Machine pour l'usinage d'une pièce en matière conductrice au moyen d'étincelles électriques On connaît déjà des machines pour l'usinage d'une pièce en matière conductrice au moyen d'étincelles électriques, comprenant un circuit à re laxation comprenant au moins un élément électro statique d'accumulation d'énergie relié à une élec- trode-outil et à la pièce à usiner. Certaines de ces machines comprennent un dispositif de contrôle de l'efficacité de l'usinage. L'élément électrostatique d'accumulation d'énergie est le plus souvent consti tué par un condensateur.
Dans des machines connues, on utilise à cet effet un voltmètre branché en parallèle sur le con densateur. Ce voltmètre, en général du type à cadre mobile, indique la tension moyenne aux bornes du condensateur et permet d'observer si cette tension est stable. En effet, lorsque l'usinage est régulier, la tension aux bornes du condensateur est représentée en fonction du temps par une courbe en forme de dents de scie. Par suite de son inertie, le voltmètre indique la tension moyenne. Lorsque, par suite d'un réglage défectueux par exemple, il se produit une tendance à la formation d'arcs entre l'électrode et la pièce à usiner, la courbe représentative de la ten sion subit des modifications importantes qui provo quent des oscillations de l'aiguille du voltmètre. L'ouvrier peut ainsi contrôler si le fonctionnement de la machine est régulier ou non.
Cependant, dans certains cas, il peut arriver que l'espace compris entre l'électrode-outil et la pièce à usiner se comble par des débris plus ou moins con ducteurs qui agissent de la même façon qu'une ré sistance shuntant le condensateur. Il en résulte que le condensateur ne peut pas être chargé à une ten sion suffisante pour produire des étincelles entre l'électrode et la pièce, et il circule dans le circuit de décharge un courant continu et régulier qui ne pro duit pas d'usinage. Cependant le voltmètre indique une valeur constante, de sorte que l'ouvrier n'est pas informé du défaut de fonctionnement de la machine.
La présente invention a pour objet une machine dans laquelle cet inconvénient est supprimé grâce au fait que le dispositif de contrôle comprend une lampe électrique alimentée par une tension dépen dant des composantes alternatives contenues dans la tension entre l'électrode et la pièce à usiner.
Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution et des variantes de la machine selon l'invention. La fig. 1 représente le schéma électrique de cette forme d'exécution.
La fig. 2 représente une variante d'une partie de ce schéma.
Les fig. 3 et 4 représentent d'autres variantes de ce schéma.
La fig. 5 montre en coupe un voltmètre suscep tible d'être utilisé dans la machine décrite.
La machine, dont le circuit électrique est repré senté à la fig. 1, comprend une source de tension continue non représentée dont le pôle négatif est relié à une borne A et le pôle positif à une borne B. Ce circuit comprend un élément électrostatique d'accumulation d'énergie, constitué par un condensa teur C dont une borne est reliée à la borne A à travers une bobine de self-induction L et une résis- tance variable R. Les deux bornes du condensateur C sont reliées respectivement à une électrode-outil 1 et à une pièce à usiner 2. Cette dernière est dis posée dans un bac 3 rempli d'un liquide diélectrique 4, par exemple du pétrole.
Un voltmètre V est branché en parallèle avec l'électrode-outil 1 et la pièce à usiner 2, de même que les bornes a et b d'entrée d'un quadripôle 5. Les bornes de sortie<I>c et d</I> de ce quadripôle sont connectées à une lampe électrique 6 à incandescence. Ce quadripôle est constitué de façon que sa tension de sortie soit nulle lorsque sa tension d'entrée est continue, tandis que sa tension de sortie est diffé rente de zéro lorsque la tension d'entrée présente des composantes alternatives. Il constitue donc un filtre passe-haut.
Le fonctionnement d'une machine du genre décrit ci-dessus est connu et, de façon générale, le condensateur C est chargé par la source reliée aux bornes<I>A</I> et<I>B</I> jusqu'à ce que sa tension atteigne la tension disruptive définie par la distance séparant l'électrode 1 de la pièce 2 et par la composition du liquide diélectrique 4. A ce moment, une étincelle jaillit entre l'électrode et la pièce et arrache une petite quantité de matière à cette dernière. Le con densateur C est déchargé et le cycle recommence. Chaque étincelle arrache donc un peu de matière à la pièce à usiner de sorte que cette dernière se creuse selon une forme correspondant à celle de l'électrode-outil.
La distance entre l'électrode 1 et la pièce 2 doit rester sensiblement constante, ce qui est, en général, obtenu grâce à un servoméca nisme permettant de faire avancer l'électrode 1 en direction de la pièce 2 au fur et à mesure de l'usi nage de cette dernière. Ce servomécanisme n'a pas été représenté au dessin.
En général, on commence l'usinage par un ré gime d'ébauchage qui donne des surfaces relative ment rugueuses. Pour ce régime, on utilise dans la règle un condensateur de forte capacité, par exem ple de 10 à<B>100</B> MF. Pour la finition de la pièce usinée, on utilise des condensateurs C de valeur plus faible, de sorte que l'énergie de chaque étin celle est plus petite, ce qui permet d'obtenir des surfaces beaucoup plus douces.
En général, la machine comprend plusieurs con densateurs C de valeurs différentes, pouvant être commutés à volonté pour obtenir toute une série de régimes d'usinage entre l'usinage grossier ou ébauchage et l'usinage très fin de finition. Pour chacun de ces régimes, on peut régler la puissance de la machine en agissant sur la résistance R. Une diminution de cette résistance entraîne une aug mentation du courant de charge du condensateur, de sorte que la fréquence des étincelles augmente aussi, bien que l'énergie de chaque étincelle reste sensiblement la même. Cependant, pour chaque ré gime, on ne peut pas augmenter indéfiniment la fréquence des étincelles, car on se heurte à une limite au-delà de laquelle les décharges par étincel- les dégénèrent en un arc qui peut provoquer des soudures entre l'électrode et la pièce à usiner.
Cette fréquence limite des décharges dépend, pour cha que régime, de la forme et de la surface active de l'électrode, ainsi que du liquide diélectrique, et sur tout de la quantité d'impuretés que contient ce der nier. A titre d'exemple, la fréquence limite, lors de l'ébauchage, peut atteindre quelques centaines à quelques milliers de périodes par seconde. Dans le régime de finition, la fréquence limite peut s'élever jusqu'à 200 000 décharges par seconde.
L'allure de la tension aux bornes du condensa teur C est celle d'une dent de scie, car la tension augmente progressivement pendant la charge du condensateur et diminue brusquement lors de sa décharge. La tension aux bornes d'entrée du quadri pôle comprend donc des composantes alternatives lorsque le fonctionnement de la machine est régu lier, de sorte que la tension de sortie du quadri pôle est différente de zéro et la lampe 6 s'allume. Si les particules de matière arrachées à la pièce 2 s'accumulent et forment une résistance entre l'élec trode 1 et la pièce 2 dont la valeur est assez basse pour empêcher les décharges électrique, la tension aux bornes du condensateur C devient continue, de sorte que la lampe 6 s'éteint, bien que le voltmètre V indique toujours une valeur stable.
L'ouvrier est ainsi informé d'un défaut dans le fonctionnement de la machine.
Dans la machine représentée à la fig. 1, on a indiqué que la source de tension était continue, mais il existe également des machines dans lesquelles on applique aux bornes<I>A</I> et<I>B</I> une tension alternative de fréquence industrielle, c'est-à-dire de 50 ou 60 Hz. Dans une telle machine, on peut prévoir le quadripôle de façon que la tension qu'il délivre, lorsqu'une tension alternative de la fréquence du réseau est appliquée à son entrée, soit insuffisante pour allumer la lampe 6. En général, il n'y a pas de difficulté à obtenir ce résultat, car les décharges par étincelles comprennent un grand nombre de composantes alternatives de fréquences élevées.
La fig. 2 montre une réalisation particulièrement simple et efficace, dans laquelle la lampe 6 est connectée en série avec un condensateur 7, le tout étant branché en parallèle sur le condensateur C. Dans cette figure, on n'a pas représenté la bobine L et la résistance R dans un but de simplification. Il est évident que pour obtenir une luminosité maxi mum de la lampe 6 qui soit constante lorsqu'on atteint la. fréquence admissible dans n'importe quel régime d'usinage, on peut prévoir plusieurs conden sateurs 7 de valeurs différentes qui soient commu- tables en même temps que les condensateurs C.
Lorsqu'on augmente la puissance d'usinage, par exemple en abaissant la valeur de la résistance R, les dents de scie représentant l'allure de la tension entre l'électrode 1 et la pièce 2 deviennent de plus en plus rapprochées, en même temps que la fré quence augmente, de sorte que cette tension con- tient davantage de composantes de fréquence éle vée, ce qui provoque une augmentation de la lumi nosité de la lampe 6. L'ouvrier peut ainsi contrô ler de façon très simple le degré d'efficacité du ré gime d'usinage adopté.
Lorsqu'il dépasse la puis sance maximum compatible avec les décharges par étincelles, il se produit au début des arcs dont la durée est beaucoup plus longue que celle des dé charges par étincelles, de sorte que la tension entre l'électrode et la pièce 2 contient moins de compo santes alternatives de fréquence élevée, ce qui en traîne une diminution de l'éclat de la lampe 6.
L'expérience a démontré, dans une machine dans laquelle la tension de pointe aux bornes du condensateur C s'élevait à 250 volts environ, que l'on obtenait des résultats très satisfaisants en uti lisant une lampe consommant 10W sous 130V et un condensateur de 0,25 MF. En particulier, on a remarqué que l'intensité lumineuse obtenue lors qu'on atteignait la fréquence maximum admissible restait sensiblement la même dans tous les régimes d'usinage.
Il est évident que si le régime de décharge dé génère en un régime de courant continu dû à des dépôts entre l'électrode et la pièce à usiner, la con ductance du condensateur 7 devient nulle et la lampe 6 s'éteint.
La fig. 3 représente une variante d'une partie du circuit de la fig. 2 dans laquelle un condensateur supplémentaire 8 est branché en parallèle sur la lampe 6. Ce condensateur 8 a une valeur beaucoup plus faible que le condensateur 7 et est destiné à dériver une partie du courant lorsque la fréquence des décharges atteint des valeurs très élevées, de façon à maintenir l'éclat de la lampe 6 dans les limites prévues.
La fig. 4 représente une variante dans laquelle on a supprimé le condensateur 7 en série avec la lampe 6, ce condensateur étant remplacé par une bobine d'induction 9 branchée en parallèle avec la lampe 6. Une résistance 10 est reliée en série avec l'ensemble de la lampe 6 et de la bobine. d'induc tion 9. Si la tension aux bornes du condensateur C devient continue par suite d'un défaut de fonction nement, la bobine 9 constitue un court-circuit, de sorte qu'aucune tension n'est appliquée aux bornes de la lampe 6. Le courant de court-circuit est li mité par la résistance 10. Cependant, cette dernière forme d'exécution semble moins avantageuse que la précédente, car une partie de la puissance déri vée dans le dispositif de contrôle est dissipée dans la résistance 10 en pure perte.
Dans cette forme d'exécution, on pourrait aussi prévoir plusieurs prises sur la bobine 9 pour faire varier la valeur de celle-ci en fonction du régime adopté pour l'usinage, c'est-à-dire en fonction de la valeur choisie pour le condensateur C.
La fig. 5 représente schématiquement un détail de construction d'une machine présentant un circuit selon la fig. 1, c'est-à-dire comprenant, d'une part, un voltmètre et, d'autre part, un dispositif de con trôle comprenant une lampe électrique. Dans une telle machine, il peut être avantageux d'utiliser un voltmètre dont le cadran 11 est en matière trans lucide, par .exemple en verre laiteux. Sur ce cadran est fixée une partie 12 électromécanique du volt mètre qui commande l'aiguille 13 disposée devant le cadran. Derrière ce cadran se trouve la lampe électrique 6 montée sur un socle 14 fixé à un boî tier 15 du .voltmètre.
De cette façon, le dispositif de contrôle par voltmètre est groupé avec le dispo sitif de contrôle optique par luminosité, ce qui sim plifie la surveillance de la machine.
Il est bien entendu que l'on peut imaginer de nombreuses variantes des formes d'exécution décri tes et qu'en particulier le quadripôle 5 ne doit pas nécessairement être branché en parallèle avec l'élec trode 1 et la pièce à usiner 2. En effet, il suffit que les bornes d'entrée du quadripôle soient alimentées par une tension dépendant de la tension entre l'élec- trode-outil 1 et la pièce à usiner 2.
Par exemple, la borne a du quadripôle pourrait être reliée au cir cuit, comme représenté à la fig. 1, tandis que la borne b pourrait être reliée à n'importe quel point de potentiel constant, par exemple à la borne A de la source de tension, ou encore au curseur d'un potentiomètre branché entre les bornes<I>A</I> et<I>B.</I> Les bornes d'entrée du quadripôle 5 pourraient aussi être reliées aux deux bornes de la bobine de self- induction L.
Dans ce cas, le schéma peut être sim plifié et l'on peut se contenter de brancher la lampe 6 directement aux bornes de cette bobine de self- induction puisque, en admettant que la résistance ohmique de cette bobine soit négligeable, une ten sion ne pourrait être appliquée à la lampe 6 que lorsque le courant traversant cette bobine subit des variations ou pulsations ininterrompues.
La lampe 6 ne doit pas nécessairement être du type à incandescence et l'on pourrait très bien utili ser à sa place une lampe du type à décharge gazeuse.
La machine ne doit pas nécessairement être pourvue d'un voltmètre, car le dispositif de contrôle par luminosité de la lampe 6 est suffisant à lui seul pour permettre un réglage correct de la machine.
Dans la machine représentée, on a admis que l'élément électrostatique d'accumulation d'énergie était constitué par un condensateur C, comme c'est le cas le plus fréquent dans les machines connues. Cependant, cet élément pourrait être constitué de façon différente, notamment par un ensemble de condensateurs combiné avec des bobines de self- induction, comme cela est réalisé sur quelques ma chines connues.
Machine for machining a part made of conductive material by means of electric sparks Machines are already known for machining a part of conductive material by means of electric sparks, comprising a re laxation circuit comprising at least an electro-static energy storage element connected to a tool electrode and to the workpiece. Some of these machines include a device for monitoring the efficiency of machining. The electrostatic energy storage element is most often constituted by a capacitor.
In known machines, a voltmeter connected in parallel to the capacitor is used for this purpose. This voltmeter, generally of the movable frame type, indicates the average voltage at the terminals of the capacitor and makes it possible to observe whether this voltage is stable. Indeed, when the machining is regular, the voltage at the terminals of the capacitor is represented as a function of time by a curve in the form of saw teeth. Owing to its inertia, the voltmeter indicates the average voltage. When, as a result of faulty adjustment, for example, there is a tendency to form arcs between the electrode and the workpiece, the curve representing the voltage undergoes significant changes which cause oscillations of the voltage. the needle of the voltmeter. The worker can thus check whether the operation of the machine is smooth or not.
However, in some cases, it may happen that the space between the electrode-tool and the workpiece is filled with more or less conductive debris which acts in the same way as a resistor shunting the capacitor. As a result, the capacitor cannot be charged to a sufficient voltage to generate sparks between the electrode and the workpiece, and a continuous and steady current flows in the discharge circuit which does not produce machining. However, the voltmeter indicates a constant value, so that the worker is not informed of the malfunction of the machine.
The present invention relates to a machine in which this drawback is eliminated by virtue of the fact that the control device comprises an electric lamp supplied with a voltage depending on the alternating components contained in the voltage between the electrode and the workpiece.
The appended drawing represents, schematically and by way of example, an embodiment and variants of the machine according to the invention. Fig. 1 shows the electrical diagram of this embodiment.
Fig. 2 shows a variant of part of this diagram.
Figs. 3 and 4 represent other variations of this diagram.
Fig. 5 shows in section a voltmeter capable of being used in the machine described.
The machine, the electrical circuit of which is shown in fig. 1, comprises a DC voltage source, not shown, the negative pole of which is connected to a terminal A and the positive pole to a terminal B. This circuit comprises an electrostatic energy storage element, consisting of a capacitor C, one of which terminal is connected to terminal A through a self-induction coil L and a variable resistor R. The two terminals of capacitor C are respectively connected to a tool electrode 1 and to a workpiece 2. The latter is placed in a tank 3 filled with a dielectric liquid 4, for example petroleum.
A voltmeter V is connected in parallel with the electrode-tool 1 and the workpiece 2, as are the input terminals a and b of a quadrupole 5. The output terminals <I> c and d </ I> of this quadrupole are connected to an incandescent electric lamp 6. This quadrupole is formed so that its output voltage is zero when its input voltage is continuous, while its output voltage is different from zero when the input voltage has AC components. It therefore constitutes a high pass filter.
The operation of a machine of the type described above is known and, in general, the capacitor C is charged by the source connected to the terminals <I> A </I> and <I> B </I> until until its voltage reaches the breakdown voltage defined by the distance separating the electrode 1 from the part 2 and by the composition of the dielectric liquid 4. At this moment, a spark shoots out between the electrode and the part and tears off a small quantity matter to the latter. The capacitor C is discharged and the cycle begins again. Each spark therefore tears off a little material from the workpiece so that the latter hollows out in a shape corresponding to that of the electrode-tool.
The distance between the electrode 1 and the part 2 must remain substantially constant, which is, in general, obtained thanks to a servomechanism making it possible to advance the electrode 1 in the direction of the part 2 as it goes. 'machining of the latter. This servomechanism has not been shown in the drawing.
In general, the machining is started with a roughing speed which gives relatively rough surfaces. For this regime, a high capacity capacitor is normally used, for example from 10 to <B> 100 </B> MF. For the finishing of the workpiece, capacitors C of lower value are used, so that the energy of each spark is smaller, which allows to obtain much smoother surfaces.
In general, the machine comprises several capacitors C of different values, which can be switched at will to obtain a whole series of machining regimes between coarse machining or roughing and very fine finishing machining. For each of these regimes, the power of the machine can be adjusted by acting on resistance R. A decrease in this resistance leads to an increase in the charging current of the capacitor, so that the frequency of the sparks also increases, although l The energy of each spark remains roughly the same. However, for each speed, the frequency of the sparks cannot be increased indefinitely, because there is a limit beyond which the spark discharges degenerate into an arc which can cause welds between the electrode and the workpiece.
This limiting frequency of discharges depends, for each regime, on the shape and the active surface of the electrode, as well as on the dielectric liquid, and above all on the quantity of impurities contained in the latter. By way of example, the limiting frequency, during roughing, can reach a few hundred to a few thousand periods per second. In the finishing regime, the limit frequency can be up to 200,000 discharges per second.
The shape of the voltage at the terminals of capacitor C is that of a sawtooth, because the voltage increases progressively during the charging of the capacitor and decreases abruptly during its discharge. The voltage at the input terminals of the quad pole therefore includes AC components when the operation of the machine is regular, so that the output voltage of the quad pole is different from zero and the lamp 6 lights up. If the particles of material torn from part 2 accumulate and form a resistance between electrode 1 and part 2, the value of which is low enough to prevent electric discharges, the voltage at the terminals of capacitor C becomes continuous, from so that the lamp 6 goes out, although the voltmeter V still indicates a stable value.
The worker is thus informed of a fault in the operation of the machine.
In the machine shown in FIG. 1, it has been indicated that the voltage source was continuous, but there are also machines in which an AC voltage of industrial frequency is applied to the terminals <I> A </I> and <I> B </I>, c 'that is to say 50 or 60 Hz. In such a machine, the quadrupole can be provided so that the voltage which it delivers, when an alternating voltage of the frequency of the network is applied to its input, is insufficient. to light the lamp 6. In general, there is no difficulty in obtaining this result, since spark discharges include a large number of AC components of high frequencies.
Fig. 2 shows a particularly simple and efficient embodiment, in which the lamp 6 is connected in series with a capacitor 7, the whole being connected in parallel to the capacitor C. In this figure, the coil L and the resistor have not been shown. R for the sake of simplification. It is obvious that in order to obtain a maximum luminosity of the lamp 6 which is constant when the. permissible frequency in any machining regime, several capacitors 7 of different values can be provided which can be switched at the same time as the capacitors C.
When the machining power is increased, for example by lowering the value of the resistance R, the saw teeth representing the shape of the voltage between the electrode 1 and the part 2 become closer and closer, at the same time. time that the frequency increases, so that this voltage contains more components of high frequency, which causes an increase in the luminosity of the lamp 6. The worker can thus very easily control the degree. efficiency of the machining regime adopted.
When it exceeds the maximum power compatible with spark discharges, arcs occur at the start of which the duration is much longer than that of spark discharges, so that the voltage between the electrode and part 2 contains fewer high frequency AC components, resulting in decreased lamp brightness 6.
Experience has shown, in a machine in which the peak voltage across capacitor C was around 250 volts, that very satisfactory results were obtained using a lamp consuming 10W at 130V and a capacitor of 0.25 MF. In particular, it has been observed that the light intensity obtained when the maximum allowable frequency is reached remained substantially the same in all the machining regimes.
It is evident that if the discharge regime dice generates in a direct current regime due to deposits between the electrode and the workpiece, the conductance of the capacitor 7 becomes zero and the lamp 6 goes out.
Fig. 3 shows a variant of part of the circuit of FIG. 2 in which an additional capacitor 8 is connected in parallel with the lamp 6. This capacitor 8 has a much lower value than the capacitor 7 and is intended to divert part of the current when the frequency of the discharges reaches very high values, from so as to maintain the brightness of the lamp 6 within the intended limits.
Fig. 4 shows a variant in which the capacitor 7 has been removed in series with the lamp 6, this capacitor being replaced by an induction coil 9 connected in parallel with the lamp 6. A resistor 10 is connected in series with the assembly of the lamp 6 and the coil. induction 9. If the voltage across capacitor C becomes continuous as a result of a malfunction, coil 9 is short-circuited, so that no voltage is applied across the lamp 6. The short-circuit current is limited by resistor 10. However, this last embodiment seems less advantageous than the previous one, since part of the power derived in the control device is dissipated in resistor 10. in vain.
In this embodiment, one could also provide several taps on the coil 9 to vary the value of the latter according to the speed adopted for the machining, that is to say according to the value chosen for capacitor C.
Fig. 5 schematically shows a construction detail of a machine having a circuit according to FIG. 1, that is to say comprising, on the one hand, a voltmeter and, on the other hand, a control device comprising an electric lamp. In such a machine, it may be advantageous to use a voltmeter the dial 11 of which is made of translucent material, for example of milky glass. On this dial is fixed an electromechanical part 12 of the voltmeter which controls the hand 13 placed in front of the dial. Behind this dial is the electric lamp 6 mounted on a base 14 fixed to a casing 15 of the voltmeter.
In this way, the voltmeter control device is grouped with the optical luminosity control device, which simplifies the monitoring of the machine.
It is understood that one can imagine many variants of the embodiments described and that in particular the quadrupole 5 does not necessarily have to be connected in parallel with the electrode 1 and the workpiece 2. In This is because the input terminals of the quadrupole need only be supplied with a voltage dependent on the voltage between the tool electrode 1 and the workpiece 2.
For example, the terminal a of the quadrupole could be connected to the circuit, as shown in fig. 1, while terminal b could be connected to any point of constant potential, for example to terminal A of the voltage source, or to the cursor of a potentiometer connected between terminals <I> A </ I> and <I> B. </I> The input terminals of quadrupole 5 could also be connected to the two terminals of the self-induction coil L.
In this case, the diagram can be simplified and one can be satisfied with connecting the lamp 6 directly to the terminals of this self-induction coil since, assuming that the ohmic resistance of this coil is negligible, a voltage does not could be applied to the lamp 6 only when the current flowing through this coil undergoes uninterrupted variations or pulsations.
Lamp 6 need not necessarily be of the incandescent type and a gas discharge type lamp could very well be used instead.
The machine does not necessarily have to be provided with a voltmeter, since the luminosity control device of the lamp 6 is sufficient on its own to allow correct adjustment of the machine.
In the machine shown, it has been accepted that the electrostatic energy storage element is constituted by a capacitor C, as is the most frequent case in known machines. However, this element could be constituted in a different way, in particular by a set of capacitors combined with self-induction coils, as is done on some known machines.