Brevet FR2543863A1 — publié le 19841012

Procédé et dispositif d'électro-érosion à commande numérique. La présente invention concerne la technique de l'électro érosion:etnotamment un procédé et un dispositif d'électroérosion à commande numérique pour usiner une pièce conductrice de l'électricité avec une électrode-outil, dans lesquels une succession de décharges électriques est appliquée au travers d'un intervalle d'usinage par décharges électriques formé entre l'electrode-outil et la pièce à usiner pour enlever par électro-érosion de la matière sur la pièce tandis que l'électrode-outil est progressivement avancée par rapport à la pièce et dans celle-ci sous les ordres d'une commande numérique qui, selon un modèle prescrit, définissent un trajet et une valeur de l'avancement relatif désirés. Le procédé d'-électro-érosion ou d'usinage par décharges électriques à commande numérique peut être mis en oeuvre selon divers modes qui sont généralement classés en fonction de modèles spécifiques de l'avancement relatif de l'électrode- outil dans la pièce. Dans le mode d'usinage en plongée, l'électrode-outil peut être avancée axialement ou dans une direction donnée coaxiale ou parallèle à une broche porte-outil portant l'électrodeoutil relativement par rapport à la pièce et dans celle-ci pendant toute l'opération d'usinage. Lorsque lrélectrode outil atteint une profondeur déterminée de plongée en formant une cavité dans la pièce, on peut arrêter l'avancement rectiligne relatif. On a constaté qu'il était souhaitable de déplacer llélectrode-outil qui avait atteint une telle profondeur selon un trajet orbital donné par rapport à la pièce pour finir complètement les surfaces de la cavité précédemment dégrossies dans la pièce.Dans un procédé par balayage avec une électrode "générique",dont la section transversale a une forme simple, à savoir généralement indépendante de la forme de la cavité ou du contour désiré, l'électrodeoutil est avancée par rapport à la pièce selon un trajet tridimensionnel programmé qui détermine la forme d'usinage souhaitée. Quels que soient les modèles particuliers de déplacement relatif entre l'électrode-outil et la pièce, le procédé par commande numérique presente l'avantage qu'un déplacement d'une position donnée à une autre position donnée sur le trajet à suivre s'obtient d'une manière numérique ou en de multiples pas d'un petit incrément prédéterminé identique, par exemple de 1 micron. De cette manière, la longueur du déplacement relatif peut être donnée de façon précise par le nombre de ces pas incrémentiels et on peut efficacement empêcher le dépassement que l'on rencontre souvent en cas d'avance analogique ou continue.Par exemple, dans le système d'usinage orbital, le rayon de Irorbite est modifié ou augmenté par incréments lors des..mouvements orbitaux successifs, tandis que les décharges électriques d'usinage sont déclenchées avec leurs paramètres maintenus dans un mode d'usinage donné jusqu'à ce que soit atteint un rayon orbital final. De même, dans les procédés d'usinage rectiligne ou par balayage, l'électrode-outil est avancée par incréments par rapport à la pièce,tandis que les décharges sont déclenchées avec leurs paramètres maintenus à des valeurs prédéterminées jusqu'à l'obtention d'une position relative finale. On a toutefois constaté que ces techniques conventionnelles étaient insuffisantes ou ne permettaient pas d'obtenir un fini d'usinage satisfaisant. C'est en conséquence un but important de la présente invention de procurer un nouveau procédé amélioré d'usinage par décharges électriques ou d'électro-érosion à commande numérique qui permet une opération d'usinage très efficace et qui améliore la précision et le fini d'usinage. Sous un premier aspect de l'invention, celle-ci propose un procédé d'électro-érosion à commande numérique pour usiner une pièce conductrice de-l'électricité avec une électrodeoutil, ce procédé comportant les stades suivants : (a) effectuer une succession de décharges électriques au travers d'un intervalle d'usinage par décharges électriques entre l'électrode-outil et la pièce pour enlever par électroérosion de la matière sur la pièce tout en avançant de façon progressive l'électrode-outil relativement par rapport à la pièce et dans celle-ci sous les ordres d'une commande numé- rique qui, selon un modèle prescrit, définissent un trajet et une valeur souhaités de l'avancement relatif; (b) maintenir les paramètres des décharges électriques dans un mode d'usinage donné pendant une période initiale de-l'avancement progressif de l'électrode-outil par rapport à la pièce; (c) en réponse à l'arrivée de l'électrode-outil dans une position prédéterminée par rapport à la pièce, espacée d'une distance présélectionnée de sa position finale déterminée par la valeur de l'avancement progressif relatif, commuter les paramètres des décharges électriques en un autre mode d'usinage par décharges électriques; et (d) maintenir ces paramètres commutés jusqutà ce que l'électrode-outil atteigne sa position finale par rapport à la pièce. De façon spécifique, au stade (cl, les paramètres des décharges électriques peuvent être commutés en réponse aux ordres de la commande numérique représentant cette arrivée.Le premier mode donné peut être un mode de dégrossissage et le deuxième mode peut être un mode de finition. Le procédé peut en outre comporter la commutation de ces paramètres pour établir un mode d'usinage intermédiaire lors de l'arrivée de l'électrode-outil à.une position prédéterminée espacée d'une distance présélectionnée de la première position prédéterminée par rapport à la pièce et le maintien du mode d'usinage établi jusqu'à ce que ltélectrode-outil atteigne cette première position prédéterminée par rapport à la pièce. Le procédé peut également comporter le changement de ces paramètres pour établir progressivement des modes d'usinage par décharges électriques successifs depuis le premier mode d'usinage mentionné jusqu'au deuxième mode d'usinage mentionné en fonction de la position relative de l'électrodeoutil par rapport à la pièce, intermédiaire entre la position initiale et l'arrivée de l'électrode-outil à la position prédéterminée lors de l'avancement relatif progressif. Les paramètres peuvent comporter au moins l'un des paramètres suivants : intervalle entre des décharges électriques successives, durée d'impulsion et intensité de pointe de ces impulsions. La succession de décharges électriques est généralement appliquée sous la forme d'une succession de trains,espacés dans le temps ou arrivant par intermittencet d'impulsions de décharge; les paramètres peuvent comporter au moins llun des paramètres suivants : intensité de pointe et durée des impulsions de décharge , intervalle entre les trains successifs et durée des trains. Le modèle d'ordres de la commande numérique peut être programmé pour exécuter l'avancement relatif progressif entre l'électrode-outil et la pièce selon un trajet orbital prédéterminé s'étendant transversalement par rapport à l'axe de l'électrode-outil. Sous un deuxième aspect de l'invention, celle-ci procure un dispositif d'électro-érosion à commande numérique pour usiner une pièce conductrice de l'électricité avec une éleetrode-outil, lequel dispositif comprend : des moyens d'alimentation en courant pour effectuer une succession de décharges électriques au travers dlun intervalle d'usinage entre l'électrode-outil et la pièce pour enlever par électroérosion de la matière sur la pièce; des moyens d'entraînement à commande numérique pour avancer l'électrode-outil par rapport à la piece et dans celle-ci sous les ordres de la commande numérique au fur et à mesure de l'enlèvement de matière, les ordres de la commande numérique constituant un modèle définissant un trajet et une valeur souhaités de l'avancement relatif; des moyens de commande associés aux moyens d'alimentation en courant pour maintenir les paramètres des décharges électriques en un mode d'usinage par décharges électriques donné pendant une période initiale de l'avancement progressif de l'électrode-outil par rapport à la pièce; des moyens sensibles à l'arrivée de l'électrode-outil dans une position prédéterminée par rapport à la pièce,espacée d'une distance présélectionnée de sa position finale déterminée par la valeur de l'avancement relatif progressif, pour commuter les paramètres des décharges électriqeus en un autre mode d'usinage par décharges électriques et maintenir les paramètres commutés jusqu a ce que ltélectrode-outil atteigne la position finale par rapport à la pièce.Les moyens mentionnés en dernier peuvent être associés aux moyens d'entre nement à commande numérique pour répondre aux ordres de la commande numérique représentant cette arrivée. 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 schématique illustrant un système d'usinage par décharges électriques dans lequel est incorporée la présente invention; et la figure 2 est une vue en coupe transversale illustrant schématiquement une électrode-outil orbitant dans une cavité dans la pièce pour usiner la paroi de la cavité. On se reporte maintenant au dessin, sur lequel on voit une électrode-outil 1 dont la forme est complémentaire d'une cavité 2a précédemment usinée dans une pièce 2 et d'une cavité souhaitée à y produire par la suite. Comme on le voit, l'électrode-outil 1 est située dans la cavité précédemment usinée 2a. La pièce 2 est montée sur une table de travail 3 qui est déplacée par deux moteurs 4 et 5. Les moteurs 4 et 5 déplacent la pièce 2 respectivement dans les directions des axes X et Y, lesquels sont perpendiculaires l'un à l'autre dans un plan horizontal ou plan X-Y.Les moteurs 4 et 5 sont entraînés en réponse à des signaux dXentrainement fournis par une commande numérique 6 pour déplacer la pièce 2 par rapport à l'électrode-outil 1 selon un mouvement orbital ou un mouvement de translation selon un trajet circulaire prédéterminé C avec un rayon r. Le déplacement relatif entre l'électrode-outil 1 et la pièce 2 est tel qu'un point donné quelconque P sur l'électrode-outil 1 se déplace selon un cercle C de centre O et de rayon r comme on le voit sur la figure 2. La commande numérique 6 est pilotée par des impulsions d'horloge fournies par un oscillateur 7 pour faire exécuter le mouvement orbital de l'électrode-outil 1 par rapport à la pièce avec le rayon r qui est préalablement réglé dans une unité de réglage 8. Une source de courant d'usinage par décharges électriques 9 comporte un interrupteur de puissance 10 raccordé, en série avec une source de courant continu 11,à l'électrode-outil 1 et à la pièce à usiner 2. L'interrupteur 10 est fermé et ouvert en réponse à des impulsions de sortie de commande qui se développent à la sortie d'une porte ET 12. La porte ET 12 a deux entrées, raccordées respectivement à un premier oscillateur 13 procurant un train d'impulsions de signaux d'une fréquence relativement élevée et un deuxième oscilla teur 14 procurant une succession d'impulsions de signaux d'une fréquence relativement basse.Il en résulte qu'une succession de trains d'impulsions d'usinage, espacés dans le temps ou interrompus par intermittence, est appliquée entre l'électrode-outil 1 et la pièce à usiner 2 pour produ ire une succession correspondante de décharges électriques au travers d'un intervalle d'usinage G pour enlever par électro-érosion de la matière sur la pièce 2 La tension d'intervalle représentant une valeur d'intervalle minimale entre l'électrode-outil 1 et la pièce 2 est détectée par une résistance de mesure 15 montée en travers de l'intervalle d'usinage G-et est discriminée par un circuit de seuil 16, par exemple un trigger de- Schmitt, ayant un-niveau de seuil d'intervalle préalablement fixé. Un signal représentant une augmentation de la valeur d'intervalle par rapport au niveau fixé est ainsi appliqué à la commande numérique 6. Il apparaît que ce signal se développe à la fin de chaque mouvement orbital de ltélectrode-outl 1 par rapport à la pièce 2. Ce signal est appliqué à la commande numérique 6 pour augmenter d'un incrément le rayon r du mouvement orbital. La commande numérique 6 comporte une mémoire 6a dans laquelle sont stockés le modèle désiré du mouvement orbital et une multiplicité de valeurs incrémentielles désirées du rayon r afin de recommencer le mouvement orbital tout en augmentant progressivement par incréments le rayon r. Lorsque le rayon maximal r-max du mouvement orbital final est atteint et que l'on a constaté que ce mouvement final a commencé par la coïncidence du signal en provenance du discriminateur 16 et des signaux dans la mémoire 6a et dans l'unité de réglage 8, l'unité de traitement centrale 6b dans la commande numérique 6 fournit un signal de déclenchement qui est appliqué à un circuit de commande 17 associé à l'un des oscillateurs 13 et 14 ou aux deux oscillateurs pour commuter les conditions d'impulsions d'usinage préalablement fixées pour l'usinage de dégrossissage en celles pour l'usinage de finition. Le signal de déclenchement peut être appliqué à l'oscillateur (aux oscillateurs) 13, 14 pour réduire la durée de chaque impulsion d'usinage individuelle et/ou la durée de chaque train individuel d'impulsions d'usinage. Le signal dedéclen- chement peut également être appliqué pour modifier l'intensité de pointe de chaque impulsion d'usinage individuelle. Pour accroître l'intensité de pointe, les interrupteurs de puissance peuvent comporter une multiplicité de transistors de commutation montés en parallèle dont une partie est opérationnelle au stade du dégrossissage. Au stade de finition, la partie restante de ces transistors est rendue opérationnelle également pour augmenter l'intensité de pointe de chaque impulsion d'usinage individuelle. -Les conditions d'impulsions d'usinage peuvent être commutées en plus de deux stades, par exemple un stade de dégrossissage, un stade d'usinage intermédiaire et un stade de finition. Ainsi, l'oscillateur 13, 14 peut comporter trois jeux de paramètres temporels d'impulsions sélectivement établis. Au stade initial, le premier jeu de ces paramètres temporels d'impulsions peut être établi pour effectuer un usinage de dégrossissage. Lors de la réception d'un signal de déclenchement indiquant que l'électrode-outil 1 s'est approchée d'une distance donnée du contour final de la cavité à produire dans la pièce 2, le circuit de commande 17 commute le premier jeu en le second jeu de paramètres temporels d'impulsions sélectionné pour établir le mode d'usinage intermédiaire. Le circuit 17 maintient alors ce dernier mode dans l'oscillateur 13, 14 jusqu'à ce qu'un autre signal de déclenchement indiquant que l'électrode-outil 1 s'approche du contour final de la cavité d'une autre distance donnée (plus courte) soit reçue de l'unité de traitement centrale 6b. Le circuit de commande 17 établit alors et maintient le troisième jeu de paramètres temporels d'impulsions sélectionné pour exécuterle mode d'usinage de finition de sorte que le contour de la cavité finie devient par la suite le contour désiré De même, on peut commander l'intensité de pointe des impulsions d'usinage. Dans la mise en pratique de la présente invention, on doit noter qu'on peut employer tout trajet orbital approprié autre que le trajetcirculaire (C) représenté pour déplacer l'une par rapport à I'autrel'électrode-outil 1 et la pièce 2. Par exemple, l'électrode-outil 1 peut être initialement positionnée pour se situer à l'intérieur de la cavité 2a préalablement usinée dans la pièce 2 avec son centre coaxial au centre de cette cavité. L'électrode-outil 1 et la pièce 2 sont alors déplacées l'une par rapport à l'autre vers l'avant et vers l'arrière d'une égale distance successivement en une multiplicité de directions radiales angulairement équidistantes.Ainsi, par exemple, l'électrode-outil 1 peut être déplacée par rapport à la pièce dans un système de coordonnées orthogonales X-Y, d'un premier mouvement de vaet-vient dans la direction de +X d'une distance r, d'un deuxième mouvement de va-et-vient dans la direction de +Y de la distance r, d'un troisième mouvement de va-et-vient dans la direction de -X de la distance r et d'un quatrième mouvement de va-et-vient dans la direction de -Y de la distance r. En variante, le déplacement relatif peut suivre un trajet carré, d'abord dans la direction de +X, puis dans la direction de +Y, en troisième lieu dans la direction de -X et en quatrième lieu dans la direction de -Y, chaque fois d'une distance égale. A la fin de chacun des cycles successifs de tels déplacements orbitaux programmés, cette distance égale est accrue d'un incrément prédéterminé, le cycle recommence un nombre prédéterminé de fois jusqu'à ce que le contour usiné soit devenu le contour désiré. Dans la mise en pratique de la présente invention, on doit également noter que l'intervalle d'usinage G est de préférence réglé en étant asservi à un signal d'intervalle de façon à être maintenu pratiquement constant, tandis que le déplacement relatif entre l'électrode-outil 1 et la pièce 2 est effectué selon un trajet orbital prédéterminé sous les ordres de la commande numérique- 6 Ainsi, une serve commande (non représentée) peut répondre à une tension mesurée aux bornes de l'intervalle d'usinage G pour la comparer à une tension de référence représentant une valeur d'intervalle optimale et peut alimenter la commande numérique 6 avec des signaux d'écart indiquant que la valeur de l'intervalle est plus grande ou plus petite que la valeur optimale.L'unité 6 est programmée pour agir sur l'oscillateur 7 afin de régler la valeur du déplacement orbital. Revendications. 1. Procédé d'électro-érosion à commande numérique pour usiner une pièce conductrice de I'électricité (2) avec une électrode-outil (1), caractérisé en ce que a) on effectue une succession de décharges électriques au travers d'un intervalle d'usinage par décharges électriques (G) entre llélectrode-outil et la pièce à usiner pour enlever par électro-érosion de la matière sur la pièce tout en faisant-avancer progressivement l'électrode-outil par rapport à la pièce et dans celle-ci sous les ordres d'une commande numérique (6) qui, selon un modèle prescrit, définissent un trajet et une valeur désirés de l'avancement rélatif; b) on maintient les paramètres de ces décharges électriques en un mode d'usinage par décharges électriques donné pendant une période initiale de l'avancement progressif de l'électrodeoutil par rapport à la pièce; c) en réponse à l'arrivée de l'électrode-outil dans une position prédéterminée par rapport à la pièce, espacée d'une distance présélectionnée de sa position finale déterminée par la valeur de l'avancement relatif progressif, on commute les paramètres des décharges électriques en un autre mode d'usinage par décharges électriques; et d) on maintient ces paramètres commutés jusqu'à ce que l'électrode-outil atteigne sa position finale par rapport à la pièce. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, au stade c), les paramètres des décharges électriques sont commutés en réponse aux ordres de la commande numérique représentant cette arrivée. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le premier mode donné est un mode d'usinage de dégrossissage et que le deuxième mode est un mode d'usinage de finition. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on commute les paramètres pour établir un mode d'usinage intermédiaire lors de l'arrivée de l'électrode-outil à une position prédéterminée espacée d'une distance présélectionnée de la première position prédéterminée par rapport à la pièce et qu'on maintient le mode d'usinage établi jusqu'à ce que llélectrode-outil atteigne la première position prédéterminée par rapport à la pièce. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on modifie les paramètres pour établir progressivement des modes d'usinage par décharges électriques successifs depuis le premier mode d'usinage mentionné jusqu'au deuxième mode d'usinage mentionné en fonction de la position relative de l'électrode-outil par rapport à la pièce intermédiaire entre la position initiale et l'arrivée de l'électrode-outil à cette position prédéterminée lors de l'avancement relatif pro gressif. 6. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 5, caractérisé en ce que ces paramètres comportent au moins l'un des paramètres suivants : temps de pause entre des décharges électriques successives et durée d'impulsions et intensité de pointe. 7. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 5, caractérisé en ce que la succession de décharges électriques est appliquée sous la forme d'une succession de trains d'impulsions de décharge (espacées dans le temps ou interrompues par intermittence) et que ces paramètres comportent au moins l'un des paramètres suivants : intensité de pointe et durée des impulsions de décharges, intervalle entre des trains successifs et durée des trains. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le modèle d'ordrewde la commande numérique est programmé pour exécuter l'avance relative progressive- entre l'électrodeoutil et la pièce selon un trajet orbital prédéterminé s'étendant transversalement à l'axe de l'électrode-outil. 9. Dispositif d'électro-érosion à commande numérique pour usiner une pièce conductrice de l'électricité (2) avec une électrode-outil (1), caractérisé en ce qu'il comporte : des moyens d'alimentation en courant (9) pour appliquer une succession de décharges électriques au travers d'un intervalle d'usinage (G) entre l'électrode-outil et la pièce pour enlever par électro-érosion de la matière sur la pièce; des moyens d'entraînement à commande numérique (4, 5) pour faire avancer l'électrode-outil par rapport à la pièce et dans celle-ci sous les ordres de la commande numérique (6) au fur et à mesure de l'enlèvement de matière, les ordres de la commande numérique s'effectuant selon un modèle définissant un trajet et une valeur désirés de l'avancement relatif; des moyens de commande (17) associés aux moyens d'alimentation en courant pour maintenir les paramètres des décharges électriques en un mode d'usinage donné pendant une période initiale de l'avancement progressif de l'électrode-outil par rapport à la pièce; des moyens (15,16) sensibles à l'arrivée de. l'electrode-outil à une position prédéterminée par rapport à la pièce,espacée d'une distance pré sélectionnée de sa position finale déterminée par la valeur de l'avancement relatif progressiftpour commuter les paramètres des décharges électriques en un autre mode d'usinage et maintenir les paramètres commutés jusqu'à ce que l'électrode-outil ait atteint sa position finale par rapport à la pièce. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens mentionnés en dernier sont associés aux moyens d'entraînement à commande numérique pour répondre aux ordres de la commande numérique représentant cette arrivée.