Brevet FR2481979A1 — publié le 19811113

- 2481979 La présente invention est relative à une ma- chine d'usinage par étincelage et, plus particulièrement, à une telle machine ayant un générateur perfectionné d'impulsionsqui rend possible l'obtention d'une surfa- ce usinée ayant une rugosité faible ou une surface bril- lante. Lorsque l'on utilise une machine d'usinage par étincelage faisant appel à une alimentation de type sans accumulation afin d'engendrer des impulsions de travail, il est bien connu que la réduction de la largeur des impulsions de travail permet d'obtenir une surface moins rugueuse. C'est pourquoi, dans les générateurs d'impul- sions de travail classiques de type sans accumulation, on a essayé, afin de rendre la surface usinée plus lisse, de prévoir des impulsions ayant une largeur faible en utili- sant des éléments interrupteurs à performance élevée à haute fréquence. Mais comme ces impulsions doivent avoir une tension de crête élevée ( de plusieurs dizaines de volts), la largeur minimale d'impulsion que l'on peut obtenir, compte tenu des caractéristiques de réponse des éléments interrupteurs que l'on peut utiliser pour une tension si élevée, est au mieux de 1 p seconde.Mais quand on prend en considération-la fréquence de récurrence réelle, la largeur minimale pratique des impulsions est d'environ 2 p s. Même quand on effectue un usinage par étincelage en utilisant des impulsions aussi étroites, la rugosité de la surface usinée est d'environ P maximum au mieux. C'est pourquoiquand on exige un fini de surface plus fin, on a besoin d'un stade supplémentaire. Il en résulte que le nombre des stades et le coût du travail d'usinage augmen- tent. L'invention vise une machine d'usinage par étin- celagetqui est capable d'usiner une pièce de travail à une faible rugosité de surface.sans diminuer la largeur des impulsions en dessous de celle mentionnée ci-dessus. L'invention vise aussi une machine d'usinage par étincelage qui peut usiner la surface d'une pièce de tra- vail pour lui donner un fini précis et lisse. On a maintenant trouvé que le cratère formé dans la pièce de travail par une impulsion-de travail devient moins profond et a un diamètre plus grand quand l'impul- sion de travail est relativement étroite et quand le front montant de cette impulsion s'élève progressivement et, de plus, que la polarité de l'impulsion de travail appli- quée dans l'intervalle compris entre l'électrode et la pièce de travail a un effet sur le degré de rugosité du fini superficiel. Suivant l'invention, une machine d'usinage par étincelage ayant une alimentation de type sans accumula- tion destinée à engendrer des impulsions de travail s'appliquant dans un intervalle compris entre une élec- trode et une pièce à usiner, en vue d'attaquer celle-ci, comprend une bobine d'induction afin de diminuer la rai- deur du front montant des impulsions de travail fournies par l'alimentation, en obtenant ainsi des impulsions de travail dont la montée est progressive. La largeur des impulsions de travail à montée progressive est relative- ment petite, par exemple comprise entre 21p s et 10u s. Quand on effectue un usinage par étincelage en utilisant de telles impulsions, le cratère concave obtenu formé par chaque impulsion est moins profond et a un diamètre plus grand que ceux produits par des impulsions de travail classiques. Il en résulte que la rugosité de la surface usinée devient plus petite. En outre, quand les impul- sions de travail sont appliquées dans l'intervalle compris entre l'électrode et la pièce à usiner, de manière à ce que la polarité du côté de la pièce à usiner soit positive et que celle du côté de l'électrode soit négative dans le cas mentionné ci-dessus, la surface usinée devient bril- lante quelle que soit la nature de la matière de la pièce à usiner. On peut de même obtenir le degré souhaité de rugosité en réglant l'inductane de la bobine d'induction. Comme on peut obtenir une rugosité extrêmement petite sans diminuer la largeur des impulsions de travail d'une manière excessive, on peut utiliser un élément interrup- teur peu coûteux de manière à maintenir à un faible niveau le coût de la machine. Suivant l'invention, on peut obtenir une surface usinée brillante par un usinage par étincelage, sans trop diminuer la largeur des impulsions de travail. Plus par- ticulièrement, il n'est pas nécessaire de diminuer la largeur des impulsions en dessous de la limite classique déterminée par les caractéristiques de réponse de l'élé- ment interrupteur. D'autres avantages et caractéristiques de l'in- vention apparattront au cours de la description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple, dans lequel: La figure 1 est un schéma d'une machine d'usi- nage par étincelage suivant l'invention; La figure 2 représente la forme d'onde de l'impulsion produite dans l'unité d'alimentation illus- trée à la figure 1; La figure 3A représente la forme d'onde de l'impulsion de travail suivant l'art antérieur; La figure 3B est une vue en coupe d'une pièce usinée en utilisant l'impulsion de travail illustrée à la figure 3A; La figure 4A représente la forme d'onde de l'impulsion de travail utilisée dans l'installation illus- trée à la figure 1; et La figure 4B est une vue en coupe d'une pièce usinée par l'impulsion de travail illustrée à la figure 4A. La figure 1 illustre une variante d'une machine d'usinage par étincelage suivant l'invention. Une telle machine 1 se compose d'un bâti 2,qui est illustré schéma- 246' 979 tiquement à la figure lget d'un générateur 3 destiné à envoyer des impulsions de travail,qui sont appliquées en- tre une pièce 6 à usiner,immergée dans un fluide 5 dié- lectrique convenable contenu dans une cuve 4,et une élec- trode 8 montée sur une console 7 du bâti 2. Un servo- mécanisme (non représenté) est-monté dans la console et l'on peut régler l'intervalle entre l'électrode 8 et la pièce 6 à usiner à une valeur convenable pour effectuer un usinage par étincelage. Comme l'agencement du bâti 2, tel que décrit ci-dessus, est bien connu, on ne donne pas davantage d'explication à son sujet, non plus qu'à celui du servomécanisme. Le générateur 3 comprend un transistor 11 in- terrupteur,qui est actionné de manière à être fermé ou à être ouvert par un dispositif 10 de commande. L'élec- trode positive d'une source 12 de courant continu est reliée par une résistance 13 au collecteur du transistor 11, tandis que l'électrode négative de la source 12 est reliée directement à une borne 14 de sortie. Un enroule- ment 16 sans noyau est interposé entre une autre borne 15 de sortie reliée électriquement à la pièce 6 à usiner et le circuit de sortie du transistor 11, afin de donner une montée progressive au front montant de chacune des impul- sions de travail produite par le transistor 11. Le degré de progressivité de la montée peut être réglé en modifiant l'inductance de l'enroulement 16. Afin de changer l'in- ductance de l'enroulement 16, il est prévu un commutateur 17 afin de relier sélectivement l'émetteur du transistor Il à l'un quelconque des embranchements 16a à 16d de l'enroulement 16. Une résistance 18 est interposée entre un con- tact 17a mobile et la borne 15 de sortie, de manière à ê- tre montée en parallèle avec l'enroulement 16, quelle que soit la position de commutation du commutateur 17. En raison de la présence de la résistance 18 et comme l'é- nergie emmagasinée dans l'enroulement 16 se dissipe dans 4 8 1 97 9 la résistance 18 quand le transistor Il est ouvert, il est possible d'éviter toute étincelle indésirée dans l'in- tervalle 9 en raison de l'énergie emmagasinée dans l'en- roulement 16. Les bornes 14 et 15 de sortie sont reliées à l'électrode 8 et à la pièce 6 à usiner, à l'aide de fils 19 et 20 conducteurs respectivement, de sorte que les impulsions de travail sont appliquées dans l'inter- valle 9 de manière à ce que la pièce 6 à usiner soit au potentiel positif et l'électrode 8 de travail soit au po- tentiel négatif. Comme on le décrira plus en détail ci- après, le choix de la polarité des impulsions de travail appliquées à l'intervalle 9 a un effet important sur le fini de la surface usinée. Le dispositif 10 de commande comprend un géné- rateur destiné à fournir des impulsions de largeur souhai- tée et de fréquence souhaitée et le dispositif 10 comman- de l'instant de fermeture et celui d'ouverture du transis- tor 11 par les impulsions provenant du générateur. Il en résulte que la largeur des impulsions provenant de l'émet- teur du transistor 11 peut être déterminée de manière à avoir une valeur souhaitée. C'est ainsi par exemple que la largeur des impulsions sera déterminée de façon à ê- tre inférieure à 10O squi est la largeur d'impulsion dans le cas classique quand on exige que la rugosité de la surface usinée soit petite, comme dans la finition. D'autre partl'inductance de l'enroulement 16 est déter- minée de manière à ce que le front montant des impulsions de travail s'élève progressivementetel qu'illustré à la figure 2 en trait interrompu. Le front montant de l'im- pulsion s'élève d'autant plus progressivement que l'induc- tance de l'enroulement est grande0 On a vérifié que la rugosité de la surface usinée est d'autant plus faible que le front montant s'élève plus progressivement. La raison pour laquelle la rugosité de la surface usinée est moindre lorsque l'on donne au front montant des i.mpulsions de travail ayant une largeur inférieure à 10P s une élévation progressive est la suivante Le diamètre d'un cratère produit par une im- pulsion classique étroitetel qu'illustré à la figure 3A, est petit, comme illustré à la figure 3B, mais la pro- fondeur du cratère est relativement importante. En re- vanche, lorsquetout en diminuant la largeur de l'impul- sion de travail, on donne au front montant de l'impulsion une élévation progressivecomme illustré à la figure 4A, le cratère obtenu est moins profond et le diamètre de l'ou- verture du cratère est plus grand,comme illustré à la figure 4B. L'expérience a confirmé que la rugosité de la surface usinée par usinage par étincelage peut être dimi- nuée à moins de 1 FR maximumquand on effectue l'usinage en utilisant des impulsions de travail ayant une caracté- ristique de montée progressive. En outre, afin d'obtenir cette rugosité faible, on doit rendre l'inductance de l'enroulement 16 suffisamment grande de manière non seule- ment à donner au front montant de l'impulsion une éléva- tion progressive, mais aussi à supprimer la capacité pa- rasite du côté de l'élément interrupteurconsidéré depuis l'enroulement 16. C'est pourquoi une inductance d'au moins 3 pH est requise dans une machine habituelle fonctionnant dans les conditions habituelles. En outre, comme la fréquence de récurrence réelle à l'intervalle 9 devient plus petite quand les impulsions de travail ont une montée progressive, il vaut mieux que la tension de la source 12 de courant continu soit augmentée pour ne pas diminuer la fréquence de récurrence réelle. La tension de la source principale de courant continu d'une machine classique est de 60 à 100 volts environ. L'expé- rience a montré que l'on peut obtenir à peu près la même fréquence de récurrence réelle que dans la machine clas- sique, en utilisant des impulsions de travail à montée progressivesi la tension de la source de courant conti- nu est de 150 volts ou est supérieure à 150 volts. La relation entre la caractéristique de montée de l'impulsion de travail et l'état de la surface usinée résulte de ce qui a été expliqué ci-dessus. On explici- te maintenant la relation entre la polarité de l'impulsion de travail appliquée dans l'intervalle 9 à partir des bor- nes 14 et 15 et l'état de la surface usinée. D'une manière générale, on décide du point de savoir si la borne de sortie positive de l'alimentation doit être reliée à la pièce à usiner ou à l'électrode de travail suivant la matière constituant la pièce à usiner etc. Mais l'expérience a montré que l'état de la surface usinée est affectée de manière remarquable par la polari- té des impulsions de travail appliquées dans l'intervalle 9,quand on effectue un usinage par étincelage en mettant en oeuvre des impulsions de travail ayant une faible lar- geur et une montée progressive. On effectue un essai en ayant une pièce à usiner en fer et une électrode de travail en cuivre. L'inductan- ce de l'enroulement 16 est de 6,pH, la résistance de la résistance 18 de 2052L et la tension appliquée de 270 V. La borne 15 positive de sortie du générateur 3 est reliée à la pièce 6 à usiner et la borne 14 négative de sortie du générateur 3 est reliée à l'électrode 8 de travail. On usine la pièce à usiner en appliquant les impulsions de travail dans l'intervalle 3 alors que la pièce 6 à usiner est au potentiel positif et que l'électrode de travail est au potentiel négatif. La surface usinée de la pièce 6, non seulement a une faible rugosité, mais devient aussi brillante. On répète cette expérienc e pour toutes les associations d'électrodes en Cu-W et en Ag-W et de pièces à usiner en acier inoxydable et en WC. On obtient la surface brillante pour toute association d'électrode et de pièce à usiner. C'est pourquoi, grâce à la machine suivant l'invention, on n'a pas besoin d'effectuer une fi- nition ou un polissage en plus de l'usinage par étincelage. On diminue donc le nombre de stades-de l'usinage par étin- celage. On effectue une autre expérience dans les mêmes 248 1979 conditions que celles mentionnées ci-dessus, si ce n'est que l'on inverse la polarité des impulsions de travail appliquées à l'intervalle. Dans ce cas, bien que la ru- gosité de la surface usinée de la pièce soit inférieure -5 à celle d'une pièce usinée par une machine d'usinage par étincelage classique, la surface n'est pas brillante. L'induction de 6 piH pour l'enroulement, la résistance de 20 quées simplement à titre d'exemple et l'invention n'est pas limitée à ces valeurs. - Comme on l'a décrit ci-dessus, on peut obtenir une surface usinée brillante,quelle que soit la nature de la matière de l'électrode de travail ou de la pièce à usiner en diminuant la largeur de l'impulsion de travail, en lui donnant une montée progressive et en en choisissant la polarité de manière à rendre le potentiel de la pièce à usiner positif par rapport à celui de l'électrode de travail. On peut se rendre maître facilement du degré de rugosité de la surface de la pièce à usiner en réglant la position du commutateur 17. Grâce à l'invention, le coût de fabrication de la machine d'usinage par étincelage peut être diminué, parce qu'on n'a pas besoin d'élément interrupteur coûteux, puisque la machine peut donner une surface usinée de faible rugosité sans avoir à réduire d'une manière extrême la largeur de l'impulsion de travail. Bien que l'on utilise un seul-circuit interrup- teur pour engendrer les impulsions de travail dans la variante mentionnée ci-dessus, l'invention n'est pas limi- tée à une machine d'usinage par étincelage ayant un seul circuit interrupteur pour engendrer une impulsion de tra- vail. L'invention s'applique à une machine qui a, en vue du déclenchement, une source d'alimentation se superposant à une haute tension. 1 REVENDICATIONS 1) Machine d'usinage par étincelage ayant un bâti (2) permettant d'obtenir un mouvement relatif souhaité entre une électrode (8) et une pièce (6) à usiner, ca- ractérisée en ce qu'elle comprend: un circuit (3) d'alimentation.de type à non- accumulation,destiné à engendrer des impulsions de tra- vail de faible largeur; un élément (16) d'inductance destiné à faire en sorte que le front montant des impulsions de travail s'élève progressivement, cet élément (16) d'inductance se trouvant dans le circuit de sortie du circuit (3) d'alimentation; un élément (18) résistif monté en parallèle a- vec l'élément (16) d'inductance; et des moyens (19,20) pour envoyer des impulsions de l'élément (16) d'inductance au bâti (2) 2) Machine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit (3) d'alimentation a une source (12) de courant continu, un transistor (11) interrupteur monté en série avec la source (12) de courant continu et un organe (10) destiné à commander l'état de conduction du transistor (11) interrupteur de manière à engendrer des impulsions de faible largeur. 3) Machine suivant la revendication 1,ou 2, carac- térisée en ce qu'elle comprend des moyens pour régler la valeur de l'inductance de l'élément (16) d'inductanceo 4) Machine suivant l'une des revendications précé- dentes, caractérisée en ce que la largeur des impulsions n'est pas supérieure à 10;u s ) Machin-e suivant la revendication 2, caractérisée en ce que la largeur des impulsions n'est pas supérieure à 10lu s., l. inductance de l'élément (16) d'inductance n'est pas inférieure à 3 pH et la tension de la source (12) de courant continu du circuit interrupteur n'est pas inférieure à 150 volts. 6) Machine suivant l'une des revendications pré- cédentes, caractérisée en ce que les moyens (19, 20) pour envoyer les impulsions de l'élément (16) d'induc- tance au bâti (2) appliquent ces impulsions de travail dans l'intervalle compris entre l'électrode (8) de tra- vail et la pièce (6) à usiner, de manière à ce que le potentiel de la pièce,(6) à usiner soit supérieur à ce- lui de l'électrode (8) de travail. 7) Machine suivant la revendication 6, caractéri- sée en ce que la largeur des impulsions n'est pas supé- rieure à 10 p s., l'inductance de l'élément (16) d'in- ductance n'est pas inférieure à 3 pH et la tension de la source de courant continu du circuit interrupteur n'est pas inférieure à 150 V.