A framework for predicting the geometrical errors of thin- floor components in end milling using a flexible fixturing setup

Amjadian, Amir (2021). A framework for predicting the geometrical errors of thin- floor components in end milling using a flexible fixturing setup. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

Prévisualisation

PDF Télécharger (19MB) | Prévisualisation

Résumé

Thin-floor components are commonly used in aerospace industry such as spars, and bulkheads. Their superlative ratio of strength to weight makes them highly demanded by manufacturers. One of the inevitable problems in machining such products is the deformation which is induced by cutting forces during manufacturing and causes surface form errors. This issue becomes more important when a flexible fixturing system is involved to support the workpiece. In order to assure the machining accuracy in milling with this situation, a prediction model for surface dimensional errors is required to avoid costly compensation operations and reach high productivity. In this dissertation, a structured simulation procedure in milling suitable for part geometrical errors induced by axial cutting forces is proposed while the workpiece is fixed to (on) a flexible fixturing setup. The process is designed in an FE model as an implicit/Static analysis of material removal and deformation under the influence of applied axial cutting forces. A cutting force model is used to measure the average cutting forces in different positions of the cutter. An Abaqus Python API is applied to conduct numerous iterative procedures during creating the model in Abaqus including parametric study, creating repetitive geometry and managing multiple steps and forces. The theoretical model is based on the assumption that the workpiece is an elastic body. Because there is not much support on the back face of the plate, it will deform vertically and causes cutting deflections. The advantages of the proposed model over previous works are:

1. A framework is proposed to predict the workpiece non-linear behavior during machining due to its constant changing geometry.
2. It greatly speeds up the experimental loop.
3. It can help to develop an off-line error compensation model in Abaqus by manipulating and adjusting the depth of cut value through the trajectory in an iterative process.

The first results show a gap between the theoretical and experimental models due to the simplification of a dynamic movement into a static behavior. Therefore, in the next step, the numerical model is developed in an attempt to reduce this gap.

Titre traduit

Application pour la prédiction des erreurs géométriques issues de l’usinage de pièces minces en montage flexible

Résumé traduit

L’utilisation de composantes usinées avec parois minces est très répandue dans l’industrie aéronautique dans le but d’alléger les aéronefs. L’usinage de telles pièces, généralement de grandes dimensions et ayant des formes avec surfaces complexes, nécessite l’utilisation de gabarit de montage dédiés à chaque famille de composantes. La fabrication et l’entreposage de tels gabarits est très coûteux pour cette industrie, ce qui a mené au développement de systèmes de montage flexibles basés sur de nombreux appuis ponctuels ajustables en hauteur. Ces montages flexibles sont actuellement utilisés pour des pièces rigides et des pièces minces devant subir des opérations ne générant aucune déflexion sous effet des forces appliquées. Cette recherche vise à développer un modèle numérique simplifié permettant de prédire les déformations de plaques supportées par appuis ponctuels lors d’opérations d’usinage de type « rainurage ». Un modèle de force de coupe est utilisé pour évaluer les forces moyennes en différentes positions de la trajectoire de coupe pour prédire les déformations à l’aide d’un algorithme itératif programmé avec le langage Python utilisé par un API « Application Procedural Interface » du logiciel d’éléments finis Abaqus. La comparaison des résultats du modèle proposé avec ceux obtenus lors d’un essai d’usinage effectué à l’aide d’un montage flexible équipé d’un capteur de déplacement montre une différence dans les déplacements obtenus, tel que prévu. En effet, la simplification de ce premier modèle proposé, ne tient pas encore en considération les changements de géométrie en cours d’usinage. L’application proposée a cependant été développée dans le but de tenir compte de ces changements de géométrie dans le cadre de développements futurs.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillement for a master’s degree with thesis in mechanical engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 105-108).
Mots-clés libres:	composantes aux parois minces, éléments finis, Abaqus, Python, interface de programmation pour applications (API), prédiction d’erreurs géométriques, montage flexible
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Chatelain, Jean-François
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	10 janv. 2022 18:15
Dernière modification:	10 janv. 2022 18:15
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2817

Gestion Actions (Identification requise)

Dernière vérification avant le dépôt