Circuit d'usinage pour machine d'électro-érosion La présente invention se rapporte à un circuit d'usi nage pour machine d'électro-érosion dans lequel les im pulsions érosives sont produites par les décharges d'un accumulateur d'énergie, tel qu'un condensateur.
Ces circuits, qu'on appelle circuits à relaxation, of frent de nombreux avantages parmi lesquels on peut citer leur simplicité, le coût peu élevé de leurs éléments consti tutifs et leur souplesse d'adaptation aux conditions d'usi nage. 11 faut cependant relever qu'ils présentent aussi un défaut important qui limite considérablement leur utili sation, ce défaut étant leur faible rendement quia pour cause une instabilité de fonctionnement due à l'appari tion de courts-circuits qui se transforment en arcs con tinus et nécessitent l'arrêt de l'usinage.
Dans le but de remédier à ces inconvénients, la pré- sent-c invention a pour objet tin circuit permettant d'em pêcher la formation des courts-circuits. Ce circuit, qui comprend tin accumulateur d'énergie relié à l'électrode- outil et à la pièce à usiner, et une source de courant alter natif dont le courant passe par un dispositif redresseur comprenant au moins un.
thyratron commandant la charge de cet accumulateur d'énergie, est caractérisé en ce que l'excitation de l'électrode d'amorçage du thyratron est commandée par la tension entre l'électrode et la pièce à usiner.
Les fi-. 1 à 4 du dessin annexé représentent le schéma de principe d'un circuit à relaxation et des cour bes explicatives de son fonctionnement.
Les fig. 5 à 11 représentent, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention ainsi que des schémas explicatifs.
La fig. 1 représente un circuit à relaxation dont les deux éléments constitutifs essentiels sont tin condensateur C" servant d'accumulateur d'énergie et une résistance R" réglant le courant de charge de ce condensateur. Dans le circuit de charge dudit condensateur est insérée une self induction L" permettant d'égaliser le courant de charge Les bornes du condensateur C" sont reliées respective ment à une électrode-outil E et à la pièce à usiner P qui <B>b</B> -)rit plongées toutes cieux dan; un liquide diélectrique.
On sait que lorsque la tension de charge du conden sateur atteint une certaine valeur, appelée tension de claquage, la décharge se produit spontanément. Cette tension de claquage dépend de la résistance due à la distance d'étincelage ou distance séparant l'électrode de la pièce à usiner et. plus cette distance est grande, plus la tension de charge du condensateur devra être élevée pour permettre la décharge. La tension de claquage ionise le diélectrique dans lequel sont plongées l'élec trode et la pièce à usiner à l'endroit où ]-es aspérités<B>de,</B> surfaces de l'électrode et de la pièce à usiner sont le> plus rapprochée,.
Cet-, ionisation forme un canal de conductivité électrique' très élevée par lequel passe la décharge. Après; la décharge. le diélectrique se désionise et le rétablissement de la rigidité diélectrique de l'es pace d'étincelage permet ;:ne nouvelle charge du con densateur et la répltitïon périodique du cycle charge décharge. Par conséquent. le fonctionnement du circuit dépend du rétablissement des conditions d'isolation dan> l'e3pace d'étincelage.
Examinons l'impulsion électriquc provoquée par la décharge d'un condensateur dans un liquide diélectrique. II est connu que si l'on veut transmcttre l'impulsion jus qu'à la zone d'usinage avec un minimum de perte, les paramètres du circuit de décharge doivent répondre aux conditions suivantes
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où r,, et<B>1,1</B> sont les caractéristiques du circuit de dé charge (fig. 1). Dans ces conditions, 1a décharge pré sente un caractère oscillant qui s'amortit plus ou moins rapidement.
Considérons le schéma de la fig. 2 où sont représentées les tensions aux bornes de la capacité u, les tensions aux bornes de l'arc u" et le courant de décharge j. Soit égale ment le courant continu j" qui circule dans l'arc de la décharge pendant toute la durée de celle-ci et qui est une certaine fraction du courant de court-circuit
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(où U" est la tension d'alimentation et R" la résistance réglant le courant de charge). On voit que le courant j n'oscille pas par rapport à o mais par rapport à jo.
On peut en déduire la tension aux bornes de l'arc un en considérant le passage à o du courant j. Chaque fois qu'il y a passage à o du courant j, il y a inversion de l'arc.
Si l'on examine la situation au point A (fig. 2), on voit que si l'arc ne se réallume pas, la tension u;, n'étant pas suffisante, l'oscillation du courant s'arrête brusque ment et la tension u" va rester égale à sa valeur en u;,.,, puis croître vers la tension de recharge du condensateur u,.,,. II s'agit là d'un fonctionnement correct avec blo cage par tension négative.
Par contre, supposons qu'au point A l'arc soit de nouveau allumé. 11 y aura encore une oscillation du cou rant j jusqu'au point B (fig. 3). A cet instant, deux cas peuvent se présenter 1. L'arc ne s'allume pas. Dans ce cas le courant j reste comme précédemment égal à o, la tension u;, reste égale à u",,, puis croît vers la tension de recharge u,.,,. Ce cas est donc semblable à celui de la fig. 2, avec cette dif férence que la tension de charge u,.,, commence à croître à partir d'une certaine tension positive. Ce fonctionne ment est également correct, bien que sans blocage par tension négative.
2. Si l'arc s'allume (fig. d), la tension u",; tombe à la tension de l'arc e et le courant oscillant continue de cir culer. Mais si à partir de cet instant l'oscillation du courant j n'est pas assez forte, c'est-à-dire si la valeur de
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n'est pas suffisante, la valeur de j ne peut plus devenir négative (oscillations très réduites autour de<B>j),</B> et l'arc ne peut plu; s'inverser alors que le courant j" continuera à débiter. A ce manient. si le courant j" n'est pas suffisant pour maintenir l'arc. celui-ci s'éteindra de lui-même et les conditions de fonctionnement normal seront rétablies.
Si. par contre, la valeur de j" est suffi sante pour maintenir l'arc, celui-ci se transformera en un court-circuit franc et tout le courant de charge du con densateur passera directement par cet arc sans charger le condensateur. C'est donc tin fonctionnement incorrect qui arrêtera le processus d'usinage et nécessitera soit la coupure du courant de charge soit un retrait plus ou moins important et prolongé de l'électrode-outil.
L'analyse ci-dessus ne tient compte que d'un fonc tionnement correct ou incorrect tel qu'il résulte de la nature même de la décharge produite par un circuit à relaxation. Il n'est pas fait état d'autres causes parasites susceptibles de provoquer des courts-circuits telles que, par exemple, un contact direct entre l'électrode et 1a pièce à usiner, une accumulation de particules conduc trices dans la zone d'usinage, etc. Ces causes de courts- circuits sont de nature accidentelle et ne se rapportent pas au phénomène examiné.
Compte tenu de ce qui précède, on voit que pour obtenir une certaine stabilité de l'usinage il faut réduire la valeur du courant (le charge et par conséquent celle du courant continu j" circulant clans l'arc. En d'autres ter mes, il faut limiter la valeur du courant de charge, ce qui a pour effet de limiter la fréquence des décharges et diminue par conséquent le taux de matière enlevée. Si on dépasse cette limite, le nombre de courts-circuits et leur persistance augmentent, d'où instabilité du processus d'usinage et fonctionnement correct impossible.
On sait que le redressement d'un courant sinusoïdal s'effectue à l'aide de redresseurs qui sont des éléments ne laissant passer le courant que dans un seul sens. On sait également que certains éléments tels que les thyra- trons permettent de perfectionner ces redressements et en particulier de ne débiter qu'à partir d'un instant choisi 0 (fig. 5).
Si nous examinons un redressement effectué par thy- ratron et débitant une charge p susceptible de se mettre en court-circuit (fig. 6) nous voyons que pour une exci tation donnée de l'électrode d'amorçage du thyratron on obtient une tension u,, et la tension u aux bornes de la charge p sera
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11 apparaît que si p = o, la tension u devient nulle. Le circuit selon l'invention utilise cette information pour commander l'électrode d'amorçage du thyratron.
En effet, examinons le schéma de principe de la fig. 7; on voit que la tension u redressée aux bornes de la charge p est filtrée par la cellule r, c. La tension v ainsi produite bloque le transistor Tr dont l'émetteur est pola risé à une tension comprise o et v. La tension sur le col lecteur de ce transistor est donc égale à la tension -I- E et l'électrode d'amorçage du thyratron est maintenue à tension élevée, ce qui a pour effet d'obliger le thyra- tron à débiter à chaque alternance positive.
Lorsque la tension aux bornes de n tombe à zéro, la tension v tombe également à zéro, le transistor Tr se met à débiter jusqu'à saturation et la tension sur son collec teur devient très faible. La tension aux bornes de l'élec trode d'amorçage du thyratron n'est alors plus suffi sante pour amorcer le dispositif, le thyratron ne s'allume pas et le courant ne circule plu:.
.Si la tension redressée est négative au lieu d'être posi tive. le schéma de la fig. 7 reste le même à condition de remplacer le transistor PNP Tr par un transistor NPN.
Dans le cas d'un redressement à partir d'un secteur triphasé, les mêmes principe; restent utilisables.
II est possible de remplacer le transistor Tr du schéma de la fig. 7, par exemple, par un étage différentiel tel que représenté sur la fig. 8. Cette disposition permet de régler la contre-tension v' pour laquelle il y a bascule- nient du transistor Tr., de son état bloqué à son état saturé ott inversement.
Ce réglage dit @ï d'offset . permet d'obtenir, d'une part, une coupure plus franche du court- circuit car il n'est pas nécessaire d'attendre d'avoir tout à fait zéro pour couper, et d'autre part, un réenclenche- nient qui ne se produit qu'une fois la tension u réapparue.
Le dispositif entre donc en action seulement au nio- mcnt de l'apparition du court-circuit et empêche le Cou rant de charge de circuler aussi longtemps qu'existent les conditions qui ont provoqué ce court-circuit, c'est-à- dire jusqu'à la désionisation complète du canal de la décharge.
Le circuit selon l'invention permet la coupure des courts-circuits en un temps très court allant de 10-6 à 10-:i s environ, ce qui est nettement inférieur ait temps d'une réaction valable d'un ;er\o-niécanisme agissant sur le retrait de l'électrode.
Le: interruptions d'usinage étant très brèves et n'excédant pas le temps strictement néces saire au rétablissement des conditions normales d'usi nage, celui-ci devient pratiquement continu et le servo mécanisme commandant l'avance et le retrait de l'élec trode-outil n'agit pratiquement que pour effectuer l'avance normale de l'électrode et son retrait en cas de courts-circuits accidentels, prolongés et indépendants de la nature même du phénomène de décharge générée par un circuit à relaxation et tels que, par exemple, le con tact direct entre l'électrode et la pièce à usiner ou une accumulation de particules conductrices dans la zone d'usinage.
D'autre part, étant donné que le temps de réaction du circuit est le même quelle que soit la valeur du courant de court-circuit, ce dernier ne peut pas se transformer en arc continu et dégrader la surface usinée, ainsi que cela se produit lorsque le court-circuit est coupé par le retrait de l'électrode. La sécurité offerte par ce circuit permet d'augmenter le courant de charge du condensateur, ce qui résulte en une augmentation de la fréquence effective des décharges.
La fig. 9 représente schématiquement une réalisation du circuit selon l'invention. La partie A de ce schéma constitue l'élément de redressement du courant de charge et la partie B l'élément de transformation des informa tions recueillies aux bornes de la capacité d'usinage pour la commande des thyratrons du redresseur. La référence I représente la transmission du courant d'usinage (charge du condensateur) et la référence 2, la transmission de l'information aux éléments de redressement. La fig. 10 montre les détails de la partie A. soit les diodes de re dressement 3 et les thyratrons 4 qui coupent le courant d'usinage en cas de chute de la tension aux bornes du condensateur C (fig. 9).
La fig. 11 montre les détails de la partie B, sait les diodes Zener 5 et le condensateur 6 qui servent au filtrage et à la régulation de la tension, ainsi que les transistors 7 qui adaptent les impédances pour pouvoir attaquer les électrodes des thyratrons 4.