Modélisation des erreurs thermiques des machines-outils numériques à cinq-axes

Les erreurs thermiques des machines-outils numériques à cinq-axes sont la cause principale des erreurs quasi-statiques qui limitent la précision d'usinage de ces machines. Ce travail de recherche présente la méthodologie adoptée pour mesurer, modéliser et compenser les erreurs thermiques d'un centre d'usinage dues à la variation de son état thermique et de l'historique de son activité. Une approche expérimentale est adoptée, qui consiste à varier l'état thermique de la machine en exerçant ses axes selon différents cycles de chauffage et de refroidissement. Les écarts volumétriques dans le volume de travail de la machine sont périodiquement mesurés, ainsi que la puissance réelle des 5 axes et de la broche. Plusieurs capteurs et accessoires sont spécialement conçus ou adaptés pour garantir une stabilité thermique et permettre une mesure rapide et nette de l'erreur thermique. Une analyse volumétrique détaillée des erreurs thermiques permet de comprendre le comportement thermique volumétrique de la machine-outil, en particulier les axes qui causent les erreurs les plus importantes, les effets observés sur le comportement volumétrique de la machine, ainsi que les interactions thermiques des axes voisins. L'analyse volumétrique a permis d'identifier les axes rotatifs comme étant les causes principales des erreurs thermiques de la machine. Une étude plus approfondie des erreurs géométriques paramétriques utilise la méthode SAMBA, qui modélise ces erreurs et permet leur estimation. Les résultats permettent d'identifier les paramètres dominants d'erreurs thermiques. La modélisation de ces paramètres dominants est faite en fonction de la mesure de la consommation de puissance des axes rotatifs par la superposition de fonctions de transfert de 1er ordre à une entrée et une sortie. L'efficacité du modèle thermique est validée par deux méthodes. La première validation est faite par la comparaison de la simulation du modèle avec les mesures obtenues par un nouveau test qui utilise des séquences de chauffage complètement différentes. La deuxième validation consiste en un test d'usinage exécuté à la suite d'une routine de chauffage aléatoire, où la comparaison des coupes compensées et non-compensées met en évidence l'efficacité du modèle thermique. En résumé, cette recherche a contribué à la compréhension du comportement thermique de la machine-outil. Elle a aussi définit une méthodologie efficace de mesure, de modélisation et de compensation des erreurs thermiques.