Brevet FR2247315A1 — publié le 19750509

La présente invention concerne d'une façon gn4rale l'u- sinage par décharges électriques. Plus particulièrement, l'invention concerne la détection de conditions anormales dans l'intervalle entre une électrode et la pièce usinée, en vue de commande der à partir de cette détection la décharge è travers cet intervalle. L'usinage par décharges électriques ou usinage par étincelage est un procédé utilisant des décharges ou étincelles électriques pour usiner le métal. La surface à usiner est bombardée par des impulsions d'énergie électrique de grande intensité qui érodent progressivement la matière jusqu'à ce que la configuration désirée soit obtenue. Pour assurer l'usinage, une machine-outil est nécessaire pour le maintien de la relation entre l'électrode et la pièce usinée, Une source de courant est nécessaire pour fournir l'éner- gie électrique et une huile diélectrique est nécessaire pour immerger le phénomèhe d'érosion. Les décharges d'énergie électrique résultent dtimpulsions de courant continu produites par la source de courant et qui sont envoyées è une électrode maintenue dans la machine-outil. Quand l'électrode est déplacée vers la pièce, l'attraction entre l'électrode de polarité négative et la pièce de polarité positive augmente jusqu'à ce que lténergie électrique ltemporte sur la barrière établie par huile diélectrique et soit transmise à la pièce sous la forme d'nne étincelle. Cette étincelle de grande énergienedéloge par vaporisation, par fusion et par un effet explosif ZparticuIe- minuscule de métal de la pièce avec formation d'un petit cratère. La particule délogée, telle qu'un fragment correspondant å un copeau, est ensuite évacuée par effet de lavage par I1 huile diélectrique. Bien que le fragment arraché et le cratère résultant d'une étincelle soient extrêmement petits, les impulsions d'énergie peuvent entre produites par la source de courant à des fréquences telles que la quantité de métal enlevée soit appréciable. Les impulsions de courant continu de grande énergie nécessaires dans l'intervalle pour les étincelles1 sont produites par un dispositif d'alimentation en courant. Ces impulsions peuvent entre envoyées directement i la zone d'usinage, ou bien peuvent entre envoyées è des condensateurs dans lesquels elles sont emma- gasinées avant leur envoi dans l'intervalle sons une forme plus intense. L'avance de l'électrode vers la pièce pendant l'enlèvement de la matière est commandée par la réaction électrique à partir de l'intervalle d'usinage. Une tension de référence est établie dans la source de courant, et la tension de l'intervalle de décharge est comparée & cette tension de référence. Quand la matière est enlevée, la distance augmente entre I'électrode et la pièce, de sorte que la tension augmente à travers l'intervalle0 Quand la tension dans l'intervalle diffère de la tension de référence, un signal est envoyé è une servo-vanne qui commande un rin hydraulique pour rapprocher l'électrode de la pièce et rétablir l'équilibre du système. Un intervalle est nécessaire entre l'électrode et la pièce pour un usinage efficace.De façon idéa- le, l'électrode ne doit jamais venir en contact avec la pièce. L'intervalle est réglable et varie avec les conditions d'usinage. Pour commander avec précision les décharges électriques et l'enlèvement résultant de métal, il est non seulement nécessaire qu'il existe un intervalle entre l'électrode et la pièce, mais aussi que l'usinage ait lieu dans un milieu environnant contr8- lé et constant. Une huile diélectrique est utilisée dans ce but pour isoler complètement la zone d'usinage. Le diélectrique isolant de l'air l'usinage a trois fonctions principales, le refroidissement de la pièce usinée, l'évacuation des résidus à partir de l'intervalle d'usinage et une action d'opposition constante et réglable aux décharges électriques. Pour une commande précise de l'opération, le diélectrique doit agir en isolateur et doit ensuite "claquer" quand une tension spécifique est atteinte. Quand ce "claquage" a lieu le diélectrique est ionisé et permet le passage du courant entre l'é- lectrode et la pièce. En cas de court-circuit entre l'électrode et la pièce, un arc indésirable a lieu. Un tel court-circuit peut résulter de la présence de débris, d'une surface rugueuse de la pièce ou du contact momentané de l'électrode avec la pièce. Dans ces cas, 1'é- clatement d'un arc ou la chaleur résultante engendrée par l'arc peut endommager la pièce. Il est habituel pour un appareil d'usinage par décharges électriques de prévoir un dispositif pour détecter la tension faible existant en cas d'un court-circuit pour interrompre le passage du courant vers l'intervalle d'usinage. Malheureusement, une fois un court-circuit établi, l'endommagement de la pièce peut être considérable. De plus, le dispositif détecteur ne peut détecter qu'un court-circuit franc mais non un courtcircuit partiel, qui cependant peut se traduire par l'endommage- ment de la pièce. Si l'intervalle est court-circuité, un courant supérieur au courant normal est établi, et si le courant n'est pas coupé immédiatement la quantité totale d'énergie transmise à la pièce sera supérieure à l'énergie normalement transmise. Cette énergie supérieure provoque des points rugueux sur la surface de la pièce et peut se traduire par l'endommagement de cette surface. Pour éviter ce danger, conformément à l'invention, une vitesse anormale de variation du courant dans l'intervalle d'usinage est détectée quand un court-circuit commence à apparaître, por commander en réponse ltenvoi de courant vers cet intervalle. La présente invention a par suite pour obJet un détecteur perfectionné pour détecter un état de court-circuit dans l'intervalle d'usinage d'une machine d'usinage par décharges électriques ou étincelage et pour commander l'envoi de courant-à l'interval- le en réponse à cette détection. L'invention a aussi pour obJet un détecteur de dérangement pour détecter une vitesse anormale de variation du courant quand un court-circuit apparat dans l'intervalle de décharge d'une machine d'usinage par décharges électriques, L'invention a aussi pour obJet une bobine torique pour détecter la vitesse de variation du courant dans l'intervalle de décharge d'une machine d'usinage par décharges électriques et pour commander le courant envoyé à cet intervalle en réponse à un signal de sortie prédéterminé de la bobine torique. les caractéristiques de l'invention ressortiront plus par ticulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple en référence au dessin annexé, sur lequel la figure 1 est le schéma général du circuit d'alimentation en courant pour une machine d'usinage par décharges électriques selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, les figures 2a à 2c sont des diagrammes en fonction du temps montrant divers signaux apparaissant dans le circuit de la figure 1, les figures 3a à 3 h sont des diagrammes en fonction du temps montrant les relations entre différentes fonctions développées du circuit, et les figures 4a et 4b sont des diagrammes d'impulsions en fonction du temps montrant des impulsions de tension pour un état normal et un état anormal dans le circuit de la figure 1. La figure 1 est le schéma général d'une alimentation en courant pour l'usinage par étincelage selon un mode de mise en oeuvre de l'invention. Une borne de la source d'alimentation est couplée à une électrode 10, et l'autre borne est couplée à la pièce à usiner 12, par exemple par l'intermédiaire de la masse. L'électrode 10 et la pièce 12 sont maintenues espacées pour lté- tablissement d'un intervalle à travers lequel les étincelles éclatent entre ltélectrode 10 et la pièce 12. Un générateur d'impulsions 14 engendre des impulsions ayant une fréquence et un coefficient d'utilisation prédéterminés. Ces impulsions qui ne sont pas représentées sur la fig. 2a, mais qui sont les mêmes que sur la figure 3a sont envoyées à une entrée d'une porte ET 16. On suppose que lorsque la porte est ouverte et fermée, les signaux sortants sont représentés par un 1-logique et un O-logique. Les impulsions du générateur d'impulsions 14 sont aussi envoyées à un inverseur 1Lesinaux sortant de l'inverseur 14, représenté sur la figure sont différenciés par le circuit R1 Co Les impulsions résultantes sont représentées sur la figure 2c.Les parties négatives de ces impulsions sont écrêtées par la diode D1 et les parties positives sont appliquées à l'en- trée R de remise à zéro d'une bascule 20. Une sortie de la bas TUT cule 20 est connectée à la seconde entrée de la porte/160 Dans les conditions normales, quand les signaux sortant du générateur d'impulsions 14 et de la bascule 20 sont à l'état 1logique, l'impulsion représentée sur la figure 2a apparat à la sortie de la porte ET. Si l'un ou l'autre des signaux sortant du générateur d'impulsions 14 et de la bascule 20 est à 11 état O-logique, ou si les deux sont à l'état O-logique, aucune impulsion n'apparaît à la sortie de la porte Bon16. Les impulsions sont amplifiées par un amplificateur de pu3s- sance 22 d'un type classique dont le signal de sortie.est envoyé à travers une résistance de limitation de courant R3 à l'électrode 10 et par suite à travers l'intervalle d'étincelles pour l'usinage de la pièce 12. Ces impulsions sont représentées sur la figure 3a avant le début d'une coupure et sur la figure 3b après le début d'une coupure sans court-circuit de l'intervalle. Â ce moment, le courant à travers l'intervalle est représenté sur la figure 3c et la vitesse de variation du courant est illustrée par la figure 31. En l'absence de la commande selon l'invention, en cas d'un court-circuit franc à travers l'intervallesle courant et la vi- tesse de variation du courant seront tels que représentés sur les figures 3e et 3f. De façon similaire, un court-circuit partiel se traduira par un courant tel que représenté sur la figure 3g et par une vitesse de variation du courant telle que représentée sur la figure 3h. Une comparaison entre les figures 31 et 3f, 3h, montre que la vitesse de variation du courant augmente de façon anormale immédiatement au début de l'apparition d'un court-circuit dàns l'intervalle. Une bobine torique 24 est utilisée pour détecter cette vitesse de sariation-du courant. Cette bobine peut être formée par un hoyau Arnold "324117.2" avec un enroulement de 25 spires de fil bien que la structure précise de ce détecteur torique dépende des aaractirtstiques du circuit. Le signal de sortie du détecteur torique 24 est envoyé à une résistance R et à un circuit 2 à senil de Schmitt classique 26. La valeur de seuil du signal d'entrée du circuit 26 est déterminée par une diode 22. Le signal de sortie du déclencheur de Schmitt est envoyé à l'entrée de cos- romande de la bascule 20. L'ionisation normale dans l'intervalle entre l'électrode 10 et la pièce 12 est un processus progressif. L'ionisation démarre par un éclair extr8mement bref à travers l'intervalle. Be la chaleur est dégagée et l'ionisation augmente jusqu'à la saturation déterminée par la tension de l'impulsion et par la résistance R3. me ai le niveau du courant de saturation est élevé, la vitesse de variation du courant est relativement faible pendant l'ionisation normale, de la façon représentée sur la figure 31. Par contre, si une impulsion est appliquée quand l'intervalle est court-circuité ou partiellement court circuité, le courant atteint son niveau de saturation à peu près instantanément de la façon représentée sur les figures 3f et 3h. Par suite, la vitesse de variation du courant sera relativement élevée. C'est cette vitesse de variation relativement élevée du courant qui est détecte par le détecteur torique 24 et qui est utilisé pour exciter le circuit de commande de l'arc. Quand le détecteur torique 24 détecte 11 état anormal, son signal de sortie est transmis au déclencheur de Schmitt 26. Le signal de sortie de ce dernier fait basculer la bascule 20 de sorte que son signal de sortie apparatt sons la forme O-logique sur la porte ET 16. Immédiatement, le passage du courant vers l'électrode 10 est interrompu Jusqu'à ce que le signal de sortie du détecteur torique 24 tombe en-dessous de la valeur de seuil, les conditions normales étant rétablies et le signal de sortie de la bascule 20 revenant à l'état 1-logique. Dans les conditions normales, le signal de sortie de la porte ET 16 est celui représenté sur la figure 4a. Ce signal variera pour des conditions anormales de la façon illustrée par la figure 4b. Bien entendu la présente description n'est pas limitative et l'invention peut entre mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. REVENDICACCIONS 1. Dispositif pour 11 usinage par décharges électriques ou étincelage, comportant un générateur a'impulsions pour produire des impulsions ayant une fréquence et un coefficient d'utilisation prédéterminés, une électrode et une pièce conductrice à usiner avec un intervalle ionisable entre les deux, et un circuit couplant le générateur d'impulsions à l'électrode et à la pièce à usiner afin que des décharges électriques discrètes traversent cet intervalle pour usiner la pièce, caractérisé par un dispositif couplé au circuit afin de détecter la vitesse de variation du courant dans 11 intervalle, et un dispositif couplé au dispositif détecteur pour interrompre la production des décharges électriques en réponse à la détection d'une vitesse de variation du courant dans ltintervalle supérieure à une valeur prédéterminée. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit comporte un inverseur couplé au générateur d'impulsions pour inverser les impulsions du générateur, un dispositif pour différencier les impulsions inversées, une bascule dont la remise à zéro est provoquée par les impulsions inversées et différenciées, et une porte EN dont les entrées sont couplées au générateur d'impulsions et à la sortie de la bascule et dont la sortie est couplée à l'électrode, un dispositif torique pour détecter la vitesse de variation du courant traversant l'interval- le, et un déclencheur à seuil de Schmitt excité par le dispositif torique pour produire on signal représentant la vitesse de variation de courant au-dessus d'un niveau prédéterminé dans l'intervalle, cette bascule étant basculée en réponse à ce signal afin que la vitesse de variation du courant dans l'intervalle au-dessus du niveau prédéterminé provoque l'interruption par la bascule des impulsions à partir de la porte ET. 3. Dispositif selon la revendication I caractérisé en ce que le dispositif détecteur est un détecteur torique produisant un signal sous la forme d'un courant en réponse à la détection de la vitesse de variation du courant dans l'intervalle, le dispositif interrupteur comportant un dispositif pour produire un signal en réponse au courant induit, au-dessus d'une valeur prédéterminée, et un dispositif répondant à la présence du signal en interrompant les décharnes discrètes.