Brevet FR2796323A1 — publié le 20010119

PROCEDE D'USINAGE PAR ELECTROEROSION ET DISPOSITIF SUPPORT DE PIECE ASSOCIE La présente invention concerne un procédé d'usinage par électroérosion ainsi qu'un dispositif support de pièce destiné à faciliter la mise en oeuvre de ce procédé. On connaît dans l'art antérieur plusieurs procédés et leurs machines outils associées utilisant le principe de l'électroérosion pour usiner des formes diverses dans des pièces métalliques. Ainsi, deux types ou familles de machines outils d'électroérosion ont été mises au point par les industriels. On trouve premièrement les machines d'enfonçage dont le procédé consiste à descendre une électrode de forme donnée dans la pièce à usiner afin d'obtenir l'érosion de la pièce selon la forme de l'électrode enfoncée, ce qui permet l'usinage de volumes selon les trois dimensions. On trouve par ailleurs les machines de découpage par fil dont le procédé consiste à déplacer dans un plan transversal une pièce au contact du fil de découpe. Toutefois, ces deux familles de machines outils à électroérosion présentent des inconvénients propres liés à l'usage qui en est fait et aux coûts qui en résulte notamment. Ainsi, les machines à découpage par fil ne permettent que l'usinage de profils à deux dimensions de par leur construction particulière où l'usinage s'effectue par découpe dans un plan transversal. Les machines d'enfonçage permettent de leur côté l'usinage de volumes mais elles présentent des inconvénients liés à leur coût et à la difficulté de réaliser des électrodes tridimensionnelles. Ainsi, aucune de ces machines ne satisfont les personnes qui souhaitent réaliser par électroérosion des usinages de pièces tridimensionnelles complexes en petite série ou à des coûts raisonnables. Ainsi, la présente invention a pour objectif de permettre grâce à des moyens simples fiables et peu onéreux la réalisation de certaines pièces tridimensionnelles par un procédé d'électroérosion. Elle concerne plus particulièrement le procédé d'usinage par électroérosion en lui même ainsi qu'un dispositif support de pièce destiné à mettre en oeuvre le procédé pour permettre l'usinage des formes tridimensionnelles telles que les formes cylindriques ou sphériques notamment, sur des machines d'électroérosion de type à découpage par fil. Selon sa caractéristique principale, le procédé d'usinage par électroérosion d'une pièce de l'invention est caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre la pièce à usiner à un mouvement rotatif pour l'usiner à l'aide d'une machine outil d'électroérosion à découpage par fil. Selon une autre caractéristique du procédé d'usinage par électroérosion d'une pièce de l'invention, celui-ci est caractérisé en ce qu'il comporte une étape principale qui consiste à usiner une pièce soumise à un mouvement rotatif à l'aide d'une machine d'électroérosion à découpage par fil par enlèvement de matière. L'invention concerne également un dispositif support de pièce destiné à mettre en oeuvre le procédé d'usinage par électroérosion de l'invention. Selon sa caractéristique principale, le dispositif support de pièce de l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mise en rotation qui permettent la mise en rotation de l'ébauche de pièce à usiner. Selon une caractéristique complémentaire du dispositif support de pièce, il est constitué d'un carter portant des moyens de serrage de la pièce disposés sur un arbre de rotation libre en rotation dans le carter. Selon une autre caractéristique du dispositif support de pièce de l'invention, celui-ci est caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de motorisation destiné à entraîner l'arbre en rotation, grâce à des moyens de liaisons disposés entre l'arbre et le dispositif de motorisation. Selon le mode de réalisation préféré du dispositif support de pièce, il comporte des moyens de réglage destinés à permettre le réglage de la vitesse de rotation de la pièce. Selon une caractéristique complémentaire du dispositif support de pièce de l'invention, celui-ci est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de conduction destinés à permettre la polarisation permanente de la pièce à usiner pendant son mouvement de rotation. Selon une autre caractéristique du dispositif support de pièce de l'invention, celui-ci est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'indexation et de verrouillage destinés à permettre le verrouillage de la pièce à usiner dans une position angulaire précise. Selon un mode de réalisation du dispositif support de pièce, les moyens d'indexation et de verrouillage sont constitués par une roue crantée solidaire de l'arbre de rotation ou d'un arbre de transmission du dispositif et destinée à coopérer avec un doigt de verrouillage. Selon une caractéristique complémentaire du dispositif support de pièce de l'invention, celui-ci est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de fixations destinés à permettre sa fixation sur une traverse du cadre support mobile de la machine outil d'électroérosion à découpage par fil. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention se dégageront de la description qui va suivre en regard des dessins annexés qui ne sont donnés qu'à titre d'exemples non limitatifs. Les figures 1 à 9 illustrent le procédé d'usinage par électroérosion d'une pièce à usiner et le dispositif support de pièce associé au procédé. Les figures 1 et 2 illustrent en perspective le procédé d'usinage par électroérosion. La figure 3 représente en perspective une machine outil d'électroérosion à découpage par fil et le dispositif support de pièce associé. Les figures 4 et 5 illustrent en détail en perspective l'usinage de la pièce portée par son dispositif support de pièce. La figure 6a représente le dispositif support de pièce en perspective de trois quart avant. La figure 6b représente le dispositif support de pièce en perspective de trois quart arrière. La figure 7 représente en vue latérale l'usinage de la pièce portée par le dispositif support. La figure 8 représente en vue de dessus, l'usinage de la pièce portée par le dispositif support. La figure 9 représente en vue de dessus, l'usinage d'une fente dans la pièce. L'invention concerne un procédé d'usinage par électroérosion qui consiste à usiner à l'aide d'une machine d'électroérosion (3) de type à découpage par fil (6), une pièce (2) soumise à un mouvement rotatif comme le montre la figure 1. Elle concerne également le dispositif support de pièce (1) associé à ce procédé et qui est destiné à permettre la mise en rotation de la pièce à usiner (2) pour permettre son usinage par le fil (6). Le procédé d'usinage de l'invention consiste ainsi à mettre en mouvement une pièce à usiner (2) par rapport au fil de découpe par électroérosion (6), ledit mouvement étant la combinaison d'un mouvement rotatif principal autour d'un axe (XX'), et d'une translation selon une courbe contenue dans un plan (P) sensiblement orthogonal au fil de découpe (6). Selon ce procédé, et contrairement à l'usinage classique que l'on peut effectuer à l'aide d'une machine à fil (6) qui s'effectue par découpe, l'usinage de la pièce à usiner (2) s'effectue à l'aide d'une machine à électroérosion (3) de découpe par fil (6) par enlèvement de la matière, Il comporte une étape principale consistant à mettre en mouvement rotatif une ébauche de pièce (2) autour de son axe de révolution (XX) pour lui faire ensuite subir un déplacement relatif par rapport au fil de découpe (6) tout en lui conservant son mouvement rotatif afin de favoriser l'enlèvement de la matière par l'électroérosion entre le fil de découpe (6) et l'ébauche de pièce (2). Cette enlèvement de matière s'effectue ainsi selon une tangente au mouvement de rotation de l'ébauche de la pièce à usiner. Ledit déplacement relatif s'effectue avantageusement dans un plan (P) orthogonal à l'axe de défilement du fil (6) ou légèrement incliné par rapport au fil et disposé par exemple de manière horizontale. L'invention concerne également un dispositif support de pièce (1) destiné à porter une ébauche de pièce à usiner (2) pour permettre son usinage par une machine outil d'électroérosion (3) de type à découpage par fil (6) selon le procédé d'usinage précédemment décrit. La machine d'électroérosion (3) à découpage par fil se présente sous la forme d'un bâti (4) portant un cadre support (5) sur lequel est destinée à être bridée la pièce à usiner (2) de manière connue en soi lors d'un usinage par découpe classique. Le fil (6) jouant le rôle d'outil de découpe est guidé pour défiler entre deux guides fil (7a, 7b) selon un axe de défilement vertical (ZZ') pour être amené au contact de la pièce à usiner (2) grâce aux mouvements respectifs du cadre support (5) qui se déplace par rapport aux guides fil (7a, 7b) dans un plan transversal horizontal tel qu'illustré dans la figure 3. La découpe de la pièce à usiner (2) par le fil (6) s'effectue en créant une étincelle entre eux par décharge électrique dans un fluide diélectrique (8) de manière à obtenir une érosion par fusion à des températures de l'ordre de 8 000 à 12 000 C. Pour ce faire, la pièce (2) et le fil (6) sont polarisés différemment afin de former deux électrodes (2, 6) présentant une différence de potentiel entre elles, le fluide (8) étant guidé entre le fil (6) et la pièce (2) le long du fil pour créer les conditions favorables à l'étincelle. La pièce (2) forme l'anode, et le fil (6) forme la cathode ; en agissant sur la durée et l'intensité des décharges, de même que sur la conductivité thermique ou la polarité on obtient une érosion dissymétrique des électrodes pour favoriser l'enlèvement de matière sur la pièce à usiner formant l'anode (2), la matière érodée par fusion étant ensuite évacuée en se solidifiant dans le fluide diélectrique (8), le dit fluide étant récupéré dans un bac (20) pour être filtré puis réutilisé. Notons que lors du procédé d'usinage de l'invention, l'intégralité de la matière, enlevée entre l'ébauche de la pièce de départ et la pièce usinée obtenue, subit une érosion par le fil (6) pour être évacuée dans le fluide (8), et ce contrairement aux procédés de découpe classique qui utilisent des machines d'électroérosion à fil et qui produisent des chutes ou copeaux de dimension diverse lors de l'usinage. On peut noter que le fluide diélectrique (8) utilisé dans les machines d'électroérosion (3) à fil (6) est de l'eau déminéralisée et déionisée, il contribue à provoquer la décharge entre le fil (6) et la pièce (2), à évacuer les particules érodées, à améliorer les conditions de frottement entre le fil (6) et les guides fil (7a, 7b) et à refroidir les éléments constitutifs de la machine. Notons également que la circulation du fluide diélectrique (8) entre la pièce (2) et le fil (6) est avantageusement obtenu par le défilement du fil (6). Le fil (6) utilisé est le plus souvent un fil en laiton ou un fil multicouche revêtu de zinc dont le diamètre est avantageusement compris entre 0,1 et 0,5 mm. Selon l'invention, le dispositif support (1) de pièce à usiner (2) est destiné à être solidarisé au cadre support (5) de la machine d'électroérosion à découpage par fil (3), il comporte des moyens de mise en rotation (MR) destinés à permettre le mouvement de rotation de l'ébauche de pièce à usiner (2) autour d'un axe transversal (XX) comme le montre la figure 4. Ainsi, la pièce à usiner (2) ou plutôt l'ébauche de la pièce présente un mouvement de rotation lorsqu'elle est mise au contact du fil (6), ce qui permet d'obtenir l'usinage de la pièce selon un tangente à son mouvement de rotation. La combinaison du mouvement plan du cadre support (5) portant le dispositif support (1) et du mouvement rotatif de la pièce (2) dans son dispositif support (1) permet l'usinage de volumes comme par exemple des volumes sphériques ou cylindriques tel qu'illustré figure 5. Selon le mode de réalisation préféré du dispositif support de pièce (1), celui-ci se présente sous la forme d'un carter (10) avantageusement paralèllépipèdique portant sur une de ses faces latérales (10a) des moyens de serrage (MS) destinés à permettre la fixation de l'ébauche de la pièce à usiner (2). Ces moyens de serrage (MS) sont avantageusement constitués par un système par un système de mords (11a, 11b) situés à l'extrémité de l'arbre de rotation (l5) du dispositif et destinés à verrouiller la pièce (2) selon l'axe de rotation (XX') de l'arbre (15). Le dispositif support de pièce (1) comporte par ailleurs des moyens de fixation (MF) destinés à permettre sa mise en place et sa fixation sur le cadre support (5) de la machine d'électroérosion (3). Selon le mode de réalisation préféré du dispositif support (1), les moyens de fixation sont réalisés par un ensemble de tiges filetées et de modules de bridage qui permettent de solidariser le dispositif support (1) avec une traverse (5a) du cadre support (5). Le dispositif support (1) présente un dispositif de motorisation (12) disposé sur le carter (10) de manière amovible comme le montre la figure 6a. Ce dispositif de motorisation est formé d'un moteur électrique dont la vitesse de rotation peut avantageusement être réglable. On peut noter que la vitesse de rotation de la pièce (2) peut ainsi être comprise entre 500 et 5 000 tours/min par exemple. Pour ce faire le moteur électrique est alimenté par l'intermédiaire d'un potentiomètre qui constitue les moyens de réglage de la vitesse de rotation de la pièce (2) autour de l'axe (XX'). L'axe de sortie (13) du moteur (12) coopère avantageusement de manière amovible avec un axe d'entrée (14) du dispositif support (1) tel qu'illustré dans la figure 6a. Notons que selon le mode de réalisation préféré, l'axe d'entrée (14) est disposé orthogonalement à l'axe de rotation (XX) de la pièce à usiner (2) et est donc lié à l'arbre de rotation (15) du dispositif support (1) par la coopération entre des engrenages (16,17) de types coniques qui constituent les moyens de liaison (ML) entre l'arbre (15) et le dispositif de motorisation (12) comme le montrent les figures S et 9. Il va de soi que le dispositif de motorisation pourrait être agencé différemment et le dispositif support de pièce pourrait présenter son axe d'entrée de manière parallèle à l'arbre (15) du dispositif support ou dans son prolongement sans pour autant sortir du champs de protection de l'invention. De même les moyens de réglage de la vitesse pourraient être disposés directement à l'intérieur du dispositif support tandis que le moteur serait à vitesse angulaire fixe. Selon le mode de réalisation préféré du dispositif support (1), celui-ci présente des moyens de conduction destinés à permettre la polarisation en anode de l'ébauche de la pièce à usiner (2). Ces moyens de conduction sont destinés à relier le cadre support (5) à la pièce (2) et sont avantageusement obtenus en réalisant les moyens de fixation (MP) ainsi que le dispositif support (1) et ses organes constitutifs en matériaux électriquement conducteur. Ainsi selon le mode de réalisation préféré du dispositif support, les arbres, les paliers, les roulements et le système de mords sont essentiellement réalisés en matériaux métalliques . De ce fait, la pièce à usiner (2) est reliée en permanence au cadre support (5) par l'intermédiaire de pièces conductrices pour permettre sa polarisation en anode afin de créer une différence de potentiel avec le fil (6) pour obtenir l'étincelle. Selon une variante d'exécution non illustrée les moyens de conductions peuvent être réalisés à l'aide d'un patin reliant directement le cadre support et les mords ou l'arbre qui porte à son extrémité les dits mords. On peut noter par ailleurs comme le montrent les figures 6b et 9 que le dispositif support de pièce (1) comprend des moyens d'indexation et de verrouillage (21, 22) destinés à permettre le verrouillage de l'arbre de rotation (15) dans une position angulaire choisie par l'utilisateur. Ces moyens sont avantageusement constitués par une roue crantée (21) solidaire de l'arbre (15) ou d'un autre arbre dit de transmission ou de liaison disposé entre le dispositif de motorisation (12) et les mords (11a, I1b), cette roue (21) étant susceptible d'être immobilisée en coopérant avec un doigt de verrouillage (22). Une fois immobilisée, on peut réaliser comme le montre la figure 9 des fentes (23) dans la pièce (2) par un procédé de découpe classique en déplaçant le cadre support (5) et donc le dispositif support de pièce (1) transversalement par rapport au fil (6) dans un plan (P) avantageusement horizontal. Le crantage de la roue (21) et le doigt (22) permettent d'indexer la pièce (2) de manière à permettre son positionnement angulaire précis par rapport à une position initiale de référence. Notons que le nombre de positions angulaires pouvant être indexés est fonction de la configuration spécifique de la roue crantée (21) utilisée. Notons également que certaines machines d'électroérosion (3) permettent d'incliner le fil (6) par rapport au plan (P) dans lequel se déplace le cadre support (5) et le dispositif support de pièce (l). On peut noter que selon le procédé d'usinage, le sens de rotation de la pièce à usiner (2) s'oppose avantageusement au sens de défilement du fil (6) comme le montre la figure 4, toutefois, il pourrait en être autrement et le sens de défilement du fil et le sens de rotation de la pièce pourraient s'accompagner au lieu de s'opposer sans pour autant sortir du champs de protection de l'invention. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés à titre d'exemples, mais elle comprend aussi tous les équivalents techniques ainsi que leurs combinaisons. REVENDICATIONS ]-Procédé d'usinage par électroérosion d'une pièce (2) caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre la pièce à usiner (2) à un mouvement rotatif pour l'usiner à l'aide d'une machine outil d'électroérosion (3) à découpage par fil (6). 2- Procédé d'usinage par électroérosion d'une pièce (2) selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une étape principale qui consiste à usiner une pièce (2) soumise à un mouvement rotatif à l'aide d'une machine (3) d'électroérosion à découpage par fil (6) par enlèvement de matière. 3- Dispositif support de pièce (1) destiné à mettre en oeuvre le procédé d'usinage par électroérosion de la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mise en rotation (MR) qui permettent la mise en rotation de l'ébauche de pièce à usiner (2). 4- Dispositif support de pièce (1) selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il est constitué d'un carter (10) portant des moyens de serrage (MS) de la pièce (2) disposés sur un arbre de rotation (15) libre en rotation dans le carter (10). 5- Dispositif support de pièce (1) selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de motorisation (12) destiné à entraîner l'arbre (15) en rotation, grâce à des moyens de liaisons (ML) disposés entre l'arbre et le dispositif de motorisation. 6- Dispositif support de pièce (1) selon l'une quelconque des revendications 3 à 5 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de réglage destinés à permettre le réglage de la vitesse de rotation de la pièce (2). 7- Dispositif support de pièce (1) selon l'une quelconque des revendications 3 à 6 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de conduction destinés à permettre la polarisation permanente de la pièce à usiner (2) pendant son mouvement de rotation. 8- Dispositif support de pièce (l) selon l'une quelconque des revendications 3 à 7 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'indexation et de verrouillage (21, 22) destinés à permettre le verrouillage de la pièce à usiner (2) dans une position angulaire précise. 9- Dispositif support de pièce (l) selon les revendications 4 et 8 caractérisé en ce que les moyens d'indexation et de verrouillage sont constitués par une roue crantée (21) solidaire de l'arbre de rotation (15) ou d'un arbre de transmission du dispositif (1) et destinée à coopérer avec un doigt de verrouillage (22). 10- Dispositif support de pièces (1) selon l'une quelconque des revendications 3 à 9 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de fixations (MF) destinés à permettre sa fixation sur une traverse (5a) du cadre support (5) mobile de la machine outil d'électroérosion (3) à découpage par fil (6).