Brevet FR2479058A1 — publié le 19811002

La présente invention concerne de façon générale un dispositif d'entraînement pour effectuer des déplacements commandés d'une électrode dans une machine-outil d'électro- érosion. Tel qu'il est utilisé ici, le terme "machine-outil d'êlectroérosion" ou plus simplement "machine d'électro- érosion" désigne une machine-outil conçue pour effectuer no- tamment des usinages électriques et des usinages par décharges électriques. L'usinage électrique couvre le domaine général des usinages dans lesquels on applique directement de l'électricité pour l'érosion effective d'une forme dans une pièce électriquement conductrice. Comme exemple d'usinages électriques, on peut citer l'usinage par décharges électriques, l'usinage électrochimique et l'usinage combiné électrochimique et par décharges électriques. L2usinage par décharges élec- triques est mis en oeuvre en faisant passer une succession de décharges électriques localisées discrètes au travers d'un intervalle défini entre une électrode-outil et une pièce à usiner constituant l'autre électrode, en présence d'un diélec- trique liquide, pour éroder la pièce. Dans l'usinage électrique et notamment dans l'usinage par décharges électriques, la machine-nutil doit parfois porter une électrode, él3ctrode-outil ou pièce à usiner, lourde et de grandes dimensions. Lorsqu'une telle électrode est déplacée pour former progressivement dans la piece la forme désirée complémentaire de la forme de l'électrode-outil, il est souhaitable de disposer d'un système d9entraînement pour effectuer ce mouvement capable de transformer, rapidement et avec précision9 un signal électrique de commande en un déplacement mécanique correspondant. On a constaté que les systèmes d'avance asservis à commande par fluide entraînaient des erreurs dans les opérations d'usinage du fait de l'inertie intrinsèque des pièces mobiles9 y compris l'électrode, et on les remplace maintenant de plus en plus par des systèmes d'asserîissement numériques comportant un moteur pas à pas qui assure une avance asservie donnée avec une plus grande précision. Bien que les systèmes.d'asservissement numériques puissent avantageusement effectuer facilement un positionnement désiré d'électrode et déterminer de façon précise une position donnée de cette électrode, on a maintenant généralement admis qu'ils présentaient des inconvénients dans le cas d'une électrode mobile lourde et de grandes dimensions, parce que non seulement il était exigé un servomoteur puissant, donc coûteux, mais encore la stabilité de fonctionnement n'était pas satisfaisante. On a proposé des avances d'usinage à contre-équilibrage mécanique, mais on a constaté que ceci accroissait généralement l'inertie des parties mobiles et réduisait notablement la vitesse de réponse à un signal de commande. C'est un but principal de la présente invention de procurer un nouveau dispositif d'entraînement en liaison avec une machine-outil dtélectroérosion pour effectuer des déplacements commandés d'une électrode mobile relativement lourde et de grandes dimensions. Un autre but de l'invention est de procurer un dispo- sitif d'entraînement amélioré pour effectuer des déplacements commandés d'une électrode mobile dans une machine-outil d'électroérosion, ce dispositif ayant une structure simple, étant relativement peu coûteux et assurant cependant une vitesse de réponse et une précision extrêmement élevées. La présente invention propose un dispositif d'entrai- nement pour effectuer des déplacements commandés d'une électrode mobile par rapport à une contre-électrode selon un axe prédéterminé dans une machine-outil.d'électroérosion, caractérisé en ce qu'il comprend un support d'électrode axial pour porter l'électrode mobile, ce support axial étant porté à coulissement par un élément fixe (par exemple bras ou colonne) de la machine-outil de façon à pouvoir se déplacer selon l'axe prédéterminé, une vis-mère portée à rotation par l'élément fixe pour tourner autour de l'axe prédéterminé, un écrou d'avance porté à rotation par le support d'électrode et coopérant avec la vis-mère, un premier moteur unidirectionnel, couplé en entraînement avec l'un des deux éléments, vis-mère ou écrou d'avance, et excitable par un train d'impulsions d'entraînement pour faire tourner par incréments l'élément considéré et entraîner par incréments le support d'électrode axial le long de l'axe prédéterminé dans une première direc- tion de façon à déplacer l'électrode mobile vers la contre- électrode, un deuxième moteur unidirectionnel, couplé en 4 entraînement avec l'autre des deux éléments, vis-mère ou écrou d'avance, et excitable par un courant d'entraînement pour faire tourner cet autre élément et entraîner le support d'électrode axial le long de l'axe prédéterminé dans une deuxième direction de façon à éloigner l'électrode mobile de la contre-électrode, et des moyens de circuits de commande pour fournir simultanément le train d'impulsions d'entraIne- ment et le courant d'entraînement respectivement au premier et au deuxième moteur précité permettant ainsi d'effectuer chacun des déplacements commandés de l'électrode mobile par rapport à la contre-électrode. De façon spécifique, les moyens de circuits.de commande comportent un premier circuit pilote pour fournir au premier moteur le train d'impulsions d'entraînement de valeur moyenne variable et un deuxième circuit pilote pour fournir au deuxième moteur le courant d'entraînement d'une valeur moyenne constante. De préférence, le premier circuit pilote comporte un premier circuit oscillant pour fournir le train d'impulsions d'entrainement de fréquence variable et le deuxième circuit pilote comporte un deuxièmecircuit oscillant pour fournir un deuxième train d'impulsions d'en- trainement de fréquence fixe constituant le courant d'entraî- nement. De façon caractéristique, les moyens de circuits de commande comportent un circuit de commande asservi répondant à une condition de l'intervalle d'usinage par électroérosion entre les électrodes pour commander la fréquence du premnier oscillateur. De préférence, le circuit comporte en outre des moyens de compteur décompteur sensibles aux sorties du premier et du deuxième oscillateur pour déterminer-la position de l'électrode mobile par rapport à la contre-électrode, et des moyens d'affichage pour afficher numériquement la position déterminée. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description détaillées donnée ci-après à titre d'exemple, d'une réalisation préférée en liaison avec le dessin joint sur lequel: la figure 1 est une vue en élévation et partiellement en coupe montrant schématiquement la structure d'un dispositif d'entraînement selon l'invention; la figure 2 est un schéma des moyens de circuits pilotes des moteurs d'une réalisation de l'invention. En se reportant d'abord à la figure 1, on voit un bras ou colonne (appelé ci-après "bras") repéré en 1, et équipant habituellement une machineoutil d'électroérosion. Dans cette réalisation, le bras 1 est un élément fixe par lequel est porté à coulissement un support d'électrode axial 2 de façon à pouvoir se déplacer selon un axe vertical. L'extrémité inférieure du support 2 est constituée par une collerette 3 sur laquelle est solidement montée ou bridée une électrode outil 4. Le support d'électrode 2 est en forme de coupe, avec une ouverture supérieure 2a dans laquelle est fixé un écrou de palier 5 portant un palier 6 maintenu par une bague de retenue 7. Un écrou d'avance 8 est porté à rotation par le palier 6 de façon à pouvoir tourner sans pouvoir se déplacer axialement par rapport au support d'électrode 2 et cet écrou 8 est entraîné en rotation par un moteur 9 tournant dans un seul sens et monté sur le support d'électrode 2. Comme on le voit, l'écrou d'avance 8 peut comporter une roue à vis sans fin 8a engrenant avec une vis sans fin 9a sur le moteur 9. L'écrou d'avance 8 comporte également une portion filetée femelle 8b dans laquelle se visse une vis-mère 10. La vis-mnère 10 s'étend à travers une ouverture supérieure la du bras 1 et à travers une ouverture supérieure lia dans un capuchon en forme de coupe 11 monté sur le bras 1; elle est supportée en rotation, ou tourillonne, sur des paliers 12 et 13 fixés respectivement dans les ouvertures la et lia et maintenusrespectivement en position par une bague de retenue 14 et un disque de retenue 15. Deux bagues 16 et 17 sont fixées sur la vis-mère 10 et l'empochent de se déplacer axialement ou verticalement, ces bagues étant en contact coulissant avec le palier 12 de part et d'autre de celui-ci. La vis-mère 10 est entraînée en rotation par un moteur 18 tournant dans un sens, fixé sur la région supérieure du bras 1 et logé à l'intérieur du capuchon supérieur 11. Comme on le voit, une roue à vis sans fin 1ia est fixée sur la vis-mère 10 par une goupille 19, et engrène avec une vis sans fin 18a du moteur 18. Pour empêcher le support d'électrode 2 de tourner par rapport au bras 1, un élément de guidage coulissant est formé le long d'une portion de leurs surfaces de portée. Les spécifications de la roue à vis Sa et de la vis sans fin 9a qui engrènent, ensemble sont de préférence identiques à celles de la roue à vis 10a et de la vis sans fin 18a qui engrènent ensemble. Les sens de rotation des moteurs 9 et 18, d'une part, les modes d'engrènement de la roue à vis MQa et de la vis sans fin 1Sa et de la roue à vis 8a et de la vis sans fin 9a, d'autre part, sont tels que la rotation de l'un des moteurs 9 et 18 fait déplacer le support d'électrode 2 vers le bas, tandis que la rotation de l'autre moteur 9 ou 18, fait déplacer le support d'électrode 2 vers le haut. Par exemple, le moteur 18 peut tourner de façon à entraLner une 1(; rotation de la vis-mère 10 qui, à son tour, provoque, par l'intermédiaire de l'écrou d'avance 8, un déplacement vers le haut du support d'électrode 2. Dans ce cas, le moteur 9 tourne de façon à faire tourner l'écrou d'avance 8 dans un sens tel qu'il provoque par l'intermédiaire de la vis-mère 10, un déplacement vers le bas du support d'électrode 2. Selon la présente invention, il est extrêmement avantageux qu'au moins l'un des deux moteurs, 9 ou 18, ici le premier, qui sert à déplacer vers le bas le support d'électrode 2, puisse tourner par incréments ou pas à pas, c'est-à-dire selon une succession de pas uniformes. Dans ce cas, lorsque le moteur 9 tourne par incréments et que le moteur 18 tourne, soit par incréments, soit de façon continue, et que les deux moteurs 9 et 18 tournent à' la même vitesse de rotation, le support délectrode 2 ne se déplace, ni vers le haut, ni vers le bas, et reste immobile, car les deux rotations s'annulent l'une l'autre & l'interface entre la vis-mrre 10 et l'écrou d'avance 8 coopérant ensemble Si cependant les vitesses de rotation des moteurs 9 et 18 sont différentes, l'écrou d'avance ô tourne par rapport à la vis-mère 10 et le support d'électrode 2 se déplacera par incréments vers le bas, ou par incréments ou de façon continue vers le haut, en fonction du signe de la différence entre les deux vitesses. Il devient ainsi possible de rétracter l'électrode 4 avec une réponse rapide malgré une lourde charge, et de réaliser aussitôt une avance d'usinage avec une réponse égale- ment très rapide. Les moteurs 9 et 18, et notamment le premier, doivent être un moteur à impulsions ou un moteur courant continu équipé d'un décodeur. En réglant chaque incrément de déplacement pour qu'il soit suffisaimment petit, il est possible de réduire considérablement l'inertie et d'obtenir une commande instantanée d'intervalle extrêmement stable sans provoquer une condition de courts-circuits pouvant résulter d'un dépassement de trajet inopiné. Pendant tous les déplacements vers le haut et vers le bas, les moteurs, les pignons et la vis et l'écrou de chaque ensemble tournent dans le même sens. En conséquence, il n'y a pas d'erreurs dues à un jeu quelconque lorsque le sens de déplacement de l'électrode doit être commuté. En outre, il est possible d'obtenir une forte réduction entre le moteur 9, 18 et l'écrou d'avance 8 ou la vis-mère 10. En conséquence, chacun des moteurs 9 et 18 peut être de petites dimensions et tourner à grande vitesse. Il en résulte des possibilités de réponse extrêmement rapide et de réglage fin. La figure 2 montre une forme préférée du circuit de commande utilisé avec le dispositif d'entraînement selon l'in- vention. Dans cette réalisation, le moteur 9 est fonctionnellement couplé à l'écrou d'avance 8 par l'intermédiairedepignons droits 9a' et 8b', et le miioteur 18 est fonctionnellement couplé à la vis-mère 10 par l'intermédiaire de pignons droits 18a' et 10a'. Ces pignons droits dans chaque accouplement correspondent à la vis sans fin 9a, 18a et à la roue à vis sans fin 8b, 1(;a de la réalisation de la figure 1. En outre, les moteurs 9 et 18 sont équipés de décodeurs, respectivement 21 et 22. L'électrode- outil 4 est juxtaposée à une pièce 23 formant la contre- électrode pour maintenir pratiquement constante la valeur d'in- tervalle définie entre la pièce et l'électrode outil et pour que cette valeur crée une condition de décharges optimale par les déplacements commandes par le dispositif de l'invention. Dans ce but, un circuit de mesure d'intervalle 24 est raccordé à l'électrode-outil 4 et à la pièce 23 et alimente un circuit de surveillance 25. A son tour, ce dernier alimente un circuit de commande asservi 26, qui a un oscillateur de fréquence variable 27 dont la sortie est amtenée par un amplificateur 28 au moteur 9. La sortie du décodeur 21 de ce dernier est ram!enée au circuit de commande asservi 26. Le moteur 18 est excité par un oscillateur 29 ayant un réglage de fréquence variable, par l'intermédiaire d'un amplificateur 30, et la sortie du d(codeur 22 est ramenée au circuit de commande asservi 26. Un compteur d, compteur ou compteur réversible 31 est raccordé aux sorties es oscillateurs 27 et 29 pour déterminer la position de l'électrode-xtil4. 11n affichage 32 est raccordé au compteur dé- compteur pour afficher numériquement la position déterminée. Le circuit de surveillance 25 répond au circuit de mesure d'intervalle 24 et déterrine si la condition de décharges dans l'intervalle d'usinage est satisfaisante. Lorsque l'enlè- vement de matière s'effectue nor:,alement, le circuit de sur- veillance 25 émet un signal de commande d'une première catégorie qui est transmis au circuit asservi 26 pour permettre à l'électrode outil 4 d'avancer dans un mode séquentiel normal. Lorsque l'intervalle d'usinage est contaminé par des produits d'usinage Xt nécessite ainsi une forte action corrective, le circuit de surveillance 25 émet un signal de comimande d'une deuxième catég;orie qui est transmis au circuit asservi 26 pour faire rétracter l'électrode outil 4 ou l'animer d'un mouvement alternatif. Ici, les moteurs 18 et 9 sont tous les deux des moteurs à impulsions ou pas à pas et sont entraînés par les impulsions de sortie des oscillateurs 29 et 27. Le moteur 18 est alimenté avec des impulsions d'une fréquence fixe et de ce fait, tourne à une vitesse fixe pour faire tourner la vis- mère 10 par incréments à une vitesse fixe. Le moteur 9 est alimenté par des impulsions d'une fréquence déterminée de façon variable par le circuit asservi 26 en fonction de la condition d'intervalle déterm!inée, ce qui entraîne une vitesse de rotation variable de l'écrou d'avance 8. Ainsi, dans un mode d'usinage normal, le moteur 9 ou l'écrou d'avance 8 tourne à un nombre de tours supérieur, d'une quantité variable, au nombre de tours du moteur 18 ou de la vis-mère 10. Il en résulte que l'électrode- outil descend à une vitesse proportionnelle à cette quantité variable. Dans un mode de rétraction ou de mouvement alternatif d'outil, la fréquence de l'oscillateur 27 est tout d'abord considérablement réduite pour réduire le nombre de tours du moteur 9, permettant ainsi de retirer rapidement l'électrode- outil 4 et elle est ensuite considérablement augmentée pour dépasser la fréquence fixe de l'oscillateur 29 provoquant ainsi un retour rapide de l'électrode outil 4 à une position proche de la pièce 23. La présente invention procure ainsi un dispositif d'entraînement amélioré pour effectuer des déplacements commandés d'une électrode mobile par rapport à une- contre-électrode selon un axe prédéterminé dans une machine-outil d'.électroérosion, le dispositif permettant avantageusement d'utiliser des moteurs extrêmement petits et procurant une réponse extrêmement rapide et des possibilités de commande asservie fine, avec pratiquement aucune influence néfaste du jeu et de l'inertie du système mécanique. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'entrainement Jour effectuer des déplacements commandés d'une électrode mobile par rapport a une contre-électrode selon un axe prédéterminé dans une machine-outil d'électroérosion, caractérisé en ce qu'il comprend un support d'électrode axial pour porter l'électrode mobile, ce support axial étant porté à coulissement par un élément fixe de la machine-outil de façon à pouvoir se dépla- cer selon l'axe prédéterminé, une vis-mère portée à rotation par l'élément fixe pour tourner autour de l'axe prédéterminé, un écrou d'avance porté à rotation par le support d'électrode axial et coopérant avec la vis-mère, un premier moteur unidirectionnel, couplé en entraînement avec l'un des deux éléments, vis-mère ou écrou d'avance, et excitable par un train d'impulsions pour faire tourner par incréments l'élément considéré et entraîner par incréments le support d'électrode- axial le long de l'axe prédéterminé dans une première direction de façon à déplacer l'électrode mobile vers la contre-électrode, un deuxième moteur unidirectionnel, couplé en entraînement avec l'autre des deux éléments, vis-mère ou écrou d'avance, et excitable par un courant d'entraînement pour faire tourner cet autre élément de façon à rétracter le support d'électrode axial selon cet axe prédéterminé dans une deuxième direction de façon à éloigner l'électrode mobile de la contre-électrode et des moyens de circuits de commande pour fournir simultané- ment le train d'i:ipulsions de commande et le courant d'entraî- nement respectivement au premier et au deuxième moteur, ce qui permet d'effectuer chacun des déplacements commandés de l'électrode mobile par rapport à la contre-électrode. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de circuits de commande comportent un premier circuit pilote pour fournir au premier moteur tournant dans un sens le train d'impulsions d'entraînement, et un deuxième circuit pilote pour fournir au deuxième moteur tournant dans un sens un courant d'entraînement d'une valeur constante. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier circuit pilote comporte un premier circuit oscillant pour fournir le train d'impulsions d'entraînement de fréquence variable et que le deuxième circuit pilote comporte un deuxième circuit oscillant pour fournir un deuxième train d'impulsions de commande d'une fréquence fixe constituant le courant d'entraînement. 4. Dispositif selon la revendication 3, car ctérisé en ce que les moyens de circuits de commande comportent un circuit de commande asservi répondant à une condition de l'intervalle d'usinage par électroérosion entre les électrodes pour commander la fréquence du premier oscillateur. 5. Dispositif selon la revendication i, caritct(risé en ce qu'il comporte des moyens de compteur décovipteur répondant aux sorties du premier et du deuxième oscillateur pour déterminer la position de l'électrode mobile, et des moyens d'affichage pour afficher numériquement cette position.