Modèle dynamique d'électrobroche en rotation et prédiction de la stabilité de la coupe

Spindle rotor-dynamics model and high-speed milling stability prediction

¹ LAMI – Laboratoire de Mécanique et Ingénierie, BP 265, 63175 Aubière Cedex, France
² PCI-SCEMM, rue Copernic, 42000 Saint-Étienne, France

Auteur de correspondance : Vincent.Gagnol@ifma.fr

Reçu : 15 Mars 2007
Accepté : 6 Juillet 2007

Résumé

La prédiction des conditions de stabilité en usinage est d'une grande importance pour les opérations de fraisage à grande vitesse. Dans cet article un modèle dynamique de broche UGV est élaboré sur la base de la théorie de la dynamique des rotors. Les analyses dynamiques du modèle montrent une dépendance forte du comportement dynamique de la broche par rapport à sa vitesse de rotation. Une prédiction précise des conditions de stabilité en usinage doit nécessairement prendre en compte ces propriétés du comportement. En introduisant la fonction de transfert en bout d'outil de la broche, obtenue par le modèle, dans l'approche analytique d'analyse de la stabilité de la coupe d'Altintas et Budak, un nouveau diagramme de lobes de stabilité est élaboré. Chaque point de ce diagramme de lobe de stabilité est calculé sur la base des propriétés effectives de la broche à la fréquence de rotation considérée. Les limites de stabilité prédites par notre approche indiquent des variations significatives de stabilité, et permettent une prédiction plus précise des conditions d'usinage sans broutement. Des essais de coupe sont réalisés et permettent de valider expérimentalement les résultats en terme de stabilité obtenus par le modèle.

Abstract

Prediction of stable cutting conditions is a critical requirement for high-speed milling operations. In this paper, a high-speed spindle-bearing system dynamic model is elaborated on the basis of rotor dynamics prediction. It is shown that dynamic behaviour dependencies on the rotation speed range have to be taken into account for accurate stability prediction. By integrating the proposed speed dependent spindle transfer function in the chatter vibration stability approach of Altintas and Budak, a dynamic stability lobes diagram is predicted. The proposed method allows establishing a new stability lobes diagram that takes into account the dependency of dynamic behaviour on spindle speed. Significant changes are observed on the stability limits, constructed using the model, and allow accurate prediction of cutting conditions to be done. Finally, experiments are performed in order to validate the chatter boundaries prediction in practice.