Brevet FR2487715A1 — publié le 19820205

- 1 - Procédé et dispositif pour l'usinage par étincelage L'invention concerne un procédé d'usinage par étincelage d'une électrode-pièce au moyen d'une électro- de-outil, selon lequel on introduit dans la zone d'usi- nage un fluide composé de particules conductrices de l'é- lectricité en suspension dans un liquide, et on applique entre ces électrodes des impulsions successives de ten- sion destinées à amorcer des décharges. Ce procédé a pour but de contr8ler avec grande précision la distance d'étin- celage comprise entre l'électrode-pièce et l'électrode- outil d'une machine à usiner par étincelage érosif. La précision de l'usinage d'une cavité au moyen d'une électrode dépend essentiellement de la précision de l'arrêt de l'avance et de la valeur prise par la distance détincelage à l'instant o s'arrête l'usinage. Des solutions ontdéjà été trouvées pour contr8ler élec- troniquement avec grande précision la position relative des électrodes et pour diminuer l'usure de l'électrode au cours des phases de finition. Cependant la distance d'étin- celage peut varier dans de grandes proportions selon les couples de matériaux utilisés, le régime d'usinage et le taux de pollution du fluide d'usinage. Ces variations ont une incidence directe sur la précision de l'usinage. Le but de l'invention est de résoudre ce problème. 13.117 */. -2- La solution proposée est un procédé selon lequel on introduit dans la zone d'usinage un fluide composé de particules conductrices de l'électricité en suspension dans un liquide, et on applique entre ces électrode des impul- sions successives de tension destinées à amorcer des dé- charges, et il est c a r a c t d r i s éen ce qu'il con- siste, à mesurer la distance d'étincelage et une yaleur moyenne correspondante du délai d'amorçage des décharges pour au moins deux valeurs différentes de cette distance d'étincelage, à déterminer au moyen des résultats de ces mesures les paramètres d'une fonction empirique connue qui lie la distance d'étincelage et la valeur moyenne du délai d'amorçage, et à utiliser cette fonction pour déterminer la valeur instantanée de la distance d'étincelage à partir d'une mesure instantanée de la valeur moyenne du délai d'amorçage, la concentration des particules en suspension dans le fluide d'usinage et la surface des électrodes soumise à l'étincelage étant maintenues constantes au cours de ces mesures. Cette méthode de contr8le de la distance d'é- tincelage s'applique particulièrement bien aux phases de finition au cours desquelles on effectue une dilatation artificielle de l'électrode au moyen d'un mouvement de translation cyclique. En effet dans ce cas les distances d'étincelage frontales et latérales sont sensiblement les mêmes et il est alors possible d'effectuer un contr8le pré- cis de l'avance de l'usinage dans toutes les directions o - 3 - se produit l'étincelage. Les dessins annexés montrent schématiquement et à titre d'exemple une forme d'exécution d'un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La Figure 1 illustre une relation expérimentale entre la distance d'étincelage et le délai moyen d'amor- çage des décharges. La Figure 2 représente le schéma de principe d'une installation d'usinage par étincelage érosif munie d'un dispositif de contrôle de la distance d'étincelage. On sait que l'usinage par étincelage érosif se produit dans de bonnes conditions si le fluide d'usinage introduit dans la zone d'usinage présente un certain taux de pollution, c'est-à-dire lorsque la concentration des particules en suspension atteint au moins une valeur dé- terminée. Le nouveau procédé s'applique particulièrement bien au cas o les particules solides en suspension dans le fluide d'usinage sont constituées par une matière différente de celle des électrodes. Lorsque la concentration de ces particules en suspension dans le fluide d'usinage est main- tenue constante et si la surface soumise à l'étincelage ainsi que la tension d'amorçage des décharges ne marient pas, il existe alors relation univoque entre la valeur de la distance d'étincelage et une valeur statistique du délai moyen d'amorçage des décharges. Cette relation est une fonction linéaire entre l'inverse de la distance d'étincelage et le logarithme de - 4 - la valeur moyenne du délai d'amorçage des décharges comme le montre la Figure 1. Cette relation linéaire peut être utilisée pour calculer la valeur de la distance d'étincelage à partir de la mesure du délai moyen d'amorçage des décharges. Il suffit de connattre deux points de cette droite pour pou- voir établir cette fonction. Sif représente le délai moyen d'amorçage des décharges et g la distance d'étin- celage, cette fonction à la forme suivante: log.tD = C2 g o Cl est fonction de la tension d'amorçage des décharges et C2 est en plus fonction de la surface soumise à l'é- tincelage et de la concentration des particules en sus- pension dans le fluide d'usinage. Il est donc nécessaire pour utiliser cette fonction de maintenir constant ces trois paramètres d'usinage. Lorsque l'on effectue deux mesures successives de*t.D et g pour deux valeurs différentes de g, on connait deux équations avec lesquelles on calcule les valeurs des deux constantes Cl et C2. Une manière de faire varier la distance d'étin- celage en fin d'usinage consiste à bloquer l'avance de l'électrode tout en maintenant l'usinage. A l'instant o on effectue ce bloquage on mesure la valeur gl de la dis- tance d'étincelage et la valeur t 1 du délai moyen d'amor- çage des décharges, ce qui correspond au point A de la droi- - 5 - 2487715 -5- te de la figure 1. Ensuite, au cours de l'augmentation de la distance d'étincelage, on mesure les valeurs g2 et ta qui correspondent au point B. Si la cote d'usinage est atteinte par une valeur g! de la distance d'étincelage l'usinage sera arrêté lorsque le délai moyen d'amorçage aura atteint la valeur tDp correspondant au point C. Ces opérations sont réalisées au moyen de l'ins- tallation représentée schématiquement à la Figure 2. Une électrode-pièce 1 est usinée au moyen d'une électrode- outil 2. Un générateur d'impulsions 3 est connecté entre ces électrodes de manière à émettre des impulsions succes- sives de tension destinées à amorcer des décharges dans l'espace d'usinage 4 compris entre ces électrodes. Un fluide d'usinage composé de particules solides et conduc- trices de l'électricité en suspension dans un liquide est amené dansla zone d'usinage par une conduite 5 et une buse d'injection 6. Un élément de mesure de courant 7 connecté entre l'une des bornes du générateur 3 et la pièce 1 est relié d'une part à l'entrée d'un circuit de commande 8 et d'autre part à l'une des entrées d'un circuit de mesure 9 du délai moyen d'amorçage des décharges dont l'autre entrée est connectée à l'autre borne du générateur 3. Ce circuit 9 est réalisé, par exemple comme celui décrit dans le bre- vet US - 3.825.714, de façon à élaborer un signal représen- tatif de la valeur moyenne de l'intervalle de temps entre l'instant o une tension est appliquée entre les électrodes et l'instant o commence une décharge. 1/* -6- L'électrode-outil 2 est déplacé au moyen d'un servo-moteur 10 qui est commandé par un circuit de ré- glage 11 dont les trois entrées sont reliés respective- ment par une ligne Sî au circuit de commande 8, à l'élec- trode-outil 2 et la sortie d'un comparateur 12. Les deux entrées de ce comparateur 12 sont connectées respectivement à un système de lecture 13 de la position axiale de l'élec- trode 2 et à un élément i4 fournissant une grandeur de référence de la position axiale de l'électrode. Les élé- ments 11 à 14 sont conçus pour déplacer l'électrode 2 de manière à maintenir des conditions d'usinage prédéterminées et pour empêcher l'électrode de dépasser la position axiale de référence déterminée par l'élément 14. Le fonctionnement de ces circuits est décrit dans le brevet US-4.049.942. L'installation comporte un compteur 15 dont l'en- trée est connectée d'une part à la sortie du système de lec- ture 13 et d'autre part au circuit de commande 8 par une ligne S2. Ce circuit de commande 8 est aussi connecté à des registres de transfert 16 et 17 par des lignes S3 et S4 et au générateur 3 par une ligne S5-. Les registres de'transfert 16 et 17 ont leurs secondes entrées connectées respective- ment à la sortie du circuit de mesure 9 et à la sortie du compteur 15. Les informations mémorisées dans ces registres de transfert 16 et 17 ainsi que la valeur instannée du dé- lai moyen d'amorçage des décharges fournie par le circuit de mesure 9 sont transmises à une unité de calcul 18 dont la grandeur de référence fournie par un élément 20. La sortie /. -7- de ce comparateur 19 est connectée au générateur 3. Cette installation fonctionne de la manière suivante: La cote finale de l'usinage est fixée par la position de référence de l'électrode ajustée au moyen de l'élément 14 et par la valeur finale de la distance d'étin- celage choisie au moyen de l'élément 20. Lorsque cette position de référence est atteinte, le circiLit de commande 8 entre en action pour enclencher les séquences de mesure de la distance d'étincelage et du délai moyen d'amorçage des décharges. Un signal est transmis au registre de transfert 16 par la ligne S3 pour mémoriser la valeur instantanée du délai moyen d'amorçage des décharges mesuré par le système de mesure 9. Au même instant le compteur 15 est mis à zéro au moyen d'un signal transmis par la ligne 32* Ensuite le circuit de commande 8 agit par la ligne S5 sur le générateur 3 pour rendre les décharges non érosives, par exemple au augmentant l'impédance du circuit d'alimentation des électrodes, et par la ligne S, pour rap- procher les électrodes jusqu'au contact de l'électrode 2 avec la pièce 1. L'instant o ce contact se produit est signalé par l'élément de mesure de courant 7 et une impul- sion est transmise au registre de la distance d'étincelage, de laquelle on est parti avant de faire la mise en contact, sous la forme du nombre élaboré par le compteur 15. 24-2487715 On déplace ensuite l'électrode pour obtenir une distance d'étincelage correcte. Le circuit de commande 8 rétablit l'étincelage et du fait que l'avance de l'élec- trode est bloquée par l'action du comparateur 12 la distance d'étincelage augmente. Après une courte période d'usinage le circuit 8 commande une nouvelle séquence de mesure du délai moyen d'amorçage et de la distance d'4tincelage dont les valeurs instantanée sont respectivement mémorisées dans les registres de transfert 16 et 17. Ces quatre valeurs mémorisées sont alors utilisées par l'unité de calcul 18 pour calculer la valeur instantanée de la distance d'étin- celage à partir de la fonction empirique prédéterminée, mentionnée plus haut. Lorsque cette valeur instantanée atteint la va- leur affichée par le circuit 20, un signal est transmis par le comparateur 19 au générateur 3 pour arrêter l'usi- nage. La cote finale d'usinage est ainsi obtenue avec une très grande précision. les mesures de la distance d'étince- lage et du délai moyen d'amorçage des décharges pourraient être faites à un autre moment de l'usinage, par exemple au cours de la pénétration de l'électrode dans la pièce. - 8 - - 9 - 2487715 Revendications 1. Procédé d'usinage par étincelage d'une électrode-pièce au moyen d'une électrode-outil, selon lequel on intro- duit dans la zone d'usinage un fluide composé de parti- cules conductrices de l'électricité en suspension dans un liquide et on applique entre ces électrodes des impul- sions successives de tension destinées à amorcer des dé- charges, c a r a c t d r i s 4 en ce qu'il consiste à mesurer la distance d'étincelage et une valeur moyenne correspondante du délai d'amorçage des décharges pour au moins deux valeurs différentessde cette distance d'étin- celage, la concentration des particules en suspension dans le fluide d'usinage et la surface des électrodes soumise à l'étincelage étant maintenues constantes au cours de ces mesures, à déterminer au moyen des résultats de ces mesures les paramètres d'une fonction empirique connue qui lie la distance d'étincelage et la valeur moyenne du délai d'amor- çage et à utiliser cette fonction pour déterminer la valeur instantanée de la distance d'étincelage à partir d'une me- sure instantanée de la valeur moyenne du délai d'amorçage 2. Procédé selon la revendication 1 selon lequel on empêche les électrodes de se rapprocher l'une de l'autre au-delà d'une position relative prédéterminée tout en maintenant l'étincelage, c a r a c t 4 r i s 4 en ce que lesdites mesures de la distance d'étincelage et de la valeur moyenne du délai d'amorçage des décharges sont effectuées à partir /- - 10 - de l'instant o ladite position relative est atteinte et ce que l'usinage est arrêté dès que la valeur calculée de la distance d'étincelage atteint une valeur de référence. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 comportant un générateur d'impulsions de tension connecté entre les électrodes, un servo-moteur pour déplacer les électrodes l'une par rapport à l'autre en réponse aux conditions d'usinage et des moyens pour maintenir la concentration des particules en suspension dans le fluide d'usinage à une valeur constante, c a r a c t d r i s 4 en ce qu'il comporte des moyens associés au générateur d'impulsions pour mesurer la va- leur moyenne du délai d'amorçage des décharges, des moyens associés au servo-moteur pour mesurer la valeur correspon- dante de la distance d'étincelage, des moyens pour effectuer au moins deux mesures de la distance d'étincelage, une unité de calcul coopérant avec cesdits moyens de mesure pour cal- culer la valeur instantanée du délai moyen d'amorçage selon une fonction linéaire prédéterminée entre l'inverse de la distance d'étincelage et le logarithme du délai moyen d'amorçage des décharges. 4. Dispositif selon la revendication 1 c a r a c t d r i s 4 en ce qu'il comporte un comparateur pour élaborer un si- gnal dès que ladite valeur calculée de la distance d'étin- celage atteint une valeur de référence et des moyens asso- ciés au générateur d'impulsion pour arrêter l'usinage en réponse à ce signal.