Le talonnage apparaît fréquemment en usinage. Il a une forte influence sur la qualité de l'usinage, la durée de vie de l'outil et aussi sur la stabilité du système usinant. Ce phénomène est toujours lié à la coupe et donc difficile à modéliser. Les différents modèles de talonnage proposés dans la littérature ne sont pas faciles à recaler expérimentalement. De plus ces modèles ne sont pas toujours faciles à exploiter pour modéliser et prédire la stabilité du système usinant. Dans ce travail de thèse, nous avons développé un nouveau modèle effort de talonnage et proposé une démarche expérimentale permettant de recaler ce modèle et le modèle effort de coupe associé. Ces modèles d'efforts avec le modèle du comportement dynamique du système usinant et le modèle de formation de la surface usinée nous ont permis de réaliser la simulation numérique du comportement du système usinant et évaluer l'impact du talonnage et de l'indentation sur l'amortissement du système usinant.

Le talonnage d'un outil lors de l'usinage fait amortir les vibrations générées et impacte la stabilité du processus d'usinage. Alors, il faut prendre en compte ce phénomène lors de la simulation d'usinage. Ce travail de thèse présente une méthode pour l'identification, la modélisation, et la simulation numérique de talonnage d'un outil lors de l'usinage. La modélisation du talonnage est basée sur l'approche classique du calcul du volume de l'interférence entre la face de dépouille et la surface usinée de la pièce. Un dispositif spécifique a été conçu qui peut créer les conditions nécessaires pour générer l'interférence entre la face de dépouille de l'outil et la surface générée de la pièce. Les modèles géométriques de la pièce et l'outil sont représentés par les z-buffers qui permettent de déduire numériquement le volume de l'interférence en fonction des positions relatives de z-buffers à chaque instant. Les coefficients des efforts de coupe liés au talonnage sont estimés à partir de la méthode de la minimisation d'une erreur des efforts de coupe mesurés et les efforts de coupe simulés.

Dans le domaine de la fabrication, des nouvelles contraintes environnementales imposent de limiter au maximum l'utilisation de fluide de coupe. En perçage, de nombreuses techniques permettant d'usiner à sec ou avec très peu de lubrification commencent à voir le jour. Le perçage vibratoire est un nouveau procédé générant des vibrations axiales auto-entretenues à basse fréquence dans le but de créer une coupe discontinue. Les vibrations sont générées par un porte-outil spécifique utilisable sur tout centre d'usinage. Le copeau résultant est fractionné et peut s'évacuer naturellement. L'opération de perçage peut ainsi être réalisée à sec. Le travail réalisé s'articule autour de la modélisation de l'ensemble du phénomène de coupe en perçage vibratoire. Le modèle mis en place est couplé à une stratégie expérimentale de recalage qui abouti à l'identification précise de l'effort de coupe pour tout couple Outil/Matière. Une étude virtuelle du comportement dynamique de la tête est réalisée à l'aide d'un simulateur de perçage vibratoire intégrant les modèles établis. Plusieurs campagnes expérimentales ont mis en évidence l'influence de la géométrie des outils, des conditions de coupe et des paramètres de réglage de la tête, sur le domaine de vibration. L'ensemble des campagnes expérimentales a été effectué sur une application spécifique de perçage dans un acier à vilebrequin. L'optimisation du procédé a montré la faisabilité d'un perçage vibratoire long à sec dans le cadre d'une utilisation industrielle. La qualité de perçage obtenue est similaire à celle d'une opération de perçage traditionnel et la productivité a été multipliée par cinq par rapport à celle d'un forage avec foret ¾.

Les travaux présentés dans cette thèse s'inscrivent dans le contexte des vibrations d'usinage et plus spécialement des parois minces, typiques des pièces de structure aéronautique. L'objectif est de contribuer à la maîtrise des phénomènes vibratoires à la fois au niveau théorique et pratique.<br />Nous avons identifié plusieurs voies de recherche visant : l'extension des méthodes classiques utilisant les « lobes de stabilité », la modélisation des phénomènes transitoires intervenant pendant une même passe d'usinage et enfin l'utilisation de la variation continue de la vitesse de rotation de l'outil.<br />La généralisation du tracé des lobes de stabilité sur une pièce à paroi fine, avec un comportement vibratoire très riche, impose l'ajout d'une troisième dimension permettant de prendre en compte les évolutions des paramètres au cours de l'usinage. Cette démarche permet l'amélioration notable d'une opération d'usinage. Cependant, certaines phases sont impossibles à optimiser et présentent un comportement très complexe, difficile à modéliser en pratique. La troisième partie porte sur le développement d'un modèle numérique relativement simple, permettant de prendre en compte tous les aspects, jugés indispensables à la modélisation de parois minces. L'utilisation de ce modèle temporel permet notamment d'interpréter les états de surface évolutifs, très souvent observés sur les passes d'usinage, mais rarement expliqués dans le détail, à notre connaissance.<br />La dernière partie présente l'étude et la mise au point d'une solution de réduction des vibrations régénératives, par une variation continue de la vitesse de rotation de la broche. Cette méthode apporte des gains importants en usinage grande vitesse, notamment dans la zone du « flip lobe ». Cependant, elle peut faire apparaître des vibrations transitoires, à l'échelle de la période de variation, qui réduisent son efficacité.