Brevet FR2476941A1 — publié le 19810828

La présente invention concerne un système d'alimen- tation en courant à condensateur-pour l'usinage par déchar- ges électriques approprié tout particulièrement à un tel usinage à fil mobile. Dans un usinage par décharges électriques, une électrode-outil est juxtaposée à une pièce à usiner, en étant écartée de celle-ci, pour former un intervalle d'u- sinage entre elles, balayé par un liquide d'usinage dié- lectrique; on applique une succession d'impulsions élec- triques en travers de l'intervalle d'usinage pour produi- re des décharges électriques discrètes, espacées dans le temps entre l'électrode outil et la pièce à travers le liquide diélectrique. Lorsqu'elle est déclenchée dans -l'intervalle d'usinage réglé dans des conditions diélec- 15.. triques et de conductibilité appropriée chaque décharge électrique provoque un enlèvement de matière sur la pièce. On peut provoquer une succession de telles décharges élec- triques dans l'intervalle d'usinage maintenu à l'état op- timal pour enlever de façon cumulative de la matière sur la pièce. Au fur et à mesure de cet enlèvement de matière, l'électrode-outil est déplacée par rapport à la pièce, généralement pour maintenir pratiquement constant l'in- tervalle d'usinage. Dans l'usinage par décharges électri- ques tridimensionnel ou en plongée, la forme et le dépla- cement de l'électrode outil déterminent la configuration d'une cavité formée dans la pièce. Dans l'usinage à fil mobile, l'électrode-outil est un fil continu, par exemple en cuivre ou en laiton, ayant une épaisseur comprise sensiblement entre 0,05 et 0,5 mm de diamètre. Le fil électrode est déplacé de façon con- tinue, selon son axe, à travers une zone d'usinage dans laquelle la pièce est disposée. La zone d'usinage est dé- finie de façon générale entre deux guides disposés pour supporter le fil électrode tendu entre eux de façon que ce fil électrode se déplace de façon rectiligne à travers la zone d'usinage tout en traversant la pièce. Le liqui- de d'usinage est habituellement un milieu aqueux d'une -2- résistivité spécifique comprise entre 102 et 1o5 ohms-cen- -timètre et il est amené de façon continue dans l'in'terval- le d'usinage délimité entre le fil électrode mobile et la pièce.-Une avance de contournage a lieu entre le fil élec- trode mobile et la pièce, transversalement à l'axe du fil, selon un trajet prescrit de façon à former dans la pièce un contour de la forme déterminée par ledit trajet. Une des sources de courant pour procurer des impulsions d'u- sinage, reconnues appropriées dans la technique de l'usi- nage par décharges électriques, et particulièrement avan- tageuses dans cet usinage à fil mobile, est un générateur d'impulsions à condensateur, dans lequel un condensateur est raccordé d'une part en série à une source de courant. continu, et d'autre part, monté en travers de l'inter-* valle d'usinage défini entre l'électrode et la pièce. Le condensateur est périodiquement chargé par la tension-de sortie de la source de courant continu, la charge stockée sur le condensateur à chaque cycle de charge étant dé- chargée brusquement à travers l'intervalle d'usinage, for- mant ainsi une impulsion d'usinage individuelle. Un inter- rupteur à actionnement périodique peut être pfévu dans le circuit raccordant la source de courant al condensa- teur, pour assurer sans défaillance la périodicité de la charge. Un autre interrupteur peut également être inclus dans le circuit raccordant le condensateur à l'intervalle d'usinage et être fermé lorsque la tension de charge sur le condensateur atteint une valeur prédéterminée de fa- çon à éviter ainsi l'apparition dans l'intervalle d'usi- nage de toute décharge incomplète ou prématurée. L'un des problèmes les plus importants, spécifi- que des opérations d'usinage par fil, est celui de la rupture du fil, et ce problème doit bien évidemment être réduit au minimum. La rupture du fil survient très sou- vent lorsqu'arrivent dans l'intervalle d'usinage des im- pulsions d'usinage avec une énergie excessive. L'appro- che suivie jusqu'ici pour les opérations d'usinage par décharges électriques à fil mobile avec une source de -3- courant à condensateur telle que décrit ci-dessus pour éviter la rupture du fil, était, en conséquence, de limi- ter la tension de sortie de la source de courant continu à une valeur suffisamment faible, de façon qu'il ne puis- se se développer sur le condensateur et dans l'intervalle d'usinage une tension qui pourrait entraîner une décharge d'usinage d'énergie excessive, par exemple une impulsion ayant une intensité de pointe et une durée excessives. Toutefois, cette approche du problème entraîne un accrois- sement indésirable du temps de charge du condensateur à chaque cycle de charge et une diminution excessive de l'énergie de décharge, et de ce fait, une chute signifi- cative dans la fréquence des décharges et dans le courant d'usinage moyen. Il en résulte que le taux d'enlèvement de la matière est beaucoup trop faible. C'est en conséquence un but principal de la pré- sente invention de procurer un générateur d'impulsions à condensateur amélioré pour des opérations d'usinage par décharges électriques à fil mobile, permettant d'obtenir un accroissement notable du taux d'enlèvement par rapport au système antérieur, pratiquement sans rupture du fil électrode. Un autre but de l'invention est de procurer un gé- nérateur d'impulsions à condensateur, dont le fonction- nement soit efficace et stable et que l'on puisse utili- ser pour des opérations générales d'usinage par décharges électriques. Un but spécifique de l'invention est de procurer un générateur d'impulsions d'usinage par décharges élec- triques à condensateur, qui permette d'utiliser une sour- ce de charge ayant une tension de sortie plus élevée, permettant ainsi d'effectuer des opérations d'usinage par décharges électriques à fil mobile avec un taux d'en- lèvement de matière extrêmement élevé et avec une préci- sion accrue, et ce pratiquement sans rupture du fil élec- trode. Ces buts sont atteints, selon la présente inven- tion, par un générateur d'impulsions à condensateur amé- -4- lioré pour usinage par décharges électriques, comportant un condensateur, une source de courant continu pour char- ger le condensateur,- des moyens d'interrupteur montés en série avec le condensateur et avec un intervalle d'usinage, et un circuit de détection sensible à la ten- sion de charge du condensateur pour rendre conducteurs les moyens d'interrupteur lorsque la tension de charge atteint un niveau prédéterminé, permettant ainsi à la charge du condensateur de se décharger à travers l'in- tervalle d'usinage, l'amélioration comportant des deu- xièmes moyens d'interrupteur montés en série entre la source de courant continu et le condensateur et normale- ment maintenus conducteurs pour permettre au condensa- teur d'être chargé par la source de courant continu, et un deuxième circuit de détection sensible à la tension d'intervalle pour rendre non conducteurs les deuxièmes moyens d'interrupteur lorsque la tension d'intervalle excède une valeur prédéterminée. La source de courant continu de charge du conden- sateur peut ainsi avoir une tension de sortie accrue, qui peut être plus du double de la tension de décharge. La tension de décharge peut être maintenue à une valeur suffisamment faible pour éviter des décharges d'inter- valle d'énergie excessive qui pourraient entraîner une rupture du fil électrode, mais qui soit suffisante pour permettre des décharges d'énergie optimales. Du fait qu'il devient possible d'augmenter la tension de charge, le condensateur est chargé plus rapidement, permettant ainsi de déclencher des décharges optimales à une fré- quence accrue ou en réduisant proportionnellement les intervalles entre impulsions. Les moyens d'interrupteur mentionnés en premier peuvent comporter une multiplicité d'interrupteurs mon- tés en parallèle l'un par rapport à l'autre en série entre le condensateur et l'intervalle d'usinage. Le cir- cuit de détection mentionné en premier peut alors être adapté pour rendre successivement conducteurs ces inter- rupteurs de sorte que la charge sur le condensateur peut être déchargée à travers l'intervalle d'usinage sous la forme d'une succession d'impulsions de décharge. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, de plusieurs réalisations, en liaison avec le dessin joint sur lequel - ta figure 1 représente schématiquement un dispo- sitif d'usinage par décharges électriques à fil mobile et un générateur d'impulsions à condensateur-réalisé pour ce dispositif selon la présente invention; et - 7a figure 2 représente schématiquement une autre forme du générateur d'impulsions selon l'invention. On se reporte d'abord à la figure 1; un disposi- tif d'usinage par décharges électriques à fil mobile utilise un fil électrode continu 1, par exemple en cui- vre ou en laiton, dont l'épaisseur est comprise sensi- blement entre 0,05 et 0,5 mm. Le fil électrode 1 est transporté de façon continue d'un côté alimentation 2, représenté sous la forme d'une bobine d'alimentation, à - un côté reprise 3, représenté sous la forme d'une bobi- ne de reprise, à travers une zone d'usinage définie en- tre deux guides d'usinage 4a et 4b. D'autres guides 5 et 6 sont prévus sur le trajet du fil pour modifier la direction de ce trajet depuis le côté alimentation 2 jusqu'à la zone d'usinage, et de celle-ci jusqu'au côté reprise 3. Des ensembles de galets d'entraînement et de freinage (non représentés) sont prévus entre le guide 6 et la bobine de reprise 3 et entre la bobine d'alimen- tation 2 et le guide 5, respectivement, pour déplacer axialement le fil électrode 1 à une vitesse appropriée et sous une tension appropriée. Dans la zone d'usinage, une pièce à usiner 7 est montée et portée sur une table de travail 8, cette dernière étant entraînée dans un plan X-Y par deux moteurs 9 et 10 en réponse à des si- gnaux de commande fournis par une commande numérique 11. Le moteur 9 est adapté pour déplacer la table 8 6- selon un axe X et le moteur 10 est adapté pour déplacer la table 8 selon un axe Y perpendiculaire à l'axe X. Des données pour un trajet de contournage prédéterminé, pré- programmé dans la commande numérique 11, sont reprodui- tes sous la forme de signaux de commande appliqués au moteur 9 de l'axe X et au moteur 10 de l'axe Y pour dé- placer la pièce 7 selon le trajet prédéterminé et trans- versalement à l'axe du fil électrode 1, formant ainsi- le contour désiré dans la pièce 7 lors de l'usinage de cette dernière par le fil électrode mobile 1. Dans le processus d'usinage, le liquide d'usinage est, de façon caractéristique, un milieu aqueux de résistivité spéci- fique compris entre 102 et 105 ohms-centimètre; il est amené en continu dans la zone d'usinage par un ajustage (non représenté) pour balayer l'intervalle d'usinage défini entre le fil électrode 1 et la pièce à usiner 7. La source de courant fournissant des impulsions d'usinage au travers de l'intervalle d'usinage est cons- tituée par un générateur d'impulsions à condensateur, comportant un condensateur 12 chargé par une source de courant continu 13 par l'intermédiaire d'une résistance de charge 14. Le circuit de décharge raccordant le con- densateur 12 au fil électrode 1 et à la pièce 7 comporte un interrupteur de décharge 15 constitué par un thyris- tor. La tension de charge sur le condensateur 12 est mesurée par une résistance 16 montée en parallèle avec la source de courant continu 13 et le condensateur 12. Lorsque la tension développée à la résistance de mesure 16 dépasse une valeur prédéterminée, le thyristor 15est fermé pour raccorder le condensateur 12 au fil électro- de 1 et à la pièce 7 et permettre ainsi à la charge sur le condensateur 12 de se décharger à travers l'inter- valle d'usinage, procurant ainsi une impulsion de cou- rant d'usinage. Lorsque la décharge diminue, l'interrup- teur 15 revient à son état ouvert et le condensateur 12 peut être rechargé par la source de courant continu 13. Une diode de Zener 17 est montée aux bornes du conden- -7- sateur 12 pour empêcher celui-ci d'être chargé à une va- leur excessive. Selon la présente invention, le générateur d'impul- sions comporte un interrupteur 18, représenté sous la forme d'un transistor, dont les électrodes principales sont montées en série entre la source de courant conti- nu 13 et le condensateur 12. De façon caractéristique, cet interrupteur 18 est constitué par une rangée de tran- sistors. Les électrodes de commande de l'interrupteur 18 sont raccordées à la sortie d'une porte ET 19. Cette porte ET 19 est-normalement ouverte pour maintenir l'in- terrupteur 18 à l'état conducteur, permettant ainsi au condensateur 12 d'être périodiquement chargé par la sour- ce de courant continu 13. La charge stockée sur le con- densateur 12 à chaque cycle de charge est déchargée à travers l'intervalle d'usinage de la manière décrite ci-dessus. Le circuit de mesure de la tension de déchar- ge comporte une résistance 20 raccordée au fil électro- de 1 et à la pièce 7 en parallèle avec le condensateur 12. La résistance de mesure 20 ne répond pas à la ten- sion de charge du-condensateur 12. Un trigger de Schmitt 21 est prévu pour répondre à-la tension qui apparaît à la résistance 20. Lorsque la tension à cette résistance excède une valeur prédéterminée, le trigger de Schmitt 21 est inversé en phases pour fournir un signal '0" qui est appliqué à une borne d'entrée 19a de la porte ET 19 pour bloquer celle-ci. Une autre entrée 19b de la porte ET 19 reçoit en permanence un signal "1". L'entrée au trigger de Schmitt 21 n'apparaît que pendant le cycle de décharge du condensateur 12. Du fait de la disposition précitée, la tension de sortie de la source de courant continu 13 peut être considérablement augmentée. L'utilisation d'une telle tension de source augmentée accélère le cycle de charge du condensateur 12. La constance de la valeur de charge pendant les cycles successifs est assurée par la résis- tance 16 et par l'interrupteur de décharge 15, et en outre par la diode de Zener -17 montée de façon faculta- tive. Chaque décharge a une valeur de tension constante et de ce fait, assure la constance de l'énergie déchargée. Chaque décharge est ainsi brutalement coupée par l'ouver- ture de l'interrupteur de décharge 15, permettant au cy- cle de charge de recommencer. Lorsque l'interrupteur 15 est fermé, ou que la décharge continue, lorsque la ten- sion d'intervalle augmente au-dessus d'une valeur prédé- terminée, le trigger de Schmitt 21 est inversé en phases et l'interrupteur 18 dans le circuit de charge est ou- vert, déconnectant le condensateur 12 de la source de courant continu 13. Il n'y a plus alors de courant de charge agissant sur le condensateur 12. Cet état conti- nue jusqu'à ce que la tension d'intervalle soit à nou- veau ramenée à une valeur normale. Ainsi, toute tension d'intervalle excessive est détectée et enregistrée par la résistance de mesure 20 et par le circuit de seuil à trigger de Schmitt 21 pour ouvrir l'interrupteur 18 in- corporé dans le circuit de charge du condensateur 12. Ceci permet de fixer la tension de sortie de la source de courant continu 13 à une valeur suffisamment élevée, éventuellement plus du double de la tension de charge, sans risque de rupture du fil électrode 1. Du fait que le condensateur 12 est ainsi chargé à une vitesse plus grande du fait que la tension de charge de la source 13 est plus grande, la fréquence effective des décharges d'usinage est notablement accrue. De ce fait, on obtient une amélioration notable dans le taux d'enlèvement de matière, le rendement d'usinage et la -stabilité de fonc- tionnement. On se reporte maintenant à la figure 2, dans la- quelle on utilise les mêmes repères pour désigner les mêmes éléments que dans la réalisation de la figure 1, cette figure 2 montrant une variante de la source de - courant à condensateur pour l'usinage par décharges élec- triques. Dans cette réalisation, les moyens d'interrup- teur de décharge comportent une multiplicité de thyris- tors 15a, 15b, 15c montés en parallèle l'un par rapport - 9 - à l'autre et en série avec le condensateur 12, l'électro- de-outil 1 et la pièce à usiner 7. Ces interrupteurs 15a, b et 15c sont conçus pour être déclenchés successive- ment par un circuit de commande 22, tel qu'un générateur d'impulsions-à compteur annulaire raccordé à la résis- tance de mesure 16. Lorsque la tension du condensateur se manifestant par la tension à la résistance demesure 16 atteint une valeur prédéterminée, le générateur d'im- pulsions 22 est actionné pour fournir successivement un certain nombre, ici trois, d'impulsions de déclenchement. Ces impulsions de déclenchement ferment en séquence les interrupteurs 15a, 15b, 15c. Il en résulte que la charge du condensateur 12 est déchargée à travers l'intervalle, divisée en trois impulsions de décharge discrètes, espa- cées dans le temps. Cette forme de coupure est particu- lièrement avantageuse lorsqu'il est. souhaitable que le condensateur 12 ait une capacitance plus grande ou dans le but d'accroître la fréquence des décharges et le taux d'enlèvement de matière. En outre, dans cette réalisation, la porte ET 19 commandant l'interrupteur 18 a une borne d'entrée 19b alimentée par un train d'impulsions de signaux provenant d'un oscillateur 23. Une autre borne d'entrée 19a est alimentée par la sortie du trigger de Schmitt 21, qui est normalement "1" et qui devient "O' lorsque la ten- sion d'intervalle excède une valeur présélectionnée, comme il a déjà été décrit. Ainsi, l'interrupteur 18 est commandé par le produit logique de ces entrées à la por- te ET 19. Lorsque les conditions d'usinage sont normales, l'interrupteur 18 est périodiquement excité par des im- pulsions de signaux en provenance de l'oscillateur 23 et ainsi alternativement rendu conducteur et non conduc- teur en fonction des durées d'impulsions et intervalles entre impulsions réglés à l'oscillateur 23. Le conden- sateur 12 est chargé par un train d'impulsions de la sortie de la source de courant continu 13. Lorsqu'une tension d'intervalle excessive est détectée par la ré- - 10 - sistance de mesure 20 et par le trigger de Schmitt 21, la porte ET 19 est bloquée pour laisser passer les impul- sions de signaux de l'oscillateur 23 à l'interrupteur 18, interrompantainsi les commutations marche-arrêt et maintenant l'interrupteur 18 à l'état ouvert. Le générateur d'impulsions selon l'invention est avantageux, non seulement pour un usinage par décharges électriques à fil mobile, mais également pour un usinage par décharges électriques en plongée utilisant une élec- trode-outil de forme. On obtient une fréquence accrue des décharges d'usinage par le fait que le condensateur se charge plus rapidement et cette fréquence plus grande augmente le taux d'enlèvement de matière. L'interruption commandée de la charge du condensateur lors d'une ten- - sion d'intervalle excessive supprime les décharges-élec- triques d'énergie anormales et assure la répétition de décharges d'énergie uniforme. De ce fait, on améliore la rugosité de surface et on réduit le risque de sut-usinage. 0 0 0 O -O O - il - REVEND I CATI ONS 1. - Générateur d'impulsions à condensateur pour l'usinage par décharges électriques à fil mobile, compre- nant un condensateur (12), une source de courant continu (13) pour charger le condensateur, des premiers moyens d'interrupteur (15) montés en série avec le condensateur et avec un intervalle d'usinage, un premier circuit de détection sensible à la tension de charge du condensateur pour rendre conducteurs les premiers moyens d'interrup- tour lorsque la tension de charge atteint une valeur pré- déterminée, permettant ainsi à la charge du condensateur de se décharger à travers l'intervalle d'usinage en for- mant au moins une impulsion d'usinage par décharges élec- triques, caractérisé en ce qu'il comporte également des deuxièmes moyens d'interrupteur (18) montés en série en- tre la source de courant continu et le condensateur et normalement maintenus conducteurs pour permettre au con- densateur d'être chargé par la source de courant continu, et un deuxième circuit de détection (19, 20, 21) sensible à la tension d'intervalle pour rendre non conducteurs les deuxièmes moyens d'interrupteur lorsque la tension d'in- tervalle excède une valeur prédéterminée. 2. - Générateur d'impulsions selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la tension de sortie de la source de courant continu est au moins le double de cette valeur prédéterminée. 3. - Générateur d'impulsions selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que les premiers moyens d'in- terrupteur (15) comportent une multiplicité d'interrup- teurs montés en parallèle l'un par rapport à l'autre et en série avec le condensateur et l'intervalle d'usinage, et en ce que le premier circuit de détection (16, 17) est adapté pour rendre ces interrupteurs conducteurs en séquence. -4. - Générateur d'impulsions selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un os- cillateur (23) pour envoyer aux deuxièmes moyens d'in- - 12 - terrupteur (18) un train d'impulsions de signaux, grâce à quoi ces deuxièmes moyens d'interrupteur sont normalement fermés et ouverts de façon répétitive pour charger par impulsions le condensateur par la tension de sortie de la source de courant continu. 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