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Prediction and compensation of geometrical errors in milling process of thin components using a flexible configuration setup

Nguyen, Sy Quy (2016). Prediction and compensation of geometrical errors in milling process of thin components using a flexible configuration setup. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

In this study, a prediction model based on finite element analysis is developed to predict cutting errors during the machining process of thin plates using a flexible setup configuration. The model is based on analysis of the material deformation of thin plates under the action of axial cutting forces using a specifically designed test bed to reproduce commonly used flexible setup in industry. The cutting process is simplified as a static analysis of the material deformation under the effect of the applied cutting forces. In the analysis, different positions of the cutting tool during the machining process are studied to determine the workpiece’s geometrical profiles during milling. Several analyses are carried out for different positions of the cutting tool. The cutting force is also modeled to predict the cutting force for specific cutting conditions. This cutting force model is utilized as input to the finite element analysis of the material deformation of the workpiece during the machining process. The experimental system is also designed to conduct tests with different cutting conditions on the three-axis Huron K2X10 CNC milling machine to verify the predicted results obtained from the analysis model. The geometrical errors of the machined plates after machining are determined by using the Mitutoyo Bright Strato Coordinate Measurement Machine (CMM) to measure their geometrical profiles before and after machining processes. Finally, the mirror technique is utilized to compensate cutting deviations based on the predicted results of the workpiece’s displacements. Adding the value from the prediction model to the designed cutting depth creates the updated tool path. The results show good agreement in the prediction of the thin plate deformation during the machining as compared to the experimental tests.

Titre traduit

Prédiction et la compensation des erreurs géométriques lors du fraisage de pièces minces avec assemblage d'usinage flexible

Résumé traduit

Cette étude présente un modèle numérique permettant de prédire les déformations durant le procédé de fraisage de plaques minces supportées à l’aide d’un système de montage flexible. Un banc d’essai a été développé afin de monter les plaques en ses quatre coins pour reproduire les conditions de montage réellement disponibles par les systèmes de montage flexibles retrouvés en industrie. Le modèle proposé a recours au calcul par éléments finis afin d’estimer les erreurs d’usinage sous l’action des forces axiales en cours d’usinage. Le processus de calcul des déformations en cours d’usinage est simplifié en une répétition d’analyses statiques de déformation en différentes positions de l’outil tout au long de sa trajectoire empruntée. À chaque étape du processus iteratif, une nouvelle géométrie est produite, un maillage est adapté, et le calcul de la déformation est obtenu en ajustant la force selon un modèle préalablement défini.

À partir du modèle de déformation de la plaque prédit, un algorithme de compensation des trajectoires, basé sur une approche “miroir” est utilisé afin de corriger le parcours d’outil planifié pour obtenir un résultat comparable aux exigences prescrites.

Des essais expérimentaux sont également proposés pour valider l’approche. Les résultats montrent une adéquation raisonnable entre la prédiction calculée et la déformation réelle obtenue lors de l’usinage.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thesis M. Sc. A. presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the requirements for the degree of master of science". Bibliographie : pages 69-74.
Mots-clés libres: Déformations (Mécanique) Prévision. Fraisage. Systèmes flexibles de fabrication. Méthode des éléments finis. Charges axiales. mince, plaque, pièce fine, usinage flexible, prédiction des erreurs, compensation des erreurs
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Chatelain, Jean-François
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 10 mars 2016 14:58
Dernière modification: 10 déc. 2016 17:25
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1637

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