Smartool

Résumé du projet : 

Le but de ce projet est de proposer une conception d’une nouvelle génération d’outils de coupe intelligents pour faire le lien entre la qualité des pièces usinées et les sollicitations externes exercées. Ces outils de coupe pourraient être dotés d’une capacité d’autoréglages du procédé d’usinage ainsi que d’une connexion permanente avec le milieu extérieur de la machine. L’objectif est de permettre d’assurer un changement automatique des conditions de coupe en fonction des sollicitations sur le procédé et de détecter automatiquement des anomalies dans l’intégrité des pièces usinées.

La conception de ces outils sera faite via des méthodes exploitant l’utilisation de techniques avancées d’analyse de données et de conception inventive couplées aux méthodes de simulation et d’optimisation multi-objectives.

Description scientifique du projet : 

Les avancées actuelles dans l’industrie et la recherche permanente de la perfection des produits finies ont augmenté considérablement les exigences sur les produits fabriqués en termes de qualité, de productivité, du coût et de respect de l’environnement.

Dans ce projet, nous nous intéressons à l’amélioration du procès de fabrication par usinage et le challenge est de concevoir des outils de coupe intelligents avec une capacité d’autoréglages en fonction des besoins et des diverses sollicitations externes exercées sur la pièce et sur l’outil de coupe. Ce qui permettra d’assurer les fonctions suivantes :

• Changement automatique des conditions de coupe en fonction des sollicitations externes
• Utiliser un seul outil dans le cas d’usinage d’un multi-matériaux
• Interaction de l’outil avec la machine d’usinage
• Détection automatique des anomalies dans l’intégrité des pièces usinées. 
• Avoir un contrôle direct sur la pièce usinée, et sur la suite de la chaine de production
• Intégrer la machine d’usinage dans réseaux industriel connecté 4.0

Outil de coupe pour fraisage

L’outil de coupe sera doté de plusieurs capteurs dont le but est de fiabiliser le processus, nous proposons d’intégrer notamment les capteurs suivants :

• Température de la pièce usinée
• Effort de coupe lors de l’usinage
• Rugosité de surface des pièces usinées
• Vibration de l’outil de coupe

La détection de ces paramètres de contrôle sans intervention humaine, suivie d’une adaptation en temps réel des conditions de coupe, devrait permettre d’avoir une meilleure qualité de la pièce usinée et une longévité plus importante de l’outil de coupe. Au cours de l’usinage, le nouvel outil analysera en permanence le procédé d’usinage, si une dérive est constatée dans le procédé, il peut soit être arrêté en temps réel et sans intervention de l’opérateur, être réduit à des paramètres de base précédemment définis, ou encore être adapté jusqu’à ce que la coupe revienne à une plage stable.

Ce projet s’inscrit dans la suite de plusieurs travaux sur le passage de l’optimisation multi-objectives à l’innovation dans le cas de l’usinage des matériaux composites [1-2] ainsi que sur l’optimisation multi-objectives de la coupe en usinage [3-5]. Dans ce projet, la conception de ces outils sera assurée via des méthodes exploitant l’utilisation de techniques avancées d’analyse de données, pour identifier les paramètres clés de programmation des conditions de coups, et de conception inventive, pour résoudre les conflits liés à ces conditions de couple ; en s’appuyant également sur les méthodes de simulation et d’optimisation.

Ce projet s’inscrit dans une démarche de préparation des futures usines intelligentes et connectées pour une production fiable et agile à l’échelle nationale et internationale.

1. H Chibane, S Dubois, R De Guio, From optimization till contradictions resolution related to the process of machining composite materials, The 2019 International Conference on Systematic Innovation 2019.
2. H Chibane, S Dubois, R De Guio, Automatic Extraction and Ranking of Systems of Contradictions Out of a Design of Experiments, International TRIZ Future Conference, 276-289, 2018.
3. H Chibane, R Serra, R Leroy, Optimal milling conditions of aeronautical composite material under temperature, forces and vibration parameters, Journal of Composite Materials 51 (24), 3453-3463, 2017.
4. H Chibane, A Morandeau, R Serra, A Bouchou, R Leroy, Optimal milling conditions for carbon/epoxy composite material using damage and vibration analysis, , The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 68 (5-8), 2013.
5. A Morandeau, H Chibane, A Bouchou, R Serra, D Bonhoure, R Leroy, Machining carbon fibre reinforced plastics: lead angle effect,  International Journal of Machining and Machinability of Materials 13 (2-3), 2013.