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Studying the know-how of the pulley makers of the arsenal of Brest between 1670 and 1860 is not an easy task. A multitude of parameters have to be taken into account, including their tools, the machine tools used to manufacture the various components that make up a pulley, but also the evolution in time and space of the place of production. Despite being seemingly insignificant objects on a ship because of their presence in large numbers, pulleys make navigation possible. This study is based on methodologies developed within the François Viète centre, as well as on a methodology taken from modern industry and adapted for the study of pulley workshops between the end of the 18th century and 1860. It raises the question of the valorisation of a lost industrial heritage, the pulley workshop, a relatively unknown production unit of the Brest arsenal, and questions the gaps in the history of the arsenal of Brest, particularly in the area around the Tonnellerie cove.; Étudier le savoir-faire des poulieurs de l’arsenal de Brest entre 1670 et 1860 n’est pas un long fleuve tranquille. Une multitude de paramètres doivent être pris en compte, notamment leurs outils, les machines-outils utilisées pour la fabrication des divers composants que comporte une poulie, mais également l’évolution dans le temps et l’espace du lieu de production. Objets des plus anodins sur un navire, car présents en grand nombre, les poulies rendent la navigation possible. Cette étude se base sur des méthodologies développées au sein du centre François Viète, ainsi que sur une méthodologie empruntée à l’industrie moderne et adaptée pour l’étude de la poulierie, entre la fin du XVIIIe siècle et 1860. Il est également question de la valorisation d’un patrimoine industriel disparu, la poulierie, une unité de production de l’arsenal de Brest relativement méconnue, et met en évidence les lacunes de l’histoire de l’arsenal de Brest, notamment sur la zone de l’anse de la Tonnellerie.

Créés à la fin du XIXe siècle par la Cie du Midi sur des emprises héritées du chemin de fer de Graissessac, le dépôt et les ateliers de Béziers, dont les bâtiments revêtent aujourd’hui un intérêt patrimonial certain, s’orientèrent très tôt vers les tractions électrique (1931) et diesel (1951). Dès le début des années 1950, locomotives à vapeur, électriques et diesel cohabitaient ainsi au dépôt, qui géra également le matériel à voie métrique de la ligne de la Cerdagne. Quant aux grands ateliers du matériel, modernisés dès avant 1914 mais fermés lors de la grève de 1920, ils reprirent vie à la faveur de l’électrification. Le site devint en effet, jusqu’aux années 1990, un important atelier de locomotives électriques de la SNCF et le seul de cette catégorie sur la façade méditerranéenne. Cet article retraçant l’historique de l’établissement livre de nombreux détails sur son organisation, son personnel et ses équipements. Created at the end of the 19th century by the Cie du Midi on rights-of-way inherited from Graissessac railway, Béziers depot and workshops, whose buildings are today of definite heritage interest, adopted electric (1931) and diesel (1951) traction very early on. From the early 1950s, steam, electric and diesel locomotives coexisted at the depot, which also managed the metric track rolling stock of the Cerdanya line. As for the large rolling stock workshops, modernised before 1914 but closed during the strike of 1920, they took on a new lease of life thanks to electrification. Up until the 1990s, the site was used as a major SNCF (French Railway Board) electric locomotive workshop, the only one of its kind on the Mediterranean coast. This article retracing the history of the site provides much detail on organisation, staff and equipment.

The identification of the modal parameters of machining robots in service has a significant adverse influence on machining stability, which will, therefore, decrease the quality of the workpiece and reduce the tool life. However, in presence of strong harmonic excitation, the application of Operational Modal Analysis (OMA) is not straightforward. Firstly, the issue of choosing the most appropiate OMA method for an application in presence of harmonic components, is handled. For a comparison purpose, the modified Enhanced Frequency Domain Decomposition (EFDD) method, the Stochastic Subspace Identification (SSI) method, the PolyMAX method and the Transmissibility Function Based (TFB) method are investigated. The obtained results lead to the adoption of the Transmissibility Function Based (TFB) method for an OMA of machining robots. For an accurate modal identification procedure, the OMA of a machine tool is, initially, conducted. It is a preparation step in order to verify the performance of the chosen method under machining conditions as well as a machine tool is a rigid structure, thus, it has less variation in its dynamic behavior compared to a machining robot. Results demonstrate the efficiency of the TFB method to identify the machine tool modal parameters even in the presence of preponderant harmonic components. Finally, the OMA of the machining robot ABB IRB 6660, which has a flexible structure compared to a machine tool, is carried out for a machining trajectory. The obtained results allow the identification of a modal basis of the machining robot illustrating the evolution of its modal behavior, in service. The main novelty of this thesis lies in the development of a robust procedure for an operational modal identification of machining robots, in service, which makes it possible to continuously follow the variations in the modal parameters of machining robots.; L’identification des paramètres modaux des machines-outils et des robots d’usinage, en service, constitue un levier d’optimisation des performances de coupe. En effet, la connaissance en continue du comportement dynamique d’une machine permet une prédiction fine des conditions de stabilité, bases d’un pilotage intelligent des paramètres du procédé. Cependant, la présence de fortes excitations harmoniques, dues à la rotation de la broche et de l’outil coupant, rend les techniques classiques d’Analyse Modale Opérationnelle (AMO) inapplicables. Le premier objectif de cette thèse consiste à déterminer une méthode d’AMO adéquate pour une application en présence des harmoniques. Une étude comparative des méthodes existantes est conduite, à savoir : la méthode de décomposition dans le domaine fréquentiel (EFDD), la méthode d’identification dans le sous-espace stochastique (SSI), la méthode PolyMAX et la méthode basée sur la fonction de transmissibilité (TFB). La méthode TFB est choisie afin de réaliser une identification modale opérationnelle des robots d’usinage. Cette technique est tout d’abord investiguée sur une machine-outil cartésienne. Cette étape est justifiée par le fait qu’une machine-outil est une structure plus rigide qui présente moins de variations des propriétés dynamiques par rapport à un robot d’usinage. Les résultats montrent la pertinence de la méthode TFB pour identifier les paramètres modaux de la machine-outil en usinage, même en présence des composantes harmoniques fortement dominantes. Ensuite, l’identification modale opérationnelle du robot d’usinage ABB IRB 6660, qui présente une structure moins rigide par rapport à une machine-outil, est menée sur une trajectoire d’usinage. Les résultats obtenus permettent d’établir une base modale du robot montrant l’évolution de son comportement modal en service. L’originalité des travaux présentés réside dans le développement d’une procédure robuste d’identification modale opérationnelle qui permet de suivre l’évolution du comportement modal du robot en cours d’usinage dans son espace de travail.

Productivity and quality requirements in the aerospace industry require optimized machine tools in terms of precision, kinematics and dynamics. The objective of this thesis is to propose new methodologies for the design of highly stiffened machine tools for machining titanium aeronautical parts. First, the issue of choosing the most appropriate structural configuration for the machining process is handled by proposing a synthesis and selection method based on qualitative criteria. The performance analysis of the different structural configurations relative to the adopted qualitative criteria makes it possible to classify them. The results obtained have led to a limited set of structural configurations of machine tools suitable for the process of machining titanium aeronautical parts. To complete this method, it is then necessary to develop an approach for quantitative analysis of the structural arrangements corresponding for each structural configuration. In a second step, a new approach for the selection of structural arrangements of machine tools is developed. This approach consists firstly in developing reduced models of considered machine tool structures. Then, we implement a parametric optimization in order to minimize the total mass of the mechanical structures of these machines while under the constraint of a target stiffness. This optimization is achieved by coupling MATLAB and ANSYS APDL. Finally, the classification of structural arrangements according to their performance highlights those most appropriate for the process of machining titanium aeronautical parts. This work contributes to the evolution of design methodologies for new machining machines.; Les exigences de productivité et de qualité dans l’industrie aéronautique imposent d’avoir des machines-outils optimisées en termes de précision, de cinématique et de dynamique. L’objectif des travaux de recherche menés est de proposer de nouvelles méthodologies de conception de machines-outils à haute rigidité pour l’usinage des pièces aéronautique en titane. Dans un premiers temps, la problématique du choix de la configuration structurale la plus adéquate au procédé d’usinage envisagé est traitée en proposant une méthode de synthèse et de sélection basée sur des critères qualitatifs. L’analyse des performances des différentes configurations structurales relatives aux critères qualitatifs adoptés permet de les classer. Les résultats obtenus ont permis d’aboutir à un ensemble restreint de configurations structurales de machines-outils adéquates au procédé d’usinage des pièces aéronautiques en titane. Pour compléter cette méthode, il est alors nécessaire de développer une approche d’analyse quantitative des arrangements structuraux relatifs à chaque configuration structurale. Dans un second temps, une nouvelle approche de sélection des arrangements structuraux de machines-outils est développée. Cette approche consiste tout d’abord à élaborer des modèles réduits des structures de machines-outils considérées. Ensuite, nous mettons en œuvre une optimisation paramétrique en vue de minimiser la masse totale des structures mécaniques de ces machines tout en respectant une contrainte de rigidité cible. Cette optimisation est réalisée par un couplage entre MATLAB et ANSYS APDL. Enfin, le classement des arrangements structuraux selon leurs performances met en évidence ceux les plus appropriés au procédé d’usinage des pièces aéronautiques en titane. Alors ces travaux participent à l'évolution des méthodologies de conception des nouvelles machines d'usinage.

Productivity and quality requirements in the aerospace industry require optimized machine tools in terms of precision, kinematics and dynamics. The objective of this thesis is to propose new methodologies for the design of highly stiffened machine tools for machining titanium aeronautical parts. First, the issue of choosing the most appropriate structural configuration for the machining process is handled by proposing a synthesis and selection method based on qualitative criteria. The performance analysis of the different structural configurations relative to the adopted qualitative criteria makes it possible to classify them. The results obtained have led to a limited set of structural configurations of machine tools suitable for the process of machining titanium aeronautical parts. To complete this method, it is then necessary to develop an approach for quantitative analysis of the structural arrangements corresponding for each structural configuration. In a second step, a new approach for the selection of structural arrangements of machine tools is developed. This approach consists firstly in developing reduced models of considered machine tool structures. Then, we implement a parametric optimization in order to minimize the total mass of the mechanical structures of these machines while under the constraint of a target stiffness. This optimization is achieved by coupling MATLAB and ANSYS APDL. Finally, the classification of structural arrangements according to their performance highlights those most appropriate for the process of machining titanium aeronautical parts. This work contributes to the evolution of design methodologies for new machining machines.; Les exigences de productivité et de qualité dans l’industrie aéronautique imposent d’avoir des machines-outils optimisées en termes de précision, de cinématique et de dynamique. L’objectif des travaux de recherche menés est de proposer de nouvelles méthodologies de conception de machines-outils à haute rigidité pour l’usinage des pièces aéronautique en titane. Dans un premiers temps, la problématique du choix de la configuration structurale la plus adéquate au procédé d’usinage envisagé est traitée en proposant une méthode de synthèse et de sélection basée sur des critères qualitatifs. L’analyse des performances des différentes configurations structurales relatives aux critères qualitatifs adoptés permet de les classer. Les résultats obtenus ont permis d’aboutir à un ensemble restreint de configurations structurales de machines-outils adéquates au procédé d’usinage des pièces aéronautiques en titane. Pour compléter cette méthode, il est alors nécessaire de développer une approche d’analyse quantitative des arrangements structuraux relatifs à chaque configuration structurale. Dans un second temps, une nouvelle approche de sélection des arrangements structuraux de machines-outils est développée. Cette approche consiste tout d’abord à élaborer des modèles réduits des structures de machines-outils considérées. Ensuite, nous mettons en œuvre une optimisation paramétrique en vue de minimiser la masse totale des structures mécaniques de ces machines tout en respectant une contrainte de rigidité cible. Cette optimisation est réalisée par un couplage entre MATLAB et ANSYS APDL. Enfin, le classement des arrangements structuraux selon leurs performances met en évidence ceux les plus appropriés au procédé d’usinage des pièces aéronautiques en titane. Alors ces travaux participent à l'évolution des méthodologies de conception des nouvelles machines d'usinage.

Le patrimoine industriel du nord-est de la France a payé un lourd tribut lors du premier conflit mondial. Dans l’est de la Somme, traversé par la ligne de front pendant toute la guerre, de nombreuses entreprises industrielles ont été détruites ou détériorées. C’est le cas de la société anonyme Frédéric Ehrestmann & Cie, une industrie de machines-outils installée à Albert, dans la Somme, ville envahie en 1914 et au printemps 1918 par les Allemands et soumise à d’incessants bombardements. Dans son dossier versé aux Archives nationales par le tribunal interdépartemental de la Seine, chargé des contentieux, sont conservés des documents (formulaires de non-conciliation, rapports, mémoires, plans, photographies, etc.) qui donnent une bonne connaissance des dommages subis. Les trois usines, la fonderie, le matériel, la locomotive livrée en juillet 1914, les réquisitions, les approvisionnements sont successivement évoqués en fonction des différents sinistres. La question de la vente du matériel en 1915 puis de la reconstruction en 1917 d’une usine qui sera détruite l’année suivante sont l’occasion d’appréhender le fonctionnement, au cours du conflit, d’une entreprise voisine du front. Les explications données par les propriétaires sur leurs décisions et leurs choix sont un témoignage exceptionnel sur ce patrimoine industriel disparu et la vie professionnelle d’industriels au début du XXe siècle. The industrial fabric of north-eastern France paid a heavy tribute to the First World War. In the eastern part of the Somme, which was crossed by the front line throughout the duration of the war, many industrial sites were destroyed or badly damaged. One case is the firm of Frédéric Ehrestmann and brothers, a machine-tool manufacturer based at Albert, a city that was occupied by the Germans in 1914 and again in the spring of 1918 and which suffered heavy bombing throughout the war. A file on this factory presently held by the national archives at Pierrefitte, contains documents—official forms, written reports, plans, photos—which give a fairly complete account of the damage suffered. Three factory sites, a foundry, production equipment, a locomotive acquired in July 1914, requisitions, supplies… all are evoked following different losses. The question of the sale of equipment in 1915 and of the reconstruction of the factory in 1917 (destroyed again in 1918), throw light on the running of an industrial enterprise situated close to the front line. The explanations that the owners of the firm give concerning their decisions and choices constitute an exceptional record of an industry which has disappeared and of the professional life of industrialists in the early twentieth century.

Ce travail consiste à étudier expérimentalement l’influence de quelques machines-outils sur le comportement à l’usure des plaquettes en carbure métalliques. Les essais ont été réalisés dans des conditions opératoires proches de celles industrielles. Les machines-outils utilisées sont caractérisées par leurs rigidités. Le suivi de l’évolution de l’usure des plaquettes en fonction du temps (τ) et des éléments du régime de coupe (v, f et d) sur chaque machine a été établi conformément à la méthode de planification des expériences. Les résultats obtenus ont été traités, analysés et interprétés physiquement.

Dès l’automne 1914, l’industrie française doit se réorganiser pour faire face à une guerre qui s’avère plus longue que prévu. Amputée de ses ressources en charbon et acier, elle s’efforce néanmoins d’approvisionner les tranchées en obus, nouveaux matériels et subsistances. La Section photographique et cinématographique de l’armée témoigne de l’effort collectif réalisé dans les nouvelles technologies militaires mais aussi dans les secteurs plus traditionnels. From the Autumn of 1914, French industry had to undergo considerable reorganisation in order to respond to the demands of a war effort that was turning out longer that expected. Deprived of a large part of its raw materials of coal and steel, industry nevertheless succeeded in keeping the trenches supplied with shells, new military equipment and food. The images produced by the photographic and cinema section of the army bear witness to this collective effort in the field of new military technologies, but also in more traditional sectors.

International audience; L'usinage d'une pièce mécanique est caractérisé par le déplacement des outils pour générer les surfaces de la pièce. Ce déplacement répété des outils au contact des pièces successives génère de la variabilité sur les outils qui sont à l'origine des écarts sur les pièces. Il faut donc régulièrement mesurer la (les) dernière(s) pièce(s) produite(nt) et comparer la mesure à la géométrie cible pour corriger ces écarts. Un réglage initial des outils est également nécessaire avant le lancement de la série de pièces. De ce fait, on doit agir sur un certain nombre de paramètres réglables de la machine. Dans le cas d'usinage par machine-outil à commande numérique, on agit principalement sur les correcteurs d'outils. Dans un processus de fabrication, la pièce usinée est soumise à l'action de plusieurs outils de coupe auxquels on associe des correcteurs, pour corriger soit leur position, soit leur forme. Le choix du meilleur réglage possible est trivial si chaque caractéristique n'est impactée que par un seul correcteur. Le problème est différent et plus complexe lorsque chaque caractéristique est impactée par plusieurs correcteurs et qu'il existe par conséquent une structure d'interdépendance entre ces caractéristiques. Cet article présente une stratégie originale consistant à identifier la combinaison de réglage qui compense au mieux le décentrage global de la pièce sur l'ensemble de ses caractéristiques. On fait l'hypothèse que la situation mesurée est la résultante d'un décalage d'un nombre fini d'outils. Si on trouve une combinaison de réglage qui reproduit au mieux l'ensemble des déréglages constatés, il est alors fort probable que ce soit la bonne combinaison de réglages à réaliser

The machine tool industry is a well established, old and extremely important branch of today's manufacturing industry. With the ongoing globalization and the resulting increase of competition in this industry, the manufacturers have to push their technology to the limits in order to stay competitive. The architecture (kinematics) of most machine tools is based on a serial arrangement of joints and segments, like a human arm. The requirements regarding dynamics, stiffness and precision of these machines brought the scientists and industries to evaluate parallel kinematics for this type of application. Parallel kinematics possess a much higher potential to fulfill these demands, and they would therefore allow the access to a next level of machine performance. Whereas the success of parallel kinematics in domains like packaging is incontestable, it proved to be less evident in machine tools. The low rotation amplitudes and the complexity of the mechanism, the main weak points of parallel kinematics, slow down the development and integration of this kind of machines. In the last few years however, we could observe an increase in development, and more important, in the sales (1)(37)(54) of hybrid kinematic machines. Hybrid kinematics can, by appropriate combination of parallel and serial axes, present a well performing compromise, especially in the machine tool domain where 5 axes/mobilities and high rotation amplitudes are common. The present document is concerned with the mechanical, industrialized design of hybrid-kinematic machine tools and their mechanical elements, and will show that "Hybrid-kinematic mechanisms can outperform fully-parallel mechanisms considering all attributes for a successful and industrialized machine design." The work will point out the limits of fully-parallel mechanisms and justify the use of hybrid solutions. The most important elements of the mechanisms, thereof particularly the spherical and universal joints, will be treated in a detailed manner. Industrialization aspects will be analyzed, the difficulty for their integration will be shown, and solutions provided in order to increase the accessibility of hybrid and parallel mechanisms. A design methodology will be synthesized from all these elements and applied to three case studies. The methodology will point out important and often neglected steps and provide elements and tools to support the designer in the whole process of creation. Furthermore, by providing a broad catalogue of both new and existing hybrid and parallel kinematics, this work is intended to stimulate and inspire the creativity of the designer. The three final cases studies, each differing in their application domain and representing each an unpublished concept, will illustrate and validate the methodology. The work took place around multiple industrial projects and therefore always keeps in mind the practical feasibility, with respect to an industrial environment, and the economic aspects and risks.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Notre réflexion porte sur une alliance franco-asiatique de production de machines-outils à commande numérique au sein de laquelle des dégradations de performance produit sont détectées en phase de qualification machine. Nous proposons une méthode d'analyse permettant de relier les effets extraits des résultats de tests de qualification à des causes correspondant à des défaillances sur le processus délocalisé, par l'intermédiaire de la procédure d'assemblage. La mise en œuvre de cette méthode est illustrée sur un exemple industriel s'appuyant sur l'exploitation des résultats de tests de circularités, qualifiant l'interpolation des axes de déplacement machine. Nous montrons que ce test doit être complété par des analyses temporelles et fréquentielles, pour faire le lien entre un effet (pic à l'inversion et déviation au contour) et ses causes (défaillance sur un processus d'assemblage délocalisé).

The goal of this work is the control of relative position between two solids. To positioning, it is necessary to measure. In this thesis, we propose a conceptual analysis of existing measurement devices. Some of them evaluate position by following several coordinates. So we can determine error parameters from these acquisitions. From such measures, we have developed methods to identify parameters of analytical error model and to calculate the associated uncertainty. We have also developed a measurement instrument to realize simultaneous acquisition of the 6 position parameters of a solid. It is based on exploitation of length measuring instruments, implanted according to parallel architecture. The length measuring instruments conception was declined on several realizations with different condition of use. Currently, we reached an uncertainty of ±3 μm on a measure stroke of 600mm., L'axe conducteur de ce travail réside dans la maîtrise du positionnement relatif de deux solides. Pour positionner il faut mesurer. Dans ce travail, nous proposons une analyse conceptuelle des moyens de mesure existants. Certains permettent d'évaluer la position en suivant plusieurs coordonnées simultanément. Ainsi il est possible de "globaliser" l'acquisition. A partir de ce type de mesure, nous proposons des méthodes de dépouillement pour identifier les paramètres du modèle d'erreur, ainsi qu'un calcul de l'incertitude associée. Nous avons développé un principe de mesure permettant l'acquisition simultanée des 6 paramètres de position d'un solide, basé sur l'exploitation d'instruments de mesure de longueurs implantés suivant une architecture parallèle. La conception des instruments de mesure de longueurs a été déclinée sur plusieurs réalisations correspondant à des conditions de mise en oeuvre différentes. Nous sommes parvenus à obtenir une précision de ±3 μm sur une course de 600 mm.

De nombreusesétudesnombreusesétudes expérimentales ont mis enévidenceenévidence que les premiers modes de vibration d'une machine-outil pouvaientêtrepouvaientêtre excités lors d'opérations d'usinagè a grande vitesse (UGV). L'´ etude des déformations sous l'effet de sollicitations dynamiques d'une machine-outil dédiéè a l'UGV est donc es-sentielle afin d'imposer pour cette machine des raideurs statique et dynamique importantes, tout en con-servant des masses en mouvement faibles, ce qui assure des valeurs de fréquences de résonancé elevées. Pour définir le comportement dynamique d'une machine, nous présentons une méthode simplifiée de modélisation basée sur une approche multi-corps. A partir d'une mesure expérimentale du comporte-ment dynamique obtenue avec des essais de type choc, une représentation de cette machinè a l'aide de solides indéformables estélaboréeestélaborée, chaque solidé etant associéassociéà une partie de la machine : portique, broche ... Pour modéliser les déformations des différentes parties ainsi que d'´ eventuels défauts au niveau des liaisons, des rotations supplémentaires sont introduites entre les solides. A chaque rotation, sont associés une raideur et un amortisseur. Le modèle construit est donc défini par les raideurs et les coefficients des amortisseurs. Ces paramètres sont identifiésidentifiésà partir des mesures expérimentales. La méthode est appliquée pourétudierpourétudier une fraiseuse de type portique.

Cet article est issu de la recherche comparative France-Japon en coopération entre LEST et JIL (Japan Institute of Labor-Tokyo).; International audience; Apart from its industrial dynamics, the Japanese machine-tool sector is characterized by a certainoriginality in its approach to the penetration of micro-electronic technology. Although it was at firstassociated with the technological phenomenon of the merging of mechanics and electronics, assymbolized by numerical control machine-tools, the concept of mechatronics, originating in Japan, hasgone far beyond a merely technological dimension. It serves to define the emergence, within a sector hitherto dominated by mechanical culture, of a new technical, sectorial and professional identity. It isundeniable that this concept has played — and continues to play — an essential mobilizing role in organizing, at different levels, the learning of the mechatronic skills underlying the construction of a newidentity.By opting for a societal approach, this article attempts to describe the specifically Japanese form of reasoning linked to the mechatronization of the machine-tool sector. Our approach has consisted insimultaneously identifying the actors and their modes of action, and characterizing the areas in which theyact. In particular, we have distingished between two learning areas, one linked to what may be called the «industrial area » (where companies structure their relationships through competition and cooperation), andthe other to the « skill area » in which salaried workers develop their relationship to skill acquisition.Our working hypothesis is that the prior structuring of these actors and areas strongly mediatizestechnological effects — in a way specific to each company — and conditions the learning process andconsequently the very contents of the new professionality; Au-delà de sa dynamique industrielle, le secteur machine-outil japonais se caractérise par une certaineoriginalité dans son approche par rapport à la pénétration de la technologie micro-électronique. Bienqu'associé d'abord au phénomène technologique de fusion entre la mécanique et l'électronique commele symbolise la MOCN, le concept de mécatronique, né au Japon, dépasse largement sa seuledimension technologique. Il vient précisément désigner l'émergence, au sein du secteur dominé jusque- là par la culture mécanique, d'une nouvelle identité technique, sectorielle et professionnelle. Il est indéniable que ce concept a joué — et continue à jouer— le rôle mobilisateur essentiel, pour organiser, à différents niveaux, l'apprentissage de la compétence mécatronique, sous-jacent à la construction d'une nouvelle identité.En optant pour une approche sociétale, cet article propose de décrire la forme — spécifique au Japon— de dynamique de l'apprentissage lié à la mécatronisation du secteur machine-outil. Notre démarche consiste simultanément à identifier les acteurs et leurs modes d'action, et à caractériser les espaces dans lesquels ils agissent. En particulier, nous distinguons deux espaces d'apprentissage, l'un renvoie à ce que l'on peut appeler l'espace industriel (où les entre prises structurent leurs relations à travers leurs actions de compétition et de coopération) et l'autre à l'espace de qualification dans lequel salariés développent leur rapport à la construction de la qualification.Notre hypothèse de travail est que la structuration préalable de ces acteurs et espaces médiatise fortement les effets technologiques — de façon spécifique à chaque société — , et conditionne le processus d'apprentissage et, par là, le contenu même de la nouvelle professionnalité.

Ce texte présente les principaux résultats d'une recherche collective effectuée au LEST et publiée sous le même titre en 1986 pour le compte du Ministère de la Recherche et de la Technologie

Cette recherche tente d'analyser comment des entreprises qui ont investi dans des machines outils à commandes numériques (et autres équipements connexes) ont fait l'apprentissage de ces nouvelles technologies tout en modifiant leur mode de répartition des tâches et des qualifications afin d'améliorer leur efficacité productive.

Ce texte présente les principaux résultats d'une recherche collective effectuée au LEST et publiée sous le même titre en 1986 pour le compte du Ministère de la Recherche et de la Technologie.

The milling process has been continuously optimized from many aspects: forces, velocities, stability, quality. Numerous papers have been published that report results in the domain of toolpath optimization with criteria such as raising the quality of the machined part, obtaining a stable machining process and maximizing the material removal rate. However, only recently researchers have started investigating the ecological impact of machining processes. With the constantly increasing prices of electrical energy and all environmental problems caused by the production and waste of the energy, it has become indispensable to look for ways to optimize machining processes from the energy consumption aspect, too. It is in this domain, then, that the work described in this dissertation contributes – to add a new criterion for the sustainable operation of machine tools: reducing the energy consumption during the use phase of the machine tool. The total energy spent in a machining process is the sum of power spent by all machine tool subsystems multiplied by the time that they are working. Therefore, the operating strategies for increasing energy efficiency for the high-speed machining processes must be oriented towards the reduction of the total machining time (productive and unproductive) and reduction of instantaneous consumed power in the machining process or, preferably, both. There are many causes for milling process time and energy inefficiency. The major sources of potential time reductions include: (i) the issues related to the geometry and topology of the toolpath („air-time”, overlapping segments, gouge and uncut regions, orientation of the toolpath), (ii) the issues related to the kinematics of the feed drives (the feed velocity/acceleration profile). The possible domains for power consumption reduction are related to the forces that exist in the machining process (cutting, inertial, gravitational and friction forces). The power invested to overcome the cutting force is necessary for the machining process but its consumption should be optimized through constant cutting engagement and feedrate scheduling strategies. The other forces are responsible for the pure mechanical power loss and they should be minimized. The optimization variables for inertial and gravitational forces include the feed motion profile and moving mass configuration, while friction losses are load and/or velocity dependent. In addition, there are some power losses in the electric components of machine tool drives (electrical power losses), whose dependency on velocity and mechanical load can also be modeled. Despite many research efforts to analyze and model the phenomena causing inefficiency of the machining process, they are usually not taken into account during milling process planning. In fact, rare are the attempts to use this knowledge to optimize the milling process with more than one of the above mentioned criteria. The reason for that lies in the fact that increasing the instantaneous values of tool engagement and feedrate in order to minimize total machining time also increases the consumed power and, indirectly, deteriorates the tool and/or destabilizes the cutting process. The existence of conflicting criteria in the objective functions imposes the use of evolutionary algorithms for multiobjective optimization. The process of experimental validation of such an optimization model requires costly and complex external hardware setup and it is also time consuming. Hence, there is an emerging need for the development of an accurate model, which would be used for the simulation of the milling process and testing the competing optimization strategies. The ultimate goal of contemporary manufacturing science and engineering is the development of a holistic virtual machine tool system. The motivation of this PhD research is to contribute to this objective by developing the “virtual milling process for prismatic parts (produced by 2.5D milling)”. This category of objects is selected, because the majority of CNC milling tasks can be performed using 2.5D milling. A very large number of mechanical parts are prismatic (their geometry consists exclusively of features that represent 2D contours extruded in a perpendicular direction). Parts that are even more complex are usually produced from a blank by a 2.5D roughing and 3D–5D finishing. Therefore, development of an accurate model of a 2.5D milling process represents a significant contribution to manufacturing engineering. Starting with above given problem description, we have defined the following research objectives: 1. Model power and energy consumption of a 2.5D milling machine as a function of the toolpath geometry (curvature and continuity), cutting engagement, real feedrate profiles and spindle rotational speed, taking into account moving mass configuration, all power losses (mechanical and electrical) in feed-axis and spindle drives and electromechanical constraints of servo drives; 2. Design an integrated software environment for simulation of the developed models; 3. Validate the model experimentally; 4. Demonstrate the potential of its use for multi-objective process optimization. Cutting engagement calculation is performed by using two competing methodologies, in order to make a comparison of their performances. The first one, the pixel based method, is based on discrete image processing, while the other, the exact method, is based on Boolean operations and vector geometry. The tests performed in more than 20 feature/toolpath combinations demonstrate that the exact method is more precise whereas the pixel-based method is computationally much faster. The machine tool operator commands a constant feedrate value. During the process, based on his/her subjective judgment, he/she can manually tune it to keep the process in the desired boundaries. One of the objectives of this research is to predict the real feedrate values so that they can be integrated in the part program before the process start. The feasible profiles of feed velocities for each toolpath segment are analyzed by answering the following questions: can the commanded feedrate be achieved and with what sequence of acceleration and deceleration phases, how much the tool has to slow down in corners and how does the feedrate profile degenerate in segments where the commanded feedrate cannot be reached? In order to determine all forces and torques, a machine tool model is developed. The following subsystems are modeled as rigid bodies (without vibrations): feed motor shaft, transmission, lead screw/nut pair, lead screw bearings, guides (sliding and rolling design), table with the workpiece and electrospindle (rotor, stator and bearings). All kinetic variables (linear and angular speeds; cutting, inertial and friction forces and torques) are then calculated in the joints of this multi-body system. The modeling of all speeds, forces and torques that occur in the machine tool system during the machining process, allows for calculation of various indicators of process time and energy efficiency: material removal rate, total machining time, useful power (invested in cutting), power loss due to the friction in the joints, power losses in electrical motors, electrical energy consumption of feed and spindle drives. In order to assess the accuracy and the reliability of the developed model two sets of experiments have been performed. The model validation is performed on several subsystem levels and the simulation results show a very good compliance with the experimental results. The first experimental setup consists of the force dynamometer, to measure cutting force components in linear axis directions, two laser optical position sensors, to measure the real feedrate and the power sensor, to measure the total power consumption of the machine tool electrical motors. The machining process was performed on the 6-axis machining center C.B. Ferrari A152 and the data acquisition platform was developed in LabVIEW 2010. The second experimental setup consists of the torque dynamometer, to measure the cutting torque directly on the spindle, the built-in current sensor that measures the motor current proportional to the electrical power consumed by the spindle and, again, the power sensor, to measure the total power consumption of the machine tool electrical motors. This time, MIKRON HPM 600U, a 5-axis milling machine equipped with the controller iTNC530, was used for the experimentation. The developed model is ready for practical implementation. Several examples have been prepared to demonstrate its capabilities in the domains of milling process simulation, sensitivity analysis and prospective optimization strategies. These examples include the prediction of various kinetostatic variables for given toolpaths, choice of the optimum machining strategy (minimization of machining time, moving mass and energy consumption) and process optimization by feedrate scheduling (reduction of cutting force fluctuation). As a conclusion, the major contribution of this PhD research is the development of a comprehensive rigid-body dynamics model of a machine tool system, aimed for the generation, simulation and optimization of 21⁄2D milling process plans. The model features several novelties compared to existing approaches: (i) it takes into account the machine tool rigid body dynamics and real tool kinematics in toolpath planning, (ii) it predicts all mechanical and electrical power losses in the machine tool system (iii) it allows the modeling of machine tool system electromechanical constraints. The model was experimentally validated on two real machine tools in different workshops and its capabilities for the simulation of different toolpath patterns and optimization of process parameters were successfully demonstrated using several examples.