Modélisation géometrique du filetage à la fraise

Geometrical modelisation of thread milling process

¹ LaBoMaP, Arts et Métiers ParisTech, 71250 Cluny, France
² Université Fédérale de Rio de Janeiro, Brésil

^a Auteur pour correspondance : guillaume.fromentin@ensam.eu

Reçu : 26 Novembre 2010
Accepté : 10 Octobre 2011

Résumé

Les opérations de fraisage sont relativement complexes à mettre au point car il y a de nombreux paramètres de coupe et caractéristiques géométriques de l’outil. De plus, les efforts de coupe varient en usinage, du fait de la discontinuité de la coupe. La modélisation des opérations de fraisage et la détermination des efforts de coupe devraient permettre d’évaluer, rapidement et avec peu d’essais, l’effet de paramètres géométriques de l’outil et des conditions de coupe, et définir ainsi un domaine d’utilisation acceptable. Toutefois pour réaliser cet objectif, il est nécessaire de disposer de modèles robustes et capables de reproduire l’effet de différents paramètres, en particulier ceux liés à la géométrie de l’outil. Le filetage à la fraise est une technique qui permet de générer aussi bien des filets intérieurs qu’extérieurs par interpolation hélicoïdale avec un outil ayant le profil du filet. Cette technique possède plusieurs avantages, notamment par rapport au taraudage, et s’avère adaptée au contexte de production de pièces à forte valeur ajoutée. D’un point de vue géométrique, le filetage à la fraise est une configuration d’usinage 3D complexe, et ceci par la trajectoire, la géométrie de coupe de l’outil et la section coupée. L’étude proposée traite de la modélisation géométrique du filetage à la fraise qui est une étape préliminaire indispensable notamment à la modélisation des efforts de coupe. L’approche développée expose une formulation analytique complète de la géométrie de la fraise (arête de coupe, face de coupe, face en dépouille) et examine les spécificités de ce type d’outil en terme de variation d’angle d’outil. Par ailleurs, elle propose une formulation simplifiée de la section coupée.

Abstract

Milling operation parameters, such as cutting and geometrical parameters, are quite difficult to define because of the variation of chip load during the process. Modeling the cutting forces is an efficient help to evaluate the effects of each parameter with the support of a few number of machining tests, and in order to define the available parameters domain. Nevertheless, the modeling needs improvement to be more precise and consequently be able to compare the effect of changing parameters as tool geometry. Thread milling is a machining technique which can produce both internal and external threads with using a machine tool, a helicoidal interpolation and a tool having the thread profile. This technique has several advantages compared to cut tapping and it is well adapted to the production of high cost parts. From a geometric point of view, thread milling is a quite complex 3D machining problem, due to the tool center trajectory, cutting mill geometry and cutting section. The present study deals with the geometric modeling of thread milling as a preliminary step for cutting force modeling. The developed approach is based on the complete analytical formulation of the mill geometry (cutting edge, rake face, clearance face). A simplified formulation for uncut chip thickness is established and the specificities of some parameters are examined correlating to the tool angle variation.