BRPI0916644B1

BRPI0916644B1 - processo de determinação das condições de uma fase de usinagem de uma peça com modulação de uma velocidade de corte entre a dita peça e uma ferramenta

Info

Publication number: BRPI0916644B1
Application number: BRPI0916644A
Authority: BR
Inventors: Perez-Duarte Alexis; Coffignal Gérard; Lorong Philippe
Original assignee: Snecma
Priority date: 2008-07-25
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2020-04-14
Also published as: CN102138110B; JP2011528997A; RU2011106916A; US20110118865A1; JP5425904B2; US8655479B2; ES2386193T3; BRPI0916644A2; CA2731964C; CN102138110A; FR2934370B1; WO2010010310A1; FR2934370A1; CA2731964A1; EP2329328A1; EP2329328B1; RU2488871C2

Abstract

processo de determinação das condições de uma fase de usinagem de uma peça com modulação de uma velocidade de corte entre a dita peça e uma ferramenta determinação das condições de usinagem de uma peça para evitar o aparecimento de vibrações durante esta usinagem. de acordo com a invenção, simula-se (10) a fase de usinagem fixando provisoriamente os parâmetros de uma função de modulação da velocidade de corte, deduz-se o estado de superfície correspondente, modifica-se de modo iterativo os referidos parâmetros simulando cada vez a fase de usinagem até o estado de superfície atingir um valor admissível e procede-se à fase de usinagem fazendo variar a velocidade de corte (o (t)) de acordo com a função de modulação correspondente.

Description

“PROCESSO DE DETERMINAÇÃO DAS CONDIÇÕES DE UMA FASE DE USINAGEM DE UMA PEÇA COM MODULAÇÃO DE UMA VELOCIDADE DE CORTE ENTRE A DITA PEÇA E UMA FERRAMENTA” [0001] A invenção refere-se geralmente à determinação das condições da usinagem de uma peça susceptível de entrar em vibração durante a referida usinagem. Ela tem por objetivo determinar as condições de corte e notadamente da velocidade de corte para evitar o aparecimento destas vibrações.

[0002] Certas peças de grande dimensão como, por exemplo, discos de rotor de turbomáquina têm uma forma em sino com parede bastante fina, tendo uma tendência a entrar em vibração em curso de usinagem.

[0003] Existem ferramentas de simulação das vibrações em curso de usinagem que permitem em certos casos antecipar estes problemas de vibração quando do tornear ou da fresagem de tais peças. No entanto estas ferramentas de simulação são geralmente baseadas sobre uma abordagem frequencial que só permite estudar sistemas cuja velocidade de rotação é constante. Ora, é interessante, para evitar a entrada em ressonância de tal peça, fazer variar periodicamente a velocidade de rotação (em torno ou em fresadora) a fim de quebrar a entrada em ressonância do sistema e, por conseguinte, o aparecimento das referidas vibrações. Tal função de modulação da velocidade de corte é caracterizada por dois parâmetros: a amplitude de variação da velocidade e o período desta variação.

[0004] Contudo, para cada fase de usinagem, permanece determinar a boa função de modulação. Até agora, procedeu-se de maneira empírica. Isto implica, no momento da elaboração da gama de usinagem de cada peça, fazer numerosos testes que se traduzem por uma perda de tempo grande e um abandono em refugo de numerosas peças de liga onerosa.

[0005] A invenção permite resolver este problema propondo simulações sucessivas da fase de usinagem que permite otimizar os parâmetros da função de modulação.

[0006] Mais particularmente, a invenção refere-se um processo de determinação das condições de uma fase de usinagem de uma peça com modulação de uma

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2/7 velocidade de corte entre a referida peça e uma ferramenta, caracterizado pelo fato de que se simula a referida fase de usinagem fixando provisoriamente os parâmetros de uma função de modulação da referida velocidade, em que se deduz por cálculo o estado de superfície correspondente da peça, após realização da referida fase de usinagem, em que se modifica de modo iterativo os referidos parâmetros da função de modulação simulando cada vez a referida fase de usinagem para deduzir o estado de superfície correspondente até este atinja um valor admissível e em que se procede à referida fase de usinagem fazendo variar a velocidade de corte de acordo com a função de modulação correspondendo ao estado de superfície de valor admissível.

[0007] A invenção será melhor compreendida e outras características da mesma aparecerão mais claramente face à descrição seguinte de um exemplo de processo de determinação das condições de uma fase de usinagem de uma peça com modulação da velocidade de corte entre a peça e a ferramenta, dada unicamente a título de exemplo, e a feita em referência ao desenho anexo, no qual a figura única é um esquema bloco com fluxograma do processo iterativo de determinação destes parâmetros, permitindo comandar uma usinagem.

[0008] A figura descreve a simulação da usinagem. Considera-se que um passe de usinagem deve ser realizado em um tempo dado T. Ou seja Át um intervalo de tempo deste tempo dado T. Mais Át é escolhido baixo, mais os cálculos serão numerosos, mas permitirão descrever com precisão os fenômenos e a geometria da peça, incluindo o seu estado de superfície proveniente do passe de usinagem. Este passe de usinagem é uma fase de usinagem em que a ferramenta continua a estar permanentemente conectada na matéria da peça.

[0009] Assim, dispõe-se de diversos de modelos que permitem representar sob forma informática as peças e conjuntos que constituem o sistema e descrever as interações entre as diferentes peças e conjuntos entre si. A maior parte dos modelos descrevendo o comportamento mecânico das peças e conjuntos são elaborados de acordo com a técnica dita elementos acabados. A peça ou o conjunto é representado por um conjunto de elementos que formam uma rede. A cada nó desta

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3/7 rede associam-se valores que representam fenômenos a descrever. Por exemplo, para a simples representação de uma peça suposta rígida, as coordenadas dos nós são suficientes para constituir o modelo. Se a parte descrita pelo modelo é susceptível de evoluir (deformação, movimento), graus de liberdade suplementares são necessários para as transformações do modelo. Acrescenta-se, por exemplo, três graus de liberdade em rotação e três graus de liberdade em translação.

[0010] Os modelos descrevendo as interações entre as diferentes peças e elementos entre si podem ser de várias naturezas: função de transferência modelo descritivo, equação...

[0011] De acordo com a invenção, distinguem-se os modelos seguintes:

- Gp é o modelo geométrico inicial da zona da peça afetada pela usinagem.

- Go é o modelo geométrico das partes ativas da ferramenta. Go pode ser constante embora seja possível visar e descrever uma variação lenta deste modelo para levar em conta, por exemplo, o desgaste da ferramenta. De modo mais precisa, este modelo geométrico é, com efeito, um conjunto de modelos descrevendo as diferentes ferramentas elementares (dentes, insertos, plaquetas,...). O modelo geométrico é de superfície. Ele representa as partes ativas da ferramenta, notadamente as faces de corte.

[0012] Se as partes ativas da ferramenta são susceptíveis de deformar-se, o modelo geométrico poderá integrar as deformações destas partes ativas, durante o tempo e em função do encaixe entre a ferramenta e a peça.

- Fc é um modelo de força de corte (lei de corte local) que resulta da interação entre a ferramenta e a peça. Pode-se, por exemplo, recorrer a uma lei de corte do tipo Kienzel conhecido do versado que permite determinar localmente os esforços de corte instantâneos em função da seção de matéria retirada (espessura e largura do corte, ou seja, dimensão da apara) e a cinemática ferramenta-peça. Os esforços de corte instantâneos são os esforços aplicados pela ferramenta sobre a peça e reciprocamente aos pontos selecionados para descrever precisamente a interação entre a ferramenta e a peça.

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- Dpom é um modelo dinâmico do sistema peça-ferramenta-máquina. Este modelo Dpom é tipicamente um modelo com elementos acabados que permite descrever o comportamento dinâmico deste sistema em curso de usinagem. O modelo dinâmico Dpom integra os parâmetros M, C, K, sob a forma de matrizes e uma matriz coluna q, que serão descritos mais adiante.

[0013] Agora será descrita a simulação da usinagem em referência à figura, onde os diferentes modelos que acabam de ser definidos para intervir no processo, são representados em margem do fluxograma que ilustra o algoritmo 10 de determinação de uma função de modulação da velocidade de corte.

[0014] O instante t = 0 é o início de uma fase de simulação de usinagem visada. Para cada t = t + Át, pode-se definir o avanço da ferramenta em relação à peça (bloco 12). Este avanço varia durante o tempo dado que depende da função de modulação da velocidade de corte. Por exemplo, esta velocidade de corte exprimese:

Ω (t) = Ων + ΔΩ. Fo(t) com

- 1 < F ω (t) < 1 [0015] Fω (t) sendo uma função periódica de período 2 π/ω, Ων sendo uma velocidade nominal e ΔΩ uma amplitude de variação em torno da referida velocidade nominal.

[0016] Vantajosamente, Fω (t) é sinusóide.

[0017] Procuram-se os parâmetros desta função de modulação que permitem obter um estado de superfície satisfatório, ou seja, uma “rugosidade” ou “ondulação” inferior a um valor prescrito.

[0018] A partir desta descrição 12 do avanço ferramenta/peça e dos modelos Gp e Go, é possível descrever (bloco 13) a interação (a interseção) entre a peça e a ferramenta. O resultado desta interação e o modelo Fc permitem descrever os esforços locais Fcorte (t) (bloco 14).

[0019] Com a ajuda do modelo dinâmico Dpom e os esforços locais Fcorte (t) encontra-se em condições de estabelecer e resolver um sistema de equações

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5/7 diferenciais (bloco 15)

Mq + Cq + k q = Qc + Qt onde:

- q (t) é a matriz coluna de um conjunto de parâmetros q, (T)

- q (t) são as derivadas primeiras de q (t)

- q (t) são as derivadas segundas de q (t)

- Qc (t) representa os esforços generalizados que provêm da interação ferramenta-peça. Deduzem-se dos esforços locais Fcorte (t) obtidos via o modelo de corte.

[0020] Qb (t) representa os esforços generalizados diferentes de Qc. Trata-se notadamente dos esforços de aperto.

[0021] M (t, Ω) é a matriz de massa.

[0022] C (t, Ω) é a matriz de amortecimento.

[0023] K (t, Ω) é a matriz de rigidez.

[0024] As matrizes M, C e K podem evoluir (lentamente) em curso de usinagem para dar conta das perdas de massa e de rigidez consecutivas à retirada de matéria. Estas matrizes podem igualmente incluir um efeito giroscópico função de Ω.

[0025] Para cada incremento de tempo Δ (t) pré-determinado, resolve-se o sistema de equações diferenciais. Assim, conhecendo q (t) para t que pertence ao intervalo [0,T], pode-se obter q (t + Δ^ enquanto que o acúmulo dos intervalos Δt for inferior a T, ou seja, enquanto a fase de usinagem visada não for terminada. A cada incremento, emprega-se um algoritmo de retirada de matéria 16. O objetivo deste algoritmo de retirada de matéria é, a cada incremento de tempo, simular a retirada de matéria, ou seja, atualizar o modelo Gp, [0026] Quando a totalidade da fase de usinagem foi simulada em um tempo (T), compara-se o estado de Gp com uma referência Gpr (teste 17) para poder notadamente estar em condições de avaliar o estado de superfície da peça na sequência da fase de usinagem, tipicamente um passe da ferramenta.

[0027] Se o estado de superfície de Gp é satisfatório, ou seja, pelo menos igual ao de Gpr, retém-se os parâmetros da função de modulação (bloco 18) que permitiu

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6/7 atingir este resultado. Utiliza-se ulteriormente estes parâmetros ΔΩ e ω para fazer variar a velocidade de rotação (do pino no caso de tornear) de acordo com esta função de modulação, durante a usinagem real de duração T.

[0028] Se o estado de superfície não é satisfatório, mudam-se os parâmetros da função de modulação (bloco 19) para modificar as características do avanço ferramenta/peça e retoma-se a simulação da fase de usinagem e isto tantas vezes que necessário para obter um modelo Gp atualizado que apresenta um estado de superfície satisfatório.

[0029] Deve ser notado que algoritmos que empregam as etapas como descrito acima foram publicados. As referências destas publicações são as seguintes: Teses:

Kaled Dekelbab, 1995, Modélisation et simulation du comportement dynamique de l'ensemble Pièce-Outil-Machine en usinage par outil coupant, Ecole Nationale Supérieure d'Arts et Métiers - CER de Paris.

Erwan Beauchesne, 1999, Modélisation et simulation dynamique de l'usinage: prise en compte d'une pièce déformable, Ecole Nationale Supérieure d'Arts et Métiers - CER de Paris.

Audrey Marty, 2003, Simulation numérique de l'usinage par outil coupant à l'échelle macroscopique: contribution à la définition géométrique de la surface usinée, Ecole Nationale Supérieure d'Arts et Métiers - CER de Paris.

Stéphanie Cohen-Assouline, 2005, Simulation numérique de l'usinage à l'échelle macroscopique: prise en compte d'une pièce déformable, Ecole Nationale Supérieure d'Arts et Métiers - CER de Paris.

Artigos nos periódicos:

S. Assouline, E. Beauchesne, G. Coffignal, P. Lorong et A. Marty, 2002, Simulation numérique de l'usinage à l'échelle macroscopique: modèles dynamiques de la pièce, Mécanique et Industrie, Vol. 3, pp. 389-402.

P. Lorong, J. Yvonnet, G. Coffignal et S. Cohen, 2006, Contribution of Computational Mechanics in Numerical Simulation of Machining and Blanking, Archives of Computational Method in Engineering, Vol. 13, pp. 45-90.

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7/7 [0030] Um algoritmo, atualmente preferido, é um operacional no software de nome Nessy. Nessy foi particularmente descrito nos artigos seguintes:

P. Lorong, F. AIi et G. Coffignal, 2000, Research oriented software development platform for structural mechanics: a solution for distributed Computing, Second International Conférence on Engineering Computational Technology, Developments in engineering computational technology, éd. B.H.V. Topping Louvain, Belgique, PP 93-100.

G. Coffignal et P. Lorong, 2003, Un Logiciel éléments finis pour développer et capitaliser des travaux de recherche, 6^eme Colloque National en Calcul des Structures, Giens.

[0031] O processo objeto da invenção é mais particularmente útil para tornear peças de diâmetros grandes como os discos de rotor de turbina ou de compressor para turborreator. Estas peças são susceptíveis de entrar em vibração quando da usinagem, sob o efeito dos esforços de corte. A determinação prévia de uma função de modulação ótima da velocidade de rotação peça-ferramenta, ao longo de toda a usinagem, permite evitar o aparecimento destes modos vibratórios e, portanto, obter o estado de superfície desejado.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo de determinação das condições de uma fase de usinagem de uma peça com modulação de uma velocidade de corte entre a dita peça e uma ferramenta, caracterizado pelo fato de que se simula (10) a referida fase de usinagem fixando provisoriamente os parâmetros de uma função de modulação da referida velocidade, em que se deduz por cálculo o estado de superfície correspondente da peça, após realização da referida fase de usinagem, em que se modifica (19) de modo iterativo os referidos parâmetros da função de modulação simulando cada vez a referida fase de usinagem para deduzir daí o estado de superfície correspondente até este atingir um valor admissível e em que se procede à referida fase de usinagem fazendo variar a velocidade de corte (Ω (t)) de acordo com a função de modulação correspondente ao estado de superfície de valor admissível.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a função de modulação é do tipo:

Ω (T) = ΩN = ΔΩ. Fω (t) com -1< F ω (T) < 1

Fω (t) sendo uma função periódica de período 2 π/ω, ΩN sendo uma velocidade nominal e ΔΩ uma amplitude de variação em torno da referida velocidade nominal.
3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a referida função periódica é uma sinusóide.
4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a usinagem acima citada é uma operação de torneamento.