CH663370A5

CH663370A5 - Method for electrical discharge machining in two passes using a wire electrode, and device for its implementation

Info

Publication number: CH663370A5
Application number: CH340085A
Authority: CH
Inventors: Michel Vuichard
Original assignee: Charmilles Technologies
Priority date: 1985-08-07
Filing date: 1985-08-07
Publication date: 1987-12-15

Description

**ATTENTION** debut du champ DESC peut contenir fin de CLMS **.

REVENDICATIONS
1. Procédé pour l'usinage en deux passes, par étincelage érosif d'une piece-électrode au moyen d'un fil-électrode d'ébauche et d'un fil-électrode de finition, caractérisé en ce qu'on effectue simultanément les deux passes, le fil de finition parcourant la même trajectoire globale que le fil d'ébauche et suivant ce dernier à une distance déterminée, cependant que l'on provoque simultanément un étincelage à haute énergie entre la pièce et le fil d'ébauche et un étincelage de finition à basse énergie entre la pièce et le fil de finition.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on modifie la position relative des deux fils pendant l'usinage.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on incline les fils l'un par rapport à l'autre de façon à les placer dans deux plans différents.

4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on règle la distance entre la partie travaillante du fil de finition et la surface de la pièce en dépendance des conditions d'usinage en finition.

5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 comportant un premier ensemble d'organes agencés pour tendre entre deux guides et entraîner un premier fil, un générateur d'impulsions pour produire entre la pièce et ce fil un étincelage à haute énergie et une installation de commande numérique pour effectuer des déplacements relatifs de la pièce et des guides selon une trajectoire déterminée, caractérisé par un second ensemble d'organes agencés pour tendre entre deux autres guides et entraîner un second fil, un second générateur d'impulsions pour produire entre la pièce et le second fil un étincelage de faible énergie et des moyens pour déplacer l'axe du second fil de manière à lui faire parcourir une trajectoire sensiblement parallèle à celle parcourue par le premier fil.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par des moyens pour déplacer les guides du second fil par rapport à ceux du premier fil dans des plans parallèles au plan de découpe et par un circuit de commande pour contrôler ces déplacements en fonction de la géométrie de la découpe et des conditions d'étincelage du second fil.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par deux plateaux rotatifs sur chacun desquels est monté un des guides du second fil, I'axe de rotation de ces plateaux étant confondu avec l'axe des guides du premier fil et par des moyens pour déplacer radialement les guides du second fil sur ces plateaux.

Une découpe par EDM d'une pièce par un fil est presque toujours suivie d'une opération de finition dont le but est la correction des défauts d'usinage inhérents à une découpe rapide et l'ameliora- tion de l'état de la surface usinée.

Cette opération de finition se fait normalement après la découpe en suivant une trajectoire décalée par rapport à celle de la découpe en utilisant un régime d'étincelage à faible énergie. Cette opération a l'inconvénient d'allonger considérablement la durée totale de l'usinage. Pour raccourcir cette durée, il a été proposé d'exécuter une découpe sur une courte distance, de faire reculer le fil de cette distance dans la fente d'usinage et d'effectuer une finition sur la même distance avec un décalage transversal de la trajectoire du fil (demande de brevet japonais N" 69.034/1981).

Une autre solution connue consiste à faire exécuter au fil une oscillation transversale par exemple semi-circulaire avec changement du régime d'usinage au cours de cette oscillation de manière à effectuer la découpe lorsque l'amplitude transversale est nulle et la finition lorsque cette amplitude est maximale (demande de brevet japonais NO 60.632/1983).

Toutes ces solutions présentent le même défaut, à savoir une perte de temps due au recul du fil.

L'invention a pour but d'éliminer ce défaut en permettant d'effectuer simultanément la découpe et la finition sans faire reculer le fil.

A cet effet, I'invention est définie comme il est dit aux revendications I et 5. Cette solution permet un gain de temps appréciable pour un coût relativement faible, les principaux éléments mécaniques d'une machine à érosion pouvant commander globablement les deux fils à la fois. Il suffit donc d'ajouter à cette machine les éléments mécaniques permettant des variations de trajectoire du fil de finition par rapport au fil d'ébauche ainsi que les circuits électriques adéquats, pour effectuer simultanément - et donc économiquement deux opérations différentes. Un avantage supplémentaire de l'invention est que le fil de finition contribue à canaliser le liquide de refroidissement en l'empêchant de s'échapper prématurément vers l'arrière de la fente, ce qui peut améliorer sensiblement les conditions thermiques de l'usinage.

L'invention sera maintenant illustrée par la description de modes de réalisation et à l'aide du dessin, dans lequel
la fig. 1 montre en coupe une fente d'usinage et les deux fils y travaillant,
la fig. 2 montre schématiquement un mode de réalisation de l'invention dans lequel les guides du fil de finition sont montés sur des plateaux rotatifs centrés sur l'axe du fil d'ébauche,
la fig. 3 montre la projection des parties travaillantes des deux fils pendant qu'ils contournent un angle de la pièce à découper, et
la fig. 4 montre schématiquement un mode de réalisation d'une installation permettant de réaliser les déplacements des fils indiqués à la figure 3.

La figure 1 montre schématiquement une coupe transversale d'un fil d'ébauche 1 et d'un fil de finition 2, ces deux fils étant parallèles l'un à l'autre. Le fil d'ébauche 1 découpe une fente 10 dans la pièce 11 et le fil de finition 2 rectifie une ou le cas échéant les deux parois latérales de cette fente. Pour plus de simplicité, on considérera ici uniquement le cas où une seule paroi doit être rectifiée, à savoir la paroi située en bas dans la figure 1 où l'épaisseur de matière enlevée lors de l'opération de rectification est désignée par h.

Les guides supportant le fil de finition - situés au-dessus et audessous de la surface de la figure 1 et non montrés dans celle-ci seront de préférence tributaires des guides supportant le fil d'ébauche de façon que le fil de finition suive le fil d'ébauche, tout en pouvant s'écarter dans une certaine mesure de la trajectoire de ce dernier. La figure 1 illustre le cas où un décalage latéral du fil de finition est obtenu en provoquant une rotation de ses guides autour de l'axe du fil d'ébauche à une distance R de cet axe. Dans les parties rectilignes de la fente, la distance R et le décalage angulaire a entre la direction de la trajectoire et le plan contenant les fils déterminent la prise en finition, c'est-à-dire l'épaisseur moyenne de la couche de matière enlevée lors de la finition.

Dans les parties courbes de la trajectoire, la relation entre h et a dépend en outre du rayon de courbure de la trajectoire.

La figure 2 montre schématiquement une forme de réalisation dans laquelle les guides 4, 6 du fil de finition 2 sont montés chacun sur un plateau rotatif motorisé 7, 8 centré sur l'axe du guide correspondant 3, 5 du fil d'ébauche. Les plateaux rotatifs sont montés sur des roulements 9 et actionnés chacun par un moteur 13, 14. Chacun des fils possède son propre circuit générateur d'impulsions, un circuit 21 alimentant le fil d'ébauche et un circuit 22 le fil de finition.

Chacun de ces circuits comprend les éléments connus nécessaires à la production d'impulsions d'étincelage, en particulier: une source de tension 15, 16, un switch 17, 18 et un multivibrateur 19, 20. Un circuit 23 de réglage du gap d'ébauche (ou alternativement de la vitesse d'avance de la découpe, c'est-à-dire la vitesse globale des deux fils) ainsi qu'un circuit 24 de contrôle des conditions d'usinage en finition qui évaluent les paramètres électriques des deux usinages (découpe et finition) et agissent, par l'intermédiaire d'un circuit 25 de correction de la vitesse d'avance, sur une unité de commande numérique 26. Par ailleurs, le circuit de contrôle 24 agit aussi sur deux circuits 27, 28 de correction du décalage angulaire a, qui commandent les moteurs 13 respectivement 14.

Le circuit de contrôle 24 peut ainsi commander le décalage angulaire a en fonction d'une valeur de consigne spécifiant l'épaisseur à enlever lors de la finition. En cas

d'une anomalie d'usinage, les circuits de correction actionneront les moteurs 13, 14 pour modifier a de manière à écarter le fil de finition de la paroi qu'il est en train de rectifier, sans dépasser une valeur limite ccO. En cas de retrait du fil, le circuit de correction 25 agira également pour diminuer la vitesse d'avance globale des deux fils.

L'unité de commande 26 commande les moteurs effectuant le déplacement de la pièce à usiner 11 par rapport aux fils; deux de ces moteurs 29, 30 sont esquissés dans la figure 2, mais il peut y en avoir d'autres.

L'installation illustrée par la figure 2 ne permet de réaliser que des découpes verticales, c'est-à-dire où les fils restent parallèles à une même direction sans qu'il soit nécessaire de les incliner par rapport à celle-ci. Or lors de la découpe d'une surface réglée quelconque, par exemple lors de la découpe d'un angle de la pièce à usiner, il peut devenir nécessaire non plus seulement de varier le décalage angulaire, c'est-à-dire la direction du plan commun aux fils, mais encore d'incliner ceux-ci l'un par rapport à l'autre, voire de les gauchir de façon qu'ils ne se trouvent plus dans le même plan.

Cela est illustré par la figure 3 qui montre, au cours de la découpe d'un angle d'une pièce 11, la projection des parties travaillantes du fil d'ébauche (hachuré) et du fil de finition (en blanc) situées entre deux plans parallèles à une surface principale de la pièce à usiner, I'un à la hauteur du guide inférieur (trajectoire I) et l'autre à la hauteur du guide supérieur (trajectoire S). L'angle à découper a la forme d'un quart de cône dont la pointe est dirigée vers le bas. Dans la figure 3, les lettres E et F identifient les positions successives de la partie haute respectivement basse du fil d'ébauche. De même, les lettres P et Q identifient les positions successives de la partie haute, respectivement basse, du fil de finition.

Ces quatre lettres portent des indices correspondant à six instants successifs tl, t2 ..., t6. A l'instant tl, le fil d'ébauche est en E1-Fl et le fil de finition en P,-QI (fig 3A). Bien qu'inclinés par rapport à la surface du dessin, les deux fils sont parallèles entre eux. Pendant l'intervalle de temps tl-t3, le fil d'ébauche passe de El-F, en E2-F2, puis en E3-F3, tandis que le fil de finition avance parallèlement à lui-même, de P,
Q1 en P3-Q3 (fig. 3A). A l'instant t2, les deux fils non seulement ne sont plus parallèles, mais ils sont gauches l'un par rapport à l'autre, c'est-à-dire non situés dans le même plan.

Entre t3 et t4, le fil d'ébauche progresse parallèlement de E3-F3 en E4-F4, tandis que le fil de finition progresse de la même manière de P3-Q3 à P4-Q4 (fig. 3B).

Finalement, pendant le laps de temps t4-tÏ, le fil d'ébauche se déplace de E4-F4 en E6-F6, cependant que le fil de finition contourne à son tour l'angle de la pièce 1 1 par un mouvement qui l'amène de
P4-Q4 en P6-Q6 (fig. 3C), après quoi l'usinage repart en ligne droite.

On constate donc que, pour réaliser de tels usinages, il est nécessaire d'incliner les deux fils l'un par rapport à l'autre, et même de leur donner des positions gauches, c'est-à-dire situées dans deux plans différents.

La figure 4 montre une forme de réalisation permettant de réaliser des déplacements relatifs tels ceux de la figure 3. A cet effet, le dispositif représenté comporte, en plus des organes analogues à ceux de la figure 2 et qui portent les mêmes chiffres de référence, des éléments permettant de gauchir les fils l'un par rapport à l'autre pour réaliser par exemple une découpe conique. Cette forme de réalisation comporte une plateau rotatif 41 mû par un moteur 48 et une glissière radiale 46 mue par un moteur 47 qui permettent d'obtenir une inclinaison désirée de la surface découpée. Les plateaux rotatifs 7 et 8 déterminent comme auparavant l'angle de traction. De plus, les guides du fil de finition sont chacun montés sur une glissière radiale 42, 43 portée par le plateau 7 respectivement 8.

Ces glissières sont actionnées par deux moteurs séparés 44, 45, ce qui permet de varier individuellement la distance entre les guides supérieurs 5, 6 d'une part et celle entre les guides inférieurs 3, 4 d'autre part, et donc d'obtenir, en combinaison avec les rotations individuelles des plateaux 7 et 8, le gauchissement désiré des fils l'un par rapport à l'autre.

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé pour l'usinage en deux passes, par étincelage érosif d'une piece-électrode au moyen d'un fil-électrode d'ébauche et d'un fil-électrode de finition, caractérisé en ce qu'on effectue simultanément les deux passes, le fil de finition parcourant la même trajectoire globale que le fil d'ébauche et suivant ce dernier à une distance déterminée, cependant que l'on provoque simultanément un étincelage à haute énergie entre la pièce et le fil d'ébauche et un étincelage de finition à basse énergie entre la pièce et le fil de finition.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on modifie la position relative des deux fils pendant l'usinage.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on incline les fils l'un par rapport à l'autre de façon à les placer dans deux plans différents.
4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on règle la distance entre la partie travaillante du fil de finition et la surface de la pièce en dépendance des conditions d'usinage en finition.
5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 comportant un premier ensemble d'organes agencés pour tendre entre deux guides et entraîner un premier fil, un générateur d'impulsions pour produire entre la pièce et ce fil un étincelage à haute énergie et une installation de commande numérique pour effectuer des déplacements relatifs de la pièce et des guides selon une trajectoire déterminée, caractérisé par un second ensemble d'organes agencés pour tendre entre deux autres guides et entraîner un second fil, un second générateur d'impulsions pour produire entre la pièce et le second fil un étincelage de faible énergie et des moyens pour déplacer l'axe du second fil de manière à lui faire parcourir une trajectoire sensiblement parallèle à celle parcourue par le premier fil.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par des moyens pour déplacer les guides du second fil par rapport à ceux du premier fil dans des plans parallèles au plan de découpe et par un circuit de commande pour contrôler ces déplacements en fonction de la géométrie de la découpe et des conditions d'étincelage du second fil.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par deux plateaux rotatifs sur chacun desquels est monté un des guides du second fil, I'axe de rotation de ces plateaux étant confondu avec l'axe des guides du premier fil et par des moyens pour déplacer radialement les guides du second fil sur ces plateaux.

Une découpe par EDM d'une pièce par un fil est presque toujours suivie d'une opération de finition dont le but est la correction des défauts d'usinage inhérents à une découpe rapide et l'ameliora- tion de l'état de la surface usinée.

Cette opération de finition se fait normalement après la découpe en suivant une trajectoire décalée par rapport à celle de la découpe en utilisant un régime d'étincelage à faible énergie. Cette opération a l'inconvénient d'allonger considérablement la durée totale de l'usinage. Pour raccourcir cette durée, il a été proposé d'exécuter une découpe sur une courte distance, de faire reculer le fil de cette distance dans la fente d'usinage et d'effectuer une finition sur la même distance avec un décalage transversal de la trajectoire du fil (demande de brevet japonais N" 69.034/1981).

Une autre solution connue consiste à faire exécuter au fil une oscillation transversale par exemple semi-circulaire avec changement du régime d'usinage au cours de cette oscillation de manière à effectuer la découpe lorsque l'amplitude transversale est nulle et la finition lorsque cette amplitude est maximale (demande de brevet japonais NO 60.632/1983).

Toutes ces solutions présentent le même défaut, à savoir une perte de temps due au recul du fil.

L'invention a pour but d'éliminer ce défaut en permettant d'effectuer simultanément la découpe et la finition sans faire reculer le fil.

A cet effet, I'invention est définie comme il est dit aux revendications I et 5. Cette solution permet un gain de temps appréciable pour un coût relativement faible, les principaux éléments mécaniques d'une machine à érosion pouvant commander globablement les deux fils à la fois. Il suffit donc d'ajouter à cette machine les éléments mécaniques permettant des variations de trajectoire du fil de finition par rapport au fil d'ébauche ainsi que les circuits électriques adéquats, pour effectuer simultanément - et donc économiquement deux opérations différentes. Un avantage supplémentaire de l'invention est que le fil de finition contribue à canaliser le liquide de refroidissement en l'empêchant de s'échapper prématurément vers l'arrière de la fente, ce qui peut améliorer sensiblement les conditions thermiques de l'usinage.

L'invention sera maintenant illustrée par la description de modes de réalisation et à l'aide du dessin, dans lequel la fig. 1 montre en coupe une fente d'usinage et les deux fils y travaillant, la fig. 2 montre schématiquement un mode de réalisation de l'invention dans lequel les guides du fil de finition sont montés sur des plateaux rotatifs centrés sur l'axe du fil d'ébauche, la fig. 3 montre la projection des parties travaillantes des deux fils pendant qu'ils contournent un angle de la pièce à découper, et la fig. 4 montre schématiquement un mode de réalisation d'une installation permettant de réaliser les déplacements des fils indiqués à la figure 3.

La figure 1 montre schématiquement une coupe transversale d'un fil d'ébauche 1 et d'un fil de finition 2, ces deux fils étant parallèles l'un à l'autre. Le fil d'ébauche 1 découpe une fente 10 dans la pièce 11 et le fil de finition 2 rectifie une ou le cas échéant les deux parois latérales de cette fente. Pour plus de simplicité, on considérera ici uniquement le cas où une seule paroi doit être rectifiée, à savoir la paroi située en bas dans la figure 1 où l'épaisseur de matière enlevée lors de l'opération de rectification est désignée par h.

Les guides supportant le fil de finition - situés au-dessus et audessous de la surface de la figure 1 et non montrés dans celle-ci seront de préférence tributaires des guides supportant le fil d'ébauche de façon que le fil de finition suive le fil d'ébauche, tout en pouvant s'écarter dans une certaine mesure de la trajectoire de ce dernier. La figure 1 illustre le cas où un décalage latéral du fil de finition est obtenu en provoquant une rotation de ses guides autour de l'axe du fil d'ébauche à une distance R de cet axe. Dans les parties rectilignes de la fente, la distance R et le décalage angulaire a entre la direction de la trajectoire et le plan contenant les fils déterminent la prise en finition, c'est-à-dire l'épaisseur moyenne de la couche de matière enlevée lors de la finition.

Dans les parties courbes de la trajectoire, la relation entre h et a dépend en outre du rayon de courbure de la trajectoire.

La figure 2 montre schématiquement une forme de réalisation dans laquelle les guides 4, 6 du fil de finition 2 sont montés chacun sur un plateau rotatif motorisé 7, 8 centré sur l'axe du guide correspondant 3, 5 du fil d'ébauche. Les plateaux rotatifs sont montés sur des roulements 9 et actionnés chacun par un moteur 13, 14. Chacun des fils possède son propre circuit générateur d'impulsions, un circuit 21 alimentant le fil d'ébauche et un circuit 22 le fil de finition.

Chacun de ces circuits comprend les éléments connus nécessaires à la production d'impulsions d'étincelage, en particulier: une source de tension 15, 16, un switch 17, 18 et un multivibrateur 19, 20. Un circuit 23 de réglage du gap d'ébauche (ou alternativement de la vitesse d'avance de la découpe, c'est-à-dire la vitesse globale des deux fils) ainsi qu'un circuit 24 de contrôle des conditions d'usinage en finition qui évaluent les paramètres électriques des deux usinages (découpe et finition) et agissent, par l'intermédiaire d'un circuit 25 de correction de la vitesse d'avance, sur une unité de commande numérique 26. Par ailleurs, le circuit de contrôle 24 agit aussi sur deux circuits 27, 28 de correction du décalage angulaire a, qui commandent les moteurs 13 respectivement 14.

Le circuit de contrôle 24 peut ainsi commander le décalage angulaire a en fonction d'une valeur de consigne spécifiant l'épaisseur à enlever lors de la finition. En cas **ATTENTION** fin du champ CLMS peut contenir debut de DESC **.