Développement d'une technique originale de mesure des efforts de coupe en usinage à grande vitesse basée sur la technologie des paliers magnétiques actifs : applications au fraisage des matériaux aéronautiques

We have developed an original cutting forces measurement method which doesn't need complementary instrumentation of the machine tool. It is based on analysis of information provided by Active Magnetic Bearings (AMB) of the spindle. Cutting forces are obtained by combining command voltages of AMB saved during machining and eight AMB/tool Transfer Functions (FT) experimentally measured when the rotor doesn't move. Our cutting forces measurements are in good agreement with Kistler and Dyna TK dynamometer in their application field (respectively 1 kHz and 8 kHz). Taking account of gyroscopic effects need to replace the eight experimental AMB/tool FT by those obtained using a finite element analysis of the set rotor/toot-holder/tool in our cutting forces measurement method. Frequency spectrum of cutting forces is similar to the one measured by piezoelectric dynamometers in their application field. Moreover, spectral arrays appear at frequencies greater than 9 kHz on spectrum of cutting forces. Cutting forces that are measured using command voltages of AMBs are multiplied by stiffness at the end of the tool obtained by the finite elements simulation to provide the measurement of the displacement of the tool during machining.Notre étude porte sur le développement d'une technique originale de mesure des efforts de coupe ne nécessitant pas d'instrumentation complémentaire de la machine outil. Elle est basée sur l'analyse des informations directement fournies par les Paliers Magnétiques Actifs (PMA) de la broche d'usinage. L'effort de coupe est obtenu en appliquant aux tensions de commande des PMA, enregistrées au cours de l'usinage, huit Fonctions De Transfert (FDT) PMA/outil déterminées expérimentalement lorsque le rotor est à l'arrêt. Nos mesures d'efforts sont en bon accord avec celles effectuées avec les platines Kistler et Dyna TK dans leur domaine d'utilisation (respectivement 1 kHz et 8 kHz). La prise en compte des effets gyroscopiques nécessite de remplacer les huit FDT paliers/outil expérimentales par les FDT numériques obtenues en utilisant une modélisation par éléments finis de l'ensemble rotor/porte-outil/outil dans notre méthode de mesure des efforts de coupe. Le spectre des efforts de coupe ainsi obtenus correspond à celui des efforts mesurés en utilisant les platines dynamométriques dans leur domaine de bon fonctionnement. Des raies à une fréquence supérieure à 9 kHz apparaissent cependant sur le spectre d'effort obtenu par notre méthode. En nous servant des tensions de commande utilisées pour mesurer l'effort de coupe, nous avons également développé une méthode de mesure du déplacement de l'outil en multipliant les efforts de coupe calculés par notre méthode par la raideur en bout d'outil numérique obtenue en utilisant la modélisation par éléments fini