Brevet FR2514283A1 — publié le 19830415

Procédé et dispositif d'usinage par décharges électriques. La présente invention concerne de façon générale l'usinage par décharges électriques et, de façon plus particulière, un nouveau procédé amélioré pour usiner par décharges élec- triques les surfaces d'une cavité préalablement usinée dans une pièce conductrice de l'électricité par des décharges électriques, ou de toute autre manière, ainsi qu'un disposi- tif pour mettre en oeuvre le procédé. Dans le domaine de l'usinage par décharges électriques, on sait que les surfaces d'une cavité ou d'un évidement, qui a été dégrossi dans une pièce conductrice de l'électricité par usinage par décharges électriques en déplaçant une élec- trode-outil,dont la forme correspond à celle de la cavité, dans la direction d'un axe de pénétration de l'électrode dans la pièce, pouvaient être soumises à un usinage de finition par décharges électriques en déplaçant en translation l'électrode-outil et la pièce l'une par rapport à l'autre selon un mouvement cyclique ou orbital dans un plan perpen- diculaire à l'axe de pénétration A cet égard, on a également proposé de déplacer l'électrode-outil et la pièce l'une par rapport à l'autre dans la direction de l'axe de pénétration de l'électrode-outil dans la pièce et dans un plan perpen- diculaire à cet axe On peut ainsi utiliser une seule élec- trode, à la fois pour dégrossir une pièce et pour obtenir un fini très poussé des surfaces de la cavité dégrossie dans la pièce. Toutefois, lorsque la cavité a non seulement des surfaces latérales, mais également des surfaces de fond, on a mainte- nant constaté que ce mouvement de translation ne conduisait pas toujours à un usinage uniforme sur toutes les surfaces de la cavité Les copeaux usinés, les gaz et autres produits de décharge peuvent en général être évacués relativement ai- sément des intervalles latéraux, mais tendent à s'accumuler dans les régions du fond, d'o il résulte des risques d'arc ou de court-circuit On constate également des irrégularités dans la distribution des produits d'intervalle et dans les résultats d'usinage lorsque l'électrode-outil ou la cavité ont à la fois des zones en pente relativement douce et des zones relativement complexes En général, on constate de tel- les irrégularités lorsqu'une cavité à finir comporte des zones locales géométriquement différentes. La présente invention vise à procurer un nouveau procédé d'usinage par décharges électriques amélioré du type décrit ci-dessus, ainsi qu'un dispositif pour mettre le procédé en oeuvre, grâce à quoi on peut obtenir un usinage plus stable et plus uniforme sur toutes les zones d'une cavité à usiner en finition dans la pièce. Selon un premier aspect de la présente invention, celle-ci propose un procédé d'usinage par décharges électriques pour usiner les surfaces d'une cavité dans une pièce conductrice de l'électricité, se caractérisant en ce que a) on amène au moins partiellement dans la cavité un ensemble d'électrodes comportant une multiplicité de segments d'électrode dont les surfaces d'usinage respectives forment conjointement un con- tour complémentaire ou de forme correspondant à la cavité, les segments d'électrode étant supportés de façon à être espacés les uns des autres et à pouvoir se déplacer les uns par rapport aux autres dans l'ensemble; et b) on alimente individuellement en électricité les segments d'électrode par rapport à la pièce, tout en les déplaçant individuelle- ment, de façon générale indépendamment l'un de l'autre, par rapport à la pièce, le long de trajets prédéterminés res- pectifs de translation, permettant ainsi aux décharges élec- triques de se développer entre chacune des surfaces de la cavité et la surface d'usinage de chaque segment d'électrode amené à proximité de cette surface au travers d'un intervalle d'usinage rempli de fluide,lors de la translation individuelle de chaque segment. Sous un deuxième aspect, l'invention propose également un dispositif d'usinage par décharges électriques pour usiner les surfaces d'une cavité dans une pièce conductrice de l'électricité, ce dispositif comportant: un ensemble d'élec- trodes comportant une multiplicité de segments d'électrode dont les surfaces d'usinage respectives forment conjointement un contour dont la forme correspond à celle de la cavité, les segments d'électrode étant supportés de façon-à être espacés l'un de l'autre et à pouvoir se déplacer les uns par rapport aux autres dans l'ensemble; des moyens d'alimentation en courant pour alimenter individuellement en électricité des segments d'électrode par rapport à la pièce; et une multipli- cité de moyens d'entraînement pouvant être actionnés indépen- damment l'un de l'autre, pour déplacer individuellement les segments d'électrode, généralement indépendamment les uns des autres, par rapport à la pièce, le long de leurs trajets prédéterminés respectifs de translation, grâce à quoi des dé- charges électriques se développent entre chacune des surfaces de la cavité et la surface d'usinage de chaque segment d'électrode amené 3 C à proximité desdites surfaces au travers d'un intervalle d'usinage rempli de fluide lors de la translation individuelle des segments. L' invention sera mieux comprise à la lecture de la description 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 latérale et en coupe montrant schéma- tiquement un ensemble d'électrodes selon l'invention, avec un système d'alimentation en courant d'usinage pour alimen- ter individuellement les segments d'électrode constituant l'ensemble d'électrodes; la figure 2 est une vue en coupe, prise selon la ligne II-II de la figure 1, montrant schématiquement deux segments d'élec- trode dans l'ensemble usinant les surfaces d'une cavité dans la pièce; et la figure 3 est un schéma-bloc montrant un système d'entraî- nement pour effectuer les translations respectives des seg- ments d'électrode individuels dans l'ensemble. On se reporte maintenant plus spécialement aux figures 1 et 2; un ensemble d'électrodes 1 selon l'invention comprend des segments d'électrode, qui peuvent être au nombre de deux comme on le voit sur la figure et sont repérés en l A et l B. Ces segments d'électrode sont supportés de façon à pouvoir se déplacer l'un par rapport à l'autre sur un chariot 2 au moyen de supports 3 A et 3 B respectivement On voit que le segment d'électrode l B est disposé au centre de l'ensemble 1 et est entouré par le segment d'électrode extérieur ou péri- phérique l A, en ménageant entre eux un espace l C Les segments d'électrode l A et l B ont des surfaces d'usinage respectives l A' et l' préformées pour former conjointement un contour imaginaire dont la forme correspond à celle d'une cavité 7 dans une pièce conductrice de l'électricité 8 Le chariot 2 est fixé sur une broche 4 qui est entraînée par un moteur 5 déplaçant verticalement l'ensemble d'électrodes 1 Le moteur est commandé par une unité de commande d'entraînement en hauteur 6 Cette unité permet de positionner l'ensemble d'électrodes 1 en le juxtaposant, à une certaine distance, de l'évidement ou cavité 7, préalablement usiné dans la pièce 8. L'alimentation en courant d'usinage 9 représentée comporte une source de courant continue 10 et des interrupteurs de puissance 11 et 12, chacun étant représenté par un transis- tor, qui sont alternativement fermés et ouverts par un cir- cuit pulsatoire 13 pour raccorder un pôle de la source de courant continue 10 individuellement aux segments d'électro- de respectifs 1 A et 1 B L'autre pôle de la source 10 est raccordé électriquement à la pièce 8 Les interrupteurs 11 et 12 fonctionnent en réponse à une succession d'impulsions de signaux fournis par le circuit pulsatoire 13 de sorte qu'ils sont fermés et ouverts pour procurer une succession d'impulsions d'usinage par décharges électriques entre cha- cun des segments d'électrode l A et 1 B et la pièce 8 au tra- vers d'un intervalle d'usinage respectif rempli d'un fluide d'usinage tel que du kérosène ou de l'eau, amené par une ou plusieurs buses, et dans lequel les segments d'électrode l A et 1 B de la pièce 8 sont immergés Les impulsions d'usina- ge provoquent une succession de décharges électriques au tra- vers de l'intervalle d'usinage pour enlever par électro- érosion de la matière sur la pièce 8 La cavité 7 a été dé- grossie dans la pièce 8 par usinage par décharges électriques. Dans ce but, le même ensemble d'électrodes segmentées 1 ou une électrode unique individuelle ayant un contour de forme com- plémentaire à la cavité 7 peut être utilisé Au stade du dé- grossissage, le moteur 5 est entraîné par la commande d'en- traînement en hauteur 6 pour faire avancer verticalement une telle électrode ou l'ensemble d'électrodes jusqu'à atteindre dans la pièce 8 une profondeur désirée d'enlèvement de matière pour la cavité 7. Dans l'opération de finition selon la présente invention, le segment d'électrode extérieur ou périphérique l A et le segment d'électrode intérieur ou central 1 B sont déplacés individuel- lement, généralement indépendamment l'un de l'autre, le long de leurs trajets respectifs de translation On notera que le mouvement de translation est considéré dans toute la spécifi- cation et les revendications jointes comme un mouvement orbi- tal, bien qu'un tel mouvement de translation n'est pas en tous cas un mouvement réellement ou géométriquement orbital le long d'un trajet courbe L'expression "mouvement orbital" a été choisie pour des raisons de simplification et parce qu'il a acquis une signification dans la technique par analogie avec d'autres procédés et d'autres dispositifs pour enlever de la matière sur une pièce, tels que les sableuses et les meules orbitales dans lesquelles l'outil oscille transversa- lement ou est animé d'un mouvement de translation transver- sale lors de l'avance de l'outil vers la pièce et la pénétra- tion de celui-ci dans la pièce, qu'un tel mouvement de trans- lation ou d'oscillation de l'outil soit effectué selon un trajet rectiligne, courbe, carré ou rectangulaire. La figure 3 montre un système d'entraînement pour déplacer individuellement les segments d'électrode l A et 1 B, indépen- damment l'un de l'autre Sur cette figure, les supports 3 A et 3 B, lesquels supportent respectivement les segments d'élec- trode l A et 1 B, sont représentés mobiles dans un plan X-Y et dans un plan X'-Y' parallèle au premier, ces deux plans étant perpendiculaires à l'axe de la broche 4 (figure 1) ou à l'axe Z Ici, les axes XI et Y' du système de coordonnées X' et Y' sont parallèles aux axes X et Y respectivement du système de coordonnées X-Y Ainsi, le support 3 A est déplacé en transla- tion par deux moteurs, dont l'un est repéré en 14 A, pour dé- placer en translation le segment d'électrode 1 A dans le plan X-Y, tandis que le support 3 B est déplacé en translation par deux moteurs, dont l'un est repéré en 14 B, pour déplacer en translation le segment d'électrode 1 B dans le plan X'-Y'. Les moteurs 14 A sont alimentés par l'intermédiaire d'amplifi- cateurs 15 A par leurs circuits pilotes respectifs 16 A, tan- dis que les moteurs 14 B sont alimentés par l'intermédiaire d'amplificateurs 15 B par leurs circuits pilotes respectifs 16 B. La rotation de chaque moteur 15 A, 15 B est mesurée par un co- deur 17 A, 17 B qui agit sur le circuit pilote 16 A, 16 B. Les quatre circuits pilotes 16 A, 16 B pour leurs quatre moteurs respectifs 14 A, 14 B, comportent des entrées opérationnelles respectives en provenance d'une interface commune 8 dans laquelle sont stockés les signaux exigés à la fois pour la commande des vitesses et l'interpolation Ces signaux sont distribués en impulsions de commande nécessaires pour entrai- ner les moteurs 14 A et 14 B Chaque circuit pilote 16 A, 16 B comporte un convertisseur numérique/analogique répondant à la fois aux impulsions de commande et aux impulsions de me- sure de rotation provenant des codeurs 17 A, 17 B pour procurer des impulsions de comptage différenciées qui sont amenées, par l'intermédiaire des amplificateurs 15 A, 15 B, aux moteurs individuels 14 A, 14 B Les signaux à l'interface 18 provien- nent d'une unité de traitement centrale (CPU) 19 par l'inter- médiaire d'une unité entrée/sortie 20 Une unité de mémoire 21, comportant des mémoires ROM et des mémoires RAM, est couplée fonctionnellement à une jonction située entre l'unité de traitement central 19 et l'unité d'entrée et de sortie 20. Le système comporte en outre un tableau de commande 22, un clavier 23 et un affichage 24. En fonctionnement, un trajet de translation désiré est intro- duit par le clavier 23 pour chaque segment d'électrode 1 A et 1 B Les informations introduites sont traitées par l'unité de traitement centrale 19 pour procurer des sorties à l'in- terface 18 de sorte que les impulsions de signaux interpolées sont appliquées aux circuits pilotes 16 A, 16 B Ainsi, les moteurs 14 A sont entraînés pour déplacer le support 3 A selon l'axe des X et des Y pour déplacer en translation le segment d'électrode 1 A selon un trajet introduit présélectionné avec une vitesse introduite présélectionnée Les moteurs 14 B sont entraînés pour déplacer le support 3 B le long des axes X' et Y' pour déplacer en translation le segment d'électrode 1 B selon un trajet introduit présélectionné avec une vitesse in- troduite présélectionnée Non seulement ces chemins sont dif- férents l'un de l'autre, mais il est souhaitable en général que les vitesses soient également différentes l'une de l'autre en fonction de l'invention Dans leurs mouvements de transla- tion respectifs, le segment d'électrode extérieur ou péri- phérique 1 B effectue cycliquement un mouvement orbital de plus grande amplitude,tandis que le segment d'électrode intérieur ou central 1 A effectue cycliquement un mouvement orbital de plus petite amplitude En fonction de la forme de la cavité, on peut également faire décrire cycliquement un mouvement orbital au segment d'électrode extérieur ou péri- phérique l B do plus petite amplitude,tandis que le segment d'électrode intérieur ou central IA effectue cycli- quement un mouvement orbital de plus grande amplitude En tout cas, du fait que l'ensemble d'électrodes 1 a ses seg- ments d'électrode 1 A et 1 B généralement espacés l'un de l'autre et mobiles l'un par rapport à l'autre, il est possi- ble de commander individuellement leurs mouvements de trans- lation respectifs en fonction de la forme particulière de la cavité 7 de façon à obtenir sur toutes les surfaces de la cavité 7 un usinage uniforme Par exemple, lorsque la cavité a deux régions géométriques distinctes ou plus,par exemple une région en pente relativement douce et une région de forme relativement complexe, le segment d'électrode proche de la première région et le segment d'électrode proche de la deuxiè- me région peuvent être déplacés en translation avec une am- plitude de 1 mm ou moins. On notera que le nombre de segments d'électrode en lequel l'ensemble est divisé n'est pas limité à deux comme représenté et décrit En outre, diverses autres manières de diviser l'en- semble d'électrodes en segments d'électrode mutuellement espa- cés l'un de l'autre et mobiles l'un par rapport à l'autre sont possibles Il est également souhaitable que, dans son mouvement de translation prescrit, chaque segment d'électrode soit asser- vi en ce qui concerne sa vitesse et sa direction, indépendamment des autres, en réponse à la condition d'intervalle correspon- dante. Revendications. 1 Procédé d'usinage par décharges électriques pour usiner les surfaces d'une cavité dans une pièce conductrice de l'électricité, caractérisé en ce que: a) on amène au moins partiellement dans la cavité un ensem- ble d'électrodes comportant une multiplicité de segments d'électrode dont les surfaces d'usinage respectives forment conjointement un contour dont la forme correspond à celle de la cavité, ces segments d'électrode étant supportés de façon à être généralement espacés l'un de l'autre dans l'ensemble et être mobiles l'un par rapport à l'autre; b) on alimente individuellement en électricité ces segments d'électrode par rapport à la pièce, tout en les déplaçant individuellement, généralement indépendamment l'un de l'au- tre, par rapport à la pièce, le long de trajets de transla- tion prédéterminés respectifs, permettant ainsi à des déchar- ges électriques de se développer entre chacune des surfaces de la cavité et la surface d'usinage de chacun des segments d'électrode amené à proximité desdites surfaces au travers d'un intervalle d'usinage rempli de fluide, lors du mouvement de translation individuel de ces segments. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les segments d'électrode sont individuellements déplacés au stade b) le long de trajets respectifs situés dans un plan pratiquement perpendiculaire à la direction dans laquelle l'ensemble est amené au stade a). 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ensemble est amené au moins partiellement dans la cavité au stade a) en usinant par décharges électriques cette cavité dans la pièce tout en faisant avancer l'un par rapport à l'autre l'ensemble et la pièce dans cette direction. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, au stade b), on commande les amplitudes respectives des mou- vements de translation des segments d'électrode selon les caractéristiques géométriques particulières des portions de la cavité auxquelles ils sont juxtaposés au travers de leurs intervalles d'usinage respectifs. Procédé selon la revendication 4, dans lequel ces portions de la cavité comportent une région en pente relativement douce et une région de forme relativement compliquée, caractérisé en ce que, au stade b), on déplace en translation celui des segments d'électrode qui est juxtaposé à la première région avec une première amplitude, tandis qu'on déplace en transla- tion celui des segments d'électrode qui est juxtaposé à la deuxième région avec une deuxième amplitude plus faible que la première amplitude. 6 Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 4, caractérisé en ce que, au stade b), on commande par asservis- sement les positions des segments d'électrode, indépendamment l'une de l'autre, en réponse à leurs conditions d'intervalle d'usinage respectives. 7 Dispositif d'usinage par décharges électriques pour usiner les surfaces d'une cavité ( 7) dans une pièce conductrice de l'électricité ( 8), caractérisé en ce qu'il comporte un ensem- ble d'électrodes ( 1) comportant une multiplicité de segments d'électrode ( 1 A, 1 B) dont les surfaces d'usinage respectives forment conjointement un contour dont la forme correspond à celle de la cavité, ces segments d'électrode étant supportés de façon à être généralement espacés les uns des autres dans cet ensemble et à être mobiles les uns par rapport aux autres, des moyens d'alimentation en courant ( 9-13) pour alimenter individuellement en électricité ces segments d'électrode par rapport à la pièce, et une multiplicité de moyens d'entraîne- ment ( 14 A, 14 B) pouvant être actionnés indépendamment les uns des autres pour déplacer individuellement les segments d'élec- trode, généralement indépendamment les uns des autres, par rapport à la pièce, le long de leurs trajets prédéterminés respectifs de translation, grâce à quoi des décharges élec- triques se développent entre chacune des surfaces de la ca- vité et la surface d'usinage de chacun des segments d'élec- trode amené à proximité desdites surfaces de la cavité au travers d'un intervalle d'usinage rempli de fluide lors du mouvement de translation individuel des segments. 8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'ensemble d'électrodes est porté par une broche ( 4) de façon à pouvoir se déplacer dans le sens de son axe pour usi- ner cette cavité dans la pièce et en ce que les moyens d'en- traînement sont adaptés pour déplacer en translation indivi- duellement les segments d'électrode le long de leurs trajets, qui se trouvent dans un plan pratiquement perpendiculaire à la direction de l'axe. 9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les segments d'électrode comportent un segment d'électrode extérieur (l A), disposé autour de cet axe, et un segment d'électrode intérieur ( 1 B) qui est entouré par le segment d'électrode extérieur en ménageant entre eux un certain es- pacement. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les segments d'électrode, extérieur et intérieur, sont fixés respectivement par un premier et un deuxième support ( 3 A, 3 B) à l'ensemble d'électrodes et que les moyens d'entraînement comportent une première paire de moteurs et une deuxième pai- re de moteurs, lesquelles paires sont couplées respectivement au premier et au deuxième support.