Brevet FR2475443A1 — publié le 19810814

La présente invention concerne une installation d'usinage par décharges électriques. Une installation d'usinage par décharges électriques comprend de maçon habituelle plusieurs sous-installations, à savoir un composant mécanique ou machine proprement dite, une unité d'alimentation en courant, une unité d'alimentation en diélectrique et une unité de commande électrique. L'alimentation en courant engendre une succession d'impulsions d'usinage à travers un intervalle d'usinage formé entre une électrode outil et une pièce à usiner, de façon à créer, à travers l'intervalle rempli de diélectrique, une série correspondante de décharges électriques destinées à enlever de la matière sur la pièce.La partie mécanique ou machine proprement dite comporte une colonne, une cuve de travail et une tête porteélectrode ou une table de travail associée à une unité d'avance asservie de l'électrode pour commander l'avance de l'électrode outil par rapport à la pièce à usiner. La tête porte-électrode peut également etre équipée d'un mécanisme d'enlèvement des copeaux pour éloigner de façon alternative oucyclique l'électrode outil de la pièce, facilitant ainsi l'enlèvement des copeaux d'usinage de la zoe d'usinage. L'unité d'alimentation en diélectrique est prévue pour amener un agent liquide d'usinage élans l'intervalle d'usinage a un débit ou une pression désirée. L'unité de commande électrique est nécessaire pour faire fonctionner ces sousinstallations, commandant ainsi de façon appropriée le positionnement de l'électrode outil par rapport à la pièce, la vitesse d'avancement et de recul relatif de l'électrode, des paramètres pour les impulsions d'usinage et le débit d'arrivée du liquide d'usinage dans l'intervalle; elle peut également comporter toutes sortes de dispositifs de sécurité et de régulation, notamment une protection contre les courtcircuits et un circuit de coupure de courant. L'unité de commande doit etre associée à un circuit électrique de surveillance de l'intervalle, qui surveille l'avancement de l'usinage dans l'intervalle en mesurant l'intensité, la tension, l'impédance et/ou la composante haute fréquence dans le courant d'intervalle, pour chaque impulsion ou pour une valeur moyenne, permettant ainsi d'apprécier l'adéquation de la dimension ou des conditions physiques de l'intervalle. Dans une installation d'usinage par décharges électriques classique, l'unité de surveillance de 1Jintervdlle, électriquement raccordée à l'intervalle d'usinage est plutôté éloignée du site de cet intervalle, dans lequel les décharges d'usinage s'effectuent réellement, ou bien elle est conçue pour mesurer la tension ou l'intensité dans le circuit à un point ou à plusieurs points éloignés de l'intervalle d'usinage. Toutefois, le processus d'usinage par décharges électriques se caractérise par l'utilisation de décharges d'arcs transistoires à forte énergie et haute fréquence. L résistance dans le circuit d'alimentation en courant est extrêmement faible, et l'on doit noter qu'il convient de ne pas-nég71ger la présence d'une capacitance et d'une inductance de fuite dans les conducteurs du circuit d'alimentation en courant On doit également noter que l'intervalle d'usinage constitue une source de bruit dans une bande de fréquence relativement large, ce qui peut empêcher une indication précise et fiable de l'état des décharges électriques ou de *2usinage dans l'intervalle d'usinage. Lorsque les conducteurs de détection et de sign-ux sont allongés, les circuits de surveillance et de commande ont tendance à mal fonctionner du fait du bruit qui accompagne les décharges d'intervalles et de l'induction résultant du courant passant à travers les lignes d'alimentation en courant. En conséquence, dans les installations d'usinage par décharges électriques classiques, la surveillance de l'état d'intervalle n'est qu'incomplètement obtenue, peut souvent entraîner un jugement erroné, et les opérations de coeirnande, basées sur une surveillance inappropriée, peuvent entraîner des résultats ne donnant pas satisfaction. Un but de la présente invention est une installation d'usinage par décharges électriques ayant des dispositifs de détection et de commande pouvant vérifier de façon fiable les conditions physiques de l'intervalle d'usinage ainsi-que de façon instantanée les caractéristiques des décharges, et qui sont pratiquement à l'abri de l'induction dans le circuit d'alimentation en courant d'usinage et du bruit accompagnant les décharges d'usinage. Dans l'installation d'usinage par décharges électriques selon l'invention une unité de circuits de détection ou de surveillance de l'intervalle est disposée au voisinage de l'intervalle d'usinage et le signal électrique de sortie de cette unité est transformé en un signal optique correspondant qui est transmis par un câble optique à une unité de circuits de commande éloignée de l'intervalle d'usinage, où il est retransformé en le signal électrique d'origine pour agir sur un paramètre de commande prédéterminé. L'unité de circuit de surveillance de l'intervalle comporte de préférence un écran électromagnétique. En outre, un signal de commande à transmettre d'une unité de circuit de commande à un panneau de commande de la machine d'usinage est également de préférence transformé en un signal optique dans la partie entrée et le signal optique est retransformé en le signal optique d'origine dans la partie sortie. L'installation d'usinage par décharges électriques selon la présente invention comporte : une unité mécanique constituant une machine outil d'usinage par décharges électriques, une unité d'alimentation en courant pour fournir une succession d'impulsions d'usinage à un intervalle d'usinage présente entre une électrode outil et une pièce à usiner dans l'unité mécanique, une unité d'alimentation en fluide d'usinage pour fournir un fluide d'usinage à l'intervalle d'usinage, une unité de commande électrique disposée à une certaine distance de l'intervalle d'usinage pour commander au moins l'une des unités mécaniques d'alimentation en courant, et d'alimentation en fluide d'usinage, et une unité électrique de surveillance de ljntervalle disposée au voisinage de l'intervalle d'usinage dans l'unité mécanique pour fournir un signal électrique repi sentant une condition des décharges dans l'intervalle, cette unité de surveillance de l'intervalle présentant à sa sortie un transducteur électro-optique et l'unité de circuit de commande présentant à son entrée un transducteur opticoélectrique, le transducteur électro-optique et le transducteur optico-électrique étant reliés entre eux par un câble optique ou des conducteurs de tr~nsmission optique. On décrit ci-après, à titre d'exemple seulement, une réalisation de l'installation selon l'inventinn, en liaison avec le dessin sur lequel X - la figure 1 est une vue schématique, partie en élévation, partie en coupe et partie en forme de bloc, illustrant une installation d'usinage par décharges électriques, et - la figure 2 est un schéma de circuit illustrant l'installation de la figure 1. Le système d'usinage par décharges électriques représenté sur la figure 1 comporte une machine-outil ou unité mécanique 1, comprenant un banc 2 de machine, une colonne 3, un bras 4 et une tête porte-électrode 5, montés d'une manière habituelle. La tète 5 porte une broche 6 pouvant se déplacer verticalement et à l'extrémité inférieure de laquelle est fixée une électrode outil 7. Une pièce à usiner 8 est ,uxta- posée à l'électrode outil 7 et est portée par un dspositf à table croisée 9, qui est à son tour monté sur le banc 2 de la machine. Le dispositif à table croisée 9 comporte un élément de guidage 10 pour une table 11 de déplacement selon l'axe des x, qui, à son tour, porte une table 12 de déplacement selon l'axe des y.Une plaque 13 non conductrice de l'électricité est disposée entre la table support 12 et une table de travail 14, sur laquelle est formée une cuve de travail 15 et sur laquelle un bâti 16 porte la pièce à usiner 8 de façon à isoler électriquement celle-ci du banc 9 de la machine. On utilise des éléments de bridge 17 pour monter de façon fixe la pièce à usiner sur la table de travail 14 dans la cuve 15. L'installation représentée comporte également une alimentation en courant d'usinage, comportant une source de courant continu 18 et un interrupteur de puissance 19, représenté ici par un transistor, conçu pour etre ferme et ouvert alternati vement de façon à fournir une succession d'impulsions d'usinage aux bornes d'un intervalle d'usinage G entre l'électrode outil 7 et la pièce à winer 8. Une borne de la source de courant continu 18 et le banc 2--de la machine sont mis à la masse pour avoir le même potentiel. Dans un volume intérieur du dispositif de table croisée 9 est disposée une résistance de détection d'intervalle 20, qui relie électriquement la table de travail 14 et le banc 2 de la machine de façon à constituer un conducteur en série avec la source de courant continu 18, lEnterrupteur 19 et lYnter- valle d'usinage G, et de ce fait à mesurer l'intensité du courant d'intervalle pissant entre l'électrode outil 7 et la pièce a usiner 8. Cette résistance 20 est associée à une unité 21 de surveillance de l'intervalle, qui est représentée installée dns le banc 2 de la machine, mais qui peut également etre disposée dans le volume intérieur du dispositif de table croisée 9.Un transducteur électro-optique 22 est monté à la sortie de l'unité 21 de surveillance de l'intervalle pour transformer le signal électrique d'intervalle dérivé de l'unité 21 en signal optique. Ce signal optique est transmis par un câble 23 ou un conducteur de transmission optique, constitué par un faisceau de fibres optiques de réalisation bien connue dans la technique, à un transducteur optico-électrique 24 monté à l'entrée d'un registre 25 constituant une partie de l'unité de commande. Le reste de l'unité de commande représentée comporte un circuit de commande 26 pour l'interrupteur de puissance 19 et un circuit de commande 27 pour un moteur pas à pas 28 utilisé pour faire avancer l'électrode outil 7 en direction de la pièce 8. Une unité 29 d'alimentation en diélectrique, comportant une cuve 30 d'ajustement de la conductibilité et deux pompes 31 et 32, peut également etre commandée par la sortie du registre 25. L'unité 21 de circuit de surveilance des décharges 21 comporte (figure 2) des bascules de Schmitt 33, 34, 35 et 36, des portes ET 37, 38, 39 et 40, et un compteur-décompteur 41. Le transducteur électro-optique 22 peut comporter quatre éléments (diodes) d'émission de lumière 42, 43, 44 et 45. La bascule de Schmitt 33 a son niveau de déclenchement fixée à une valeur extrêmement basse et est prévue pour détecter le début d'une décharge électrique entre l'électrode outil 7 et la pièce à usiner 8. Cet élément sert à détecter le début d'une décharge électrique d'intervalle qui peut être d'une intensité très faible. Les bascules de Schmitt 34 et 35 sont déclenchées lorsque l'intensité de décharge mesurée par la résistance de détection 20 excède une valeur minimale Imin et maximale Imax prédéterminées. La bascule de Schmitt 36 a son niveau de déclenchement fixée à une valeur légèrement supérieure à celle du circuit de la bascule de Schmitt 35. La sortie de la bascule 33 est appliquée aux quatre portes ET 37 à 40. Les sorties des circuits 34, 35 et 36 sont appliquées directement aux portes ET 38, 39 et 40, respecti-ément, et également par l'intermédiaire de portes d'inversion aux portes ET 37, 38 et 39, respectivement. On peut ainsi voir que, lorsque l'intensité de décharge mesurée est inférieure à la valeur minimale Imin, seul le circuit 33 est déclenché. Du fait que les autres circuits 34, 35 et 36 ne le sont pas,seule la porte ET 37 est excitée pour fournir une sortie "1" tandis que les autres portes ET 38, 39, 40 continuent à avoir une sortie "0". Lorsque l'intensité de décharge-mesurée excède la valeur minimale Imin, -mais est inférieure à la valeur maximale Imax, les circuits 33 et 34 sont déclenchés pour faire passer la seule sortie de la porte ET 38 à la valeur "1". Lorsque L'intensité de décharge excède la valeur Imax, mais n'est pas suffisante pour déclencher le circuit 36, seule la sortie de la porte ET 39 passe à la valeur "1". Lorsqu'il se produit une décharge anormale dont l'intensité est plus grande, seule la sortie de la porte 40 passe à la valeur "1". Le compteur-décompteur 41 est un compteur ayant des affichages à quatre bits 41-1, 41-2, 41-3, et 41-4,et également une borne de comptage 41-5 reliée à la sortie de la porte 37, une borne de décomptage 41-6 reliée à la sortie de la porte 39 et une borne d'entrée de remise à zéro 41-7 destinee à recevoir les impulsions de sortie de ia porte ET 40. Dans l'état représenté, l'affichage 41-3 est excité pour indiquer l'état "1" et exciter l'émetteur de lumière correspondant 44. Dans cet état, lorsque la -borne' de comptage 41-5 reçoit une impulsion de sortie de la porte -ET 37, l'affichage indiquant "1" se déplace à 41-4. I1 n'y a plus alors de déplacement d'affichage jusqu'à l'arrivée d'une nouvelle impulsion à la borne de comptage 41-5. La borne de décomptage 41-6 reçoit une impulsion de sortie de la porte ET 39. A chaque impulsion,l'affichage mdiquant "1" est déplacé d'un bit et ceci continue jusqu'à ce que soit atteinte la section 41-1. En outre, lorsque la borne de remise à zéro 41-7 reçoit une impulsion de sortie de la porte ET 40, l'affichage "1" est déplacé à la section 41-1 quelle que soit sa position préalable particulière. Les quatre sections d'affichage 41-1 à 41-4 du compteur d'affichage à quatre bits 41 sont disposées pour correspondre aux quatre éléments émetteurs de lumière respectifs 42 à 45. Un tel élément est excité lorsque son affichage correspondant indique l'état "1". Le signal lumineux est transmis au transducteur photoélectrique 24 par l'intermédiaire d'une transmissinn optique, par exemple un câble optique. Le transducteur photoélectrique 24 comprend quatre éléments photoélectriques 46 à 49. Le registre d'entrée 25 comprend des amplificateurs 50 à 53 et une mémoire 54. Le circuit de commande de commutation 26 pour l'interrupteur 19 de puissance d'usinage comporte des portes ET 55 à 58, et des dispositifs de temporisation 59 à 62 qui permettent de régler un intervalle de temps t off entre des impulsions de tension d'usinage successives, un dispositif de temporisation 63 pour fixer la durée Nron des impulsions d'usinage, une porte OU 64 et une bascule bistable RS 65. La mémoire 54 est utilisée pour mémoriser les indications affichées par le compteur-décompteur 41 et les données mémorisées sont transmises au circuit 26 de commande de commutation et au circuit 27 de commande du moteur pas à pas. La commande 27 du moteur pas à pas sert à entraîner le moteur pas à pas 28 à une vitesse déterminée par la position enregistrée dans la mémoire 54-1. Ainsi, le moteur 28 tourne à sa vitesse maximale lorsque la position enregistrée de la mémoire 54 se trouve dans le bit supérieur 54-4 et à une vitesse inférieure lorsque cette position enregistrée est déplacée à un bit inférieur. L'avance d'usinage de l'électrode 7 par rapport à la pièce 8 s'effectue de façon correspondante. Si la position enregistrée reste au bit inférieur 54-1 pendant une durée prédéterminée, la rotation du moteur pas à pas 28 est inversée et le moteur est entraîné à grande vitesse pour permettre un mouvement de va-et-vient de l'électrode outil 7. Outre la commande de la vitesse d'avance, divers modes de commande asservie sont possibles. Dans le cas d'une opération de commande asservie différentielle, par exemple,on peut effectuer la commutation d'une source de tension de référence. Dans le circuit 26 de commande de commutation, l'inversion de la bascule bistable 65 à l'état haut (S) rend conducteur l'élément de commutation 19 et permet d'appliquer une tension enErovenance deValimentation en courant 18 entre l'électrode outil 7 et la pièce usiner 8, ce qui provoque une décharge électrique dans 'intervalle d'usinage G, en même temps que le dispositif de temporisation 63 est actif. Après l'écoulement d'une durée prédéterminée ron, le dispositif 63 fournit une courte impulsion de sortie pour-remettre à zéro le bistable RS 65. Ainsi, l'interrupteur 19 est rendu net conducteur et le dispositif de temporisation correspondant à la position enregistrée de la mémoire 54 est mis en action. Dans l'état représenté, la position enregistrée de la mémoire 54 se trouve au bit 54-3 de sorte que le signal de remise à zéro du bistable RS 65 met en action le dispositif 61 par l'intermédiaire de la porte ET 57. Le temps de coupure ou intervalle 77 off entre des impulsions de tension d'usinage successives est réglé à diverses valeurs aux dispositifs 59 à 62. Ici, le dispositif 59 procure le plus long intervalle Ar off et les dispositifs 60, 61 et 62 procurent des valeurs successivex nt nt réduites de cet interva2le. L'un des dispositifs 59, 60, 61, 62 est Ainsi sélectivement mis en action selon le processus précédent-et, lorsque s'est écoulée une durée psrticulière T > off fixée dans le dispositif de temporisation, celui-ci fournit une courte impulsion de sortie qui est amenée par le porte OU 64 à la borne S du bistable RS 65 pour l'amener à cet état S.Le processus est cyclique et il s'ensuit une successim d'impulsions d'usinage. Au cours de l'usinage par décharges electriques avec la disposition de commande représentée, lorsqu'est crééé une décharge électrique trop faible pour l'usinage, la position d'affichage "1" du compteur-décompteur 41 et la position enregistrée "1" de la mémoire 54 sont décalées vers le haut à leur bit supérieur respectif. I1 en résulte que l'électrode outil 7 est avancée àme vitesse plus élevée et que l'intervalle t' off entre impulsions est réduit.Au contraire, lorsque survient une décharge électrique dont l'intensité dépasse la valeur autorisée maximale, la position enregistrée "1" de la mémoire 54 est décalée vers le bas vers le bit inférieur pour réduire la vitesse d'avancement de l'électrode et augmenter l'inter valle t off entre impulsions. Dans la disposition représentée, la résistance de mesure 20 et l'unité associée 21 pour surveiller l'état des décharges dans l'intervalle G en réponse au potentiel de la borne de sortie sont disposées au voisinage de l'intervalle d'usinage G. En disposant cette unité dans une zone dans laquelle elle est pratiquement complètement protégée du rayonnement électromagnétique, on garantit une détection fiable de la condition des décharges dans l'intervalle sans être influencé par le bruit engendré à l'endroit des décharges. En outre, l'utilisation d'une transmission optique pour transmettre le signal de détection dans la présente installation protège pratiquement celle-ci de l'induction par le courant d'usinage et par le circuit d'alimentation, ce qui permet d'effectuer les opérations voulues de façon fiable. On notera que la mise en oeuvre de la présente invention n'est pas limitée à la réalisation particulière représentée. Ainsi, on peut utiliser toute forme possible de détermination des conditions des décharges dans l'intervalle,tout choix possible des paramètres d'intervalle à mesurer, toute disposition possible des circuit logiques, toute forme pratique d'avance d'électrode et toute forme particulière de l'application des impulsions d'usinage. En outre, l'installation représentée peut être modifiée de telle sorte que les éléments transducteurs électro-optiques 42 à 45 puissent être actionnés directement par des impulsions de sortie des bascules de Schmitt 33 à 36 ou par des impulsions de sortie des portes ET 37 à 40 pour fournir des signaux optiques transforines à transmettre par le câble optique 23. Dans l'installation représentée, la résistance de mesure 20 est représentée montée dans le dispositif à table croisée et l'unité de surveillance de l'intervalle associée dans le banc de la machine, bien 'en variante elles puissent être disposées dans la broche 6, la tette porte-électrode 5, le bras 4 ou la colonne 3, c'est-à-dire essentiellement au voisinage de l'intervalle d'usinage. On doit également noter que la présente invention ne s'applique pas uniquement à un usinage par décharges électriques du type à défoncement mais également à une installation d'usinage par fil. REVENDICATION Installation d'usinage par décharges électriques comprenant une unité mécanique constituant la machine-outil d'usinage, une unité d'alimentation en courant pour appliquer une succession d'impulsions d'usinage à un intervalle d'usinage formé entre une électrode-outil et une pièce à usiner dans cette unité mécanique, une unité d'alimentation en fluide d'usinage pour fournir un fluide d'usinage dans l'intervalle d'usinage, une unité de commande électrique disposée à une certaine distance de l'intervalle d'usinage pour commander au moins l'une desdites unités mécaniqueS d"alimen- tation en courant et d'alimentation en fluide d'usinage, caractérisée en ce qu'une unité électrique de surveillance d'intervalle est disposée au voisinage de l'intervalle d'usinage dans l'unité mécanique pour fournir un signal électrique représentant une condition des décharges dans i'intervalle, cette unité de surveillance ayant à sa sortie un transducteur électro-optique, l'unité de circuit de commande ayant à son entrée un transducteur optO -électrique, le transducteur électro-optique et le transducteur opto -électrique étant reliés l'un à l'autre par une transmission optique.