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La mesure des efforts de coupe en fraisage

Quels efforts de coupe sont en jeu dans les opérations de fraisage ?

En fraisage, l’effort de coupe désigne l’effort de coupe actif Fc qui est tangentiel et l’un des plus importants efforts (exemple, voir fig. 1 ci-dessous). Il se calcule de différentes manières en fonction du type de dynamomètre utilisé pour la mesure et des efforts directement mesurables.

    test Milling operation is one of the most important manufacturing methods where complex shapes and geometries can be produced.
    (aerial view) shows cutting forces in a milling operation that can be measured with a stationary dynamometer.
    For analyzing the cutting force Fc during milling processes, some of the involved force components can be measured directly.
    Fig. 2 (aerial view) shows cutting forces in a milling operation that can be measured with a rotating dynamometer (RCD).
    To measure cutting forces during milling with a stationary dynamometer, the dynamometer is mounted on the machine tool table.
    Rotating dynamometers (RCD) to measure cutting forces directly on the cutting edge

    Comment mesurer les efforts de coupe dans les opérations de fraisage

    La mesure des efforts en fraisage peut s’effectuer avec des dynamomètres fixes ou rotatifs (RCD). 

    Comment mesurer les efforts de coupe en fraisage avec un dynamomètre fixe

    Le dynamomètre fixe est monté sur la table de la machine-outil avec la pièce à usiner positionnée au-dessus. Pour réduire le poids pesant sur le dynamomètre et ainsi minimiser l’influence négative sur sa dynamique, la pièce est directement vissée sur le dynamomètre et il n’est donc pas nécessaire d’utiliser un étau lourd (et souvent non rigide)

    Comme le montrent les figures 1 et 2 ci-dessous, il est possible en fraisage de mesurer directement avec un dynamomètre fixe les composantes orthogonales des efforts d’avance Ff, d’avance normal FfN et de pénétration Fp. L’effort axial Fa peut se calculer à partir des mesures Ff et FfN. L’effort de coupe Fc et l’effort de coupe normal FcN peuvent également se calculer à partir des mesures Ff, FfN et Fp.

    Comment mesurer les efforts de coupe en fraisage avec un dynamomètre rotatif

    Un dynamomètre rotatif (RCD) est directement inséré dans la broche de la machine et l’outil est connecté au RCD par le biais de porte-outils adaptés. Intégré à la broche de la machine, le RCD tourne avec elle pendant l’opération. Le capteur à multicomposantes qui est installé permet de mesurer directement le couple de la broche Mz tout au cours de la mesure. 

    L’axe des coordonnées tourne également lors de la mesure des efforts par RCD mais reste figé en cas de mesures effectuées avec un dynamomètre fixe. Voir figure 2 où les efforts Fx et Fy mesurés avec un dynamomètre fixe sont représentés par des vecteurs verts tandis que les composantes des efforts Fx et Fy mesurées avec un RCD sont représentées par des vecteurs bleus.

    En cas d’utilisation d’un RCD, l’effort axial Fa agissant sur le plan de travail peut être calculé à partir des efforts Fx et Fy. L’effort de coupe actif Fc et l’effort de coupe normal FcN peuvent se calculer à l’aide du couple de la broche Mz, du rayon de l’outil et de l’effort axial Fa. 

    The milling process is a highly dynamic process and thus puts high demands on machine-process stability. By measuring cutting forces one can:

    • Understand and optimize the tool performance
    • Monitor and reduce machine-process abnormalities
    • Understand and compare machinability of different materials
    • By monitoring and controlling the forces, production KPIs (such as cost, delivery time, quality, environmental impact) can be improved