Brevet FR2467047A1 — publié le 19810417

-1- PROCEDE ET DISPOSITIF POUR USINER PAR ETINCELAGE EROSIF L'invention concerne un procédé et un dispositif pour usiner par étincelage érosif une électrode-pièce au moyen d'une électrode-outil, selon lequel on déplace ces électro- des, l'une par rapport à l'autre, en translation, dans au moins une direction oblique formant un angle déterminé avec un axe principal d'avance de l'usinage, on règle la distan- ce d'étincelage comprise entre ces électrodes, de manière à maintenir des conditions d'usinage déterminées, on effectue une succession de phases d'usinage à la fin de chacune des- quelles cette direction oblique est déplacée dès que l'am- plitude du mouvement de translation atteint une valeur li- mite, et on fait varier cette valeur limite d'une phase à la suivante. Cette méthode connue, décrite dans le brevet américain No 3 875 362, présente l'avantage, grâce à la direction d'a- vance oblique, d'usiner simultanément la surface latérale et la surface frontale de la pièce et d'éloigner simultanément l'électrode de ces surfaces en cas de court-circuit. De plus, cette méthode permet d'obtenir une dilatation uniforme de l'électrode dans toutes les directions lorsque les positions limites des déplacements de l'électrode dans toutes ces directions sont situées sur une demi-sphère. Se- lon cette méthode, les déplacements de la direction oblique de la translation sont effectués successivement et dans le même sens suivant l'axe principal d'avance. Le procédé faisant l'objet de l'invention a pour but d'améliorer le rendement de cette méthode connue tout en conservant ses avantage3. Il est caractérisé en ce que la direction oblique est choisie, lors-de la première phase d'usinage, de manière que l'étincelage se produise alterna- tivement sur les surfaces latérales et frontales de la piè- ce, en ce que cette direction oblique est déplacée au cours des phases suivantes, de manière à produire l'étincelage successivement sur les faces latérales et frontales de la pièce, et en ce que la vitesse de pénétration de l'électrode -2- dans la pièce est maintenue dans des limites déterminées au cours de chacune de ces phases d'usinage. Lorsque cette vitesse de pénétration ne varie pas en rapport avec la surface soumise à l'étincelage, l'ordre des phases ci-dessus permet d'obtenir une diminution importante de la durée de l'usinage. Le dessin annexé représente, schématiquement et à ti- tre d'exemple, deux formes de mise en oeuvre du procédé ob- jet de l'invention. La figure 1 illustre la répartition de l'enlèvement de matière en utilisant une méthode connue. La figure 2 montre la répartition de l'enlèvement de matière par le procédé selon l'invention. La figure 3 se réfère à une variante du procédé. La figure 4 représente une installation pour la mise en oeuvre du procédé décrit en référence à la figure 2. La figure 5 concerne un circuit de commande pour réa- liser le procédé selon la figure 3. La figure 1 montre une coupe verticale d'une électro- de 1 et d'une pièce 2 séparées par une distance d'étincela- ge d. L'électrode 1 comporte une surface latérale Si, une surface oblique S2 et une surface frontale S3. Selon la méthode connue précitée, une opération d'usi- nage de finition peut être réalisée en trois phases succes- sives, une première phase au cours de laquelle l'électrode 1 est déplacée dans la direction Z01, Ri, suivie d'une seconde phase avec un déplacement dans la direction Z02, R2. et d'u- ne troisième phase avec un déplacement dans la direction Z03, R3. Les positions limites R1, R2 et R3 sont situées sur une demi-sphère de rayon r dont le centre est la position initiale Z02. Lors de la première de ces phases Z01, R1, l'enlève- ment de matière se produit sur la surface S1 sur une profon- deur r et sur la surface-S 2 inclinée à 450, sur une profon- deur 0,707 r. Aucun usinage n'est effectué sur la surface S 3 car l'électrode n'effectue aucun déplacement axial au delà 2467047, -3- de la position initiale Z 2. Pendant la seconde phase Z02, R2, l'usinage se fait d'abord sur la surface S sur une couche 0,5 r et ensuite simultanément sur la surface S2 sur une couche 0,293 r et sur la surface S3 sur une couche 0,207 r. Il reste à usiner au cours de la troisième phase Z03, R3 une couche 0,293 r sur la surface S3. Si un réglage adaptatif du courant d'usi- nage maintient la densité des décharges ou la vitesse de pé- nétration de l'électrode dans la pièce à une valeur approxi- mativement constante, par exemple en faisant varier l'inter- valle de temps séparant deux trains d'impulsions successifs, selon là méthode décrite dans le brevet américain No. 3.875.362, dans ce cas l'épaisseur de la couche usinée sur les surfaces de la pièce est proportionnelle à la durée de l'usinage de cette couche. Dans l'exemple de la figure 1, la durée de la premiè- re phase d'usinage est de 1 unité de temps, celle de la se- conde phase d'usinage de 0,5+0,207=0,707 unités et celle de la troisième phase est de 0,293 unités, de sorte que la du- rée totale de l'opération d'usinage pendant laquelle on en- lève une couche r sur les surfaces Sl, S2 et 33 est de 2 u- nités de temps. La figure 2 montre la répartition de l'enlèvement de matière lorsque les phases d'usinage sont exécutées dans l'- ordre particulier faisant l'objet de l'invention. La premiè- re phase est exécutée à partir de la position initiale Z 1 dans la direction Z01, R1 de manière à enlever sur la surfa- ce S2 une couche r et la même couche 0,707 r sur la surface latérale S, et sur la surface frontale S 3 Lors de la secon- de phase exécutée dans la direction Z02, R2, la couche enle- vée est 0,293 r sur la surface frontale S3. La même couche 0,293 r est ensuite enlevée sur la sur- face latérale Si au cours de la troisième phase exécutée dans la direction Z03, R3. On constate alors que la durée de la première phase a aussi une durée de 1 unité de temps, mais que les deux pha- 2467047. -4- ses suivantes ont' chacune une durée correspondant à 0,293 unité, de sorte que la durée totale de l'usinage d'une cou- che r sur les trois surfaces n'est plus que de 1,596 unités. Le gain de temps réalisé en utilisant la nouvelle méthode à la place de la méthode connue est de 20 % pour l'exemple des figures 1 et 2. On peut remarquer que l'ordre dans lequel on effectue la deuxième, puis la troisième phase ne joue pas de rôle sur le temps d'usinage total. Le même résultat pourrait être obtenu en changeant 1'- inclinaison dela direction de la translation pendant la se- conde et la troisième phase, par exemple, comme le montre la figure 3, en exécutant à partir-d'une position initiale Z0 une translation verticale Z0, R2 et ensuite une translation horizontale Z0, R.5. La translation exécutée pendant la première phase ne doit pas obligatoirement être exécutée avec une inclinaison de 450, mais avec une inclinaison permettant d'enlever de préférence autant de matière sur les faces latérales que sur les faces frontales de la pièce. Les phases suivantes peuvent être exécutées avec d'autres inclinaisons et en plus grand nombre, mais toujours en déplaçant successivement l'usinage sur les surfaces latérales et frontales de cette pièce. Un exemple de commande automatique pour réaliser la nouvelle méthode d'usinage est représenté à la figure 4. L'électrode 1 est déplacée verticalement par un servo- moteur 3 et la pièce 2 est fixée sur uine table à mouvements croisés comportant des plateaux mobiles 4 et 5 dont les dé- placements sont commandés respectivement par des moteurs 6 et 7. Ces trois moteurs sont contrôlés par une unité de com- mande 8, de manière à déplacer les électrodes selon les mou- vements de translation dans les directions représentées aux figures 1 à 3. Cette unité de commande 8 peut être réalisée par des circuits analogiques ou digitaux, ou par exemple selon le circuit décrit dans le brevet suisse No. 596.540. Cette uni- 2467047. té de commande est placée sous la dépendance de quatre pa- ramètres d'usinage. Le premier est la tension d'usinage fournie par une ligne 9 qui est utilisée pour commander la vitesse d'avance de l'usinage. Le second est la vitesse an- gulaire de la translation radiale dont la valeur est four- nie par un circuit 10. Le troisième est le rapport entre le déplacement axial de l'électrode 1 et le déplacement trans- versal de la pièce 2, ce rapport étant fixé par un circuit 11. Le quatrième est la position axiale de l'électrode pour laquelle commence le déplacement transversal de la pièce, cette position étant modifiée par un registre de transfert 12 qui fixe la séquence des déplacements de la direction o- blique de translation. L'étincelage est provoqué par un générateur d'impul- sions 13 connecté aux électrodes 1 et 2, et contrôlé par un circuit de réglage 14. Ce circuit 14, qui est placé sous le contrôle de la tension d'usinage, réalise un réglage adapta- tif de l'intervalle de temps entre deux impulsions de ten- sion fournies par le générateur 13 en réponse aux conditions d'usinage selon une méthode connue, par exemple selon celle décrite dans le brevet américain No. 3.875.362. Ce réglage a pour conséquence de maintenir une vitesse d'avance sensi- blement constante au cours de chacune des phases d'usinage. L'amplitude limite du mouvement de translation est fournie par un second registre de transfert 15 synchronisé avec le registre 12. La sortie de ce registre 15 est reliée à l'une des entrées d'un comparateur 16 par l'intermédiaire d'un circuit multiplieur 17, l'autre entrée de ce compara- teur étant connectée à un circuit de mesure 18 indiquant la position axiale instantanée de l'électrode 1. La sortie du comparateur 16 est reliée aux entrées des registres 12 et 15. La grandeur d'entrée du circuit multiplieur 17 est fournie par un troisième registre 19. Lorsque l'amplitude limite fixée par le registre 15 et le multiplieur 17 est égale à la position indiquée par le circuit de mesure 18, une impulsion est transmise par le com- -6- parateur 16 au registre 12 pour provoquer un déplacement de la direction du mouvement de translation parallèlement à elle-même. La même impulsion est appliquée au registre 15 pour modifier la valeur limite de la translation, toutes les valeurs limites étant choisies de manière à se trouver sur une demi-sphère ayant pour centre la position Z01 de la fi- gure 2. Après une séquence complète de changement de direc- tion, le registre 19 modifie dans le même rapport toutes les valeurs limites, de manière que ces valeurs limites soient situées lors de l'opération suivante sur une autre demi-sphè- re concentrique à la première. La figure 5 montre une autre disposition des circuits de commande de la figure 4 dans le cas de la figure 3 o tous les déplacements en translation partent d'une position centrale Z0. Dans ce cas, un circuit 20 fixe cette position centrale et un registre 21 fait varier l'inclinaison des dé- placements à partir de cette position après chaque phase d'- usinage, les amplitudes limites étant ajustées au moyen des mêmes éléments que ceux représentés à la figure 4. -7- R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Procédé pour usiner par étincelage érosif une élec- trode-pièce (2) au moyen d'une électrode-outil (1), selon lequel on déplace ces électrodes, l'une par rapport à l'au- tre, en translation dans au moins une direction oblique formant un angle déterminé avec un axe principal d'avance de l'usinage, on règle la distance d'étincelage (d) comprise entre ces électrodes de manière à maintenir des conditions d'usinage déterminées, on effectue une succession de phases d'usinage à la fin de chacune desquelles cette direction oblique est déplacée dès que l'amplitude du mouvement de translation atteint une valeur limite (R1, R21 R3), et on fait varier cette valeur limite d'une phase à la suivante, caractérisé en ce que la direction oblique est choisie, lors de la première phase d'usinage, de manière que l'étin- celage se produise simultanément sur les surfaces latérales (S1) et frontales (S2) de la pièce, en ce que cette direc- tion oblique est déplacée au cours des phases suivantes de manière à produire l'étincelage alternativement sur les fa- ces latérales (S 1) et frontales (S2) de la pièce (2), et en ce que la vitesse de pénétration de l'électrode (1) dans la pièce (2) est maintenue dans des limites déterminées au cours de chacune de ces phases d'usinage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la direction oblique initiale (Z01-R1) est déplacée pa- rallèlement à elle-même dans la direction dudit axe princi- pal au moins une fois dans un sens et au moins une fois dans le sens inverse (figure 2). 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'angle-que fait cette direction oblique (Z01R1) avec ledit axe principal est augmenté au moins une fois et diminué au moins une fois par rapport à sa valeur initiale de la première phase (figure 3). 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comportant au moins un servo-mécanisme (3) pour déplacer les électrodes (1, 2) l'une par rapport à 2467047i -8- l'autre selon un mouvement de translation en maintenant un rapport déterminé entre le déplacement longitudinal et le déplacement transversal des électrodes à partir d'une posi- tion axiale déterminée, et un circuit de réglage (8) pour contrôler ces mouvements de manière à maintenir des condi- tions d'usinage déterminées, caractérisé en ce qu'il compor- =te un premier registre de transfert (11, 12) pour varier ledit rapport et/ou ladite position axiale, de manière que l'étincelage se produise simultanément sur les surfaces frontales et latérales de la pièce (2) lors de la première phase d'usinage, et alternativement sur ces deux surfaces lors des phases suivantes, un élément (18) de détection de la position axiale de l'électrode (1), un comparateur (16) pour commander ce premier registre (12) en réponse à l'é- cart entre la position axiale mesurée et une position de ré- férence, un second registre (15) coopérant avec le premier (12) pour varier cette position de référence, de manière à la maintenir.sur la surface d'une demi-sphère, et un circuit de réglage (14) pour modifier la valeur moyenne du courant d'usinage en réponse aux conditions d'étincelage, de manière à maintenir la vitesse de pénétration de l'électrode (1) dans la pièce (2) dans des limites déterminées.