Brevet FR2382974A1 — publié le 19781006

L'invention est relative à un circuit électrique de servo-commande pour le positionnement et l'avance de l'electro- de-outil dans une machine d'usinage par electro-érosion. Elle a pour but d'améliorer le fonctionnement de tels dispositifs en augmentant la précision de la position de l'electrode-outil par rapport à la pièce à usiner, celle-ci étant déterminée par une valeur choisie du "gap" oueEaceduirEge g enaBummM:, en assurant, au cours de l'usinage, une avance automatique et précise de l'électrode en maintenant tou jours la même valeur de ce gap ainsi que les meilleures conditions du processus d'usinage. On rappelle que dans l'usinage par éectro-érosion la distance du séparant l'electrode-outil de la pièce à usiner et la tension moyenne des impulsions érosives U varient dans le mê u me sens. Au cours de l'usinage, lorsqu'une certaine couche de matière est enlevée sur la pièce, la distance du se trouve aug mentée, ce qui entraîne une augmentation de la tension moyenne U u Par contre, si l'électrode se trouve trop rapprochée de la pièce, la tension U baisse. Cette tension moyenne U représente donc une u u information qu'on utilise généralement pour commander l'avance automatique de l'électrode pendant l'usinage. Dans la plupart des systèmes de servo-commande, la tension moyenne Uu, recueillie entre l'électrode et la pièce, est comparée à une tension de référence Ur correspondant à la tension moyenne voulue. Une tension différentielle Ud, positive ou négative, obtenue ainsi, sert d'information pour faire avancer ou reculer 1' électrode-outil. En réalité, aux environs de la position de travail de l'électrode, il existe une zone d'insensibilite. Elle correspond à la plage de faibles valeurs de la tension différentielle, donnant une information insuffisante pour vaincre la résistance des éléments mécaniques ou hydrauliques du système de commande et de transmission. Cette plage d'insensibilité est caractérisée, en outre, par les effets d'inertie du système, d'où une possibilité d'oscillation de l'électrode autour de sa position de travail. I1 existe des systèmes qui améliorent le fonctionnement des servo-mécanismes en faisant travailler le moteur d'une façon plus proportionnelle à la tension moyenne d'usinage dans cette zone. La difficulté est, toutefois, de trouver et de main tenir le rapport précis entre la tension U et le gap d'usinage u dans cette zone. Dans ce but, on a souvent recours aux systèmes dans lesquels on fait intervenir la valeur du courant moyen d'usi nage I qui varie en fonction inverse de la tension Uu. Mais ces u u systèmes présentent 1 'inconvénient de rendre le facteur de proportionnalité dépendant de la valeur moyenne du courant d'usinage, ce dernier variant sensiblement en fonction des régimes d'usinage et de la forme des impulsions érosives. D'autre part, il est très important de noter que la tension moyenne totale des impulsions érosives - et cela quels que soient les moyens de génération de ces impulsions - résulte d'une valeur de tension instantanée V qui évolue dans le temps, au cours u de chaque période d'impulsion et se compose de deux parties bien distinctes : 1) la tension de claquage du diélectrique, c'est-àdire la tension d'allumage du canal et 2) la tension de l'arc de la décharge ou de l'impulsion proprement dite. Cette dernière tension a une valeur presque constante et ne varie que dans des proportions extrêmement faibles quelle que soit la position de I'élec trode-par rapport à la pièce. En d'autres termes, elle est pratiquement indépendante de la tension de claquage.Or, c'est précisé- ment la tension de claquage qui est proportionnelle à la longueur du canal, c'est-à-dire au gap d'usinage. En outre, c'est cette tension de claquage qui correspond à l'état réel du milieu diélectrique dans la zone d'usinage et qui intègre automatiquement les effets de toutes les perturbations qui se produisent dans ce milieu au cours de l'usinage. Par conséquent, c'est seulement cette tension de claquage, c'est-à-dire la valeur de pointe de la tension instantanée Vu, qui peut servir d'information valable pour déterminer la position juste de l'électrode et pour assurer un processus d'érosion électrique stable et efficace.Si l'on prend pour information la totalité de la tension moyenne, cette information sera d'autant moins exacte que la différence entre la tension de claquage et celle de l'arc de l'impulsion est faible L' information fournie au système de commande doit donc être basée non sur la valeur moyenne de la tension totale de décharges ou d'impulsions, mais sur la valeur moyenne de la tension de crête de ces impulsions. Pour obtenir cet avantage, la présente invention propose un circuit électrique de servo-commande pour le position nement et l'avance de I'électrode-outil dans une machine d'usinage par électro-érosion, caractérisé en-ce qu'il comprend un organe moteur- cinématiquement lié à Il électrode-outil de façon à la rapprocher de la pièce à usiner lorsqu'il tourne dans un premier sens et à éloigner cette électrode de la pièce à usiner lorsqu'il tourne dans l'autre sens, des premiers moyens d'alimentationélec- trique pour faire tendre, avec une certaine force, le moteur à tourner dans le premier sens, et des deuxièmes moyens d'ali mentation électrique pour faire tendre le moteur à tourner dans l'autre sens, avec une force que les . seconds moyens font dépendre de la tension électrique de pointe qui se présente durant l'évolution périodique de la tension de Itélectrode les seconds moyens comprenant des composants de circuit con nectés pour appréhender la tension sur 1' électrode et pour moduler un courant de commande en fonction inverse de la valeur des pointes de tension, qui se présentent aux instants d'amorçage de l'arc électro-éosif. On utilise ainsi une information qui correspond aux paramètres les plus significatifs du processus d'usinage de sorte que l'on peut assurer un fonctionnement régulier et efficace de la machine. Un exemple de réalisation de ce système est repré senté au dessin dont l'unique figure est un schéma d'un dispositif de réglage du type en question. La tension V servant d'informa u tion est recueillie aux bornes de l'électrode 1 et de la pièce à usiner 2 aux points 3 et 4. Le courant passe par la résistance 5, une diode Zener 6, dont la tension est inférieure à la tension de crête des impulsions érosives, mais supérieure à la tension de l'arc de ces impulsions, de sorte qu'on utilise pour l'informa tion une plage de tensions correspondant uniquement aux tensions équivalentes à la longueur du canal, en excluant l'influence de la tension de l'arc. Le courant de cette information passe ensui te par le primaire d'un transformateur abaisseur 7. Le courant du secondaire de ce transformateur, auquel est de préférence branchée une résistance de charge de stabilisation R5, passe par un redres seur 8 et alimente un système d'amplification 9.- Un moteur à cou rant continu 11, commandant le mouvement d'avance et de recul de l'électrode 1, est alimenté, d'une part, par un premier enroulement secondaire d'un transformateur d'alimentation 12, dont le courant passe par une résistance variable 13, qui pourrait être avantageusement remplacée par un transistor ou par un autre dispositif limitant le courant, et une diode 14 et, d'autre part, par un second enroulement secondaire 15 de ce transformateur, dont le courant passe par un circuit modulateur d'amplitude de courant 19 et une diode 16. Du fait des diodes 14 et 16; le moteur est alimenté dans un sens durant une alternance de l'alimentation par l'enroulement 12 avec une intensité déterminée par la résistance 13 et dans l'autre sens, durant l'autre alternance, par l'enroulement 15 avec une intensité déterminée par le circuit modulateur 19. Le courant de l'enroulement 15, modulé par le circuit 19, produit sur le moteur 11 un effet opposé à celui de l'enroulement 12. La valeur relativement élevée de la résistance 13 permet de diriger une intensité suffisante du courant de l'enroulement 15 aux bornes du moteur 11. La tension V qui commande le circuit modulateur 19 m résulte d'une intégration par une résistance 10 et un condensateur 18 de la tension de pointe détectée Vd amplifiée dans l'amplifi cateur 9. Plus la tension V est élevée, plus le circuit modula m teur 19 restreint le passage du courant de l'enroulement 15, c'est à-dire.que les éléments 9, 10, 18 et 19 ont une fonction globale inversée.Par ailleurs, lorsque l'électrode reste trop éloignée de la pièce 2 pour que les impulsions érosives puissent avoir lieu, un amplificateur 21, commandé à travers une diode 20, agit par l'in termêdiaire de deux résistances 22, 23 et d'une diode 24, de façon à maintenir sur le condensateur 18 une tension Ù élevée, comme si m des impulsions de forte amplitude avaient lieu. Dès que les impulsions se produisent réellement, un amplificateur 26, commandant un transistor 25 par l'intermédiaire de résistances 27, 28 et un condensateur intégrateur 23, inhibe l'action de l'amplificateur 2-1. Si l'électrode se trouve éloignée de la pièce, il n'y a pas d'impulsions et grâce à l'agencement 20 - 29, l'enroulement 15 ne débite pas ou presque pas de courant. L'enroulement 12 fait alors fonctionner le. moteur ll dans le sens de rapprochement de l'électrode vers la pièce. Peu après apparaissent les premières impulsions, dont la tension de crête est fortement supérieure à la tension de la diode Zener 6. L'effet de la tension de l'enroulement 15 commence à s'opposer à l'effet de la tension de l'enroulement 12, mais le moteur ne s'arrête pas encore. En effet, la tension V au point m est encore grande car la tension des impul m sions dépasse le seuil fixé par un diviseur de tension 31, 32 à l'entrée de l'amplificateur 9.Ensuite, quand l'électrode se rapproche encore, la tension des impulsions détectée diminue encore et l'intensité du courant que le circuit modulateur 19 laisse passer, augmente encore, le moteur 11 est en état d'équilibre et s'arrête; l'électrode étant maintenue exactement dans la position adéquate. Le moteur se remet à faire avancer l'électrode dès qu'une certaine couche de matière est enlevée de la pièce, par suite de quoi la tension de l'information devient plus élevée que celle qui assure un équilibre entre l'effet des deux courants antagonistes alimentant le moteur. Dans le cas contraire, apparaît un déséquilibre inverse et le moteur fait remonter l'électrode pré cisément à la valeur permettant le rétablissement de l'équilibre entre les effets des deux courants. Tout désécuilibre entre l'in- tensité des deux courants pulsés fait travailler le moteur selon le cas dans le sens d'approchement ou dleloignement de l'électrode par rapport à la pièce. Ce système donne les avantages suivants Aucun courant provenant d'un enroulement ne passe dans l'autre. Le moteur se trouve dans un état d'une très légère oscillation, insensible au niveau de l'électrode, mais suffisante pour supprimer toute résistance due au frottement de démarrage. Ainsi, le déséquilibre, même le plus faible entre les courants des deux enroulements, permet au moteur une action immédiate sur la position de l'équipage mobile porte-électrode proportionnée à la valeur de l'information reçue qui, à son tour, est proportionnée aux conditions réelles dans le gap d'usinage. Le réglage de l'intensité de chaque courant permet d'augmenter ou de diminuer la vitesse de réaction de la servo-commande suivant les conditions de l'usinage. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu' à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, Si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS: 1. Circuit électrique de servo-commande pour le positipnnement et l'avance de l'electrode-outil dans une machine d'u sinage par électro-érosion, caractérisé en ce qu'il comprend un or gane moteur cinématiquement lié à la dite électrode-outil de façon à la rapprocher de la pièce à usiner lorsqu'il tourne dans un premier sens et à éloigner cette électrode de la pièce à usiner lorsqu'il tourne dans l'autre sens, des premiers moyens d'alimentation électrique pour faire tendre, avec une certaine force, le dit moteur à tourner dans le dit premier sens, et des deuxièmes moyens d'alimentation électrique pour faire tendre le dit moteur à tourner dans le dit autre sens, avec une force que les dits seconds moyens font dependre de la tension électrique de pointe qui se présente durant l'évolution périodique de la tension de la dite électrode, les dits seconds moyens comprenant des composants de circuit connectés pour appréhender la tension sur la dite électrode et pour moduler un courant de commande en fonction inverse de la valeur des pointes de tension, qui se présentent aux instants d'amorçage de l'arc électro-érosif. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dits premiers moyens d'alimentation électrique comprennent un enroulement secondaire d'un transformateur d'alimentation en série avec une première diode dé façon que ces moyens foncticni-ndsit une demi-période d'une alimentation en courant alternatif, et en ce que les dits seconds moyens comprennent un autre enroulement secondaire du même transformateur d'alimentation en série avec une seconde diode, de façon que ces seconds moyens fonctionnent durant l'autre demi-période de la dite alimentation. 3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que les dits premiers moyens comprennent une résistance réglable en série avec le dit premier enroulement et en ce que les dits seconds moyens comprennent un transformateur dont le primaire est branché, en série avec une diode Zener, aux bornes de l'espace inter-électrode constitué par la dite électrode-outil et par la dite pièce à usiner, ce transformateur comprenant un enroulement secondaire qui fournit une tension de commande impulsionnelle à un amplificateur suivi d'un étage d'intégration, un circuit modulateur d'amplitude étant commandé par la tension présente à la sortie du dit étage intégrateur, ce circuit modulateur d'amplitude comprenant un tronçon commandé branché en serie sur le dit second enroulement secondaire du transformateur d'alimentation, dans les dits seconds moyens d'alimentation. 4. Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que les dits seconds moyens d'alimentation comprennent encore un premier amplificateur auxiliaire commandé directement par la tension sur la dite électrode-outil et délivrant une tension de commande du dit circuit modulateur d'amplitude en parallèle avec la sortie du dit étage dtintegration lorsqu'aucune impulsion électro-érosive n'a lieu par suite d'un trop grand éloignement de l'électrode, la sortie de cet amplificateur auxiliaire étant court circuitée, à l'aide d'un second amplificateur auxiliaire branché sur l'enroulement secondaire du dit transformateur, lorsque des impulsions électro-érosives ont lieu.