CH697601B1 - Machine d'usinage par électroérosion. - Google Patents

Abstract

La machine d'usinage par électroérosion comprend un outil (17) destiné à usiner une pièce (15) disposée dans un bac de travail (12) contenant un liquide d'usinage (16). Un dispositif de régulation (29) du niveau du liquide d'usinage dans le bac de travail est monté dans un conduit de sortie (26) reliant le bac de travail à un réservoir (24). Il comprend un élément déformable (31), tel qu'un ballon gonflable, relié à une source de fluide sous pression. Les dimensions de cet élément déformable (31) sont contrôlées par une unité de commande (33) agissant sur le fluide sous pression. On obtient grâce à l'invention un contrôle fiable du niveau du liquide d'usinage, une insensibilité à l'encrassement et une souplesse d'implantation élevée.

Description

  [0001] La présente invention concerne une machine d'usinage par électroérosion comprenant un outil destiné à usiner une pièce contenue au moins partiellement dans un bac de travail et un dispositif de régulation du niveau d'un liquide d'usinage contenu dans le bac de travail qui est relié par au moins un conduit pour l'écoulement du liquide d'usinage à un réservoir. Ledit bac de travail est généralement équipé d'une table de travail comportant des dispositifs de bridage avec lesquels sont fixées la ou les pièces à usiner. Il est souvent avantageux de maintenir les pièces en cours d'usinage immergées entièrement sous le liquide d'usinage.

[0002] De nombreux exemples de réalisation de bac de travail pour machine d'électroérosion sont connus.

   Les brevets JP 4 101 727 et JP 59 205 222 décrivent des bacs de travail comportant des parois latérales fixes avec un déversoir constitué d'une trappe coulissant verticalement et dont la hauteur peut être ajustée par l'action d'un moteur.

[0003] Le brevet DE 3 824 006 montre un bac équipé de parois escamotables ou coulissantes autour de la table de travail.

   Dans le brevet US 5 786 557 le bac de travail est une construction monobloc qui coulisse verticalement autour d'une colonne supportant la table de travail.

[0004] Dans le brevet US 5 506 380 le bac de travail est de forme cylindrique avec une paroi coulissant horizontalement et permettant d'accéder à la table de travail.

[0005] Dans la plupart des réalisations, le niveau du liquide est déterminé par la hauteur d'un déversoir ou trop-plein; on trouve des réalisations relativement complexes et encombrantes comme on peut le voir dans le brevet US 3 266 519 où le déversoir est monté à l'extrémité d'un tuyau articulé. Avant d'enclencher l'usinage, le bac est rapidement rempli jusqu'au niveau requis par une pompe à fort débit.

   Après que le niveau est atteint, il faut noter que la pompe de remplissage ne cesse pas de débiter dans le bac de travail, mais continue de délivrer du liquide avec une intensité moindre ou est relayée par une pompe moins puissante. Il est nécessaire de maintenir un apport permanent de diélectrique dans le bac de travail pour diverses raisons: évacuer les boues d'usinage et le diélectrique sale, maintenir une température homogène dans le bac de travail, compenser les fuites désirées ou non, injecter du diélectrique propre dans ou à proximité du gap d'usinage pour activer le processus d'électroérosion.

   Un flux de liquide d'usinage est donc injecté en permanence dans le bac d'usinage avec un débit plus ou moins intense selon le déroulement de l'usinage; d'où la nécessité de gérer le risque de débordement en créant une fuite contrôlée.

[0006] Lorsque l'usinage est terminé, ou si l'on doit l'interrompre brièvement, on souhaite pouvoir assécher le bac de travail le plus rapidement possible. En plaçant une trappe au fond du bac il est possible de vidanger le liquide quasi instantanément. Une telle solution est très répandue. Dans certaines exécutions on utilise la trappe placée au fond du bac, non seulement pour vidanger, mais aussi pour réguler en permanence le niveau du liquide. Le déversoir n'est alors plus nécessaire; ce qui permet de simplifier la construction du bac d'usinage.

   Dans ce cas, la trappe n'est plus verticale, comme dans des exemples de déversoirs cités plus haut, mais elle est horizontale et placée au point le plus bas du bac de travail. Elle coulisse sous l'action d'un moteur piloté par un régulateur de niveau, de sorte à contrôler un débit de fuite.

[0007] La trappe n'est fermée que pendant la phase de remplissage rapide du bac.

[0008] Le procédé d'usinage par électroérosion produit des résidus d'usinage à base d'oxydes métalliques à l'état de suspensions colloïdales qui forment des agrégations de particules par floculation. La présence de particules ionisées dans le liquide d'usinage, particulièrement l'aluminium et le fer, favorise la sédimentation sur les parois des réservoirs. Ce phénomène physico-chimique de précipitation crée des boues qui provoquent l'envasement des zones à hydrodynamisme atténué.

   Ces boues risquent de sécher, de durcir, de former des croûtes, si elles ne sont pas immergées en permanence, et de provoquer le blocage ou le disfonctionnement de dispositifs mécaniques mobiles.

[0009] Dans le cas d'une trappe de vidange ou d'un déversoir actionnés manuellement, l'opérateur peut venir à bout d'un blocage et éventuellement procéder brièvement à un nettoyage si nécessaire. Par contre, dans le cas d'un dispositif de régulation automatique d'un niveau, la panne peut survenir en l'absence de tout opérateur et provoquer la mise hors service de l'installation pour une durée indéterminée.

   Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients précités et l'invention est caractérisée à cet effet par les caractéristiques figurant à la revendication indépendante, en particulier par le fait que le dispositif de régulation comprend un élément déformable sous l'effet d'un fluide sous pression agencé au niveau dudit conduit de façon à contrôler la section libre de l'écoulement du liquide d'usinage, les dimensions de cet élément déformable étant contrôlées par une unité de commande agissant sur le fluide sous pression.

[0010] Grâce à ces caractéristiques on obtient un dispositif de régulation sans pièces mécaniques coulissantes susceptibles de se bloquer à cause des sédiments. Le dispositif présente donc une très faible sensibilité à l'encrassement et des propriétés autonettoyantes.

   Il ne présente aucun mécanisme pouvant se gripper avec des particules ou boues d'usinage. Il est possible d'utiliser exactement le même dispositif sur des machines de tailles différentes avec un bac de travail fixe ou rétractable. Un seul dispositif permet de contrôler la vidange, le remplissage et la régulation du niveau. La réactivité aux consignes d'ouverture et de fermeture est très rapide, ce qui autorise des vidanges partielles ou totales rapides. La souplesse d'implantation est élevée, le dispositif peut être intégré directement dans le bac de travail, dans le réservoir ou dans le bâti de la machine.

   D'autres avantages sont la simplicité du montage, du démontage et de la maintenance, le coût réduit, le faible nombre de pièces, l'encombrement réduit, une fiabilité élevée et une grande longévité.

[0011] Selon un mode d'exécution préféré, l'élément déformable est constitué par un organe dilatable dont les dimensions sont contrôlées par le fluide sous pression qui est de préférence de l'air comprimé. On obtient grâce à ces caractéristiques une régulation particulièrement efficace et sure.

   Avantageusement l'organe dilatable est un ballon gonflable en élastomère, ce qui permet d'obtenir des propriétés de régulation très favorables.

[0012] Un mode d'exécution préféré est caractérisé par le fait que l'organe déformable comporte un tube susceptible d'être fixé audit conduit, le ballon étant logé au moins partiellement dans ce tube dans une position axiale et solidaire d'un étrier destiné à être fixé au conduit, l'intérieur du ballon étant relié à la source de fluide sous pression par l'intermédiaire d'un canal occupant une position axiale, un espace d'écoulement cylindrique étant formé entre l'intérieur dudit tube et l'extérieur du ballon constituant ladite section libre de l'écoulement du liquide d'usinage du bac de travail vers le réservoir.

   Grâce à ces caractéristiques on obtient un dispositif de régulation particulièrement fiable, simple et insensible à l'encrassement.

[0013] De façon favorable, le dispositif de régulation comprend un organe de mesure de la hauteur du liquide d'usinage dans le bac de travail, cette hauteur étant introduite dans l'unité de commande et comparée à une valeur de consigne dans un comparateur qui fournit un signal de sortie à un régulateur commandant une installation pneumatique en lui adressant des signaux de gonflage ou de dégonflage de l'élément déformable pour contrôler l'écoulement du liquide d'usinage du bac de travail vers le réservoir.

   Grâce à cette boucle de réglage, on obtient une réactivité accrue aux consignes d'ouverture et de fermeture et une grande souplesse d'implantation du dispositif de régulation.

[0014] D'autres avantages ressortent des caractéristiques exprimées dans les revendications dépendantes et de la description exposant ci-après l'invention plus en détail à l'aide de dessins qui représentent schématiquement à titre d'exemple un mode d'exécution et des variantes et qui comportent les figures suivantes:
<tb>La fig. 1<sep>représente ce mode d'exécution en vue schématique latérale.


  <tb>Les fig. 2a, 2b et 2c<sep>illustrent un organe d'obturation en coupe dans deux positions de travail et en perspective.


  <tb>La fig. 3<sep>est un schéma bloc d'une boucle de régulation utilisée dans le dispositif de régulation.


  <tb>Les fig. 4 à 7<sep>montrent différentes possibilités d'implantation de l'organe d'obturation des fig. 2a, 2b et 2c.

[0015] La machine d'usinage par électroérosion 10 illustrée à la fig. 1 comprend un bâti 11 auquel est fixé un bac de travail 12. Ce dernier est équipé d'une table de travail 14 sur laquelle est montée une pièce à usiner 15 au moyen d'un dispositif de bridage. En cours d'usinage cette pièce est maintenue immergée dans un liquide d'usinage 16 ou diélectrique. La pièce est usinée au moyen d'un outil d'usinage 17 qui est ici un fil d'usinage tendu entre un bras supérieur 18 et un bras inférieur 19 de la machine d'usinage.

   Le bras inférieur 19 traverse la paroi arrière 20 du bac de travail 12 de façon quasi étanche grâce à des joints bras-bac.

[0016] La pièce 15 et l'outil 17, tous deux conducteurs de l'électricité, sont séparés l'un de l'autre par un gap d'usinage. Une séquence cyclique d'impulsions de tension électriques est appliquée entre l'outil 17 et la pièce 15 pour engendrer des décharges érosives.

[0017] Un régulateur des mouvements d'axes commande les déplacements relatifs entre, d'une part, l'outil 17 et les bras supérieur et inférieur 18, 19 et, d'autre part, la pièce 15 et la table de travail 14.

[0018] L'intérieur du bac de travail 12 est en communication avec un réservoir 24 pour le liquide d'usinage par au moins un conduit. Le mode d'exécution illustré comprend un conduit de sortie 25 et un conduit d'entrée 26 séparés l'un de l'autre.

   Le conduit d'entrée 26 est muni d'une pompe 27 et d'une valve anti-retour 28 pour introduire le liquide d'usinage du réservoir 24 dans le bac de travail 12.

[0019] La sortie du liquide d'usinage du bac de travail 12 vers le réservoir 24 est contrôlée par un dispositif de régulation 29 comportant une unité de commande 33. Cette dernière reçoit comme valeur d'entrée une valeur correspondant à la hauteur Hr du liquide d'usinage 16 dans le bac de travail qu'elle compare à une valeur de consigne Hc du liquide d'usinage. Le dispositif de régulation 29 comprend en outre un organe d'obturation 30 équipant le conduit de sortie 25.

   Cet organe d'obturation est agencé de façon à produire un orifice de section variable du conduit de sortie afin de créer une fuite à débit réglable pour le conduit de sortie 25.

[0020] A cet effet l'organe d'obturation 30 comprend un élément déformable 31 placé dans le conduit de sortie 25 ou à l'une de ses extrémités et susceptible de contrôler le débit d'écoulement du liquide d'usinage du bac de travail 12 vers le réservoir 24 en variant la section libre de l'écoulement du liquide d'usinage. Les dimensions de cet élément déformable 31 sont contrôlées par l'unité de commande 33.

   Ainsi l'écoulement pourrait être arrêté en obturant complètement le conduit de sortie 25 ou, à l'inverse, l'écoulement pourrait être maximal en libérant une grande partie de la section d'écoulement.

[0021] De façon avantageuse, l'élément déformable 31 est constitué par un organe dilatable 32, tel qu'un ballon gonflable en élastomère agencé directement ou indirectement dans le conduit de sortie 25 ou à une de ses extrémités. Ce ballon est relié à un conduit 35 de fluide sous pression, de préférence de l'air comprimé.

   En pilotant au moyen de l'unité de commande 33 la pression d'air comprimé dans le ballon, il devient possible de faire varier rapidement la section libre de l'orifice d'écoulement et, à la limite, de bloquer l'écoulement.

[0022] Le pourtour de l'orifice d'écoulement, c'est-à-dire la paroi interne du conduit de sortie d'une part et la paroi externe du ballon d'autre part sont soumis à un flux de liquide important qui empêche toute sédimentation. L'effet autonettoyant est encore plus efficace s'il est possible d'installer le conduit de sortie en position verticale.

[0023] Les fig. 2a, 2b et 2c illustrent plus précisément l'organe d'obturation 30 qui possède un tube 40 destiné à être introduit partiellement ou entièrement dans le conduit de sortie 25 ou être fixé à ce conduit de sortie.

   Le ballon gonflable 41 en élastomère est logé partiellement dans le tube 40 en position axiale et solidaire d'un étrier 42 qui est fixé à une bague de maintien 43 grâce à quatre tiges vissées 44. La bague de maintien 43 assure la fixation au conduit 25. L'intérieur du ballon 41 est relié à une source d'air comprimé par l'intermédiaire d'un embout de connexion 36 occupant une position axiale par rapport au tube 40.

[0024] La fig. 2a représente l'organe d'obturation 30 avec son ballon 41 non gonflé.

   Un espace d'écoulement cylindrique 45 important existe à l'intérieur du tube 40 et à l'extérieur du ballon 41.

[0025] A la fig. 2b le ballon est gonflé et tout écoulement vers le réservoir est empêché.

[0026] La hauteur Hr du niveau du liquide d'usinage 16 dans le bac de travail 12 est déterminée au moyen d'une sonde de pression différentielle effectuant deux mesures de pression, une première dans le liquide d'usinage au fond du bac de travail 12 et une seconde dans l'air afin que la mesure ne soit pas perturbée par des variations de la pression atmosphérique. Le maintien automatique de la hauteur du liquide d'usinage se fait alors par variations dosées de la taille de l'élément déformable 31.

   La valeur de la hauteur mesurée Hr est comparée à la valeur de consigne Hc dans l'unité de commande 33 qui envoie si besoin une consigne de gonflage ou de dégonflage.

[0027] Si le niveau de liquide d'usinage mesuré est supérieur au niveau de consigne requis, une commande de dégonflage a pour effet d'augmenter la section d'écoulement de sortie et d'évacuer le surplus du liquide d'usinage du bac de travail. Au contraire si le niveau est inférieur au niveau de consigne, une commande de gonflage va diminuer cette section et le débit d'entrée du liquide d'usinage, principalement par le conduit d'entrée 26, sera supérieur au débit de sortie pour entraîner une augmentation du niveau dans le bac de travail 12.

   Si la hauteur mesurée correspond à la hauteur requise, aucune action n'est commandée et l'élément déformable 31 reste en l'état.

[0028] De façon générale le dispositif de régulation 29 avec l'élément déformable 31 permet d'assurer une ou plusieurs fonctions par des variations de la section d'écoulement de sortie:
 obturer la section de sortie lors du remplissage du bac de travail 12,
 maintenir une hauteur prédéterminée du liquide d'usinage dans le bac de travail 12 comme décrit ci-dessus,
 vider partiellement ou totalement le bac de travail.

[0029] En référence à la fig. 3, le dispositif de régulation 29 avec son unité de commande 33 fonctionne selon le principe exposé ci-après.

[0030] La hauteur Hr 50 du liquide d'usinage dans le bac de travail 12 dépend principalement des facteurs suivants:

  
 le volume variable 50a occupé par le bras inférieur 19 dans le bac de travail 12,
 l'apport de liquide d'usinage 50b provenant du réservoir 50b par le conduit d'entrée 26,
 l'injection de liquide d'usinage 50c au niveau des bras inférieur et supérieur vers le gap d'usinage,
 les fuites 50d au niveau des joints bras-bac,
 l'écoulement contrôlé 50e du liquide d'usinage par le conduit de sortie 25 vers le réservoir 24.

[0031] La hauteur Hr 50 est mesurée par la sonde de pression différentielle 51. La valeur de cette hauteur Hr est introduite dans l'unité de commande 33 qui reçoit également la valeur de consigne Hc. Les valeurs de Hr et de Hc sont comparées dans un comparateur 52 qui fournit un signal de sortie à un régulateur à modulation de largeur d'impulsion (PWM) 53.

   Celui-ci contrôle une installation pneumatique 54 en lui adressant des signaux de gonflage ou de dégonflage de l'élément déformable 31. L'installation pneumatique 54 se compose d'une réserve d'air comprimé et d'un système d'électrovannes raccordé à l'élément déformable 31. Ce dernier contrôle précisément l'écoulement 50e du liquide d'usinage du bac de travail 12 vers le réservoir 24.

[0032] Cette boucle de régulation permet un contrôle automatique précis de la hauteur du liquide d'usinage dans le bac de travail 12.

[0033] Les fig. 4 à 7 illustrent des variantes se distinguant par des montages différents de l'organe d'obturation 31 entre le bac de travail 12 et le réservoir 24.

[0034] A la fig. 4, le conduit d'entrée 26 avec la pompe 27 et la valve anti-retour 28 est entièrement séparé du conduit de sortie 25.

   L'élément déformable 31 est monté à l'entrée du conduit de sortie 25 à proximité du bac de travail 12. Le fluide sous pression, à savoir l'air comprimé, est amené de l'unité de commande 33 au moyen du conduit 35 passant par le bac de travail 12.

[0035] A la fig. 5, l'élément déformable 31 est monté dans le conduit se sortie 25 près de son extrémité inférieure dirigée vers le réservoir 24. Le conduit 35 pour l'air comprimé est agencé au-dessus du réservoir 24.

[0036] A la fig. 6, les conduits d'entrée 26 et de sortie 25 aboutissent dans un conduit commun 60 qui est en communication avec le bac de travail 12. L'élément déformable 31 est monté à proximité de la sortie du canal de sortie 25. La fig. 7 montre une variante de machine d'usinage par électroérosion classique équipée ultérieurement avec un organe d'obturation 30 selon l'invention.

   La trappe 62 habituellement monté dans le bac de travail 12 est bloquée en position ouverte et un élément déformable 31 tel que représenté à la fig. 2c est monté de façon amovible à l'extrémité libre du conduit de sortie 25, par exemple au moyen d'un manchon de connexion 63. L'unité de commande 33 est reliée par un conduit à air comprimé 35 à l'organe déformable 31 en passant au-dessus du réservoir 24.

   Ces quelques exemples de montage démontrent les nombreux avantages de ce dispositif de régulation 29, à savoir:
 la simplicité du montage, du démontage et de la maintenance,
 un coût attractif,
 un nombre de pièces réduit,
 un faible encombrement,
 une grande longévité,
 une insensibilité à l'encrassement,
 des propriétés autonettoyantes,
 un même dispositif de régulation peut être utilisé sur des machines de tout type et de toute taille avec un bac de travail fixe ou rétractable,
 une réactivité importante aux consignes d'ouverture et de fermeture de l'élément déformable 31 autorisant des changements de niveau rapides,
 un seul élément permet la vidange et la régulation,
 une souplesse remarquable dans l'implantation du dispositif de régulation qui peut être intégré dans le bac de travail, dans le réservoir ou dans le bâti,

  
 une grande facilité d'équiper des machines préexistantes avec le dispositif de régulation selon l'invention.

[0037] Il est bien entendu que le mode d'exécution décrit ci-dessus ne présente aucun caractère limitatif et qu'il peut recevoir toutes modifications désirables dans le cadre défini par la revendication indépendante.

[0038] En particulier l'outil d'usinage pourra être de tout type, fil, électrode de forme, tige ou tube de fraisage. L'élément déformable pourra présenter une toute autre forme et constitution. Le ballon pourra être agencé de manière différente, par exemple de façon asymétrique rattaché à un côté du tube. Deux ou plusieurs ballons pourront être montés en cascade. La boucle de régulation et l'unité de commande pourront être conçues de façon différente, par exemple sans régulateur PWM.

   Le fluide sous pression pourra être un liquide hydraulique. L'organe de mesure de la hauteur Hr pourra fonctionner selon un autre principe, par exemple par flotteur, mesure optique, mesure capacitive, inductive, par capteur à effet Hall. L'unité de commande pourra être intégrée dans une unité de gestion centrale.

Claims (8)

1. Machine d'usinage par électroérosion comprenant un outil (17) destiné à usiner une pièce (15) contenue au moins partiellement dans un bac de travail (12) et un dispositif de régulation (29) du niveau d'un liquide d'usinage (16) contenu dans le bac de travail qui est relié par au moins un conduit (25) pour l'écoulement du liquide d'usinage à un réservoir (24), caractérisée par le fait que le dispositif de régulation (29) comprend un élément déformable (31) sous l'effet d'un fluide sous pression agencé au niveau dudit conduit (25)de façon à contrôler la section libre de l'écoulement du liquide d'usinage, les dimensions de cet élément déformable (31) étant contrôlées par une unité de commande (33) agissant sur le fluide sous pression.

2. Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'élément déformable (31) est constitué par un organe dilatable (32) dont les dimensions sont contrôlées par le fluide sous pression qui est avantageusement de l'air comprimé.

3. Machine selon la revendication 2, caractérisée par le fait que l'organe dilatable (32) est un ballon gonflable (41) en élastomère.

4. Machine selon la revendication 3, caractérisée par le fait que l'organe déformable (31) comporte un tube (40) susceptible d'être fixé audit conduit (25), le ballon (41) étant logé au moins partiellement dans ce tube (40) dans une position axiale et solidaire d'un étrier (42) destiné à être fixé au conduit (25), l'intérieur du ballon (41) étant relié à la source de fluide sous pression par l'intermédiaire d'un canal (35, 36) occupant une position axiale, un espace d'écoulement cylindrique (45) étant formé entre l'intérieur dudit tube (40) et l'extérieur du ballon (41) constituant ladite section libre de l'écoulement du liquide d'usinage du bac de travail vers le réservoir.

5. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le dispositif de régulation (29) comprend un organe de mesure (51) de la hauteur (Hr) du liquide d'usinage dans le bac de travail (12), cette hauteur étant introduite dans l'unité de commande (33) et comparée à une valeur de consigne (Hc) dans un comparateur (52) qui fournit un signal de sortie à un régulateur (53) commandant une installation pneumatique (54) en lui adressant des signaux de gonflage ou de dégonflage de l'élément déformable (31) pour contrôler l'écoulement du liquide d'usinage du bac de travail (12) vers le réservoir (24).

6. Machine selon la revendication 5, caractérisée par le fait que l'organe de mesure (51) est constitué par une sonde de pression différentielle.

7. Machine selon la revendication 1 ou 4, caractérisée par le fait qu'elle comprend entre le bac de travail (12) et le réservoir (24) un conduit d'entrée (26) et un conduit de sortie (26) séparés, l'élément déformable (31) étant monté à l'entrée du conduit de sortie (26) à proximité du bac de travail (12), le fluide sous pression étant amené vers l'élément déformable (31) en passant par le bac de travail (12).

8. Machine selon la revendication 1 ou 4, caractérisée par le fait que l'élément déformable (31) est monté à la sortie d'un conduit de sortie (26) reliant le bac de travail (12) au réservoir (24), ledit conduit de sortie (26) étant séparé d'un conduit d'entrée (25) ou aboutissant dans un conduit commun (60) avec le conduit d'entrée (25).