Brevet FR2650970A1 — publié le 19910222

-I CIRCUIT D'ALIMENTATION POUR USINAGE PAR DECHARGE La présente invention concerne de façon générale un circuit d'alimentation en énergie pour un usinage par décharge et de façon plus particulière un circuit d'alimentation en énergie de structure apte à appliquer une tension d'alimentation en courant continu à un intervalle de décharge entre une électrode d'usinage par décharge et une pièce à usiner, à l'aide d'un moyen de commutation, dans lequel la vitesse d'usinage par décharge est améliorée en réduisant le temps mort, dû au moyen de commutation, par une décharge rapide de l'énergie stockée dans les fils conducteurs après que le moyen de commutation a été mis hors fonction. La Fig. 4 représente la structure d'un circuit d'alimentation en énergie pour un usinage par décharge d'un type classique. La Fig. 5 est un diagramme destiné à l'explication des formes d'ondes engendrées dans le circuit représenté à la Fig. 4. A la Fig. 4, la référence 1 désigne une pièce à usiner; 2 une électrode de décharge; 3 une alimentation en énergie en courant continu à partir de laquelle une tension continue est appliquée entre une pièce à usiner i et l'électrode de décharge 2. La référence 4 désigne un transistor qui constitue un moyen de commutation pour appliquer une tension entre la pièce à usiner 1 et l'électrode de décharge 2. La référence 41 désigne une résistance; 42 une diode; le symbole Lo désigne l'inductance des fils conducteurs; G1 une tension de porte d'un transistor 4; I un courant; E une tension; Rg la résistance de l'intervalle, respectivement. En premier lieu, une tension, telle que G1 représentée à la Fig. , est appliquée à la porte du transistor 4. Lorsque la tension de porte G1 est appliquée, le transistor 4 est rendu conducteur, ce qui amène une tension continue E3 à être appliquée entre la pièce à usiner 1 et l'électrode de décharge 2 à partir de ladite alimentation en énergie 3. A cet instant, une commande est envoyée afin que l'électrode de décharge 2 se rapproche progressivement de la pièce à usiner 1, et que la tension E3 entre la pièce à usiner 1 et l'électrode de décharge 2 soit maintenue élevée jusqu'à ce que commence la décharge, et qu'elle soit diminuée ensuite à un niveau plus bas après que la décharge a commencé. Lorsque le transistor 4 est amené à la coupure, l'énergie emmagasinée dans l'inductance Lo des fils conducteurs par un courant I1 traversant l'intervalle de décharge entre la pièce à usiner 1 et l'électrode de décharge 2 se transforme en un courant I2, qui lui- même traverse une résistance d'intervalle R0 dans l'intervalle de décharge par la diode 42. La résistance de l'intervalle Ru est déterminée par un liquide de travail, des copeaux d'usinage, une capacité parasite, etc. Bien que l'énergie emmagasinée dans l'inductance Lo des fils conducteurs soit, en général, réduite exponentiellement par la résistance d'intervalle Rg en raison de l'existence de la diode 42, la période HORS FONCTION pendant laquelle le transistor 4 est maintenu à la coupure doit être allongée parce qu'un temps d'attente est nécessaire jusqu'à ce que le courant I2 devienne nul. En d'autres termes, si la tension E3 existe dans l'intervalle de décharge en raison de l'énergie emmagasinée dans l'inductance Lo ou de l'énergie emmagasinée dans - les capacités parasites Co et CG, il apparaît un problème dû à la difficulté d'enlever, hors de l'intervalle de décharge, des copeaux d'usinage, du carbone libre et d'autres substances flottantes. Si la tension continue E3 est appliquée entre la pièce à usiner 1 et l'électrode de décharge 2 en présence de ces substances flottantes dans l'intervalle de décharge, la décharge est, de façon assez indésirable, concentrée, ce qui entraîne une décharge d'arc. La génération d'une décharge d'arc amène la surface de travail à devenir rugueuse, en accélérant la consommation d'électrode ou en amenant un usinage par décharge à être interrompu. Pour s'adapter à cette question, la période HORS FONCTION pendant laquelle laquelle le transistor 4 est maintenu à la coupure doit être allongée, comme noté plus haut. Cependant, la période HORS FONCTION plus longue entraîne un problème indésirable de vitesse réduite d'usinage. C'est un but de la présente invention que de réaliser un circuit d'alimentation en énergie, pour un usinage par décharge, d'une structure apte à appliquer une tension d'alimentation en courant continu entre une électrode d'usinage par décharge et une pièce à usiner, à l'aide d'un moyen de commutation, dans lequel la période hors fonction est réduite pour améliorer la vitesse de machine en réalisant des circuits de consommation d'énergie pour décharger rapidement l'énergie emmagasinée dans l'inductance desdits conducteurs, etc. et l'énergie emmagasinée dans les capacités parasites après que le moyen de commutation a été mis à la coupure. C'est un autre but de la présente invention que d'améliorer la vitesse d'usinage et la rugosité de la surface usinée par décharge de l'énergie emmagasinée dans l'inductance des fils conducteurs, etc, après que le moyen de commutation a-été mis à la coupure, en facilitant ainsi l'enlèvement des copeaux d'usinage et du carbone libre, et en évitant une décharge d'arc. C'est un autre but de l'invention que de rendre possible l'exécution d'un usinage par décharge, comme l'usinage de petits trous dans lequel les copeaux d'usinage et le carbone libre sont difficiles à enlever hors de l'intervalle de décharge, en facilitant l'enlèvement'des copeaux d'usinage, du carbone libre et d'autres substances flottantes. C'est un autre but encore de la présente invention que de réduire la consommation d'électrode en rendant possible la réduction de la période de mise hors fonction de la décharge. On va maintenant décrire la présente invention de façon plus détaillée en se référant aux dessins dans lesquels: La Fig. 1 est un schéma destiné à faciliter l'explication d'un mode de réalisation de la présente invention. La Fig. 2 est un schéma destiné à faciliter l'explication des formes d'ondes produites dans le mode de réalisation représenté à la Fig. 1. La Fig. 3 est un schéma destiné à faciliter l'explication-d'un autre mode de réalisation de la présente invention. La Fig. 4 est un diagramme représentant la structure de l'art antérieur. La Fig. 5 est un schéma destiné à faciliter l'explication des formes d'ondes produites dans l'art antérieur représenté à la Fig. 4. La Fig. 1 est un schéma représentant la structure d'un circuit d'alimentation en énergie pour l'usinage par décharge incorporant la présente invention. La référence 1 désigne une pièce à usiner, 2 une électrode de décharge, 3 une alimentation en énergie en courant continu; 4 à 7 des transistors; 8 un condensateur; 9 à 12 des diodes; 13 à 15 des résistances; et 16 un circuit de commande de grille pour le transistor 5, respectivement. Le symbole Lo désigne une inductance de fil conducteur; I un courant; E une tension; G la tension de grille de chaque transistor, respectivement. Le mode de réalisation représenté à la Fig. 1 possède la structure suivante. Un premier moyen de commutation consiste en un transistor commandé par une tension de porte G1 pour envoyer une tension E3 à un intervalle de décharge entre une pièce à usiner i et une électrode de décharge 2 déjà guidée. Dans un premier circuit de i5 consommation d'énergie, une diode 10 est reliée à un circuit paral- lèle consistant en un deuxième moyen de commutation comportant un condensateur 8, un transistor 5 et une résistance 14 sur le côté de sortie du premier moyen de commutation. En outre un circuit de commande de porte 16 du premier circuit de consommation d'énergie envoie une tension de porte G2 pour commander le transistor 5 selon le niveau de tension de chargement du condensateur 8. Un deuxième circuit de consommation d'énergie, consistant en un transistor 6 et une diode 11 d'un troisième moyen de commutation, est monté en parallèle avec l'intervalle de décharge commandé par une tension de grille G3. De plus, un troisième circuit de consommation d'énergie, constitué par un transistor 7, une résistance 15 et une diode 12 d'un quatrième moyen de commutation, est monté en parallèle avec le premier circuit de consommation d'énergie et commandé par une tension de porte G4. La structure du mode de réalisation est telle que le transistor 6 du deuxième circuit de consommation d'énergie est amené à être conducteur après que le transistor 4 du premier moyen de commutation a été amené à la coupure, et que le transistor 7 du troisième circuit de consommation d'énergie est amené à être conducteur lorsqu'au moins la tension 3 appliquée à l'intervalle de j5 décharge tombe au-dessous d'une tension prédéterminée. A la Fig. 1, lorsque le transistor 4 est amené à la coupure et qu'en même temps le transistor 6 est rendu conducteur, l'énergie emmagasinée dans l'inductance Lo des fils conducteurs par le courant de décharge Il traversant la pièce à usiner 1 et l'électrode de décharge 2 est déchargée à travers le condensateur 8 du premier circuit de consommation d'énergie. Par conséquent, le condensateur 8 est chargé. Le courant de charge du condensateur 8 est contrôlé par le circuit de commande de porte 16 du premier circuit de consommation d'énergie de sorte qu'une tension de porte G2 est Io appliquée à la porte du transistor 5 du premier circuit de consommation d'énergie quand le courant de charge du condensateur 8 atteint un niveau de tension prédéterminé. De cette manière, le transistor 5 est rendu conducteur. Par conséquent, la charge emmagasinée dans le condensateur 8 est déchargée dans le transistor 5 du premier circuit de consommation d'énergie. Par conséquent, quand la tension du condensateur 8 est maintenue à une valeur prédéterminée, l'énergie emmagasinée dans l'inductance Lo est consommée par le premier circuit de consommation d'énergie. Lorsque la tension E2 appliquée au transistor 4 tombe au-dessous zo20 de la tension du condensateur 8, le transistor 7-du troisième circuit de consommation d'énergie disposé en parallèle avec le premier circuit de consommation d'énergie devient conducteur, et de cette- manière l'énergie mentionnée ci-dessus est rapidement consommée grâce à cette commutation. Par conséquent, un circuit z5 oscillant ne peut être constitué entre la pièce à usiner 1 et l'électrode de décharge 2, une haute tension souhaitable ne peut être appliquée au transistor 4 du premier moyen de commutation puisque la tension du condensateur est maintenue à une valeur prédéterminée. Par conséquent, l'énergie emmagasinée dans :3o l'inductance Lo des fils conducteurs peut être rapidement déchargée, et la période SORS FONCTION, pendant laquelle le transistor 4 est maintenu dans l'état de coupure peut être réduite. En d'autres termes, la période HORS FONCTION TEORS, représentée à la Fig. 2, qui sera décrite ultérieurement, peut être raccourcie. On va maintenant décrire en détail, en se référant à la Fig. 2, le fonctionnement du mode de réalisation représenté à la.Fig. 1. Lorsque le transistor Gi est rendu conducteur après l'écoulement d'une période prédéterminée HORS FONCTION Tzoas représentée à la Fig. 2, une tension est appliquée entre la pièce à usiner 1 et l'électrode de décharge 2. Comme la commande est réalisée de telle manière que l'électrode de décharge 2 se rapproche de la pièce à usiner 1, la décharge s'effectue à l'intervalle de décharge lors de l'application de la tension. Le fait que la tension E3 représentée à la Fig. 2 tombe rapidement représente l'apparition de la décharge. Après l'écoulement d'une période prédéterminée T à partir de 1O l'instant o la décharge s'effectue, le transistor G1 est amené à la coupure. En d'autres termes, le temps de mise en fonction TEK représenté à la Fig. 2, dans lequel le transistor G1 est rendu conducteur, est terminé. Dans ce qui suit, on donnera une description plus détaillée en insistant sur la consommation d'énergie. Lorsque la tension de porte G1 représentée à la Fig. 2 est appliquée à la porte du transistor 4, il est rendu conducteur, ce qui amène la tension en courant continu E3 à être appliquée entre la pièce à usiner 1 et l'électrode de décharge 2 par l'inductance Lo des fils conducteurs. Puis, la décharge s'effectue entre la pièceà usiner 1 et l'électrode de décharge 2, ce qui provoque l'usinage de la pièce 1. Puisque la commande est effectuée de telle manière que l'intervalle de décharge entre la pièce à usiner i et l'électrode de décharge 2 soit progressivement réduit, des variations de tension z5 entre la pièce à usiner 1 et l'électrode de décharge 2 à cet instant sont indiquées par E3 à la Fig. 2.. Pendant la période o le transistor 4 est maintenu à la coupure, la commande est effectuée de telle sorte que le transistor 6 soit rendu conducteur, c'est-à-dire que les deux transistors sont placés en alternance dans des états opposés l'un à l'autre. Pendant la période o le transistor 4 est rendu conducteur, l'énergie emmagasinée dans l'inductance Lo des fils conducteurs et l'énergie emmagasinée dans les capacités parasites Co et CG sont déchargées, comme représenté par 'I2 à la Fig. 2, lorsque le transistor 4 est amené à la coupure. Ceci amène le condensateur 8 à être chargé par la résistance 13, la diode 9 et la diode 10. La tension de chargement du condensateur 8 est contrôlée par le circuit de commande de porte du transistor 5 et, lorsque la tension de chargement du condensateur 8 atteint une tension prédéterminée, une tension d'impulsion G2 est appliquée à la porte du transistor 5. De cette manière, le transistor 5 est rendu conducteur et la charge électrique du condensateur 8 est consommée par la résistance 14 et le transistor 5. Puis, puisque la tension du condensateur 8 est maintenue à une valeur prédéterminée, l'énergie emmagasinée dans l'inductance Lo est consommée. Même pendant cette période, le o10 transistor 6 est maintenu dans l'état EN FONCTION, en empêchant le courant I, de traverser l'intervalle de décharge qui présente une résistance d'intervalle. Par conséquent, aucune tension n'est appliquée à l'intervalle de décharge, et des copeaux d'usinage et autres substances flottantes dans l'intervalle de décharge EN sont enlevées au début. Lorsque la tension E2 appliquée au transistor 4 tombe au-dessous de la tension du condensateur 8 qui est maintenue à une tension prédéterminée, l'énergie emmagasinée dans l'inductance Lo mentionnée plus haut ne peut pas être déchargée par le premier circuit de consommation d'énergie. Ceci peut provoquer une oscillation en raison des capacités parasites du circuit. Pour empêcher ce phénomène, l'énergie est amenée à être consommée sans oscillation par mise en fonction du transistor 7, c'est-à- dire par le troisième circuit de consommation d'énergie. De cette manière, l'énergie emmagasinée dans l'inductance Lo des fils conducteurs est rapidement consommée par l'intermédiaire des transistors 6 et 7. Dans le mode de réalisation représenté à la Fig. 1, comme décrit - plus haut, l'énergie emmagasinée dans l'inductance des fils conducteurs et l'énergie emmagasinée dans les capacités parasites Co et CG sont rapidement consommées d'une façon exempte d'oscillations par les circuits de consommation d'énergie du transistor 5 à 7 pendant la période HORS FONCTION de l'usinage par décharge.'Par conséquent, la période hors fonction de décharge peut être considérablement réduite. Maintenir à zéro la tension à l'intérieur de l'intervalle de décharge permet d'enlever facilement des copeaux et du carbone libre dans l'intervalle de décharge. Par conséquent, les énergies mentionnées ci-dessus peuvent être rapidement consommées sans permettre à la décharge de se développer en une décharge d'arc, ce qui permet de réduire la période hors fonction de décharge et d'améliorer la vitesse d'usinage. La Fig. 3 est un schéma représentant un autre mode de réalisation du circuit d'alimentation d'énergie pour l'usinage de décharge selon la présente invention. Ce mode de réalisation est essentiellement le même que le mode de réalisation mentionné plus haut représenté à la Fig. 1, sauf que le troisième circuit de consommation d'énergie (transistor 7, résistance 5 et diode 12) représenté à la Fig. 1 est omis. A la Fig. 3, des références similaires correspondent à des éléments similaires à ceux de la Fig. 1. Les références 17 à 19 désignent des résistances; 20 une borne d'entrée d'impulsion; 21 à 23 des tampons; 24 un photocoupleur; 25 une section de réalisation de forme d'onde d'impulsion d'entrée; 25-1 un multivibrateur monostable; et 25-2 une bascule respectivement. La référence 26 désigne'un moyen de détection de tension d'intervalle destiné à détecter la tension dans un intervalle de décharge entre la pièce à usiner 1 et l'électrode de décharge 2. Dans ce qui suit, le fonctionnement du circuit représenté à la Fig. 3 sera décrit de façon détaillée pour la période dans laquelle l'impulsion d'entrée introduite à partir de la borne 20 d'entrée d'impulsion est dans l'état en fonction et pour la période dans laquelle l'impulsion d'entrée est dans l'état hors fonction. (1) Fonctionnement pendant les périodes o l'impulsion d'entrée est dans l'état en fonction. Le transistor 4 est-rendu conducteur par un signal provenant du tampon 21. Ceci amène la tension de l'alimentation en énergie en courant continu 3 à être appliquée à l'intervalle de décharge. Le transistor 5, cependant, n'est pas conducteur, parce qu'une tension inverse lui est appliquée tant que le transistor 4 est rendu conducteur. Le transistor 6 qui constitue une autre partie du circuit de consommation d'énergie reste dans l'état de coupure puisque aucun signal EN FONCTION de porte n'est donné. La raison en est que, quand un signal obtenu par création de la forme d'onde de l'impulsion d'entrée dans le multivibrateur monostable 25-1 et la bascule 25-2 est introduit, la résistance de sortie du photocoupleur 24 est réduite, de sorte qu'un courant passe dans le photocoupleur par la résistance 19. Par conséquent, le potentiel de la borne d'entrée du tampon 23 tombe, et le potentiel de la borne de sortie tombe aussi. Par conséquent, aucun signal EN FONCTION n'est envoyé à la porte du transistor 6, qui est donc maintenu dans l'état HORS FONCTION. Dans cet état, l'électrode de décharge 2 est apte à descendre de façon à réduire l'intervalle de décharge, Ainsi, une décharge est réalisée dans l'intervalle de décharge pour usiner la pièce. Le moyen 26 de détection de tension d'intervalle détecte l'apparition de la décharge. Puis, un temps prédéterminé est compté à partir de l'instant o la décharge a commencé, par un moyen approprié qui n'est pas représenté à la figure, et l'impulsion d'entrée mentionnée plus haut 20 est mise hors fonction après l'écoulement de ce temps prédéterminé. (2) Fonctionnement dans la période o l'impulsion d'entrée 20 est dans l'état mis hors fonction. Lorsque l'impulsion d'entrée 20 est hors fonction, le transistor 4 est amené à la coupure, ce qui interrompt l'alimentation de la tension de décharge. Lorsque l'impulsion d'entrée 20 est mise hors fonction, le transistor 6 qui fait partie du circuit de consommation d'énergie est rendu conducteur. La raison en. est que lorsque l'impulsion d'entrée 20 est mise hors fonction, la sortie du tampon 22 devient nulle, de sorte qu'aucun courant ne passe vers le c6té d'entrée du photocoupleur 24, ce qui amène la résistance de sortie de celui-ci à augmenter. Par conséquent, la tension appliquée sur la borne d'entrée du tampon 23 par la résistance 19 est accrue, et la tension de sortie est également accrue. Par conséquent, une tension de porte est appliquée au transistor 6. D'autre part, la tension engendrée par les énergies emmagasinées dans l'inductance des fils conducteurs Lo, la capacité parasite Co et la capacité d'intervalle de décharge CG est appliquée entre la source et le drain du transistor 6. sous 1c IC forme de tension directe. Ceci amène le transistor 6 à être rendu conducteur. Lorsque le transistor 4 est mis hors fonction et que le transistor 6 est mis en fonction, le courant engendré par l'énergie emmagasinée dans la ligne traverse le transistor 6 -> la diode 10 -a le condensateur 8, comme indiqué par une ligne en trait mixte à la figure. En d'autres termes, une partie de l'énergie mentionnée ci- dessus est consommée sous forme de Joule lorsque le courant passe, le reste étant transféré au condensateur 8 sous forme de charge. Ceci élimine un état indésirable o la charge est maintenue dans l'intervalle pendant la période o le transistor 4 du premier moyen de commutation est mis hors fonction, ce qui interdit à la tension de devenir nulle. Que le transistor 4 soit en fonction ou hors fonction, lorsque le condensateur 8 est chargé; la tension chargée augmente progressivement. Lorsque la tension du condensateur 8 atteint une valeur prédéterminée, le circuit de commande 16 de porte du transistor 5 détecte cette tension, en transmettant un signal EN FONCTION au transistor 5. Lorsque le transistor 5 est rendu conducteur, le condensateur 8 est déchargé par la résistance 14 -> le transistor 5. En d'autres termes, l'énergie emmagasinée dans le condensateur 8 est consommée sous forme de Joule lorsque l'énergie passe dans la résistance 14 et le transistor 5. Le transistor 5 peut être de caractéristiques de commutation inférieures à celles du transistor 4 parce que le rôle du transistor 5 est simplement d'être rendu conducteur lorsque la tension'du condensateur 8 atteint une valeur prédéterminée lorsque le transistor 4 est rendu conducteur et amené à la coupure plusieurs fois. La durée d'une impulsion unique de tension à envoyer p6ur l'usinage de décharge devrait de préférence être relativement courte, chaque fois que ceci est possible pour empêcher une rouille due à l'ionisation (électrolyse). Même lorsque des impulsions de forme d'onde rectangulaire courte sont successivement appliquées, l'énergie emmagasinée dans la ligne est rapidement consommée par l'action du circuit de consommation d'énergie. Ceci aide à éviter un état indésirable o une tension est appliquée à tous les instants à l'intervalle de décharge. Comme décrit plus haut, toute énergie importante n'est plus emmagasinée dans l'intervalle de décharge pendant la période de désactivation de décharge entre des opérations de décharge dans le mode de réalisation représenté à la Fig. 3. Ceci évite la rouille provoquée par l'électrolyse et facilite l'enlèvement de copeaux d'usinage hors de l'intervalle de décharge. De plus, la période de HORS FONCTION TEORS représentée à la Fig. 2 peut être rendue suffisamment courte, et de cette manière la vitesse d'usinage peut être accrue en augmentant le nombre de décharges par unité de temps. REVENDICATIONS: 1. Circuit d'alimentation en énergie pour un usinage par décharge comprenant un premier moyen de commutation (4) pour amener une tension d'alimentation en courant continu (E3) à un intervalle de décharge entre une électrode d'usinage par décharge (2) et une pièce à usiner (1), un premier circuit de consommation d'énergie (10, 8, , 14, 16) comportant un deuxième moyen de commutation (5) disposé sur le côté sortie dudit premier moyen de commutation (4), et un deuxième circuit de consommation d'énergie (6, 11) comportant un troisième moyen de commutation (6) disposé en parallèle avec ledit intervalle de décharge, caractérisé en ce que ledit deuxième moyen de commutation (5) dudit premier circuit de consommation d'énergie (10, 8, 5, 14, 16) et ledit troisième moyen de commutation (6) dudit deuxième circuit de consommation d'énergie (6, 11) sont amenés à être conducteurs après que ledit premier moyen de commutation (4) a été amené à la coupure. 2. Circuit d'alimentation en énergie selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier circuit de consommation d'énergie (10, 8, 5, 14, 16) comporte un condensateur (8) relié en parallèle avec ledit deuxième moyen de commutation (5), et un circuit de commande de porte (16) pour commander ledit deuxième circuit de commutation (6, 11) conformément au niveau de chargement dudit condensateur (8). 3. Circuit d'alimentation en énergie selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit premier circuit de consommation d'énergie (10, 8, 5, 14, 16) comporte une diode (10) reliée en série audit condensateur (8). 4. Circuit d'alimentation en énergie selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par un troisième circuit de consommation d'énergie (7, 15, 12) consistant en un quatrième moyen de commutation (7) relié en parallèle avec ledit premier circuit de consommation d'énergie (10, 8, 5, 14, 16). 5. Circuit d'alimentation en énergie selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit quatrième moyen de commutation (7) dudit troisième circuit de consommation d'énergie (7, 15, 12) est mis en fonction après que la consommation d'énergie dans le premier circuit de consommation d'énergie (10, 8, 5, 14, 16) s'est poursuivie pendant une durée prédéterminée, et est mis hors fonction avant que ledit premier moyen de commutation (4) ne devienne conducteur.