Une nouvelle méthode pour le parachèvement de pièces 3D near net shape

Les composants « near net shape » (NNS) sont des pièces produites sous leur forme quasi finale qui ne nécessite plus qu’une étape de finition pour répondre aux spécifications requises, comme des dimensions précises ou une certaine rugosité. À cet effet, les technologies impliquant le retrait de matière sont encore les procédés de parachèvement les plus utilisés pour obtenir un produit final fonctionnel. Créer des trajets d’outil pour le contrôle de machines-outils à commande numérique (CNC) est une démarche essentielle dans ce contexte.

Conscients du fait que les recherches menées sur le sujet sont généralement axées sur les stratégies de finition, des chercheurs universitaires mexicains ont souhaité orienter leurs travaux sur une méthode plus complète. Ils ont effectué des recherches sur de nouveaux algorithmes qui pourront être utilisés aussi bien pour le processus de finition que pour la réalisation de modèles 3D NNS. Cette nouvelle méthode sera utilisée soit pour les deux, soit pour la phase de finition seulement, selon que la forme de sortie sera en NNS ou une forme primaire (un bloc ou un cylindre, par exemple). Ces nouveaux algorithmes se décomposent en 4 étapes. En voici le détail :

1. Approche du modèle 3D par une analyse par points

Tout d’abord, le modèle 3D est découpé en tranches. Concrètement, il s’agit de l’intersection du modèle 3D avec des plans verticaux (fig. 1). Le résultat de cette opération est un jeu de profils (fig. 2).

Fig. 1: (a) Modèle (b) Intersection avec le plan (c) Profil de coupe

Fig. 2: (a) Profils multiples (b) Profil simple  

Pour réduire le nombre de points de l’approche de modèle, une analyse de visibilité est ensuite réalisée (suivant 3 méthodes) afin d’éliminer les bords invisibles depuis la perspective de l’outil de coupe. La figure 3 illustre à titre d’exemple une de ces méthodes, en l’occurrence celle de la discrétisation de bords.

Fig. 3: (a) Profil initial (b) Profil décomposé (c) Bord résultant après analyse de visibilité selon la méthode de discrétisation de bords

2. Analyse de l’accessibilité des outils de coupe

Cette analyse revient à rechercher des positions pratiques pour les outils de coupe. Chaque type de fraise (fraise pour logement de clavettes, fraise quart de rond et fraise torique) est défini par un point de référence (fig. 4).

Fig. 4: Définition par points de référence de 3 types de fraise

3. Définition de la tolérance du produit par rapport à la tolérance d’usinage

Le nombre minimal de points est calculé en fonction de l’avance de la fraise de sorte que le trajet d’outil calculé assure le fraisage de la pièce sur une surface qui se situe dans la marge de tolérance. Cette tolérance est appelée « cut step ». 

4. Analyse de collision

Une dernière phase consiste à examiner si les points générés des trajets d’outil sont exempts de collisions. L’analyse tient non seulement compte de l’outil, mais aussi du porte-outil.

 

La méthode présentée pour générer des trajets d’outil a été implémentée dans une application open source en C++ utilisant un noyau (ou kernel) ACIS® pour les opérations géométriques requises. Ces algorithmes n’ont pas encore été implémentés dans des logiciels commerciaux. Ils sont pour l’instant uniquement utilisés dans le cadre universitaire.

 

Pour en savoir plus concernant la finition des composants near-net-shape, inscrivez-vous et recevez notre troisième white paper sur la fabrication de précision !

Sign up to receive the white papers

Tags: