FR2931956A1 - Piece machining method, involves comparing reticulation obtained from final passage of sheet with theoretical reticulation to avoid difference between reticulations, extending real sheet and implementing real sheet on blank to realize piece - Google Patents

Abstract

The method involves successively simulating all passages of an operation sheet, and determining a new reticulation of a blank (M) during machining, by considering current piece pre-tension, and the removal of material at each passage and a new distribution of constraints on the reticulation. The reticulation obtained from the final passage of the sheet is compared with a theoretical reticulation corresponding to desired shape, to avoid difference between the reticulations. A real operation sheet (GR) is extended by considering the difference, and implemented on the blank to realize a piece.

Description

L'invention concerne la détermination d'une gamme d'usinage d'une pièce, ladite pièce étant obtenue à partir d'une ébauche modélisée par un maillage et une répartition des contraintes résiduelles de forgeage sur ce maillage. L'invention permet de prendre en compte l'influence de ces contraintes résiduelles et d'autres contraintes résultant notamment du bridage de la pièce sur la machine d'usinage, ceci pour être en mesure de compenser les déformations correspondantes et d'obtenir une pièce de la forme souhaitée. La mise au point des gammes d'usinage implique des phases empiriques où on usine un certain nombre de pièces. En fonction des cotes mesurées en fin d'usinage et comparées aux cotes souhaitées, on corrige le programme d'usinage, c'est-à-dire on adapte la gamme d'usinage afin de garantir au mieux le respect des tolérances. Pour la réalisation d'une pièce donnée, le temps de la mise au point de la gamme d'usinage est donc important et implique souvent de mettre au rebut un certain nombre de pièces lorsque les écarts sont trop importants. Par ailleurs, un simple changement de fournisseur de l'ébauche peut remettre en question toute la gamme d'usinage si la cartographie des contraintes résiduelles de forge dans les nouvelles ébauches est différente. L'invention permet de déterminer de façon plus sûre les caractéristiques d'une gamme d'usinage, notamment les trajectoires successives des outils, en vue d'éviter la phase de mise au point précédant une production en série. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé d'usinage incluant la détermination d'une gamme d'usinage d'une pièce à partir d'une ébauche modélisée par un maillage et une répartition de contraintes sur ce maillage, caractérisé en ce qu'il consiste à simuler successivement toutes les passes d'une gamme d'usinage comprenant un nombre donné (p) de bridages et un nombre donné (n) de passes, à recalculer pour chaque passe un nouveau maillage de l'ébauche en cours d'usinage tenant compte du bridage en cours et de l'enlèvement de matière à chaque passe et une nouvelle distribution des contraintes sur ce nouveau maillage, à comparer le maillage issu de la dernière passe de ladite gamme simulée à un maillage théorique correspondant à la forme souhaitée, à en déduire les écarts, à élaborer une gamme d'usinage réelle tenant compte de ces écarts et à mettre en oeuvre cette gamme d'usinage réelle sur une telle ébauche pour réaliser ladite pièce. The invention relates to the determination of a machining range of a part, said part being obtained from a blank modeled by a mesh and a distribution of the residual forging stresses on this mesh. The invention makes it possible to take into account the influence of these residual stresses and other stresses resulting in particular from the clamping of the workpiece on the machining machine, in order to be able to compensate the corresponding deformations and to obtain a workpiece. of the desired shape. The development of machining ranges involves empirical phases where a number of parts are machined. Depending on the dimensions measured at the end of the machining and compared to the desired dimensions, the machining program is corrected, ie the machining range is adjusted to ensure the best possible tolerances. For the realization of a given piece, the time of development of the machining range is important and often involves the disposal of a number of parts when the deviations are too large. On the other hand, a simple change of supplier of the blank can question the whole machining range if the mapping of the residual forging stresses in the new blanks is different. The invention makes it possible to more surely determine the characteristics of a machining range, in particular the successive trajectories of the tools, with a view to avoiding the development phase preceding a series production. More particularly, the invention relates to a machining method including the determination of a machining range of a part from a blank modeled by a mesh and a distribution of stresses on this mesh, characterized in that it consists in successively simulating all the passes of a machining range comprising a given number (p) of clamps and a given number (n) of passes, to be recalculated for each pass a new mesh of the blank in progress. machining taking into account the current clamping and the removal of material at each pass and a new stress distribution on this new mesh, to compare the mesh from the last pass of said simulated range to a theoretical mesh corresponding to the desired shape , to deduce the differences, to develop a real machining range taking into account these differences and to implement this actual machining range on such a blank to achieve said part.

La gamme d'usinage réelle mentionnée ci-dessus peut être mémorisée dans tout dispositif informatique convenable pour une mise en oeuvre ultérieure permettant de réaliser ladite pièce à partir d'une telle ébauche. La gamme d'usinage reste identique tant que les caractéristiques de l'ébauche ne sont pas modifiées. Une gamme d'usinage à déterminer se compose de n passes impliquant des trajectoires différentes de l'outil et de p bridages différents. On établit d'abord, selon la méthodologie classique une succession de passes d'usinage théorique (c'est-à-dire une succession de trajectoire de l'outil) entre lesquelles interviennent des changements de bridage de la pièce. La succession des n trajectoires ou passes aboutit à la forme voulue de la pièce. Ces données théoriques sont mémorisées pour être utilisées au fur et à mesure du processus de simulation. Pour la compréhension de la simulation, on donne les définitions 15 suivantes : - une opération (OP) est un groupe de passes successives parmi les n passes, entre deux changements de bridages successifs, - la gamme d'usinage est constituée par la succession de tous ces groupes de passes entre lesquels s'intercalent les changements de 20 bridage. Elle comporte donc les n passes et p bridages différents. Le bridage est invariable et prédéterminé dans chaque opération. Pour chaque passe à laquelle correspond un bridage prédéterminé, on va simuler l'enlèvement de matière et recalculer un nouveau maillage décrivant, notamment, la nouvelle forme de l'ébauche en cours 25 d'usinage après la passe. On calcule aussi la répartition des contraintes sur ce nouveau maillage. On poursuit ce calcul sur les n passes en changeant les données du bridage à la fin de chaque opération. Lorsque toutes les passes ont été simulées dans ces conditions, c'est-à-dire lorsque la totalité de la gamme a été simulée, on dispose de la géométrie de la 30 pièce qui serait réellement obtenue par la mise en oeuvre de la gamme d'usinage théorique. On analyse alors les écarts entre la géométrie voulue et celle obtenue par simulation, en comparant les deux formes, c'est-à-dire celle de la pièce terminée, à partir du dernier maillage calculé et la forme idéale souhaitée. The actual machining range mentioned above can be stored in any suitable computer device for subsequent implementation to achieve said part from such a blank. The machining range remains the same as long as the characteristics of the blank are not changed. A machining range to be determined consists of n passes involving different toolpaths and different clamps. First established, according to the conventional methodology a succession of theoretical machining passes (that is to say a succession of path of the tool) between which there are changes in clamping of the workpiece. The succession of n trajectories or passes leads to the desired shape of the piece. These theoretical data are stored for use as the simulation process proceeds. For the understanding of the simulation, the following definitions are given: - an operation (OP) is a group of successive passes among the n passes, between two successive clamping changes, - the machining range is constituted by the succession of all these groups of passes between which the changes of clamping are inserted. It therefore comprises n different passes and p clamping. Clamping is invariable and predetermined in each operation. For each pass to which a predetermined clamping corresponds, we will simulate the removal of material and recalculate a new mesh describing, in particular, the new shape of the blank being machined after the pass. We also calculate the distribution of the constraints on this new mesh. This calculation is continued over the n passes by changing the clamping data at the end of each operation. When all the passes have been simulated under these conditions, that is to say when the entire range has been simulated, we have the geometry of the part that would actually be obtained by the implementation of the range. theoretical machining. We then analyze the differences between the desired geometry and the one obtained by simulation, by comparing the two forms, that is to say that of the finished part, from the last calculated mesh and the desired ideal shape.

On modifie la gamme d'usinage théorique et plus particulière-ment certaines trajectoires d'outils dans certaines passes pour compenser ces écarts. Avantageusement, les modifications doivent être opérées sur la ou les ultimes passes. Typiquement, on modifie au moins le trajet de la dernière passe (et de préférence seulement le trajet de la dernière passe) pour générer la surface de la pièce en "symétrie" de la surface obtenue par la simulation de ladite dernière passe, par rapport à la surface théorique correspondante définie dans la gamme d'usinage théorique. The theoretical machining range is modified and more particularly certain toolpaths in certain passes to compensate for these deviations. Advantageously, the modifications must be made on the last pass or passes. Typically, at least the path of the last pass (and preferably only the path of the last pass) is modified to generate the surface of the workpiece in "symmetry" of the surface obtained by the simulation of said last pass, with respect to the corresponding theoretical surface defined in the theoretical machining range.

Par exemple, si la forme souhaitée de la pièce est un cylindre et que la simulation de la gamme d'usinage révèle une surface légèrement conique, on modifie la gamme d'usinage théorique initiale et plus particulièrement la trajectoire de l'outil lors de la dernière passe pour obtenir une surface conique inversée par rapport à la surface conique simulée. La correction ne s'effectue sur plusieurs passes finales que si les modifications des passes à apporter sont trop importantes pour pouvoir être obtenues par une intervention sur la seule dernière passe. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle- ci apparaîtront mieux à la lumière de la description détaillée qui va suivre d'un procédé conforme à l'invention, faite en référence au dessin annexé dans lequel la figure unique est un schéma bloc illustrant ledit procédé. On envisage de réaliser la pièce à partir d'une ébauche forgée dont on connaît la forme et une distribution des contraintes résiduelles de forgeage dans cette ébauche. On sait, par exemple, que les professionnels de la production de telles ébauches forgées proposent avec les ébauches qu'ils fabriquent une modélisation de celle-ci, capable de décrire sa forme et la répartition des contraintes résiduelles résultant de ce forgeage sur un maillage volumique de ladite ébauche. Un logiciel capable de définir la modélisation de l'ébauche forgée est connu sous le code FORGE développé par la société Transvalor. Pour la suite de la description, on doit considérer que ce maillage contient en quelque sorte les informations décrivant la forme de la pièce elle-même puisque les noeuds extérieurs de ce maillage permettent de décrire le contour de l'ébauche. On dispose donc en tant que donnée, d'une modélisation M de ladite ébauche. For example, if the desired shape of the part is a cylinder and the simulation of the machining range reveals a slightly conical surface, the initial theoretical machining range and more particularly the path of the tool during the last pass to obtain a conical surface inverted with respect to the simulated conical surface. The correction takes place on several final passes only if the modifications of the passes to be made are too important to be able to be obtained by an intervention on the only last pass. The invention will be better understood and other advantages thereof will appear better in the light of the detailed description which follows of a method according to the invention, with reference to the accompanying drawing in which the single figure is a block diagram illustrating said method. It is envisaged to produce the part from a forged blank whose shape is known and a distribution of the residual forging stresses in this blank. It is known, for example, that the professionals of the production of such forged blanks propose with the blanks that they make a modeling of it, able to describe its shape and the distribution of the residual stresses resulting from this forging on a mesh volume of said blank. Software capable of defining forged draft modeling is known under the FORGE code developed by the company Transvalor. For the rest of the description, we must consider that this mesh contains somehow the information describing the shape of the part itself since the outer nodes of this mesh allow to describe the outline of the blank. As a result, we have a model M of the blank.

La plupart des modèles décrivant la géométrie des pièces ou ensembles (pièce-machine par exemple) sont élaborées selon la technique dite des éléments finis. La pièce ou l'ensemble est représenté par un ensemble d'éléments formant le maillage. A chaque noeud de ce maillage, on associe le déplacement généré par les sollicitations dues aux phénomènes physiques impliqués. Par ailleurs, dans les données d'entrée, on décrit la forme F de la pièce voulue et on établit, selon les règles habituellement appliquées par l'homme de l'art, une gamme d'usinage théorique GT permettant en principe d'obtenir la pièce voulue à partir de l'ébauche, en n passes et p bridages, comme indiqué ci-dessus. La détermination de la gamme d'usinage réelle GR est obtenue par mise en oeuvre d'un processus itératif 10 qui comprend l'établissement d'un modèle initial MI de l'ébauche placée dans la première configuration de bridage. Ce modèle MI est déduit de M avant toute simulation d'usinage (n = 0) mais en tenant compte des contraintes introduites par le premier bridage (p = 1). Il est donc constitué par un maillage de l'ébauche sur lequel sont réparties l'ensemble des contraintes et dont on peut aisément 20 déduire la forme. Ensuite, on va simuler l'usinage (bloc SU) à partir du modèle initial MI pour toutes les passes successives n et en changeant les caractéristiques du bridage après chaque opération OP. Chaque itération de SU correspond donc à une passe de l'outil 25 dont les caractéristiques sont fournies par GT. Tant qu'une opération OP n'est pas finie, on incrémente seulement n (n = n+1). Si une opération OP est terminée, on incrémente à la fois n (n = n+1) et p (p = p+1). A la fin de chaque itération de SU on obtient un nouveau maillage de l'ébauche en cours d'usinage, tenant compte de l'enlèvement 30 de matière et une nouvelle répartition des contraintes sur ce nouveau maillage. On en déduit la forme réelle de l'ébauche usinée jusqu'à ce stade, c'est-à-dire à la fin de la passe considérée. Plus précisément, chaque simulation de passe comprend les étapes suivantes : 35 a) on calcule la déformation sur l'ébauche en cours d'usinage, générée par le bridage et les contraintes résiduelles correspondant à la passe en cours. Des logiciels informatiques connus peuvent être utilisés pour ces calculs. On peut citer par exemple le logiciel "SAMCEF" développé par la société belge SAMTECH ou encore le logiciel "ABAQUS" développé par la société DASSAULT SYSTEMES. b) On génère un nouveau maillage prenant en compte l'enlèvement de matière de la passe en cours et le contour géométrique correspondant. On peut utiliser pour cela le logiciel "MSC PATRAN" développé par la société MSC SOFTWARE. c) On interpole les contraintes sur le nouveau maillage. Cette interpolation est à la portée de l'homme du métier. d) On calcule la déformée inverse (retrait de la contribution dû au bridage et aux contraintes résiduelles). Cette opération se déduit aisément à partir du même logiciel que celui utilisé dans l'opération a). e) On calcule la déformation due à la redistribution des contraintes après enlèvement de matière. Cette opération peut faire appel au même logiciel que celui utilisé pour l'opération a). Lorsque toute la gamme a été simulée de cette façon, on dispose de la géométrie de la pièce réelle FR à la fin de la gamme d'usinage. Cette forme réelle est comparée à la forme souhaitée F (test 12) pour en déduire des corrections C permettant, en modifiant la gamme d'usinage théorique GT, d'élaborer une gamme d'usinage réelle GR. Cette gamme d'usinage GR est mémorisée, elle sera utilisée pour la commande numérique de l'usinage de toute pièce à réaliser à partir d'une ébauche dont les caractéristiques peuvent être décrites par le modèle M. Typiquement, la correction C est telle que la gamme d'usinage réelle ne diffère de la gamme d'usinage théorique que par les caractéristiques d'un nombre limité de passes en fin de gamme, de préférence uniquement la toute dernière passe, comme indiqué précédemment. Most models describing the geometry of parts or assemblies (machine-parts for example) are developed according to the finite element technique. The part or assembly is represented by a set of elements forming the mesh. At each node of this mesh, we associate the displacement generated by the solicitations due to the physical phenomena involved. Furthermore, in the input data, the shape F of the desired part is described and, according to the rules normally applied by one skilled in the art, a GT theoretical machining range which, in principle, makes it possible to obtain the desired part from the blank, in n passes and clamps, as indicated above. The determination of the actual machining range GR is obtained by carrying out an iterative process which comprises the establishment of an initial model MI of the blank placed in the first clamping configuration. This model MI is deduced from M before any machining simulation (n = 0) but taking into account the constraints introduced by the first clamping (p = 1). It is therefore constituted by a mesh of the blank on which all the constraints are distributed and from which the shape can easily be deduced. Then, we will simulate machining (block SU) from the initial model MI for all successive passes n and changing the characteristics of the clamping after each OP operation. Each iteration of SU thus corresponds to a pass of the tool 25 whose characteristics are provided by GT. As long as an OP operation is not finished, we only increment n (n = n + 1). If an OP operation is completed, we increment both n (n = n + 1) and p (p = p + 1). At the end of each iteration of SU we obtain a new mesh of the blank during machining, taking into account the removal of material 30 and a new distribution of constraints on this new mesh. We deduce the actual shape of the preform machined until this stage, that is to say at the end of the pass considered. More precisely, each pass simulation comprises the following steps: a) the deformation on the blank during machining, generated by the clamping and the residual stresses corresponding to the current pass, is calculated. Known computer software can be used for these calculations. For example, the software "SAMCEF" developed by the Belgian company SAMTECH or the software "ABAQUS" developed by the company DASSAULT SYSTEMES. b) We generate a new mesh taking into account the removal of material from the current pass and the corresponding geometric contour. It can be used for this software "MSC PATRAN" developed by the company MSC SOFTWARE. c) We interpolate the constraints on the new mesh. This interpolation is within the reach of the person skilled in the art. d) The inverse deformation is calculated (withdrawal of the contribution due to clamping and residual stresses). This operation is easily deduced from the same software as that used in operation a). e) Deformation due to stress redistribution after material removal is calculated. This operation can use the same software as that used for the operation a). When the whole range has been simulated in this way, we have the geometry of the real part FR at the end of the machining range. This real shape is compared to the desired shape F (test 12) to deduce corrections C allowing, by changing the GT theoretical machining range, to develop a real GR machining range. This GR machining range is stored, it will be used for the numerical control of the machining of any part to be made from a blank whose characteristics can be described by the model M. Typically, the correction C is such that the actual machining range differs from the theoretical machining range only by the characteristics of a limited number of passes at the end of the range, preferably only the last pass, as indicated above.

Claims (4)

REVENDICATIONS1. Procédé d'usinage incluant la détermination d'une gamme d'usinage d'une pièce à partir d'une ébauche (M) modélisée par un maillage et une répartition de contraintes sur ce maillage, caractérisé en ce qu'il consiste à simuler successivement toutes les passes d'une gamme d'usinage comprenant un nombre donné (p) de bridage et un nombre donné (n) de passes, à recalculer (SU) pour chaque passe un nouveau maillage de l'ébauche en cours d'usinage tenant compte du bridage en cours et de l'enlèvement de matière à chaque passe et une nouvelle distribution des contraintes sur ce nouveau maillage, à comparer (12) le maillage issu de la dernière passe de ladite gamme simulée à un maillage théorique correspondant à la forme souhaitée, à en déduire les écarts, à élaborer une gamme d'usinage réelle (GR) tenant compte de ces écarts et à mettre en oeuvre cette gamme d'usinage réelle sur une telle ébauche pour réaliser ladite pièce. REVENDICATIONS1. Machining method including the determination of a machining range of a part from a blank (M) modeled by a mesh and a distribution of stresses on this mesh, characterized in that it consists of successively simulating all the passes of a machining range comprising a given number (p) of clamping and a given number (n) of passes, to be recalculated (SU) for each pass a new mesh of the blank being machined account of the current clamping and the removal of material at each pass and a new distribution of the constraints on this new mesh, to compare (12) the mesh resulting from the last pass of said simulated range to a theoretical mesh corresponding to the shape It is desirable to deduce the deviations, to develop a real machining range (GR) taking these variations into account and to implement this real machining range on such a blank to make said part. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mémorise ladite gamme d'usinage réelle (GR) pour une mise en oeuvre ultérieure permettant de réaliser ladite pièce à partir d'une telle ébauche. 2. Method according to claim 1, characterized in that memorizes said actual machining range (GR) for a subsequent implementation to achieve said piece from such a blank. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque simulation de passe d'usinage (SU) comprend : - le calcul de la déformation générée par le bridage et les contraintes résiduelles en cours, - la détermination d'un nouveau contour et d'un nouveau maillage résultant de l'enlèvement de matière, - l'interpolation des contraintes sur ledit nouveau maillage, - le calcul de la déformée inverse, - le calcul de la déformation due à ladite nouvelle distribution des contraintes après enlèvement de matière. 3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that each simulation of the machining pass (SU) comprises: the calculation of the deformation generated by the clamping and the residual stresses in progress, the determination of a new contour and a new mesh resulting from the removal of material, - the interpolation of the constraints on said new mesh, - the calculation of the inverse deformed, - the calculation of the deformation due to said new distribution of the stresses after removal of material. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite gamme d'usinage réelle (GR) ne diffère de la gamme d'usinage théorique que par les caractéristiques d'un nombre limité de passes en fin de gamme, de préférence uniquement la toute dernière passe. 4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that said actual machining range (GR) differs from the theoretical machining range only by the characteristics of a limited number of passes end of range, of preferably only the very last pass.