Mon travail de thèse a pour objectif d'étendre le modèle entité d'usinage aux pièces aéronautique présentant des difficultés d'usinage bien spécifique. Ce modèle entité d'usinage permet d'encapsuler l'ensemble des informations permettant d'identifier et de gérer les principales difficultés d'usinage rencontrées sur ce type de pièce. A partir de ces informations, nous identifions les difficultés liées à l'accès des outils de coupe aux surfaces à usinée, à la flexion des pièces sous les efforts de coupe, aux risques de vibration,... que nous analysons pour proposer un processus d'usinage adaptés et un ensemble de contraintes. Ces contraintes permettent d'orienter la conception de la gamme d'usinage de manière à proposer un processus d'usinage compatibles avec les difficultés d'usinage identifiées. Enfin, nous proposons quelques pistes permettant d'intégrer ces contraintes d'usinage en conception de produit de manière à proposer un produit optimum du point de vue de l'usinage. Les travaux s'inscrivent dans le cadre du projet RNTL USIQUICK ayant comme partenaire un industriel de l'aéronautique (Dassault Aviation), un développeur de logiciel CFAO (Dassault Système) et cinq laboratoires universitaires français : CRAN de Nancy, ENSAM de Metz, LURPA de Cachan, IRCCYN de Nantes et 3S ainsi que le CETIM.

Ce travail porte sur l'industrialisation de procédé et en particulier du tréflage ou fraisage vertical. Il s'inscrit dans le cadre de la maîtrise d'opération d'usinage en vue de définir les limites et performances du procédé et des processus associés. Nous positionnons le tréflage en comparaison aux opérations de fraisage existantes puis, présentons brièvement ses domaines d'applications et les technologies associées. La démarche d'industrialisation de procédé a consisté à définir les paramètres pilotant l'opération de tréflage. Nous avons défini les grandeurs cinématiques de l'opération de tréflage en fonction de la trajectoire spécifique de cette opération. Ensuite à partir des mouvements des parties génératrices, nous avons défini les paramètres caractérisant la géométrie de coupe. Enfin, nous avons proposé une modélisation des efforts de coupe. Notre modélisation est fondée sur l'approche de la définition mécanistique des efforts. A l'issu, nous avons validé par expérimentation la modélisation des efforts de coupe en particulier dans les matériaux destinés à la fabrication d'outillage. Ce modèle permet la prédiction des efforts de manière rapide et simple. Par ailleurs, nous avons proposé des stratégies de tréflage permettant l'emploi de cette opération en définissant les critères pertinents et limitatifs comme le débit de copeau et la qualité des surfaces obtenues. Ensuite, nous avons comparé le tréflage au fraisage classique dans le cadre de la réalisation d'entité poche profonde (cavité), domaine réservé à cette opération. Au final, l'industrialisation du procédé de tréflage, ainsi décrite, permet la maîtrise de cette opération en tenant compte de contraintes technologiques (conditions opératoires, stratégie d'usinage...). Elle est complémentaire aux approches comme le COM ou encore Couple Outil Arête par exemple. Plus généralement, cette démarche conduit à une meilleure prise en compte du domaine d'emploi du tréflage et peut être généralisable pour de nouvelles technologies en usinage. De plus, la modélisation mécanistique des efforts, les choix des conditions opératoires ainsi que les stratégies d'usinage peuvent conduire à l'optimisation de l'opération de tréflage.

Ce travail de recherche traite un problème qui joue un rôle très important pour le succès desprogrammes de fabrication : le tolérancement tridimensionnel, essentiel pour définir la géométried'une pièce mécanique assurant sa meilleure fonctionnalité dans un assemblage avec uneprécision optimale.Une méthode des chaînes de cotes angulaires tridimensionnelles a été développée. Cette méthodepermet d'une part l'optimisation du calcul des dispersions angulaires tridimensionnelles etd'autre part de valider la gamme de fabrication par la vérification du respect des tolérancesimposées par le bureau d'études en tenant compte des précisions des procédés utilisés.Cette étude est basée sur l'analyse de deux fonctions paramétrées qui sont étudiées pourdéterminer le défaut fabriqué : le défaut angulaire et la longueur projetée. Le défaut angulairereprésente le cumul des défauts angulaires générés par le processus de fabrication de la pièce. Lesdéfauts angulaires sont déterminés en fonction de la précision des machines outils. La longueurprojetée de la surface tolérancée est une caractéristique qui dépend uniquement de la forme de lasurface.Ensuite, à partir de ces deux fonctions paramétrées, le défaut fabriqué est déterminé puiscomparé avec la condition fonctionnelle afin de vérifier si la gamme choisie permet en fin duprocessus de fabrication de donner une pièce conforme.

Thèse doctorat : Automatique, Traitement du Signal, Génie Informatique : Nancy 1 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre.

Notre travail de thèse se place dans le cadre du projet RNTL USIQUICK (www.usiquick.com) dont l'objet est de répondre aux besoins des industries aéronautiques dans le domaine de la fabrication de pièce de structure de complexité moyenne à forte. Il s'agit d'assurer l'automatisation de l'élaboration des posages, de la gamme et des programmes d'usinage de ce type de pièce. Notre contribution se trouve dans l'étude du Transformateur qui est le module de transformation de la géométrie pièce en une géométrie adaptée à la fabrication. Ce Transformateur doit fournir les informations nécessaires aux 2 modules en aval d'USIQUICK : le module Préparation et le module Calcul de Trajectoire. <br />L'enchaînement des étapes permettant le calcul de ces fonctions est déterminé. Il comporte :<br />- une première étape d'enrichissement du modèle géométrique CAO,<br />- une deuxième étape permettant d'extraire les entités d'usinage élémentaires. Aux faces sont ainsi liées les informations technologiques suivantes : mode d'usinage, directions et outils possibles,<br />- une troisième étape d'analyse du graphe d'adjacence de la pièce qui détermine les faces pouvant être usinées simultanément.<br />Ces étapes sont implémentées en CAA® dans un démonstrateur dont la validité est présentée sur quelques exemples. Son degré de robustesse est évalué.<br />Les apports de ce travail sont relatifs à la notion d'entité élémentaire, d'entité de haut niveau orientée type d'usinage, de caractérisation des extrémités d'élancements et à la définition de fonctions opérateur.<br />Le mémoire se termine par une synthèse des fonctions qui devraient être implémentées dans le logiciel CATIA afin que le Transformateur devienne un produit industriel.

Ce travail, réalisé dans le cadre d'une thèse Allocation Couplée et un contexte inter-laboratoires fort : IRCCyN – IRENav – IFMA offrant de multiples ressources en productique et en hydrodynamique, vise à améliorer le processus de réalisation des hélices marines. Certaines des spécifications géométriques établies durant la conception perdent définitivement, lors de l'étape de définition de la stratégie de fabrication en finition, leur caractère fonctionnel au travers de leur traduction en paramètres liés à la machine d'usinage. Cette étude vise à proposer une alternative au polissage en renforçant les liens fonctionnels entre les propriétés de l'hélice et les paramètres géométriques des opérations de fraisage. La première partie du travail est consacrée à l'étude du processus de conception et de réalisation ainsi qu'au cycle de vieillissement des hélices marines. Les trajectoires d'usinage sont généralement obtenues par post-traitement du modèle numérique créé en C.A.O. ; passer directement des lois hydrodynamiques au trajet outil permet de mieux répondre aux exigences fonctionnelles des propulseurs marins. Ainsi des critères multiphysiques doivent être à la source de la spécification de l'état de surface, du format d'interpolation support des trajectoires et, dans le cadre d'une approche générique du processus d'usinage, du choix de l'ensemble des intervenants du processus de réalisation des hélices. Dans un second temps les relations entre les différentes activités du processus de fabrication des hélices sont restructurées et de nouvelles liaisons sont proposées entre les domaines dits « fonctionnel », « virtuel » et « physique » pour prendre en compte des contraintes fonctionnelles et ainsi aboutir à la mise en place d'un nouveau concept de génération de trajectoires d'usinage. Les lignes de frottements, signature hydrodynamique de l'hélice, sont suggérées pour supporter les trajectoires d'usinage. La complexité de ces données d'une part et celle de la géométrie hélice d'autre part nécessitent le développement d'une nouvelle stratégie de génération de trajectoires d'usinage. Ainsi, basés sur le formalisme de Bézier, des algorithmes d'interpolation sont proposés pour aboutir à des trajectoires continues au bord d'attaque, contrainte fonctionnelle incontournable et, chose essentielle, exploitables en usinage. Le passage par le bord d'attaque, lieu où la cavitation ne doit pas apparaître sous peine de se propager à l'ensemble de la pale, est l'objet de toutes les attentions. Les contraintes fonctionnelles insuffisantes en cet endroit sont, dans le cadre d'une approche multimétier, suppléées par des contraintes géométriques et des contraintes liées à la cinématique du centre d'usinage. Le trajet outil étant déterminé, une analyse de sa pertinence hydrodynamique est menée ; un découpage de la pale en zones d'application pertinente de la méthode est défini. Suite à cela, un modèle d'hélice de patrouilleur P400 de la Marine nationale est retenu comme cas d'étude. A partir de celui-ci, une étude expérimentale en bassin est mise en place en vue d'analyser, par comparaison avec une pale d'hélice étalon polie miroir, les effets de stries d'usinage orientées sur le comportement du fluide au voisinage d'une pale usinée selon la stratégie développée. Un fluide différent de celui d'évolution et une caméra rapide sont utilisés pour observer les modifications de comportement du fluide dues à l'état de surface dirigé. Les résultats de la campagne d'essais, qui reposent sur les techniques de traitement d'images, sont détaillés et analysés pour conclure sur les apports de la méthode en terme de coût et de temps de fabrication.

Les travaux présentés dans cette thèse s'inscrivent dans le cadre du projet européen ACCENT sur la maitrise de l'intégrité de surface par la surveillance lors de l'usinage des pièces critiques aéronautiques. Des études antérieures ont montrées que des anomalies générées lors de l'usinage peuvent induire un abattement sur la tenue en fatigue des pièces. Dans ce contexte, l'objectif de ces travaux est de modéliser la relation entre l'intégrité de surface et les signaux enregistrés lors du perçage de l'Udimet®720. A partir d'une démarche expérimentale basée sur le Couple-Outil-Matière et les plans d'expériences, une caractérisation de l'usure de l'outil, de l'intégrité de surface et des signaux enregistrés a été effectuées en fonction des conditions d‘usinage et du contexte de l'opération (lubrifiant, dureté matière). Cette caractérisation à permis d'établir des corrélations entre les caractéristiques de l'intégrité de surface et celles des signaux. Ces corrélations ont été modélisées par des méthodes directes et statistiques, afin de mettre en avant la pertinence des capteurs de puissance, d'efforts et d'accélération par rapport aux anomalies d'usinage. Ainsi les capteurs permettent la prédiction de la couche de matière affectée par l'opération quelque soit le contexte d'usinage. / The works presented in this thesis join within the framework of the European project ACCENT on surface integrity control by process monitoring during the manufacturing of aeronautical critical parts.Previous studies showed that anomalies generated during the manufacturing process can reduce the fatigue lifecycle. In this context, the objective of this work is to model the relation between the surface integrity and the signals recorded during the drilling of Udimet®720. From an experimental approach based on Couple-Tool-Material and design of experiments, a characterization of tool wear, surface integrity and recorded signals was made according to the cutting conditions and manufacturing disturbances (lubricant, material hardness).This characterization establishes correlations between the characteristics of surface integrity and those of signals. These correlations were modeled by direct and statistical methods, to advance the relevance of sensors (power, efforts and acceleration) with regard to manufacturing disturbances. So the sensors allow the prediction of the thermo-mechanically affected layer generated by the operation in most of manufacturing conditions.

La qualité de réalisation des moules et matrices dépend de l'aptitude de chacune des activités du processus de conception et de fabrication à modéliser ou produire la géométrie attendue. Malgré l'intégration des contraintes de fabrication liées aux procédés d'obtention, il est difficile d'atteindre le niveau de qualité recherché car de nouvelles erreurs sont introduites lors de la génération des trajectoires. En effet, l'extraction de la géométrie nominale et sa re-modélisation sous forme de trajets d'usinage introduit de nombreuses approximations. La surface d'usinage apporte une évolution du processus de conception des formes en intégrant les spécifications fonctionnelles au calcul du trajet d'usinage. Nous menons une démarche d'identification de la surface d'usinage pour le fraisage à 5 axes en bout avec un outil torique. Cette nouvelle modélisation est utilisée pour implémenter une stratégie d'usinage particulière dite à hauteur de crête constante en fraisage 3 et 5 axes. Celle-ci améliore la qualité des surfaces usinées et permet d'augmenter la productivité de l'usinage et abaisser les coûts.

Ces travaux s'inscrivent dans la problématique de conception des systèmes de production, ils visent plus particulièrement à répondre à la question : « Comment optimiser la conception du processus d'usinage et du système de production reconfigurable en tenant compte des interactions entre le processus et les ressources, et des contraintes technologiques imposées par les pièces à fabriquer ? » via une proposition de co-exploration des espaces de solutions processus d'usinage et configurations cinématiques du système de production. Un cadre de conception a été formalisé permettant le lien entre le niveau stratégique et le niveau opérationnel. Afin d'explorer l'ensemble des solutions au niveau opérationnel, une approche algorithmique de génération des gammes d'usinage et des configurations cinématiques a été formalisée, développée, implémentée et validée sur 3 pièces du domaine automobile. Cette approche peut être assimilable à un problème de satisfaction de contraintes dynamiques, elle exploite l'ensemble des possibilités offertes par les RMS : plusieurs structures usinant en simultanée, .... La génération est supportée par une structuration en graphe des solutions générées (Des gammes d'usinage peuvent être créées comme des variantes de gammes déjà existantes et en phase de génération). Pour la sélection des solutions générées, des indicateurs des performances ont été définis, structurés, et leurs approches d'évaluation identifiées. Une attention plus particulière a été déployée pour le critère Qualité. Une adaptation des approches existantes a été faite, afin de traiter la simulation des défauts à partir des graphes générés. Une adaptation des graphes et l'utilisation de la simulation par =l permettent la validation des gammes générées.

La qualité de réalisation des moules et matrices dépend de l'aptitude de chacune des activités du processus de conception et de fabrication à modéliser ou produire la géométrie attendue. Malgré l'intégration des contraintes de fabrication liées aux procédés d'obtention, il est difficile d'atteindre le niveau de qualité recherché car de nouvelles erreurs sont introduites lors de la génération des trajectoires. En effet, l'extraction de la géométrie nominale et sa remodélisation sous forme de trajets d'usinage introduit de nombreuses approximations. La surface d'usinage apporte une évolution du processus de conception des formes en intégrant les spécifications fonctionnelles au calcul du trajet d'usinage. Nous menons une démarche d'identification de la surface d'usinage pour le fraisage à 5 axes en bout avec un outil torique. Cette nouvelle modélisation est utilisée pour implémenter une stratégie d'usinage particulière dite à hauteur de crête constante en fraisage 3 et 5 axes. Celle ci améliore la qualité des surfaces usinées et permet d'augmenter la productivité de l'usinage et abaisser les coûts.