Cellule de parachèvement pour pièce de fonderie de grandes dimensions

Robotized cell dedicated to finishing operations, by machining and polishing, on large cast parts

¹ Laboratoire de Mécanique et Ingénieries, Institut Français de Mécanique Avancée (IFMA), Université Blaise Pascal (UBP), Les Cézeaux, rue Roche Genès, BP 265, 63175 Aubière Cedex, (EA 3867, FR TIMS/CNRS 2856), France
² ALCAN, ZI Le Piat, 63502 Issoire, France

^a Auteur pour correspondance : sabourin@ifma.fr

Reçu : 10 Décembre 2010
Accepté : 10 Octobre 2011

Résumé

L’obtention de pièces structurales en fonderie sable aluminium de haute technicité nécessite un processus de parachèvement conséquent comprenant la découpe du système de coulée, suivie d’un ponçage quasi global des surfaces. Les exigences industrielles en termes de sécurité et de rentabilité remettent fortement en cause la réalisation manuelle de ces opérations. Cet article présente le développement d’une nouvelle cellule robotisée pour ce parachèvement, mené en collaboration avec La Société des Fonderies d’Ussel (SFU) du groupe ALCAN. La première partie est consacrée à la caractérisation des contraintes liées aux spécifications fonctionnelles attendues sur la pièce et aux procédés d’usinage et de ponçage. Ceci a abouti à la définition d’une cellule redondante 8 axes pour répondre au critère d’espace de travail et intégrant un robot à structure hybride (Tricept) pour ses capacités à réaliser les opérations d’usinage en conditions UGV et de ponçage. La deuxième partie porte sur la définition de critères pour une gestion optimisée des redondances en vue d’améliorer le comportement global de la cellule et répondre aux exigences de précision et de capacité cinématique. La dernière partie présente l’optimisation mise en œuvre et les résultats validés sur un ensemble de pièces.

Abstract

The production of structural parts in a highly-specialized aluminium foundry requires a substantial finishing process, including the machining of the casting system followed by the polishing of all the surfaces. Industrial requirements, in terms of economic and safety factors, call into question the manual performance of finishing operations. This paper presents the development of a new robotized cell dedicated to finishing operations, carried out with the Société des Fonderies d’Ussel (SFU), part of the ALCAN group. We first formalize the constraints related to functional requirements and the machining and polishing process. The architecture is kinematically redundant and contains 8 controlled axes to fulfill the workspace criterion. The hybrid structure (Tricept) is integrated for its kinematic capability to perform machining and polishing processes in HSM conditions. The second part relates to the definition of criteria to optimize kinematic redundancy in order to improve accuracy requirements and kinematic capacity. The final section is dedicated to optimization; the results were validated on industrial parts.