CH562654A5 - Electric discharge machining cct. based on relaxation - capacitively provides higher voltage for pre-ignition of discharge channel - Google Patents

Electric discharge machining cct. based on relaxation - capacitively provides higher voltage for pre-ignition of discharge channel

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CH562654A5
CH562654A5 CH809072A CH809072A CH562654A5 CH 562654 A5 CH562654 A5 CH 562654A5 CH 809072 A CH809072 A CH 809072A CH 809072 A CH809072 A CH 809072A CH 562654 A5 CH562654 A5 CH 562654A5
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23HWORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H1/00Electrical discharge machining, i.e. removing metal with a series of rapidly recurring electrical discharges between an electrode and a workpiece in the presence of a fluid dielectric
    • B23H1/02Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply, control, preventing short circuits or other abnormal discharges
    • B23H1/022Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply, control, preventing short circuits or other abnormal discharges for shaping the discharge pulse train
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    • B23H2300/20Relaxation circuit power supplies for supplying the machining current, e.g. capacitor or inductance energy storage circuits

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  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

An electric discharge machining circuit utilizes for the production of erosive current pulses, discharges delivered by electric energy accumulation means, at least a part of which consists of a capacitive type element based upon the voltage/ current ratio and intended to store and return the energy. The voltage provided with the inception of each discharge is higher than the voltage used to charge the element. A preice stable setting of the ratio of pulse duration to waiting time is possible within a wide range, thus ensuring the achievement of optimal working efficiently. The energy of the pre-ignition pulses varies automatically with the machining rate.

Description

  

  
 



   La présente invention concerne un circuit électrique pour machine d'usinage par électro-érosion utilisant, pour produire les impulsions érosives de courant, des décharges produites par des moyens d'accumulation d'énergie électrique, au moins une partie de ces moyens consistant en un organe capacitif agencé pour emmagasiner et restituer une énergie. L'invention se rapporte donc aux circuits d'usinage pour machines d'électro-érosion basés sur le principe de relaxation.



   On se rappelle que, dans ces circuits, les impulsions du courant provoquant l'enlèvement de la   matiére    qu'on usine, et qu'on appellera les impulsions érosives, sont créées par les décharges périodiques d'un accumulateur d'énergie électrique, par exemple par les décharges d'un condensateur. Lorsque la tension de charge du condensateur atteint une certaine valeur appelée tension de claquage, il se produit dans le liquide diélectrique se trouvant dans l'espace séparant l'électrode-outil de la pièce à usiner une ionisation localisée de ce liquide créant un canal de conductivité électrique élevée. Par ce canal s'écoule ensuite le courant de la décharge proprement dite produisant l'impulsion érosive. Après la décharge, ce canal se déionise et le liquide acquiert de nouveau sa rigidité diélectrique permettant ainsi une nouvelle charge du condensateur.



   Malgré les avantages importants des circuits à relaxation, tels que leur grande simplicité, fiabilité de tous leurs composants,   pro-    duction de décharge de très courte durée, ces circuits comportent néanmoins de graves inconvénients. Parmi ces inconvénients, il faut citer tout d'abord leur faible rendement, la difficulté d'obtenir un processus d'usinage stable et l'impossibilité de produire des impulsions de longue durée et de relativement faible intensité de courant, qui sont particuliérement importantes pour la réduction de l'usure de l'électrode-outil.



   La fig. 1 représente un schéma de principe d'un circuit de relaxation connu, dans lequel Cu est le condensateur accumulateur d'énergie, Rch la résistance limitant le courant de charge du condensateur,   Lch    la self-inductance du circuit de charge, Rd et Ld respectivement la résistance et la self-inductance du circuit de décharge,   UO    la tension à vide d'une source de courant continu, el l'électrode-outil, et p la   piéce    à usiner.



   La fig. 2 montre, pour le circuit connu de la fig. 1, les diagrammes de la tension et du courant dans la branche, du circuit de décharges, où   UO    est la tension de charge, Ud la tension de claquage, td et tch respectivement le temps de décharge et de charge du condensateur.



   Si les paramètres du circuit de décharge répondent à la relation:    Cu R2d   
  < 1
 4 Ld les décharges ont le caractère d'oscillations amorties, comme représenté sur la fig. 2a. Si ces paramètres répondent à la relation:
 Cu R2d     > 1   
 4Ld les décharges sont apériodiques, comme représenté sur la fig. 2b.



   Dans les deux cas, le processus de l'ionisation et de la déionisation du canal de la décharge peut être représenté schématiquement par la courbe de la résistance équivalente du canal. Après la fin de la décharge, si cette dernière n'est pas suivie d'une nouvelle charge du condensateur, la déionisation du canal s'effectue rapidement et sa résistance équivalente augmente suivant la courbe Re. Si, comme c'est le cas dans un processus continu d'usinage, le condensateur se recharge de nouveau, la tension croissante de cette charge uch freine la déionisation du canal dont la résistance équivalente prend l'allure de la courbe   R'e.   



   En augmentant le courant de charge du condensateur, la courbe de la tension de sa charge dans l'espace inter-électrodes croît plus rapidement et freine davantage le processus de déionisation du canal de la décharge précédente. La fig. 3 illustre ce phénomène. La courbe de la tension de charge   uch    devient u'ch et celle de la résistance équivalente du canal R'e devient   R"e.    Les deux courbes se rapprochent et peuvent se confondre. La déionisation du canal ne s'effectue alors que partiellement, les décharges se suivent irrégulièrement, leur fréquence de répétition augmente et le courant de charge du condensateur se transforme facilement en un court-circuit à travers l'espace inter-électrodes. Le processus d'usinage est alors arrêté et l'arc du court-circuit détériore la surface usinée.

  L'extinction de l'arc par le retrait de l'électrode-outil est d'autant plus difficile que l'intensité du courant de charge est plus grande. De ce fait, les circuits à relaxation exigent des durées de charge du condensateur très considérables par rapport aux durées de décharge. Le rapport td/tch (fig. 2a et 2b) est donc peu favorable, ce qui limite la puissance effective d'usinage.



   D'autre part, si la tension de décharge Ud est choisie trop basse, la distance entre l'électrode-outil et la   piéce    à usiner devient très faible. La croissance de la tension de charge du condensateur influe davantage sur la déionisation du canal et le processus d'usinage devient encore plus instable. Au-dessous d'une certaine valeur de la tension Ud ce processus devient pratiquement impossible.



   On voit donc que le fonctionnement d'un circuit à relaxation est limité d'une part par le rapport td/tch d'où la limitation de la puissance d'usinage à un niveau relativement bas, d'autre part par la tension de décharges Ud qui ne peut pas être inférieure à une valeur assez élevée et, enfin, par l'énergie des décharges mêmes, car si   l'on    augmente la capacité du condensateur au-dessus d'une certaine limite, I'intensité du courant de charge, dans le cas d'un court-circuit, provoque un arc causant des dégâts importants à la surface usinée.



   Les conditions d'utilisation des circuits à relaxation déterminent à leur tour les particularités des impulsions érosives produites par ces circuits. Elles sont caractérisées par une grande intensité de courant et une durée relativement courte. La densité de l'énergie calorifique sur les taches anodique et cathodique de la décharge, résultant de l'effet Joule de courant, devient alors très élevée et la température de ces taches dépasse de loin la température de fusion du matériau de la   piéce    à usiner ainsi que de celui de   I'électrodôoutil.    Dans ces conditions, I'enlèvement de matière se fait principalement par l'évaporation de cette dernière. Il en résulte une importante usure de l'électrode-outil et une perte non justifiée de l'énergie mise en oeuvre.



   L'expérience montre que la plus grande efficacité de l'usinage par électro-érosion, ainsi que l'usure minimale de l'électrode-outil, résultent d'un rapport bien déterminé entre l'intensité maximale du courant de l'impulsion et de sa durée.



   Ce rapport ne pouvant pas être atteint dans les impulsions produites par un circuit à relaxation, les constructeurs des machines d'électro-érosion furent incités à utiliser d'autres moyens pour produire des impulsions érosives en recourant à différents circuits électroniques souvent compliqués et onéreux.



   Le but de la présente invention est de fournir un circuit électrique du type précédemment défini, utilisant des impulsions de courant fournies par de simples accumulateurs d'énergie mais donnant à ces impulsions des paramètres correspondant aux meilleures conditions d'usinage tout en éliminant les inconvénients et limitations précédemment mentionnés.

 

   Le circuit selon l'invention atteint ce but de la manière définie par la caractéristique de la revendication. Ainsi, les décharges de l'accumulateur capacitif d'énergie ne sont plus amorcées par la tension de sa charge, mais par une tension supérieure. Etant donné que la tension de claquage d'un diélectrique est fonction de la distance inter-électrodes, la tension de charge de l'accumulateur capacitif ne pourra plus provoquer sa décharge qui sera conditionnée uniquement par l'application, par lesdits moyens inductifs, d'une tension plus élevée que celle à laquelle se charge cet accumulateur capacitif.

  On obtient ainsi une indépendance de ces  deux   phénomènes - charge    et décharge   -      qui    sera d'autant plus marquée que la différence entre la tension de charge de l'accumulateur et la tension de claquage du diélectrique est plus grande.



   L'application de ladite tension plus élevée (tension d'amor çage) peut avantageusement se faire par une impulsion indépendante de très faible énergie ne laissant pratiquement pas de traces d'érosion ni sur la   piéce    à usiner, ni sur l'électrode-outil, mais suffisante pour provoquer le début de l'ionisation du canal de la décharge. La résistance équivalente de ce canal tombe alors à une valeur permettant le passage du courant de la décharge de l'accumulateur chargé à une tension plus basse.

  Pendant la durée de la décharge, la haute conductivité du canal est maintenue par le courant de l'impulsion, mais le canal s'éteint des la fin de l'impulsion et la rigidité diélectrique du liquide dans l'espace inter-électrodes se rétablit rapidement car la faible tension de charge de l'accumulateur ne peut pas influencer sensiblement le processus de la désionisation du canal.



   Le fonctionnement d'un tel circuit présente aussi de notables avantages par rapport à des circuits existants qui utilisent une oscillation permanente de tension élevée à haute fréquence superposée à la tension plus basse de charge de l'accumulateur d'énergie. Cette oscillation de tension élevée sert à augmenter la distance inter-électrodes dans le but de faciliter l'évacuation des résidus d'usinage. Elle provoque indirectement le préallumage du canal.



  Toutefois, L'énergie fournie par cette oscillation de tension superposée peut maintenir, dans une certaine proportion, la ionisation du canal après la décharge, ce qui rend la fréquence des décharges instable et augmente le danger de court-circuit.



   Or, I'instabilité de la fréquence des décharges est une autre cause du mauvais rendement de la machine: les décharges séparées d'un intervalle de temps trop court gazéifient le liquide dans l'espace inter-électrodes. Ceci empêche l'effet hydrodynamique de la décharge de se produire normalement. Cet effet, qui consiste en une explosion et ensuite une implosion de la cavité gazeuse produite par la haute température du canal, est justement responsable de l'éjection du métal fondu en dehors de la zone de l'impact.



   L'expérience montre que, pour un rendement optimal de l'usinage, le réglage précis du rapport entre la durée de l'impulsion et le temps d'attente ou   tdltch    et le maintien de ce rapport au cours de l'usinage est un facteur de grande importance.



   Les moyens d'amorçage des décharges du circuit suivant l'invention permettent ce réglage dans de larges proportions et assurent la constance du rapport td/tch avec une bonne précision, en ce sens qu'ils éliminent des facteurs aléatoires qui, dans d'autres dispositifs,   restreignent - voire    suppriment - les possibilités de réglage et nuisent à sa précision.



   Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple et comparativement à ce que connaissait la technique antérieure, des formes d'exécution de l'objet de l'invention. Dans ce dessin:
 la fig. 1 est un schéma d'un circuit d'usinage pour machine d'électro-érosion de type classique à relaxation,
 les fig. 2 et 3 sont des diagrammes explicatifs du fonctionnement du circuit connu de la fig. 1,
 la fig. 4 est un schéma d'un circuit d'usinage pour machine d'électro-érosion conforme à l'invention,
 la fig. 5 est un diagramme explicatif du fonctionnement du circuit dans la fig. 4,
 la fig. 6 est un schéma d'une autre forme d'exécution du circuit selon l'invention, et
 la fig. 7 est un diagramme explicatif du fonctionnement du circuit selon la fig. 6.



   Dans la forme de réalisation de l'invention donnée par le schéma de la fig. 4, un condensateur Cu sert d'accumulateur d'énergie.   II    est chargé à une tension   UO    à travers la résistance variable   RCh    qui règle l'intensité du courant de charge   Ich.    On peut également inclure dans ce circuit une self-inductance   Lch    qui rend la croissance de la courbe de tension de charge du condensateur pratiquement linéaire. La décharge du condensateur Cu se fait à travers une self-inductance réglable Ld dont la valeur détermine la durée de l'impulsion. Une diode   Dl    supprime l'arche négative de la décharge en la rendant unipolaire.



   Pour le préallumage on utilise une source de courant continu séparée qui charge le condensateur Cpr à une tension   U'O    supérieure à la tension   UO.    La résistance variable R'ch règle l'intensité de ce courant de charge   1,ch.    Le condensateur Cpr est précédé et suivi de self-inductances Lpr et   L'pro    Cette cellule, qui constitue une ligne de retard, peut, bien entendu, être suivie d'autres cellules semblables:   C'      L"    etc. La diode D2 localise la tension   U'O    dans le circuit de décharge et dans l'espace inter-électrodes d.



   Lorsque la tension de préallumage   U'O    atteint la valeur de claquage du diélectrique, la décharge du ou des condensateurs Cpr ionise le canal dans l'espace inter-électrodes par lequel s'écoule alors la décharge érosive du condensateur d'usinage Cu.



   Pendant la durée de la décharge, la résistance équivalente du canal étant très faible, le courant   1,ch    s'ajoute au courant de la décharge du condensateur Cu et ne charge pas le ou les condensateurs   Cpr.    A la fin de la décharge, le canal s'éteint et la résistance équivalente de l'espace inter-électrodes augmente rapidement. Les capacités des condensateurs   Cp    et les valeurs des self-inductances
Lpr déterminent l'intervalle de temps précédant la décharge suivante de préallumage.



   Le diagramme de la fig. 5 montre l'allure de la tension et du courant des décharges.   UO    et   U'O    sont respectivement les tensions de charge du condensateur Cu et des condensateurs Cpr, Ud et   U'd    les tensions de décharge des condensateurs Cu et   Cpr,    ut la tension de l'arc de la décharge érosive, uch la tension de charge du condensateur Cu (fonction du courant de charge   Ici),    upr la tension de charge du condensateur Cpr (fonction du courant de charge   1,ch),    td la durée de la décharge érosive, ta le temps de retenue de la charge du condensateur de préallumage Cpr,   t'ch le    temps de charge du condensateur Cpr, tch= T le temps de charge du condensateur Cu égal au temps séparant les deux décharges consécutives,

   id le courant de la décharge érosive,   im l'intensité    maximale de ce courant.



   Etant donné que le condensateur Cu est chargé à une tension inférieure à la tension de claquage, il ne peut se décharger qu'avec l'aide de l'impulsion de préallumage. Le temps de retenue du préallumage étant déterminé par les valeurs des Cpr et Lpr peut être réglé à volonté, mais reste invariable pendant le processus d'usinage.



   Vu la faible capacité du ou des condensateurs Cpr et la valeur relativement importante des self-inductances   Lpp    la croissance de la tension de charge upr offre un front très raide, d'où le temps de cette charge   ttch    est court par rapport au temps de charge tch du condensateur Cu. Ainsi, le moment de la décharge érosive est déterminé avec une précision suffisamment rigoureuse pour rendre stable la fréquence de ces décharges.



   Les paramètres essentiels de la décharge érosive elle-même, c'est-à-dire le rapport entre l'intensité maximale du courant de l'impulsion   im    et sa durée td - qui détermine la densité de l'énergie calorifique sur les taches de la décharge - est réglé par la selfinductance variable Ld dont la valeur conditionne la durée de l'impulsion érosive td. L'intensité maximale du courant de cette impulsion im dépend de la capacité du condensateur Cu et de la tension de sa charge   UO.   

 

   Les différents régimes d'usinage, qui sont fonction de l'énergie individuelle de chaque décharge, s'obtiennent soit en changeant la capacité du condensateur Cu, soit en variant la tension de sa charge   Uo;   
 Le circuit permet d'obtenir les décharges érosives de polarités différentes à l'aide de l'inverseur In.



   Une autre forme de réalisation de l'invention est représentée par le schéma de la fig. 6. Dans cet exemple, le moment de préallumage est fixé non en fonction du temps de retenue, comme dans l'exemple précédent, mais en fonction de la tension de charge du condensateur Cu.  



   Les circuits de charge et de décharge du condensateur Cu sont ici identiques à ceux du schéma de la fig. 4. Le préallumage est réalisé de la façon suivante: un condensateur de faible capacité C est chargé par la tension de charge du condensateur Cu à travers un potentiomètre P. Lorsque la tension de charge du condensateur C atteint une certaine valeur v, le transistor unijonction   Tr    commence à conduire et débloque le transistor Tr2 alimenté par un courant à basse tension fourni par une source auxiliaire Sa. Ce courant passe ensuite par le primaire d'un transformateur d'impulsion Ti. Le secondaire du transformateur   T    fournit une impulsion à tension élevée qui se superpose à la tension de charge du condensateur d'usinage Cu et   préallume    le canal de la décharge de ce demier.

  Le moment de préallumage est réglé par le potentiomètre P qui permet d'atteindre la tension v de l'émetteur du transistor   unijonction    Trl à un moment correspondant à la valeur choisie de la tension de charge du condensateur Cu. La diode Zener D3 et la résistance Rs stabilisent la tension transistor unijonction Trl. L'oscillation contraire de l'impulsion du préallumage est arrêtée par la diode D2.



   La fig. 7 montre les diagrammes de la tension et du courant aux bornes des décharges suivant ce second exemple de réalisation de l'invention.



   Si   l'on    règle le potentiomètre P de façon que la tension de charge du condensateur C suive la courbe   uc,    cette tension atteint la valeur v au moment   tl    où la tension de charge du condensateur
Cu est égale à U1. L'impulsion de préallumage est alors déclenchée et le condensateur Cu se décharge.



   Si le réglage du potentiomètre P donne la courbe de tension   utc,    cette tension atteint la valeur v au moment t2 et l'impulsion de préallumage se déclenche lorsque la tension   uch    aura la valeur   U2 .La    tension additionnelle de préallumage Uad sera la même dans les deux cas, mais la tension absolue du préallumage   Uprl,      Upr2    dépendra de la tension d'alimentation   UO    et du moment de delenchement de l'impulsion de préallumage.



   L'avantage principal de ce dernier système est que, si   l'on    régie le moment de préallumage en fonction de la tension de charge du condensateur d'usinage Cu, la décharge de ce dernier correspond toujours à une valeur bien déterminée de la tension de sa charge et cela quelle que soit la capacité du Cu et quelle que soit l'intensité du courant de charge   Ich.   

 

   Un autre avantage du système qui vient d'être décrit est que, étant donné la valeur constante de la tension superposée de préallumage   U.d,    on peut varier la puissance d'usinage sans réajuster le circuit de préallumage. De cette façon, la puissance maximale d'usinage, à un régime donné, qui est fonction du temps minimal séparant les décharges consécutives, peut être atteinte par un réglage simple, ce qui facilite l'adaptation d'un dispositif automatique d'optimalisation à une machine d'électro-érosion. 



  
 



   The present invention relates to an electrical circuit for an electro-erosion machining machine using, to produce the erosive current pulses, discharges produced by means for accumulating electrical energy, at least part of these means consisting of a capacitive member arranged to store and restore energy. The invention therefore relates to machining circuits for electro-erosion machines based on the principle of relaxation.



   We remember that, in these circuits, the current impulses causing the removal of the material which is machined, and which we will call the erosive impulses, are created by the periodic discharges of an accumulator of electric energy, by example by the discharges of a capacitor. When the charge voltage of the capacitor reaches a certain value called the breakdown voltage, there occurs in the dielectric liquid located in the space between the electrode-tool and the workpiece a localized ionization of this liquid creating a channel of high electrical conductivity. Through this channel then flows the current of the actual discharge producing the erosive pulse. After discharge, this channel deionizes and the liquid again acquires its dielectric strength, thus allowing a new charge of the capacitor.



   Despite the important advantages of relaxation circuits, such as their great simplicity, reliability of all their components, production of very short-term discharge, these circuits nevertheless have serious drawbacks. Among these disadvantages, we must first mention their low efficiency, the difficulty of obtaining a stable machining process and the impossibility of producing pulses of long duration and of relatively low current intensity, which are particularly important for reducing wear on the tool electrode.



   Fig. 1 shows a block diagram of a known relaxation circuit, in which Cu is the energy storage capacitor, Rch the resistance limiting the charging current of the capacitor, Lch the self-inductance of the charging circuit, Rd and Ld respectively the resistance and the self-inductance of the discharge circuit, UO the open-circuit voltage of a direct current source, el the tool electrode, and p the workpiece.



   Fig. 2 shows, for the known circuit of FIG. 1, the voltage and current diagrams in the branch of the discharge circuit, where UO is the charge voltage, Ud the breakdown voltage, td and tch respectively the discharge and charge time of the capacitor.



   If the parameters of the discharge circuit correspond to the relation: Cu R2d
  <1
 4 Ld the discharges have the character of damped oscillations, as shown in fig. 2a. If these parameters match the relation:
 Cu R2d> 1
 4Ld the discharges are aperiodic, as shown in fig. 2b.



   In both cases, the process of ionization and deionization of the discharge channel can be schematically represented by the curve of the equivalent resistance of the channel. After the end of the discharge, if the latter is not followed by a new charge of the capacitor, the deionization of the channel takes place rapidly and its equivalent resistance increases along the curve Re. If, as is the case in a continuous machining process, the capacitor is recharged again, the increasing voltage of this load uch slows down the deionization of the channel, the equivalent resistance of which takes the form of the curve R'e.



   By increasing the charge current of the capacitor, the voltage curve of its charge in the inter-electrode space grows faster and further slows down the process of deionization of the channel of the previous discharge. Fig. 3 illustrates this phenomenon. The curve of the load voltage uch becomes u'ch and that of the equivalent resistance of the channel R'e becomes R "e. The two curves come closer and can be confused. The deionization of the channel is then only partially carried out, the discharges follow each other irregularly, their repetition frequency increases and the charging current of the capacitor easily turns into a short-circuit through the inter-electrode space.The machining process is then stopped and the arc of the short- circuit deteriorates the machined surface.

  The extinction of the arc by removing the tool electrode is all the more difficult the greater the intensity of the charging current. Therefore, relaxation circuits require very long capacitor charging times compared to discharge times. The td / tch ratio (fig. 2a and 2b) is therefore not very favorable, which limits the effective machining power.



   On the other hand, if the discharge voltage Ud is chosen too low, the distance between the electrode-tool and the workpiece becomes very small. The increase in the charge voltage of the capacitor further influences the deionization of the channel and the machining process becomes even more unstable. Below a certain value of the voltage Ud this process becomes practically impossible.



   It can therefore be seen that the operation of a relaxation circuit is limited on the one hand by the td / tch ratio, hence the limitation of the machining power to a relatively low level, on the other hand by the discharge voltage Ud which cannot be lower than a sufficiently high value and, finally, by the energy of the discharges themselves, because if the capacitance of the capacitor is increased above a certain limit, the intensity of the charging current , in the event of a short circuit, causes an arc causing significant damage to the machined surface.



   The conditions of use of relaxation circuits in turn determine the peculiarities of the erosive pulses produced by these circuits. They are characterized by high current intensity and relatively short duration. The density of heat energy on the anode and cathode spots of the discharge, resulting from the current Joule effect, then becomes very high and the temperature of these spots far exceeds the melting temperature of the material of the workpiece. as well as that of the electrodotool. Under these conditions, material removal takes place mainly by evaporation of the latter. This results in significant wear of the electrode-tool and an unjustified loss of the energy used.



   Experience shows that the greater efficiency of EDM machining, as well as the minimum wear of the electrode-tool, results from a well-determined ratio between the maximum intensity of the current of the pulse and of its duration.



   Since this ratio could not be achieved in the pulses produced by a relaxation circuit, the manufacturers of EDM machines were encouraged to use other means to produce erosive pulses by resorting to various electronic circuits which were often complicated and expensive.



   The aim of the present invention is to provide an electrical circuit of the type defined above, using current pulses supplied by simple energy accumulators but giving these pulses parameters corresponding to the best machining conditions while eliminating the drawbacks and previously mentioned limitations.

 

   The circuit according to the invention achieves this aim in the manner defined by the characteristic of claim. Thus, the discharges of the capacitive energy accumulator are no longer initiated by the voltage of its charge, but by a higher voltage. Given that the breakdown voltage of a dielectric is a function of the inter-electrode distance, the charging voltage of the capacitive accumulator will no longer be able to cause its discharge which will be conditioned only by the application, by said inductive means, of d 'a voltage higher than that at which this capacitive accumulator is charged.

  We thus obtain an independence of these two phenomena - charging and discharging - which will be all the more marked as the difference between the charge voltage of the accumulator and the breakdown voltage of the dielectric is greater.



   The application of said higher voltage (starting voltage) can advantageously be done by an independent pulse of very low energy leaving practically no traces of erosion either on the part to be machined, or on the electrode-tool. , but sufficient to cause the onset of ionization of the discharge channel. The equivalent resistance of this channel then drops to a value allowing the discharge current of the charged battery to pass to a lower voltage.

  During the duration of the discharge, the high conductivity of the channel is maintained by the current of the pulse, but the channel turns off at the end of the pulse and the dielectric strength of the liquid in the inter-electrode space is restored. quickly because the low charge voltage of the accumulator cannot appreciably influence the process of deionization of the channel.



   The operation of such a circuit also presents notable advantages over existing circuits which use a permanent high voltage oscillation at high frequency superimposed on the lower charge voltage of the energy accumulator. This high voltage oscillation serves to increase the inter-electrode distance in order to facilitate the evacuation of machining residues. It indirectly causes the pre-ignition of the channel.



  However, the energy supplied by this superimposed voltage oscillation can maintain, to a certain extent, the ionization of the channel after the discharge, which makes the frequency of the discharges unstable and increases the danger of short-circuiting.



   However, the instability of the frequency of the discharges is another cause of the poor performance of the machine: the discharges separated by too short an interval of time gasify the liquid in the inter-electrode space. This prevents the hydrodynamic effect of the discharge from occurring normally. This effect, which consists of an explosion and then an implosion of the gas cavity produced by the high temperature of the channel, is precisely responsible for the ejection of the molten metal outside the impact zone.



   Experience shows that, for optimum machining efficiency, the precise adjustment of the ratio between pulse duration and waiting time or tdltch and the maintenance of this ratio during machining is a factor. of great importance.



   The means for initiating the discharges of the circuit according to the invention allow this adjustment in large proportions and ensure the constancy of the td / tch ratio with good precision, in the sense that they eliminate random factors which, in others devices, restrict - or even eliminate - the adjustment possibilities and affect its precision.



   The appended drawing illustrates, by way of example and compared with what was known in the prior art, embodiments of the object of the invention. In this drawing:
 fig. 1 is a diagram of a machining circuit for a conventional relaxation electro-erosion machine,
 figs. 2 and 3 are explanatory diagrams of the operation of the known circuit of FIG. 1,
 fig. 4 is a diagram of a machining circuit for an electro-erosion machine according to the invention,
 fig. 5 is an explanatory diagram of the operation of the circuit in FIG. 4,
 fig. 6 is a diagram of another embodiment of the circuit according to the invention, and
 fig. 7 is an explanatory diagram of the operation of the circuit according to FIG. 6.



   In the embodiment of the invention given by the diagram of FIG. 4, a Cu capacitor serves as an energy accumulator. It is charged to a voltage UO through the variable resistor RCh which regulates the intensity of the charging current Ich. It is also possible to include in this circuit a self-inductance Lch which makes the growth of the charge voltage curve of the capacitor practically linear. The discharge of the capacitor Cu takes place through an adjustable self-inductance Ld, the value of which determines the duration of the pulse. A diode Dl removes the negative arch of the discharge by making it unipolar.



   For the pre-ignition, a separate direct current source is used which charges the capacitor Cpr to a voltage U'O higher than the voltage UO. The variable resistor R'ch regulates the intensity of this load current 1, ch. The capacitor Cpr is preceded and followed by self-inductances Lpr and L'pro This cell, which constitutes a delay line, can, of course, be followed by other similar cells: C 'L "etc. Diode D2 locates the voltage U'O in the discharge circuit and in the inter-electrode space d.



   When the pre-ignition voltage U′O reaches the dielectric breakdown value, the discharge of the capacitor or capacitors Cpr ionizes the channel in the inter-electrode space through which the erosive discharge of the machining capacitor Cu then flows.



   During the duration of the discharge, the equivalent resistance of the channel being very low, the current 1, ch is added to the discharge current of the capacitor Cu and does not charge the capacitor or capacitors Cpr. At the end of the discharge, the channel turns off and the equivalent resistance of the inter-electrode space increases rapidly. The capacities of the capacitors Cp and the values of the self-inductances
Lpr determine the time interval before the next pre-ignition discharge.



   The diagram in fig. 5 shows the shape of the voltage and the current of the discharges. UO and U'O are respectively the charge voltages of the capacitor Cu and of the capacitors Cpr, Ud and U'd the discharge voltages of the capacitors Cu and Cpr, ut the arc voltage of the erosive discharge, uch the voltage of charge of the capacitor Cu (function of the charge current Here), upr the charge voltage of the capacitor Cpr (function of the charge current 1, ch), td the duration of the erosive discharge, ta the retention time of the charge of the capacitor pre-ignition Cpr, t'ch the charging time of the capacitor Cpr, tch = T the charging time of the capacitor Cu equal to the time between the two consecutive discharges,

   id the current of the erosive discharge, im the maximum intensity of this current.



   Since the Cu capacitor is charged to a voltage lower than the breakdown voltage, it can only discharge with the help of the preignition pulse. The pre-ignition hold time being determined by the values of Cpr and Lpr can be adjusted as desired, but remains invariable during the machining process.



   Given the low capacity of the capacitor (s) Cpr and the relatively high value of the self-inductors Lpp, the increase in the charge voltage upr offers a very steep edge, hence the time for this charge ttch is short compared to the charge time tch of the Cu capacitor. Thus, the moment of the erosive discharge is determined with a sufficiently rigorous precision to make the frequency of these discharges stable.



   The essential parameters of the erosive discharge itself, that is, the ratio of the maximum intensity of the current of the pulse im to its duration td - which determines the density of heat energy on the spots of discharge - is regulated by the variable selfinductance Ld, the value of which conditions the duration of the erosive pulse td. The maximum intensity of the current of this pulse im depends on the capacitance of the capacitor Cu and on the voltage of its load UO.

 

   The different machining regimes, which depend on the individual energy of each discharge, are obtained either by changing the capacitance of the capacitor Cu, or by varying the voltage of its load Uo;
 The circuit makes it possible to obtain the erosive discharges of different polarities using the inverter In.



   Another embodiment of the invention is represented by the diagram of FIG. 6. In this example, the pre-ignition moment is fixed not as a function of the hold time, as in the previous example, but as a function of the charge voltage of the capacitor Cu.



   The Cu capacitor charging and discharging circuits are here identical to those in the diagram of FIG. 4. The pre-ignition is carried out as follows: a low capacitor C capacitor is charged by the charge voltage of the capacitor Cu through a potentiometer P. When the charge voltage of the capacitor C reaches a certain value v, the unijunction transistor Tr begins to conduct and unblocks transistor Tr2 supplied by a low voltage current supplied by an auxiliary source Sa. This current then passes through the primary of a pulse transformer Ti. The secondary of transformer T supplies a high voltage pulse which is superimposed on the charge voltage of the machining capacitor Cu and pre-ignites the discharge channel of the latter.

  The pre-ignition moment is regulated by the potentiometer P which makes it possible to reach the voltage v of the emitter of the unijunction transistor Trl at a moment corresponding to the chosen value of the charge voltage of the capacitor Cu. Zener diode D3 and resistor Rs stabilize unijunction transistor voltage Tr1. The opposite oscillation of the pre-ignition pulse is stopped by diode D2.



   Fig. 7 shows the voltage and current diagrams at the terminals of the discharges according to this second exemplary embodiment of the invention.



   If we adjust the potentiometer P so that the charging voltage of the capacitor C follows the curve uc, this voltage reaches the value v at the moment tl when the charging voltage of the capacitor
Cu is equal to U1. The pre-ignition pulse is then triggered and the Cu capacitor discharges.



   If the adjustment of the potentiometer P gives the voltage curve utc, this voltage reaches the value v at time t2 and the preignition pulse is triggered when the voltage uch has the value U2. The additional preignition voltage Uad will be the same in the two cases, but the absolute pre-ignition voltage Upr1, Upr2 will depend on the supply voltage UO and on the triggering moment of the pre-ignition pulse.



   The main advantage of the latter system is that, if the pre-ignition moment is regulated as a function of the charge voltage of the machining capacitor Cu, the discharge of the latter always corresponds to a well-determined value of the voltage of its charge and this whatever the capacity of the Cu and whatever the intensity of the charging current Ich.

 

   Another advantage of the system which has just been described is that, given the constant value of the superimposed pre-ignition voltage U.d, the machining power can be varied without readjusting the pre-ignition circuit. In this way, the maximum machining power, at a given speed, which is a function of the minimum time separating the consecutive discharges, can be reached by a simple adjustment, which facilitates the adaptation of an automatic optimization device to an electro-erosion machine.

 

Claims (1)

REVENDICATION CLAIM Circuit électrique pour machine d'usinage par électro-érosion utilisant, pour produire les impulsions érosives de courant, des décharges produites par des moyens d'accumulation d'énergie électrique, au moins une partie de ces moyens consistant en un organe capacitif agencé pour emmagasiner et restituer une énergie, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens inductifs associés audit organe capacitif pour fournir, en début de chaque dite décharge, une impulsion d'amorçage produisant une augmentation de la tension aux bornes de l'intervalle d'usinage à une valeur supérieure à la tension à laquelle se charge ledit organe. Electrical circuit for an electro-erosion machining machine using, to produce the erosive current pulses, discharges produced by means for accumulating electrical energy, at least part of these means consisting of a capacitive member arranged to store and restore energy, characterized in that it comprises inductive means associated with said capacitive member for supplying, at the start of each said discharge, a starting pulse producing an increase in the voltage at the terminals of the machining interval at a value greater than the voltage to which said member is charged. SOUS-REVENDICATIONS 1. Circuit selon la revendication, caractérisé en ce que ladite impulsion d'amorçage est appliquée à l'intervalle d'usinage sous forme d'une impulsion de courant de faible intensité par rapport à celle de l'impulsion érosive, mais ayant une tension suffisamment élevée pour préallumer le canal de la décharge érosive, de maniére que ledit organe capacitif, chargé à tension plus basse, soit alors apte à se décharger à courant élevé pour fournir l'impulsion érosive. SUB-CLAIMS 1. Circuit according to claim, characterized in that said starting pulse is applied to the machining interval in the form of a current pulse of low intensity compared to that of the erosive pulse, but having a voltage sufficiently high to pre-ignite the channel of the erosive discharge, so that said capacitive member, charged at lower voltage, is then able to discharge at high current to provide the erosive pulse. 2. Circuit selon la revendication et la sous-revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour régler la tension de l'impulsion d'amorçage indépendamment de la tension à laquelle se charge ledit organe capacitif. 2. Circuit according to claim and sub-claim 1, characterized in that it comprises means for adjusting the voltage of the starting pulse independently of the voltage at which said capacitive member is charged. 3. Circuit selon la revendication et les sous-revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la tension de l'impulsion d'amorçage a une valeur constante et en ce qu'il est agencé de manière que cette tension soit ajoutée à la tension de charge dudit organe, quelle que soit la valeur de cette tension de charge, ou appliquée directement à l'intervalle d'usinage. 3. Circuit according to claim and sub-claims 1 and 2, characterized in that the voltage of the starting pulse has a constant value and in that it is arranged so that this voltage is added to the voltage. load of said member, whatever the value of this load voltage, or applied directly to the machining interval. 4. Circuit selon la revendication et les sous-revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de réglage de l'instant d'apparition des impulsions d'amorçage en fonction de l'intervalle de temps devant séparer les décharges érosives consécutives, ces moyens de réglage comprenant une ligne à retard constituée de cellules dont la valeur ou le nombre est réglage. 4. Circuit according to claim and sub-claims 1, 2 and 3, characterized in that it comprises means for adjusting the instant of appearance of the starting pulses as a function of the time interval to separate consecutive erosive discharges, these adjustment means comprising a delay line made up of cells whose value or number is adjusted. 5. Circuit selon la revendication et les sous-revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de réglage de l'instant d'apparition de l'impulsion d'amorçage en fonction de l'évolution de la tension aux bornes dudit organe capacitif dont la décharge produit l'impulsion érosive, ces moyens de réglage comprenant un dispositif (P) permettant d'appliquer une fraction réglable de ladite tension à l'émetteur d'un transistor unijonction (Trl) commandant la décharge d'un condensateur (C) d'amorçage délivrant une impulsion de courant sur l'enroulement primaire d'un transformateur (Ti) dont l'enroulement secondaire fournit ladite impulsion d'amorçage. 5. Circuit according to claim and sub-claims 1, 2 and 3, characterized in that it comprises means for adjusting the instant of appearance of the starting pulse as a function of the evolution of the voltage across said capacitive member whose discharge produces the erosive pulse, these adjustment means comprising a device (P) making it possible to apply an adjustable fraction of said voltage to the emitter of a unijunction transistor (Trl) controlling the discharge of a starting capacitor (C) delivering a current pulse on the primary winding of a transformer (Ti), the secondary winding of which supplies said starting pulse.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3116857A1 (en) * 1980-05-06 1982-02-04 Sodick Co. Ltd., Yokohama, Kanagawa MACHINING DEVICE WITH ELECTRICAL DISCHARGE

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