tests a été effectuée avec 16 chargements différents, chaque test a demandé 2 heures de temps à la machine et à l'opérateur pour être réalisé. A l'issu de ces tests, les données brutes sont analysées. D'autre part, les forces et moments engendrés par les poids, les erreurs volumétriques, les déviations linéaires et angulaire de chaque plan de palpage par rapport au plan de référence ainsi que la matrice des p-values de l'ensemble des données sont calculés. Certains comportements redondants ont pu être observés dans lesquels des conclusions ont pu être tirées par rapport à la précision de la machine en fonction du chargement et de la position de la table de la machine dans l'espace de travail. Enfin, cette étude s'est focalisée sur les erreurs volumétriques engendrées par un chargement sans prendre en compte les nombreuses autres sources d'erreurs comme la thermique et la dynamique. Il serait alors intéressant de coupler cette étude sur les effets du chargement avec des études plus générales portant sur les sujets cités précédemment. Au terme de cette étude, il a été possible de mettre en avant l'existence de corrélations significatives entre le chargement et les erreurs mesurées et calculés. Le lien entre la charge et les erreurs volumétriques apparaît comme le plus fort.

Abstract

This thesis presents a study of a possible relation between the load from the weight of the workpiece put on the table and volumetric errors. This work is the continuity of the study conducted by B. Asadishad [1] in which the link between the load and the error parameters was studied. Here, the study of machine performances regarding the precision and the repeatability of volumetric errors under load will be considered. The loading system used is the same as in the previous study but the test protocol and measurement protocol are adapted for the current study. The new test protocol developed uses heavy blocs of steel to simulate weight, light spacers paired with heavy blocs to simulate torque and spheres mounted on top of 280 mm rods. Then new test protocol specifies the indexation pairs of the B- and C-axis of the machine and their order of execution, the number of blocs and spacers and their position on the table, the number of spheres probed and the order in which tests have been conducted during a day of testing. Moreover and because the machine presents a loading area and a working area a repeatability test was done to quantify the repeatability of repositioning the table after traveling to and from the loading area. Because the height of rods could create errors of measurement because of deflexion under their own weight and under the force of the probe during the tests a test called « test 0 » is used as a reference to remove this effect form the loaded tests. A set of 16 tests is conducted with 16 different loading system. Each test lasts for 2 hours. From these tests raw data are analyzed. Then weight and torques produced by blocs, volumetric errors and the the rigid body motion of the table are compared to the reference plane and the p-values matrix are calculated. Significant correlation have been detected between the load (forces and torques), volumetric errors and the the rigid body motion of the table. More specifically, forces in Y directions and torques around X and Z axis are strongly correlated. Thus, table position, indexations, volumetric errors and the the rigid body motion of the table, show significant correlations. Nevertheless, this method does not make possible the identification of error sources.