Brevet FR2178095A1 — publié le 19731109

La présente invention se rapporte aux générateurs alimentant les circuits électriques d'usinaae nour les tachines d'électro- érosion et a pour but de rendre cet usinaae plus stable et plus efficace. On sait nue l'usinage par électro-érosion consiste en une suite d'impulsions de courant electriaue nassant entre l'électro- de-outil et la pièce à usiner1 les deux plonanes dans un liquide diélectrique. Chacune de ces impulsions, vue nous agnelerons imnulsions érosives, désagrège et cette un certain volume du mato- riau au'on usine. La puissance d'usinaae est déterminée par l'énergie individuelle de chaque impulsion érosive ainsi que par leur fréquence de répétition. Si la tension des impulsions est fixée 3 une certaine valeur, la puissance d'usinaae est proportionnelle à l'in tension du courant moyen des impulsions. Cette dernière doit alors être réglée en fonction des deux facteurs susmentionnés. Toutefois, l'énergie des impulsions, $leurs paramètres électriques et leur fréquence de répétition ne peuvent pas être choisis arbitrairement car ils sont interdépendants dans le processus complexe de l'érosion électrique. Pour illustrer ce fait, prenons l'exemple d'un circuit d'u sinaae le plus simple au'on annelle circuit à relaxation. Dans les circuits de ce tope les innulsions érosives sont créées par les décharges d'un accumulateur d'énergie, par exemple par les décharaes d'un condensateur. Lorsque la tension de charae du condensateur atteint une certaine valeur annelle tension de claauaae, il se produit dans le liauide di-lectrique se trouvant dans l'espace séparant l'électrode-outil de la pièce à usiner - que nous appelerons espace inter-lectrodes - une ionisation localisée créant un canal de conductivitn électrique élevée.Par ce canal s'écoule ensuite le courant de la decharae. Après la fin de la décharge, le canal se désionise et le liquide acquière de nouveau sa rigidité diélectrique nermettant une nouvelle décharge un autre endroit de la surface qu'on usine. Dans le cas de circuits à relaxation cette désionisation et le rétablissement de la rigidité $diélectriaue de l'espace inter-électrodes sont indispensables nour nermettre une nouvelle charge du condensateur. Ces deux nrocessus d'ionisation et de désionisation conditionnent la régularité de l'usinaae, mais ils appendent beaucoup de l'6tat du liquide dans ltespace inter-plectrodes. Cet état peut être sensiblement influence par la pollution du liauide par les residus d'usinaae ainsi aue par les nroduits de sa décomposition résultant des effets du courant des impulsions. Tout ceci ne reste pas sans influencer la valeur de la tension de claquage, modifiant ainsi les paramztres olectriaues des impulsions et, dans le cas de circuits a relaxation, leur fréquence de répétition. Ainsi, par exemple, si nour une raison quelconque, après le passage de l'impulsion, le canal ionise ne s'est pas désionisé suffisamment, l'impulsion suivante aura tendance à passer par le même canal. La tension de claquage baissera et les paramètres Flectriaues de l'impulsion seront modifiés. Dans le cas de circuits à relaxation, le condensateur ne se charaera pas à la tension voue et la fréquence des décharges auementera. Ceci entrainera une chute de tension movenne des decharcres provoauant un appel exagéré de courant et le processus d'usine se transformera aisément en un court-circuit crevant un arc prolongé.Cet arc produira un Tchauf- fement local de la surface usinée - phénomène particulièrement nuisible dans l'usinaae par électro-érosion car ces pchauffements paradent les aualites mécaniques de la surface usine et détério- rent la structure cristalline du metal à une certaine profondeur, variable suivant l'intensité et la durée de l'arc. Dans ce cas, le moven le plus simple serait d'arrêter momen tanFment le processus d'usinaae en interrompant le courant d'alimentation. Cette interruption agira alors sur le servo-mecanisme commandant l'avance automatique de l'électrode-outil provoquant le retrait de cette dernière jusqu'au rétablissement des conditions normales d'usinaae. Etant donne qu'un court-circuit est caractérisé par une chute de tension à l'entree du circuit de decharae et par un appel de courant, on utilise l'un de ces deux facteurs comme information pour aair sur le circuit d'alimentation et interrompre le courant. On connaît les système dans lesauels une chute de tension aux bornes de la decharcre commande un ou plusieurs transistors insérés dans le circuit d'alimentation . Ces transistors servent alors d'interrupteurs coupant le courant iusau'au rntablissement de la tension normale entre l'électrode-outil-et la pièce a usiner. Dans d'autres systèmes. l'information susmentionnée est uti liste nour aair sur les éléments de redressement du courant alternatif d'alimentation tels aue les thvratrons ou les thvristors. Mais, dans tous ces systèmes, l'interruption du courant suivie d'un retrait de l"Slectrode-outil, provoque une interruption assez prolonge du processus d'usinaae. La durée d'une telle interruption est conditionée par la rapidité de la réaction du servo micanisme et la valeur du retrait de l'électrode nécessaire au tablissement des conditions normales dans l'espace inter-électro- des. Si les interruptions sont assez fréquentes, elles neuvent diminuer sensiblement l'efficacité de 1 'usinaae, c'est-R-dire le volume de matière enlevse en unité de temps. L'expérience montre que les court-circuits sont généralement provoqués par des perturbations se produisant dans l'espace inter-électrodes et sont précédés par une chute de tension moyenne aux bornes des décharges et rar un appel correspondant du courant alimentant le circuit d'usinage. Si une telle perturbation se prolonae, le processus d'usinaae se transforme facilement en un courtcircuit. Pour illustrer cela, prenons encore une fois l'exemple d'un circuit à relaxation, o ce phénomène est particulièrement facile à observer. Un schOma de principe de ce circuit est donne sur la fig. 1, où U est la tension de charge du condensateur Cu ; Rch est la résistance déterminant l'intensité du courant de charge de ce condensateur; E et P - respectivement l'électrode-outil et la piè- ce à usiner. Le fonctionnement de ce circuit, ou son diaaramme dvnamique, est représenté sur la fia. 2. Si la tension à vide est fixe à une valeur Uo, l'intensité maximale du courant, ou le courant du court circuit, aura la valeur I . La droite U - I exprimera la re cc o co lation entre la tension movenne aux bornes des decharaes Udm et le courant moven de ces décharges, ou le courant moven d'usinage lu Connaissant ces deux valeurs et la capacité du condensateur, on peut déterminer la frnvuence de charaes et de décharges de ce dernier, aui aura l'allure de la courbe F. Etant donne que la tension de claquage d'un dielectriaue donne est pratiquement proportionnelle à la distance entre l'ano- de et la cathode, c'est-à-dire entre l'olectrode-outil et la piè- ce à usiner, en maintenant cette distance constante, on fixera la tension des décharges et, par conséquent, la tension movenne d'usi nacre. Supposons ou'on fixe cette tension à une valeur Ud. Le cou rant moven d'usinaae sera alors I . Cela correspondra au point 1 du u diaaramme. Supposons maintenant crue, nour une raison ouelconoue, par exemple par suitè de l'accumulation dans la zone de decharcres de particules conductrices détachées du métal au cours de l'usinage, les conditions dans l'espace inter-electrodes deviennent perturbées et la tension movenne Udm baisse. Le courant Iu augmentera dans la même proportion. La fréquence des décharges augmentera aussi et le temps nécessaire à la ddsionisation,des canaux de decharaes deviendra insuffisant, ce aui augmentera encore l'état perturbe. de l'espace inter-électrodes. Lorsaue, dans sa chute, la tension atteint une certaine valeur limite Umin, le courant devient Imax. Le phénomène devient alors irreversible et aboutit à un court-circuit. Cet etat limite du processus d'usinaae correspond au point 2 du diagramme. Le diagramme de la fia. 3 renresente ce nhe-nomdne en fonction du temps. L'experience montre aue si, au moment où se manifeste une chute de tension Udm, on emnêche le courant de croître, le processus d'usinage dégénère moins souvent en court-circuit. Si, avec la chute de tension on fait diminuer l'intensité du courant, les Perturbations se résorbent encore mieux et les conditions normales d'usine se rétablissent automatiquement sans crue le nrocessus d'usinaae soit interrompu, comme représente sur le diagramme fia 4, où le dbut et la fin de la perturbation sont indiquées par les moments tl et t2. Pour réaliser ces conditions, il faut donc qu'en cas de perturbation la fréquence des decharaes diminue en fonction de l'impor- tance de cette nerturhation. Etant donne qu'une baisse de là tension d neut être considérée comme indice de perturbation la fracruence des décharges doit varier dans le même sens. Dans tous les cas où la fréquence des impulsions érosives est fonction de l'intensité du courant d'alimentation comme, par exemple, dans les circuits à relaxation ou leurs dnrivees, l'intensité du courant Iu doit être asservie par la tension Udm en dessous d'une certaine valeur de cette dernière nui correspond à la tension movenne optimale déterminée pour le récrime d'usinage donné. La présente invention a pour but de créer une source de courant continu permettant de réaliser ces conditions. Le principe de fonctionnement d'une telle source, ou son diacrramme dtrnamioue, est représenté sur la fic. 5. Une forme de réalisation de l'invention est donne par le schéma de la fia. 6. Le transformateur 1 délivre un courant tri phasé dont la tension à vide est égale à Uo, déterminée par les caractéristiques du circuit d'usinaae. Le redresseur du courant d'alimentation se comnose de trois diodes 2 et de trois thvris- tors 3. Les gâchettes de ces thyristors sont alimentEes par le circuit comprenant le transformateur 4, le redresseur 5, les transistors 6 et les résistances 7. Les bases des transistors 6 sont connectées aux potentiomêtres 8 à travers les diodes Zener 9 de tensions différentes. Pendant le fonctionnement normal, les vachettes des trois thvristors sont alimentées par un courant constant et ces thvristors fonctionnent comme des imples diodes. Au moment où la tension Udm baisse au-dessous d'une certaine valeur, déterminée par l'un des potentiomètres 8, la base du transistor correspondant, alimen tée à travers la diode Zener à la tension la plus élevée, n'est plus alimentée. Le circuit de la gâchette du thvristor correspondant est coupé et ce thvristor ne conduit rlus. Le courant devient alors légèrement hâché et son intensité movenne diminue. Si la tension Udm continue à baisser, le deuxième transistor, dont la base est alimentée à travers la diode Zener à tension plus basse, coupe le circuit de la gâchette du deuxième thvristor nui, à son tour, cesse de conduire. Le courant devient encore plus hâché et son intensité movenne diminue encore. Dans le cas extrême, lorsque la tension Udm baisse en dessous d'une certaine valeur limite, correspondant à l'état d'une perturbation irréversible dans l'espace inter-olectrodes, le troisième thvristor cesse de conduire de la même façon aue les deux précédents et le courant d'alimentation du circuit d'usinage se trouve complètement coupé. Lorsaue les conditions normales dans l'espace inter-6lec- trodes sont rétablies sans vue le courant soit complètement coupé, la tension Udm atteint sa valeur normale, les bases -des deux premiers transistors sont de nouveau alimentées, le courant des aâchettes des deux thyristors est rétabli et ces thvristors conduisent de nouveau. Dans le cas d'un court-circuit franc, où le courant est complètement coupe, un faible courant pulsé, délivré par la diode 10, rétablit la tension Udm dès aue les conditions de l'espace inter-lectrodes le nermettent. Les bases des trois transistors 6 sont de nouveau alimentées, les thvristors se mettent à conduire et le processus d'usine reprend normalement. L'intensité de ce courant pulsé est déterminé de telle sorte au'il est insuffisant pour maintenir l'arc du court-circuit, mais suffisant pour rota blir la tension aux bornes des décharges. Les condensateurs 11 et 12 servent de filtres. Les noten tiomètres 8 permettent un réglage plus fin du moment de coupure de chacun des trois thvristors. Le fonctionnement de ce dispositif, ou son diagramme dvna- mique est représente sur la fiv. 7. Ici, encore une fois, pour simplifier l'explication du phénomène, revenons au fonctionnement d'un simple circuit à relaxation dans lequel le courant de courtcircuit est déterminé par la résistance de charre RCh, comme représenté sur le schéma de la fig. 6. Cette résistance détermine donc la pente de la droite U - I .La tension movenne d'usinage o cc Udm, étant fixée par la distance inter-électrodes, la tension Umin est déterminée par la tension de la première diode Zener 6 et le potentiomètre correspondant 8, ce oui correspond à l'intensité maximale admise du courant d'usine I max Si la tension Udm baisse au-dessous de Umin, le premier thvristor est bloqué et le courant moven diminue à I1. Si la tension baisse encore le deuxième thvristor est bloaue et le courant devient 12 Dans le cas extrême, le bioguage du troisième thv- ristor coupe complètement le courant. La courbe en pointillé représente l'allure générale du fonctionnement de ce dispositif. En choisissant les différentes tensions des diodes Zener 6 et en réglant les potentiomètres 8, on peut modifier le fonctionnement du dispositif dans de lares proportions. Le dispositif décrit ci-dessus représente un des exemples non limitatif de la réalisation de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif régulateur du courant continu destiné à alirenter un circuit d'usine pour machines d'électro-érosion, caractérisé en ce au'il comprend des moves pour assérvir l'inten- sité du courant à la tension movenne d'usinage de telle sorte crue cet asservissement commence au-dessous d'une certaine valeur dé- terminée de la dite tension et crue l'intensité du courant diminue en fonction de la baisse de la dite tension. 2. Dispositif récrulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce crue les dits movens sont agencés pour crue la diminution de l'intensité du courant en fonction de la baisse de la tension movenne d'usine soit effectuée nar degrés. 3. Dispositif régulateur selon la revendication 2, carac térisé en ce crue les dits movens sont acrencés pour crue la diminution de l'intensité du courant en fonction de la baisse de la tension movenne d'usinacre soit réalisée par des coupures intermittentes de ce courant de nlus en nlus prolongées suivant la baisse de la dite tension. 4. Dispositif récrulateur selon les revendications 2 et 3, caractérisé par un agencement permettant d'établir à une quelcon crue valeur, entre la tension a vide et zéro, la tension au-dessous de laquelle commence l'asservissement du courant. 5. Dispositif régulateur selon la revendication 4, caractérisé nar un agencement permettant de faire dépendre la diminue tion de l'intensité du courant I de la tension movenne d'usine suivant différentes fonctions établissant différentes courbes I = # (u) 6. Disrositif régulateur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend des movens redresseurs alimentés par une source d'énercrie électrique polyphasée, et comprenant pour chaque phase au moins un organe redresseur susceptible d'être comme mandé, des movens de commande étant prévus nour commander individuellement le dit organe redresseur de chaque phase, la dite dimi- nution par degrés du courant étant provoguée par le blocage successif, au fur et à mesure crue la tension baisse au-dessous d'une valeur donnée, de l'organe redresseur des différentes phases, les dites courures interrittentes correspondant aux alternances mannuantes du fait de ce blocage. 7. Dispositif régulateur selon la revendication 6, caractérisé en ce aue les dits movens redresseurs sont alimentés par une source d'énergie électrique triphasée, et en ce aue les dits orga- nes redresseurs sont des redresseurs commandés du type thyristor 8. Dispositif régulateur selon la revendication 7, caractérisé en ce crue les dits movens de commande sont agencés pour bloquer successivement les organes redresseurs des trois phases. 9. Dispositif régulateur selon la revendication 6, caractérisé en ce aue les dits moyens de commande sont agencés nour bloquer d'abord l'organe redresseur d'une phase, puis, simultanément les organes redresseurs des autres phases. 10. Dispositif régulateur selon la revendication 6, caractérisé en ce aue les dits movens de commande sont agencés pour bloauer d'abord l'organe redresseur d'une phase, puis, simultanément les organes redresseurs de deux phases seulement. 11. Dispositif régulateur selon la revendication 6, carac térisé en ce ou'il comprend des moyens pour fournir, à travers une impédance série limitant le courant de court-circuit à une valeur relativement faible, lorsque tous les dits organes redresseurs sont blogués, une tension de réallumage redressée à partir d'au moins une phase.