Brevet FR2520651A1 — publié le 19830805

Procédé et dispositif de positionnement d'électrode dans un usinage par décharges électriques à commande numérique. ha présente invention concerne un procédé et un dispositif de positionnement d'électrode dans un usinage par décharges électriques à commande numérique; elle concerne plus parti- culièrement un nouveau procédé et un nouveau dispositif amé- liorés pour commander la position relative d'une électrode- outil et d'une pièce au cours d'une opération d'usinage par décharges électriques à commande numérique. Dans ce type d'usinage, une valeur désirée d'usinage, par exemple dans la direction de la profondeur d'une pièce à usiner, est préprogrammée et les valeurs numériques corres- pondant aux positions relatives successives de l'électrode- outil et de la pièce à usiner sont stockées dans une commande numérique et utilisées pour produire des signaux d'ordre pour exécuter le déplacement relatif désiré De ce fait, sous les ordres de la commande numérique, l'électrode-outil et la pièce sont déplacées l'une par rapport à l'autretandis qu'une succession de décharges électriques efficaces est développée entre l'électrode-outil et la pièce pour faire progresser l'enlèvement de matière par décharges électriques. Lorsque le déplacement d'usinage ordonné coïncide avec la position finale enregistrée, le déplacement peut s'arrêter. Dans le mode d'usinage "avec usure", qui est souvent préféré au mode d'usinage 'sans usure', dans le but d'obtenir un enlèvement de matière ou une érosion plus important, l'électrode-outil s'érode également De ce fait, la valeur programmée du déplacement relatif devient insuffisante et doit être corrigée de la valeur de l'usure de l'électrode dans la direction du déplacement L'utilisateur doit ainsi mesurer la profondeur réelle de la matière enlevée et effectuer ensuite le stade d'usinage de correction Cette opération est naturellement imprécise et son exécution est longue Bien que l'on ait proposé diverses techniques pour tenir compte de l'usure de l'électrode, on a constaté qu'au- cune d'elles ne donnait réellement satisfaction. C'est en conséquence un but important de la présente inven- tion de procurer un nouveau procédé amélioré pour commander automatiquement la position relative d'une électrode-outil et d'une pièce à usiner au cours d'une opération d'usinage par décharges électriques à commande numérique, lequel pro- cédé est efficace et fiable et permet une meilleure préci- sion d'usinage que le procédé classique. Un autre but important de l'invention est de procurer un nouveau dispositif amélioré pour mettre en oeuvre le procédé décrit. Sous un premier aspect, la présente invention procure donc un procédé pour commander la position relative d'une électrode- outil et d'une pièce à usiner au cours d'une opération d'usi- nage par décharges électriques, procédé dans lequel: a) on déplace l'électrode-outil par rapport à la pièce sous les ordres d'une commande numérique tout en faisant progresser l'enlèvement de matière par décharges électriques sur la pièce en créant des décharges électriques efficaces entre l'électrode-outil et la pièce; b) on compte les décharges électriques efficaces; c) on dérive une valeur corrective de déplacement d'lune valeur déterminée d'usure d'électrode par décharge efficace unitaire, de la surface d'usinage effective de l'électrode-outil et du nombre compté de décharges électriques efficaces, et d) on commande le dépla- cement ordonné au stade a) avec la valeur de la correction dérivée au stade c). De façon spécifique, la valeur corrective de déplacement est dérivée et peut être ajoutée au déplacement ordonné pour chaque unité de temps, après écoulement de cette unité de temps, pour chaque unité de déplacement ordonné, à la fin de cette unité de déplacement, ou à la fin du déplacement ordonné d'une distance globale prédéterminée. Sous un deuxième aspect, l'invention procure également un dispositif pour commander la position relative d'une électrode-outil et d'une pièce au cours d'une opération d'usinage par décharges électriques, ce dispositif compor- tant: une unité de commande numérique pour fournir des ordres programmés pour déplacer l'électrode-outil par rapport à la pièce à une vitesse programmée d'une valeur programmée de déplacement, tandis que progresse l'enlèvement de matière sur la pièce par des décharges électriques efficaces produi- tes entre l'électrode-outil et la pièce; des premiers moyens d'information pour produire un premier signal représentant une valeur pres- crite d'usure d'électrode par décharge électrique, unitaire; des seconds moyens d'information pour produire un deuxième signal repré- sentant une surface d'usinage effective de l'électrode-outil juxtaposée à la pièce à usiner; des moyens pour compter les décharges électriques efficaces produites entre l'électrode- outil et la pièce pour produire un troisième signal; et des moyens sensibles au premier, au deuxième et au troisième signal pour produire un signal de correction agissant sur les ordres programmés, corrigeant ainsi le déplacement rela- tif de l'électrode-outil et de la pièce. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip- tion détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, d'une réalisation préférée, en liaison avec le dessin joint, sur lequel: la figure 1 est une vue schématique, partiellement sous forme de blocs, illustrant les principes de la présente invention; la figure 2 est un schéma-bloc illustrant un procédé selon la présente invention; la figure 3 est un schéma de circuit, partiellement sous for- me de blocs, illustrant un système pour distinguer, parmi les impulsions appliquées, les impulsions donnant lieu à des décharges électriques efficaces et pour les compter; et les figures 4 A et 4 B sont des schémas de formes d'ondes illustrant diverses impulsions d'usinage contenant une impul- sion de décharge électrique efficace En se reportant d'abord à la figure 1, on voit une électrode- outil 1 juxtaposée à une pièce 2 conductrice de l'électricité, à une certaine distance de celle-ci,en déterminant entre elles un intervalle d'usinage G La pièce 2 est plongée dans un liquide d'usinage 3 contenu dans une cuve 4 L'électrode- outil 1 est supportée de façon à pouvoir être déplacée verti- calemènt ou dans le sens de l'axe des Z et est conçue pour être avancée axialement dans la pièce 2 par un moteur 5, par exemple un moteur à impulsions, tandis que l'enlèvement de matière progresse dans la pièce 2 Cet enlèvement de matière est produit par une succession d'impulsions d'usinage élec- triques fournies par une source de courant d'usinage 6, qui est électriquement raccordée à l'électrode-outil 1 et à la pièce 2. Le moteur 5, qui fait avancer l'électrode-Outil 1, est entrai- né par un circuit pilote 7 excité par la sortie 8 a d'une unité de calcul 8 selon les principes de la présente invention L'unité de calcul 8 a une première entrée raccordée à une unité' de commande numérique 9 et des entrées supplémentaires raccor- dées à des unités d'information respectives 10 et 11. L'unité de calcul 8 a une première entrée pour recevoir sur un conducteur 12 a un signal développé dans un circuit de détection 12 raccordé à l'intervalle d'usinage G L'unité de calcul 8 est ici conçue pour établir des boucles de réaction avec le circuit pilote 7 par l'intermédiaire d'un conducteur 8 b et avec le circuit de détection 12 par un conducteut 12 b. La commande numérique 9 fournit au circuit pilote 7 des signaux d'ordre pour que le moteur 5 fasse avancer l'électrode- outil 1 à une vitesse programmée d'une valeur programmée. La première unité d'information 10 fournit à l'unité de calcul 8 une valeur Y représentant une valeur prescrite d'usure par décharge efficace unitaire La valeur y, qui est constante pour une opération d'usinage donnée, est établie dans l'uni- té d'information 10 à partir des paramètres d'usinage réels, à savoir les matières de l'électrode et de la pièce, le type du liquide d'usinage 3, la durée d'impulsions Ton et l'in- tervalle entre impulsions T off et l'intensité de crête Ip des impulsions de décharges à produire au travers de l'in- tervalle d'usinage La deuxième unité d'information 11 fournit à l'unité de calcul 8 une valeur S représentant la surface d'usinage effective de l'électrode-outil 1, qui peut, soit être constante, soit varier pour une opération d'usinage donnée On doit noter que l'électrode-outil 1 représentée a une surface d'usinage effective qui varie au fur et à mesure de l'usinage Dans ce cas, les valeurs successives de la surface d'usinage variable sont stockées et, dans l'opération d'usinage, sont successivement recherchées en fonction de signaux séquentiels fournis par la commande numérique 9 Le circuit de détection 12 envoie à lunité de calcul 8 un signal représentant le nombre N de décharges électriques efficaces produites au travers de l'intervalle d'usinage G par unité de temps L'unité de calcul 8 calcule une valeur corrective de déplacement pour l'électrode-outil 1 à partir des valeurs y, S et n. En se reportant à la figure 2 r on voit le détail des unit 4 s d'information 10 et 11 et de l'unité de calcul 8 L'unité d'information 10 comporte une unité d'entrée 10 a à laquelle sont appliqués les paramètres d'usinage préréglés déterminant une valeur prescrite d'usure d'électrode pour chaque déchar- ge efficace Ces paramètres comprennent la durée d'impulsions ton, l'intervalle entre impulsions Toff et l'intensité de crête IR des décharges d'usinage efficaces ainsi que des constantes pour la matière de l'électrode et celle de la piè- ce et d'autres réglages d'usinage Une unité de traitement. O 10 b est raccordée à l'unité d'entrée 10 a pour calculer la valeur prescrite d'usure d'électrode pour chaque décharge efficace au moyen des formules ( 1) ou ( 1 ') suivantes: m n y = K (Ton)m;(Ip) (grammes/impulsion) ( 1) y = K (Txon)m (Ip)n (Toff)P (grammes/impulsion) ( 1 ') dans lesquelles K, m, N et p sont des constantes dépendant des matières de l'électrode et de la pièce et d'autres régla- ges d'usinage. L'unité d'information 11 comporte une unité d'entrée lia à laquelle sont appliquées les données concernant la forme et la dimension de l'électrodeoutil 1 Une unité de traitement 11 b, faisant suite à l'unité 11 a, calcule une valeur constante ou des valeurs successives de la surface effective S de l'électrode-outil 1. L'unité de calcul 8 comporte trois processeurs ou calculateurs 13, 14 et 15 Le premier calculateur 13 répond à la sortie y de l'unité d'information 10 et à la sortie S de l'unité d'information 11 et calcule la valeur A Ze représentant la valeur de l'usure de l'électrode pour chaque décharge effi- cace par surface unitaire, selon 1 a formule suivante: A Ze W y/S ( 2) Le deuxième calculateur ou processeur 14 a une première entrée recevant la valeur calculée L Ze et une deuxième entrée recevant la valeur N qui est le nombre de décharges effica- ces détectées par l'unité de détection 12 au travers de l'intervalle d'usinage G pour chaque unité de temps Le processeur 14 calcule alors la valeur Ze comme suit Ze = N * A Ze ( 3) On voit que la valeur Ze représente la valeur de l'usure de l'électrode par unité de temps par surface unitaire et peut effectivement servir de gradient correcteur de déplacement d'électrode ou de valeur corrective du déplacement d'élec- trode par unité de temps La valeur Ze est appliquée à la première entrée du troisième processeur 15, dont la deuxième entrée reçoit un signal d'ordre de déplacement d'électrode Zd de la commande numérique 9 Le troisième processeur 15 calcule la valeur (gradient) de correction du déplacement comme suit Z = Zd + ze * ( 4) La figure 3 montre une réalisation du circuit de détection de décharges 12 Le circuit 12 représenté contient une résis- tance 16 montée au travers de l'intervalle d'usinage G en parallèle avec la source de courant d'usinage 6 La résis- tance 16 comporte une prise de potentiomètre 16 a qui alimente un premier circuit de seuil 17 (par exemple un trigger de Schmitt) ayant une valeur de seuil supérieure Vh pour les impulsions d'usinage et un deuxième circuit de seuil 18 (par exemple un trigger de Schmitt) ayant une valeur de seuil inférieure Vl pour les impulsions d'usinage Les sorties des circuits de seuil 17 et 18 alimentent une porte ET 19 dont une autre entrée est raccordée, par un générateur d'impul- sions de synchronisation 20, à la source de courant d'usinage 6 Comme on le voit sur la figure 4, des impulsions de sortie successives a, b et c de la source de courant d'usinage 6 peuvent avoir diverses caractéristiques de charge La pre- mière impulsion a est une impulsion de décharge efficace, la deuxième impulsion b est une impulsion de circuit ouvert et de ce fait est inefficace, et la troisième impulsion c est une impulsion de courtcircuit et est également ineffi- cace Le générateur de synchronisation 20 procure une période de contrôle b r è v e d après le laps de temps At suivant le déclenchement de chaque impulsion a, b, c On peut voir que, pour chaque période d, ce n'est que lorsque la tension d'impulsion est comprise entre Vh et Vl (comme dans le cas de a) que la porte ET 19 est excitée pour fournir une sortie " 1 le Un compteur 21 est prévu pour compter sélectivement ces sorties e 1 ", qui représentent les décharges d'usinage effi- caces au travers de l'intervalle d'usinage G entre l'électrode- outil 1 et la pièce 2 Ainsi, un signal représentant le nom- bre de décharges efficaces N se développe à la sortie du compteur 21 et est appliqué au calculateur 14 représenté sur la figure 2. Il est bien entendu que les principes de la présente invention s'appliquent, non seulement à un déplacenett vertical d'élec- trode tel que représenté, mais à tout autre déplacement relatif pouvant être utilisé dans l'usinage par décharges électriques à commande numérique, par exemple lorsque l'électrode-outil et la pièce sont déplacées l'une par rapport à l'autre dans un plan horizontal selon un trajet orbital. Revendications. 1 Procédé pour commander la position relative d'une électrode-outil et d'une pièce à usiner au cours d'une opération d'usinage par décharges électriques, caractérisé en ce que: a) on déplace l'électrode-outil ( 1) par rapport à la pièce ( 2) sous les ordres d'une unité de commande numérique ( 9) tout en faisant progresser l'enlèvement de matière de la pièce en développant des décharges électriques efficaces entre l'électrode-outil et la pièce; b) on compte les décharges électriques efficaces; c) on dérive une valeur corrective de déplacement d'une valeur prescrite d'usure d'électrode pour chaque décharge efficace, de la surface d'usinage effective de l'électrode- outil et du nombre compté de décharges électriques effica- ces; et d) on commande le déplacement ordonné en a) avec la valeur corrective dérivée au stade c). 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur corrective de déplacement est dérivée et ajoutée au déplacement ordonné pour chaque unité de temps. 3 Procédé selon la revendicationi, caractérisé en ce que la valeur corrective de déplacement est dérivée et ajoutée à la valeur ordonnée de déplacement pour chaque unité du déplacement ordonné. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur corrective de déplacement èst dérivée et ajoutée au déplacement ordonné à la fin de chaque unité de temps. Proc 6 d 4 selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur corrective de déplacement est dérivée et ajoutée au déplacement ordonné après exécution de chaque unité du déplacement ordonné. 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur corrective de déplacement est dérivée et s'effec- tue à la fin du déplacement ordonné d'une distance d'usi- nage prédéterminée. 7 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, au stade c), la valeur prscrite d'usure d'électrode est établie à partir d'au moins l'un des paramètres d'usinage, préréglés, à savoir matières d'électrode et de pièce, durée d'impulsion, intervalle entre impulsions et intensité de crête des impulsions de décharges électriques. 8 Dispositif pour commander la position relative d'une électrode-outil et d'une pièce au cours d'une opération d'usi- nage par décharges électriques, caractérisé en ce qu'il comporte: une unité de commande numérique ( 9) pour fournir des ordres programmés afin de déplacer l'électrode-outil ( 1) par rapport à la pièce ( 2) à une vitesse programmée d'une valeur de dépla- cement programmée, tandis que progresse l'enlèvement de ma- tière sur la pièce par des décharges électriques efficaces produites entre l'électrode-outil et la pièce; des premiers moyens d'information ( 10) pour produire un premier signal représentant une valeur prescrite d'usure d'électrode pour chaque décharge électrique; des deuxièmes moyens d'information ( 11) pour produire un deuxième signal représentant la surface d'usinage effective d'une électrode-outil juxtaposée à la pièce; des moyens ( 12) pour compter les décharges électriques efficaces produites entre l'électrode-outil et la pièce pour produire un troisième signal; et des moyens ( 8) répondant au premier, au deuxième et au troisième signal pour produire un signal de correction agissant sur les ordres programmés, corrigeant ainsi le déplacement relatif entre l'électrode-outil et la pièce.