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REVENDICATIONS
1. Générateur d'impulsions pour machine à découper par décharges électriques érosives une électrode-pièce au moyen d'une électrode-fil comportant une source de basse puissance (10) pour l'amor çage des décharges, une source de courant de puissance élevée (30) pour fournir le courant d'usinage, et un circuit de synchronisation et de surveillance (40) pour enclencher la source d'amorçage dans une première phase, pour détecter l'amorçage d'une décharge et enclencher la source de puissance élevée dans une seconde phase et pour déclencher la source de puissance dans une troisième phase,
caractérisé en ce qu'il comporte une unité de réglage (20) coopérant avec la source d'amorçage (10) et le circuit de synchronisation et de surveillance (40) pour contrôler le courant fourni par la source de puissance (30) de manière à donner au niveau du courant de chaque décharge au cours de la seconde phase une valeur qui varie selon une fonction croissante de la durée de la première phase, tout en maintenant constante la durée de la décharge d'usinage.
2. Générateur selon la revendication 1, comportant des moyens pour augmenter progressivement la tension d'amorçage au cours de la première phase, et au moins deux comparateurs (22) associés à un circuit logique (23, 24), pour déterminer un palier de tension dans lequel se produit l'amorçage, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (25) pour faire correspondre au niveau de ce palier un niveau déterminé du courant fourni par la source de puissance (30).
3. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de puissance (30) comporte un générateur de courant fournissant un courant d'impulsion minimal lorsque la durée de la seconde phase est nulle.
4. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de synchronisation (40) comporte une base de temps (42) empêchant l'enclenchement de la source de puissance élevée (30) avant un intervalle de temps déterminé à partir de l'instant où la tension d'amorçage est appliquée entre les électrodes.
5. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de réglage (20) comporte un circuit (26) pour calculer la valeur intégrée dans le temps de la tension d'amorçage appliquée entre les électrodes au cours de la première phase.
L'invention concerne un générateur pour machine à découper par décharges électriques érosives une électrode-pièce au moyen d'une électrode-fil comportant une source de basse puissance pour l'amorçage des décharges, une source de courant de puissance élevée pour fournir le courant d'usinage, et un circuit de synchronisation et de surveillance pour enclencher la source d'amorçage dans une première phase, pour détecter l'amorçage d'une décharge et enclencher la source de puissance élevée dans une seconde phase et pour déclencher la source de puissance dans une troisième phase. Cette méthode connue est décrite dans le brevet US No 2979639.
Il est bien connu que, pour découper une pièce avec un rendement érosif élevé, il est nécessaire d'appliquer entre le fil et la pièce des impulsions de courant d'amplitude élevée et de courte durée, donc des impulsions à fronts raides. Ces impulsions à fronts raides sont difficiles à obtenir, étant donné la présence inévitable d'une self de ligne entre le générateur et la zone d'usinage.
Une solution, décrite dans la demande de brevet DE-AS
No 2810473, consiste à réduire le self de ligne en plaçant un générateur d'impulsions sous la forme d'un condensateur à proximité immédiate de la zone d'usinage sur l'un des bras-supports des guides du fil. Cette méthode a l'avantage d'appliquer progressivement la tension d'amorçage entre le fil et la pièce et de diminuer le niveau de courant des décharges dans le même sens que le niveau de la tension d'amorçage, mais nécessite la présence d'une batterie de condensateur très encombrante sur l'un des bras-supports du fil ainsi qu'un frotteur faisant contact avec la pièce à usiner, avec les inconvénients inhérents à un contact mobile immergé dans un fluide d'usinage.
Le procédé faisant l'objet de l'invention a pour but de réunir les avantages de la méthode précitée sans avoir à en subir les inconvénients; il est caractérisé en ce qu'il comporte une unité de réglage coopérant avec la source d'amorçage et le circuit de synchronisation et de surveillance pour contrôler le courant fourni par la source de puissance de manière à donner au niveau du courant de chaque décharge au cours de la seconde phase une valeur qui varie selon une fonction croissante de la durée de la première phase, tout en maintenant constante la durée de la décharge d'usinage. Ainsi, I'énergie de chaque décharge varie dans le même sens que la durée de l'amorçage de cette décharge.
Ce générateur présente, en plus, I'avantage de pouvoir choisir la loi de variation du niveau de courant en fonction du délai d'amor çage qui donne les meilleurs résultats. Par exemple, on constate qu'il est avantageux de donner aux impulsions de courant un niveau minimal déterminé lors d'un délai d'amorçage nul. On a également observé qu'il était avantageux, dans certains cas, de temporiser l'enclenchement de la source de courant.
Les dessins annexés montrent à titre d'exemples des formes d'exécution d'un générateur fonctionnant selon l'invention.
La fig. 1 montre la forme des impulsions de tension fournies par le générateur (fig. Ic) et la forme des impulsions de tension et de courant appliquées entre les électrodes (fig. la; lb).
La fig. 2 représente le schéma d'un générateur produisant des impulsions selon la fig. 1.
La fig. 3 montre l'allure de fonctions selon lesquelles le courant d'impulsion d'une décharge varie en rapport avec le délai d'amor çage de cette décharge.
La fig. 1 montre des diagrammes illustrant l'invention; elle montre en fonction du temps l'allure de la tension U entre le fil et la pièce (fig. la) et, simultanément, I'allure du courant I de décharge (fig. lb). On voit une mise bout à bout de cycles de durées variables T1, T2, T3 et T4. Chaque cycle se décompose en trois phases:
1. Sous l'effet d'un premier générateur, la tension monte selon un horaire prédéterminé, par exemple la charge exponentielle d'un condensateur. Au bout d'un délai d'amorçage de durée aléatoire
TD, une décharge éclate soudainement et un courant de décharge s'établit d'abord à une valeur Io imposée par le premier générateur.
2. En réponse à la détection dudit amorçage, on enclenche un deuxième générateur plus puissant que le premier. Toutefois, à cause du temps de commutation relativement lent des semi-conducteurs de puissance qui peut être de l'ordre de 0,1 à 0,5 us, il apparaît un retard minimal, visible sur les impulsions Nos 1 à 3, avant que le courant de décharge ne s'établisse à une nouvelle valeur Ip. Un caractère essentiel de l'invention est de rendre cette valeur de pointe Ip fonction croissante du délai d'amorçage TD mesuré au cours de la première phase. La fig. lb montre quatre impulsions de courant de plus en plus faibles en réponse à des délais d'amorçage de plus en plus courts. La durée des impulsions a été préréglé à une valeur constante TA de quelques microsecondes. Une attention particulière doit être donnée à l'impulsion No 4.
Du fait que la tension au début de la première phase monte selon une rampe, il est nécessaire d'introduire un délai entre le début de la rampe et le moment à partir duquel on observe la tension ou le courant, pour décider s'il y a amorçage ou non. Ce délai d'observation et de décision est appelé
TR et il entre enjeu pour les délais d'amorçage TD plus courts que
TR. De cette manière, le délai qui s'écoule entre le début de la première phase et l'enclenchement de l'impulsion de puissance TA n'est jamais inférieur à la valeur limite TR.
3. Pendant cette phase de durée prédéterminée TB, aucun courant n'est fourni par le ou les générateurs.
La fig. le montre l'allure de la tension aux bornes du générateur d'impulsions. Pendant la durée de l'amorçage (première phase) la tension E est pratiquement la même que celle appliquée entre les électrodes. Au cours de la deuxième phase, après l'amorçage d'une décharge à faible courant, la tension E monte brusquement à une
valeur Epl beaucoup plus élevée que la tension d'amorçage, de ma
nière à vaincre l'effet de la self de ligne et à produire une impulsion
de courant à front raide. Une tension inverse Ep2 est produite à la
fin de l'impulsion de courant pour obtenir le même front raide pen
dant l'extinction de l'impulsion. On peut constater que la durée de
l'impulsion de courant est constante et n'a aucune relation avec le
niveau variable du courant.
La fig. 2 représente une forme d'exécution d'un générateur réa
lisé selon l'invention.
Au début de la première phase (ou premier mode de fonctionne
ment), une unité de synchronisation 40 enclenche le générateur
d'amorçage 10 au moyen d'un signal envoyé par la ligne 100. Ce signal a pour effet de faire passer le transistor 13 de l'état conducteur
à l'état bloqué, et la capacité 12, qui est montée en parallèle avec le
transistor, commence immédiatement à se charger sous l'effet de la source E1. La constante de temps est réglée par exemple par la résis
tance variable 11. La montée en tension selon une loi exponentielle est transmise à un transistor 14 (du type FET) qui, à son tour, impose une montée en tension de même allure au fil-électrode 1 grâce à une ligne 101; I'électrode-pièce 2 et toutes les masses sont connectées à une ligne commune 102.
Comme la valeur de saturation de cette tension influence la vitesse d'usinage, on prévoit un réglage à la valeur optimale grâce à une batterie 16 de diodes Zener. Au bout d'un délai d'amorçage de durée aléatoire TD, une décharge éclate soudainement et un courant limité par la résistance variable 15 s'établit immédiatement à une première valeur Io.
Durant cette première phase, une unité 20 de réglage de courant de pointe Ip observe la montée en tension au moyen d'une batterie de comparateurs 22A, 22B, ..., 22N avec des niveaux de référence réglés par les potentiomètres 21A, 21B, ..., 21N. Au furet à mesure de la montée en tension, les sorties de ces comparateurs passent de l'état haut à l'état bas et ces signaux sont transmis à des bascules RS (RS latches) formées par les portes NON-ET (NAND) 23A, 23B 23N et 24A, 24B ..., 24N. Ces bascules, armées par le signal TB en provenance de l'unité 40 par la ligne 104, mémorisent les niveaux de tension atteints par le fil-électrode au cours de la première phase, de manière qu'ils soient disponibles au cours de la deuxième phase où la tension de décharge s'établit aux environs de 25 V.
Les niveaux mémorisés sont transmis aux premières entrées des portes ET (AND) 25A, 25B, ..., 25N; les deuxièmes entrées de ces portes sont maintenues basses au cours de la première phase grâce au signal TA amené par la ligne 103 sous le contrôle de l'unité 40 de synchronisation.
Pour les cas où il y a un avantage à moduler le courant Ip en fonction du délai TD alors que la tension a atteint sa valeur de saturation ou plateau, on prévoit un intégrateur 26 avec un commutateur; de cette manière, le système à niveaux peut encore fonctionner dans le plateau de tension. Bien entendu, il faut prévoir une remise à zéro de cet intégrateur après chaque impulsion; elle se fait au moyen du signal TB amené par la ligne 100.
Grâce à la ligne 101, cette même unité 40 surveille la tension sur l'électrode-fil et, en réponse à la détection de l'amorçage, elle fait passer la ligne 103 de l'état bas à l'état haut.
Ce changement d'état marque le début de la deuxième phase (ou deuxième mode de fonctionnement), car il a pour effet de débloquer un certain nombre de portes parmi 25A, 25B, ..., 25N; les sorties de ces portes sont connectées aux préamplificateurs (drivers) 31A, 31B, ..., 31N, qui eux-mêmes commandent les transistors de commutation 32A, 32B, ..., 32N du générateur de puissance 30. Chaque commutation de transistor détermine un certain courant, grâce à la source de tension E2 et aux résistances de limitation de courant 33A, 33B, ....
33N. Le nombre de transistors enclenchés est le nombre mis en mémoire des comparateurs de l'unité 20 qui avaient leurs sorties hautes au moment de l'amorçage; en d'autres termes, ce nombre est une mesure de la tension atteinte à l'amorçage, ainsi que du délai d'amorçage grâce au fait que la tension monte selon un horaire imposé. En définitive, la deuxième phase est caractérisée par l'enclenchement d'une impulsion de courant dont la valeur de pointe Ip est
une fonction du délai d'amorçage mesuré au cours de la première
phase.
Cette impulsion de puissance dure un temps TA imposé par l'unité 40 qui, en fin de TA, bloque les transistors en faisant passer la ligne 103 de l'état haut à l'état bas. Simultanément, un ordre est donné, par la ligne 100, au générateur d'amorçage 10 de courtcircuiter la capacité 12 de pilotage de la tension. Cet événement marque le début de la troisième phase de durée TB où chacun des générateurs est au repos.
En fin de TB, le cycle à 3 phases qui vient d'être décrit recommence.
On relève à nouveau un détail important déjà signalé à propos de la fig. 2. Des limitations propres aux transistors de puissance du générateur 30 font que le courant ne suit l'enclenchement qu'après un retard de 0,1 à 0,5 ps, alors qu'un faible courant de quelques ampères circule déjà, grâce au générateur d'amorçage 10 qui maintient une décharge sous environ 25 V. Ce délai fait que la source E2 du générateur n'applique jamais sa pleine tension au gap (espace entre l'électrode-fil 1 et l'électrode-pièce); de cette manière on peut adopter une tension modérée inférieure à 200 V pour le générateur d'amorçage 10 et une tension à vide E2 de 400 V par exemple pour le générateur de puissance 30.
Cela veut dire qu'on combine les avantages de l'amorçage à basse tension tout en utilisant une haute tension pour faire monter le courant très rapidement, et obtenir ainsi les impulsions courtes et intenses favorables au découpage à fil. En pratique, l'avantage est que l'inductance parasite I1 qui s'oppose à la montée rapide du courant est moins critique qu'auparavant et que l'on peut désormais tolérer des câbles relativement longs entre le générateur et le gap, avec l'avantage d'une grande commodité d'emploi sans rien sacrifier des performances élevées en matière de vitesse d'usinage.
La fig. 2 montre aussi le fonctionnement de l'unité de synchronisation 40. Elle comprend un multivibrateur monostable 41 qui fixe le temps TB, un autre monostable 42 qui fixe TR, un comparateur 43 qui surveille la tension sur la ligne 101 pour détecter l'amorçage, un potentiomètre 44 qui fixe le niveau déterminant l'amorçage, une porte OU (OR) 45 et enfin un monostable quifixe TA. Les entrées et sorties de ces trois monostables sont agencées de manière à former un cycle TD-TA-TB très semblable à celui décrit dans le brevet DE No 1565225 ou US No 3916138. Parce que la tension ne peut pas s'établir au début du TD, il est nécessaire de prévoir un délai TR avant d'observer cette tension et de décider s'il y a amorçage ou non; ainsi, dans le cas d'un délai d'amorçage nul il s'établit un cycle
TR-TA-TB.
En d'autres termes, un délai minimal TR est toujours respecté entre le début de la première phase et le début de la deuxième phase.
Le générateur de courant 30 pourrait être réalisé en dissipant beaucoup moins d'énergie, par exemple selon l'un des schémas décrits dans le brevet US No 3832510. Dans ce cas, les résistances 33 de la fig. 2 sont supprimées et remplacées par un circuit avec lequel on maintient entre des limites déterminées le niveau du courant circulant dans une self. La haute tension Ep de la fig. Ic dépend alors de la pente des variations du courant aux bornes de cette self.
La fig. 3 montre, à titre d'exemple, l'allure de deux fonctions selon lesquelles le courant de décharge î varie en rapport avec le délai d'amorçage Td de cette décharge.
La courbe I montre une fonction continue à partir d'une valeur minimale lo et la courbe II concerne une fonction discontinue à deux paliers, chaque palier correspondant à une limite déterminée du délai d'amorçage ou à une valeur déterminée de la tension d'amorçage.