Brevet FR2461549A1 — publié le 19810206

-1 - PROCEDE ET DISPOSITIF D'USINAGE 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 en forme de fil, entre lesquelles on applique des impulsions successives de tension destinées à amorcer des décharges. Dans des machines à usiner par étincelage, le fil et la pièce sont déplacés l'un par rapport à l'autre de manière à découper la pièce en suivant une trajectoire programmée et il est avantageux d'amener le courant dans la zone d'usina- ge le long du fil de chaque côté de cette zone au moyen de deux circuits comprenant chacun une amenée de courant sur ce fil reliée à l'une des bornes d'un générateur d'impulsions, l'autre borne de ce générateur étant connectée à la pièce à usiner. Lorsque l'étincelage s'effectue normalement, la répar- tition des décharges dans la fente d'usinage comprise entre les électrodes se fait de façon aléatoire. Cependant, on peut constater qu'il se produit souvent une concentration de ces décharges en un point particulier de la zone d'usinage qui a pour effet de perturber l'usinage par un accroissement des décharges anormales et de provoquer une rupture du fil due à un échauffement local excessif de celui-ci. Ces pertur- bations pourraient être évitées en agissant suffisamment ra- pidement sur des paramètres d'usinage tels que la puissance des décharges ou l'injection du fluide d'usinage. Il est donc très utile de pouvoir détecter une telle concentration des décharges pour permettre de prévenir un défaut d'usinage. Le procédé faisant l'objet de l'invention permet de ré- aliser cette action préventive. Selon ce procédé, on élabore un signal électrique en fonction d'une caractéristique de 1'- étincelage et on varie au moins un paramètre d'usinage en ré- ponse à ce signal et on donne à ce signal une valeur représen- tative de l'endroit o se produit chaque décharge le long de la partie active du fil pendant l'usinage. L'invention permet aussi de détecter l'endroit o se -2- produit cette localisation des décharges, ce qui est très utile pour effectuer uw contrôle ou une correction de la surface usinée de la pièce ou la mise à l'équerre du fil et de la pièce avant l'usinage. Une autre application de la me- sure de la position des décharges est de détecter les varia- tions de la hauteur de la pièce soumise à l'étincelage pour varier des paramètres d'usinage en réponse à cette détec- tion, de manière à maintenir l'usinage à son rendement maxi- mal quelle que soit la hauteur de la pièce. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plu- sieurs formes d'exécution d'un équipement de machine à fil présentant les caractères de l'invention. La figure 1 illustre le principe d'une machine à usi- ner par étincelage, placée sous le contrôle d'une mesure de la position des décharges. La figure 2 est un schéma électrique correspondant à une partie de la figure 1. La figure 3 est un schéma fonctionnel de l'un des élé- ments de la figure 1. La figure 4 se rapporte à une autre forme d'exécution de l'un des éléments de la figure 1. La machine à usiner par étincelage, représentée à la figure 1, comprend une électrode-outil en forme de fil 1 et une électrode-pièce 2, entre lesquelles on applique des im- pulsions de tension successives au moyen d'un générateur 3, de manière à produire des décharges dans une zone d'usinage 4 comprise entre ces électrodes. Le fil 1 est déplacé longitudinalement dans la zone d'usinage en passant sur des poulies 5 et 6 et sur les sur- faces de guidage 7 et 8. Ces éléments sont tous solidaires d'une fourche mobile, non représentée. Cette fourche mobile et la pièce 2 sont déplacées l'une par rapport à l'autre par des servo-moteurs à commande numérique selon une trajectoire programmée. Le courant d'usinage est amené dans la zone d'u- sinage par le fil 1 au moyen de deux contacts 9 et 10 dispo- sés de chaque côté de cette zone et connectés à l'une des -3- bornes du générateur 3 par des lignes AC et BC, l'autre bor- ne de ce générateur étant reliée directement à la pièce 2 à usiner. Un circuit de surveillance 11 est connecté aux bornes A et B, et après traitement de l'information reçue par des lignes a et b, ce circuit 11 émet un signal qui est tra:3- mis au générateur 3 par une ligne 12. Ce circuit émet éCale- ment d'autres signaux transmis par des lignes 13 à un dispo- sitif de signalisation optique 14 comportant des voyants lu- mineux 15, 16 et 17. La figure 2 montre la structure du circuit de puissan- ce de la figure 1 reliant le générateur 3 à la zone d'usina- ge 4. Lorsqu'une décharge se produit à un endroit D de la zone d'usinage 4, le courant d'usinage suit un premier cir- cuit C A D dont la partie CA a une impédance Z1 et la par- tie AD une impédance Z2, et un second circuit CBD dont les parties CB et BD ont respectivement des impédances Z3 et Z4. Les impédances Z1 et Z3 ont une valeur constante, alors que les impédances Z2 et Z4 ont des valeurs qui dépendent respectivement de la longueur du fil 1 comprise entre l'en- droit D de la décharge et les contacts 9 et 10. Ces quatre Impédances sont comptées selon un pont de Westhone dont l'- équilibre dépend de la position de la décharge dans la zone d'usinage. Après avoir traversé cette zone d'usinage, le courant retourne dans le générateur 3 par une ligne repré- sentée par une impédance Z. Si les impédances Z1 et Z sont égales et-si les contacts 9 et 10 sont situés à égale dis- tance de la zone d'usinage, le pont est équilibré si une dé- charge se produit au milieu de cette zone et aucune tension n'apparaît entre les bornes A et B pendant cette décharge. Au contraire, si une décharge se produit à une extrémité de la pièce, le rapport des impédances Z2 et Z4 prend une va- leur qui déséquilibre le pont, et une tension apparaît entre les bornes A et B, le niveau de cette tension dépendant de la position de la décharge. Une autre manière de mesurer l'état d'équilibre du -4- pont consiste, comme le montre la figure 2, à mesurer le courant circulant dans les deux circuits parallèles de ce pont au moyen de deux transformateurs de courant 18 et 19 dont les enroulements secondaires sont couplés en série avec deux diodes 20 et 21 de manière à constituer un pont de redresseur monophasé dont le courant traverse un poten- tiomètre 22 et un condensateur de lissage 23 aux bornes du- quel apparaît une tension représentative de la différence entre les courants circulant dans les deux branches du pont. Un curseur 24 du potentiomètre 22 qui est relié au point commun des enroulements secondaires des transformateurs 18 et 19 permet de compenser un déséquilibre init'ial de ce pont lorsque, par exemple, la pièce 2 n'est pas placée à égale distanoe des contacts 9 et 10. Cette mesure de l'état d'équilibre du pont a l'avan- tage d'être indépendante de la tension de chaque décharge entre le fil et la pièce, et de prendre une polarité qui permet de localiser la décharge dans la moitié supérieure ou la moitié inférieure de la zone d'usinage ou au milieu de cette zone. En revanche, si la mesure est faite entre les lignes a' et b' du condensateur 23, elle dépend non seulement de la localisation des étincelles, mais aussi du niveau du cou- rant d'usinage, de sorte qu'une compensation en fonction de ce niveau devrait être réalisée par le circuit de surveil- lance 11. Ce dernier transmet une indication visuelle sur l'endroit o se produit une concentration des décharges au moyen des voyants 15, 16 et 17 indiquant respectivement une concentration du milieu, en haut ou en bas de la-zone d'usi- nage. D'autre part, un signal indiquant le présence de cette concentration est émis sur la ligne 12 pour modifier, de ma- nière connue, les paramètres du générateur 3, par exemple pour diminuer la puissance des décharges jusqu'à ce que cet- te concentration disparaisse, ce qui permet de maintenir des conditions d'usinage optimales et d'éviter une rupture du fil. -5- Ces signaux pourraient aussi être utilisés pour varier un autre paramètre ayant un effet sur la localisation des décharges, tel par exemple que l'injection du fluide d'usi- nage. Ces signaux pourraient aussi servir à ajuster l'incli- naison du fil par rapport à la surface de la pièce. On pourrait aussi utiliser d'autres appareils pour me- surer les courants partiels dans chaque branche du pont de la figure 2, tels que, par exemple, des sondes à effet Hall. Une autre application de l'installation de la figure 1 consiste à détecter un défaut d'usinage provenant de l'er- reur d'alignement du fil avec ses guides pendant l'opération de découpe de la pièce. La surface usinée peutprendre une forme convexe ou concave qui est signalée par une concentra- tion anormale des décharges lors d'une phase de contrôle au cours de laquelle la trajectoire de découpe est répétée a- près avoir effectué cette découpe dé la pièce. Le circuit de surveillance 11 pourrait être réalisé selon le schéma de principe de la figure 3 pour signaler et localiser la concentration des décharges. La différence de potentiel mesurée entre les lignes a et b ou entre les lignes a' et b' est appliquée à un ampli- ficateur différentiel 25 dont le signal de sortie est relié à deux circuits à mémoire analogiques 26 et 27, ainsi qu'à un flip-flop 28 dont les sorties Q et Q sont connectées à ces circuits, et à un circuit 29 pour signaler la polarité du signal de sortie de l'amplificateur 25. Les sorties de ces circuits à mémoire 26 et 27 sont connectées respective- ment à l'une des entrées de deux circuits comparateurs 30 et 31, les autres entrées de ces amplificateurs étant alimen- tées par le signal de l'amplificateur 25. Ce dernier est é- galement appliqué à un circuit 32 destiné à calculer sa va- leur moyenne. Les deux comparateurs 30 et 31 ont leurs sor- ties connectées à l'une des entrées d'un circuit trigger 33 par l'intermédiaire de diodes 34 et 35, l'autre entrée du trigger 33 étant alimentée par la tension fournie par un po- tentiomètre 36. -6- Un autre circuit trigger 37 reçoit sur l'une de ses entrées la tension moyenne fournie par le circuit 32 et sur l'autre de ses entrées la tension de référence d'un potentio- mètre 38. Le signal logique émis par une sortie Q du trigger 33 est appliqué à chacune des entrées de trois portes "AND" 39, et 41, tandis que le signal logique de la sortie Q du trigger 37 est connecté à une seconde entrée de la porte 40, et celui de la sortie Q à chacune des secondes entrées des portes 39 et 41, dont les troisièmes entrées reçoivent cha- cune le signal de sortie du circuit 29, ce signal étant ap- pliqué à la porte 41 par l'intermédiaire d'un inverseur 42. Ce circuit fonctionne de la manière suivante: La tension qui caractérise le déséquilibre du pont de la figure 2, ou la position de chaque décharge dans la zone d'usinage 4, est mémorisée alternativement par le circuit 26 et le circuit 27 sous l'action des sorties Q et Q du flip- flop.28. Ces valeurs mémorisées sont comparées à la valeur mesurée lors de la dernière décharge par les comparateurs 26 et 27, de sorte que ces deux comparateurs mesurent alternati- vement l'écart entre le niveau de cette tension pour deux dé- charges successives. Cet écart, qui est sélectionné par les diodes 34 et 35, est comparé à un écart de référence par le trigger 33 dont la sortie Q émet un signal sur la ligne 12 lorsqu'il est inférieur à la valeur ajustée par le potentio- mètre 36, de manière à signaler un taux anormal de concentra- tion des décharges. Cette signalisation pourrait aussi être obtenue en uti- lisant un autre circuit, par exemple celui représenté à la figure 5 du brevet français No. 2.131.513. Le trigger 37 é- met à son tour un signal sur sa sortie Q lorsque le niveau moyen des impulsions de déséquilibre du pont est supérieur au niveau de référence du potentiomètre 38, ce qui signifie que les décharges sont concentrées à l'extérieur de la zone d'u- sinage. Le signal de polarité du circuit 29 et l'inverseur 42 permettent de localiser cette concentration en haut ou en bas -7- de cette zone selon que la porte 39 ou la porte 41 est déblo- quée par ce signal. Si la concentration des décharges se produit au milieu de la zone d'usinage, le niveau moyen des impulsions est inférieur au niveau du potentiomètre 38 et c'est la sortie Q du trigger 37 qui débloque la porte 40. En revanche, en cas d'une répartition normale des dé- charges dans la zone d'usinage, aucun signal n'apparaît sur la sortie Q du trigger 33, et les trois portes 39, 40 et 41 sont bloquées. Si la mesure du déséquilibre du pont de la figure 2 se fait au moyen de deux transformateurs d'intensité, la ten- sion du potentiomètre 36 devra être ajustée en fonction du niveau du courant total d'usinage, de manière à rendre la me- sure du déséquilibre du pont indépendante de ce niveau. Une autre forme d'exécution du circuit de surveillance 11. est représentée à la figure 4, dans le cas oh ce circuit doit indiquer la valeur maximale du signal caractéristique du déséquilibre du pont, cette valeur maximale étant une me- sure de la hauteur de la surface active de la pièce à usiner. La sortie de l'amplificateur 25 est connectée, d'une part, à l'entrée d'un circuit mémoire 43 et, d'autre part, à l'une des entrées d'un comparateur 44, dont l'autre entrée est reliée à la sortie de ce circuit 43. La sortie du.compa- rateur 44 ceomande la mise en mémoire par le circuit 43, seu- lement lorsque le niveau du signal de l'amplificateur 25 est supérieur à celui qui est mémorisé par le circuit 43. Ainsi, le niveau mémorisé transmis par une ligne 45 correspond au niveau maximal de la sortie de l'amplificateur 25 et repré- sente une mesure de la hauteur de la pièce, mesure pouvant être utilisée de façon connue pour modifier un ou plusieurs paramètres d'usinage, par exemple la puissance du générateur. On pourrait aussi mesurer la position d'une décharge en donnant aux impulsions de courant fournies par le générateur 3 une valeur de crète prédéterminée. Dans ce cas, la liaison entre la borne C du générateur et le contact 9 de la figure 1 n'est plus nécessaire, puisque la' chute de tension entre -8- les contacts 9 et 10 pendant une décharge est aussi une me- sure de la position D de cette décharge. -9- R E V E N D I C A T I ONS 1. Procédé pour usiner par étincelage érosif une élec- trode-pièce (2) au moyen d'une électrode-outil en forme de fil (1), entre lesquelles on applique des impulsions succes- sives de tension destinées à amorcer des décharges, on élabo- re un signal électrique (sur 12) en fonction d'une caracté- ristique de l'étincelage et on varie au moins un paramètre d'usinage en réponse à ce signal, caractérisé en ce qu'on donne à ce signal une valeur repré- sentative de l'endroit o se produit chaque décharge le long de la partie active du fil (1) pendant l'usinage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à détecter les écarts de positions entre une décharge et la suivante, de manière à obtenir une indication de la concentration des décharges au cours de l'usinage. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer le niveau moyen dudit signal, de ma- nière à localiser la concentration des décharges. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à mémoriser les variations extrêmes du niveau dudit signal, de manière à détecter les variations de la hau- teur de la pièce à usiner (2) au cours de l'usinage. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on modifie l'inclinaison du fil (1) par rapport à la sur- face de la pièce en réponse audit signal. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comportant un générateur (3) d'impulsions successives de tension dont l'une des bornes est reliée à l'é- lectrode-pièce à usiner (2) et dont l'autre borne est reliée à deux circuits (CAD; CBD) destinés à amener le courant dans la zone d'usinage (4) par l'électrode-fil (1) de chaque côté de cette zone (4), caractérisé en ce qu'il comporte un circuit (11) de mesure différentielle connecté entre cesdits circuits (CAD; CBD), et au moins un circuit de réglage (11) commandé par ce circuit de mesure et agissant sur au moins un paramè- tre d'usinage. -1 0- Dispositif selon la revendication 6, car.- térisé en ce qu'il comporte un circuit de mémorisation (26,..7) du ni- veau dudit signal électrique lors de chaque décharge et un circuit (30,31, 33 à 36) de mesure de l'écart entre ce niveau mémorisé et le niveau de ce signal lors de la décharge sui- vante. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de signalisation (14), réagis- sant dès que la valeur moyenne desdits écarts est inférieure à une valeur déterminée, et un circuit d'indication du niveau moyen des signaux électriques. 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérise en ce qu'il comporte un circuit de détection des valeurs extrê- mes dudit signal électrique et des moyens de mémorisation de ces valeurs.