EP0187738A1 - Circuit electrique pour machine d'usinage par electro-erosion - Google Patents

Circuit electrique pour machine d'usinage par electro-erosion

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Publication number
EP0187738A1
EP0187738A1 EP84902502A EP84902502A EP0187738A1 EP 0187738 A1 EP0187738 A1 EP 0187738A1 EP 84902502 A EP84902502 A EP 84902502A EP 84902502 A EP84902502 A EP 84902502A EP 0187738 A1 EP0187738 A1 EP 0187738A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ignition
voltage
circuit
erosive
pulses
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP84902502A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Nicolas Mironoff
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Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0187738A1 publication Critical patent/EP0187738A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING 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
    • B23H1/00—Electrical 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
    • B23H1/02—Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply, control, preventing short circuits or other abnormal discharges
    • B23H1/022—Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply, control, preventing short circuits or other abnormal discharges for shaping the discharge pulse train

Definitions

  • the "lateral GAP” might be easily measurable, but the trouble is that it does not correspond to the "frontal GAP” which primarily concerns the machining process, and that the relations between the two dimensions are essentially variable according to the machining regime, although the two depend in particular on the different parameters that are the energy of the pulses, their voltage, the intensity of the pulse currents, as well as the characteristics of the medium or dielectric liquid.
  • the minimum difference in potential for producing this ionization is proportional to the "ionization potential of atoms or molecules", that is to say to a physical quantity depending on the dielectric medium, as well as to the number of atoms or molecules to be ionized "in series”, that is to say at the dimension (d) of GAP, again taking into account the properties of the dielectric medium.
  • the energy required it is proportional to the minimum difference in potential (or voltage) mentioned above, and at the same time proportional to the number of electrons involved, that is to say in principle at number of atoms or molecules concerned by ionization, that is to say ultimately by the section (area) of the channel which is ionized.
  • the two polarization and ionization processes are therefore conditioned by geometrical parameters relating to the channel, as well as electrical parameters.
  • geometrical parameters tend in the long term to establish themselves as a function of the electrical parameters, although the instantaneous value the length (d) of the GAP can be adjusted.
  • electrical parameters that it is preferable to act, with a view to obtaining the ignition of a channel suitable for the desired machining. Indeed, if one can determine in a relatively precise way the energy con ⁇ sacred to the lighting of the channel, one can thereby determine the section of this channel, taking into account its length.
  • the voltage, or potential difference, applied for the lighting of the channel is either sufficient or insufficient to allow ignition.
  • the energy is used for erosion and no longer for ionization of the channel.
  • the quality of the erosion work depends on the energy of the erosive discharges, but also depends on the relationship between this energy and the parameters of the channel which is on for its passage.
  • the parameters of the channel can hardly be determined, that is to say controlled, in a precise manner. On the other hand, this is possible if we separate the two functions on the one hand from ignition and on the other hand from erosion.
  • pre-ignition thus achieves a separation of functions, and therefore of the parameters which direct them. Leaving aside the questions of the erosive pulse itself, we focus, in the context of the present invention, on the parameters of the pre-ignition pulse. We have seen that a good quality pre-ignition requires control of the pre-ignition voltage, and, if possible, of its energy.
  • this adaptation does not necessarily relate to the electrical voltage parameter, but it can also - and advantageously - be fai ⁇ you by acting on the distance of GAP which, in any case, is most often controlled by a device for automatic positioning of the tool electrode. Under these conditions, it is possible to admit a practically fixed pre-ignition voltage and wait for the electrode positioning device to establish, in relation to this voltage, the appropriate GAP distance. It is also necessary that the pre-ignition voltage has indeed a good stability because, as the pre-ignition pulse is extremely fast, the slightest disturbance of an electrical or material order can significantly modify the peak voltage of the pulse.
  • an object of the present invention is to provide an electrical circuit for an electro-erosion machining machine working according to the principle of pre-ignition, in which the drawbacks of the prior art are avoided, and in particular in which the parameters which condition the quality of the ignition of the channels and of the electro-erosive machining are adequately controlled.
  • the electrical circuit for an EDM machining machine in accordance with the generic definition previously stated, achieves the targeted performances due to the presence of the characters stated in one or other of the claims independent. It is noted that the characters, either of one or of the other, independent claims intervene respectively for different aspects of the problem of stabilization of the pre-ignition.
  • the dependent claims define embodiments of the subject of the invention which are particularly advantageous, in particular from the points of view of the voltage stability, of the detection of tendencies in the increase of pre-ignition energy, of the constitution of circuits allowing a stabilization of the energy, manually or automatically, of the simplicity or the convenience of use of the circuits generating the pre-ignition pulses, etc.
  • clipping means which are mentioned can be either with voltage limiting characteristic, but not voltage stabilizer (pe) Zener diode in series with significant resistance) or with truly current stabilizing characteristic (Pe diode Zener without notable ohmic resistance in series).
  • FIG. 4 is a diagram of a form of execution of a circuit according to the invention, similar to that of FIG. 2, but also having automatic means for limiting the pre-ignition energy
  • FIG. 5 is a partial diagram of a variant which can advantageously in certain cases be used to replace the circuit part lying about the primary winding of a transformer for generating the pre-ignition pulses, fig.
  • the pre-ignition pulses being entirely dependent, as regards their voltage and current, that is to say their energy, the machining power and the characteristics of the erosive pulses, the parameters of the pre-ignition pulses do not could hardly be controlled, even getting out of hand. Significant variations in the erosive pulses produced very harmful parasitic effects.
  • parasitic phenomena (such as those mentioned above or others still) provided the servo-control system with automatic advance (or automatic positioning) of the tool electrode with often incoherent information from so that the servo motor was unable to properly maintain the machining GAP value, making the entire machining process unstable.
  • the duration of the pre-ignition pulse that is to say of the ionizing effect, must be as short as possible; the pre-ignition pulse should drop as soon as the channel is ionized and the erosive pulse current begins to flow.
  • the material device 2 for machining by electro-erosion comprises a tank filled with dielectric liquid and in which an electrode-tool El is located up to the top of a workpiece Pi.
  • the circuit 1 for delivering electro-erosive pulses is connected to the terminals of the two electrodes that constitute the electrode-tool on the one hand and the workpiece on the other hand, only by means of 23 diary of a diode 7 necessary for the pre-ignition pulses to be applied.
  • a diode 10 prevents any reversal of voltage polarity across the terminals of the GAP, that is to say on the electrodes Ei and Pi.
  • the diagram in fig. 2 il ⁇ only shows the pre-ignition circuit in detail. It can be seen that it comprises a transformer 6, voltage booster, in which the pre-ignition pulses are generated. An adjustable resistor 5, a capacitor 4 and a Zener diode 3 are connected in series with the primary winding of the transformer 6, all of this series branch being connected to the output terminals of the supply circuit 1. Furthermore, the secondary winding of the transformer 6 is connected, via a limiting resistor 8 and a non-return diode 9, to the terminals of the diode 1, previously mentioned.
  • the effect of the series connection of the condenser 4 is thus advantageous in that it provides a pre-ignition pulse of adequate power.
  • the variations in the conditions in the machining zone itself that is to say in GAP
  • due to fluctuations in the characteristics of the dielectric medium - such as an accumulation of machining residue in the form of conductive particles, gas formation, carbon deposition, etc. - can cause variations in the resistance of this medium, which makes it difficult to control fluctuations in the voltage of the pre-ignition pulses.
  • an indicator 17a will provide an indication allowing an operator to know the desired information as for the voltage drop in the resistor 12.
  • This indicator 17a could be for example a lamp or an optical device, indicating that a threshold is exceeded or not by the tips of the clipping current, it could also be a digital indicator, providing the very value of this current, or an analog needle indicator, etc.
  • the current which the transistor 14 allows to pass is not, in all cases in the general case, the total current which passes through the GAP, since a part of this current passes through the clipping branch, 11 , 12.
  • the distribution of the pre-ignition current between the clipping branch and the GAP is conditioned by the distance d of the GAP, which must be adequately established. In most of the cases,
  • Fig. 5 shows a possible modification, and at least in some cases advantageous, according to which the elements which control the flow of current can be arranged in the primary winding of the transformer which supplies the pre-ignition pulses.
  • the elements which control the flow of current can be arranged in the primary winding of the transformer which supplies the pre-ignition pulses.
  • a transistor 25 is provided, provided with a resistor for neutralizing the leakage current 26, which is controlled by its base by the branch- ment-series of a Zener diode 3 ', corresponding to diode 3 of fig. 2 to 4, and a capacitor 4 ', corresponding to the capacitor 4 of FIGS. 3 to 4.
  • a resistor for neutralizing the leakage current 26 which is controlled by its base by the branch- ment-series of a Zener diode 3 ', corresponding to diode 3 of fig. 2 to 4, and a capacitor 4 ', corresponding to the capacitor 4 of FIGS. 3 to 4.
  • the pre-ignition voltage is at least notably greater than the voltage of the electro-erosive pulses.
  • the transistor 6 ′ will nevertheless be at least slightly voltage-boosting, but this is not an absolute necessity.
  • a coupling capacitor 31 also connects the collector of the reaction transistor 29 with the base electrode of the ignition control transistor 25.
  • the transis ⁇ tor 29 is also conductive and, via the condenser 31, this conduction state is maintained at least during the charging time of this capacitor 21, even if the current through the Zener diode 3 'and the capacitor 4' was no longer sufficient to control the conduction of the pre-ignition control transistor 25 on its own.
  • circuit of fig. 5 both with the addition drawn in dotted lines and without it, is a circuit of the type which does not add any current at rest.
  • the pre-ignition control means the characteristic function of a monostable rocker, which can make it possible, for example, to calibrate the pre-ignition pulse in time independently of the control supplied by the diode Zener 3, 3 'and capacitor 4, 4', control which, in turn, is dependent on the evolution of the voltage delivered to the output terminals of circuit 1, which will provide the erosive pulse . It is also necessary to consider figs.
  • FIGS. 6 and 7 These two figures each consist of a schematic diagram (upper part) and a diagram of the evolution of voltages and currents (lower part).
  • Fig. 6 illustrates the fact that, as a circuit for delivering erosive discharges, a circuit of the "relaxation" type can be used, such as, without regard to pre-ignition questions, the prior art knew of it, in particular by the description of the previously cited USA patent.
  • the pre-ignition arrangement is connected, as shown in FIGS. 2 to 4.
  • I terminals of the main pulse delivery capacitor first increases to a value U_, at which the pre-ignition process is triggered.
  • the voltage then passes through the value U which constitutes the pre-ignition peak voltage, then, with the channel on, this voltage drops to a relatively low value, of the order of 30 to 40 V, where it is maintained, with an evolution substantially flat, until the end of the pulse.
  • the current begins to gradually increase when the channel has been turned on by the voltage spike.
  • the means for positioning the tool electrode include a motor which is controlled to bring the electrode closer to the part or to move it away from it.
  • This engine is controlled by conventional means; in order to determine its functioning, we generally have means which react
  • JTJRE WIPO necessary commands of the electrode positioning motor consists in first of all entering as information the signal qx (fig. 2 to 4) or mw (fig. 1). If this signal is constantly positive, it means that there is very probably a short circuit or an arc in the GAP, and it is necessary to command a distance of the electrode. If this signal is constantly zero or negative, this means that there is never a significant current in the GAP and it is advisable to order an approximation of the electrode. Finally, if there are positive voltage pulses, separated by time intervals with zero or negative voltage, it is advisable to consider, as a second criterion, the signal xm (fig. 1-4).
  • this signal has pulses whose tip reaches a value close to a setpoint (designated as V), this means that the distance from GAP is suitable and the motor must remain stationary. If this signal xm has voltage spikes which nevertheless remain significantly lower than the said setpoint value V, this means that the distance of GAP is too small and that it is necessary to actuate the motor to move the electrode away. On the contrary, if the voltage peaks of the signal xm are notably higher than the said setpoint value V, it is because the motor must be controlled so that it causes a reduction in the distance of GAP.
  • Another control method practicable according to the prior art, consists in using only the signal xm and in carrying out only the determination that the first method made in the alternative, in
  • Zener of diode 11 and the xm signal can never significantly exceed this setpoint.
  • this second method had the advantage of not having to measure a voltage drop on a diode such as diode 7 (fig. 2 to 4) or diode D_ (fig. 1).
  • the circuit according to the invention nevertheless provides a very advantageous possibility of practicing a method close to the second method previously considered, but using another criterion to know the situations where the electrode must be distant.
  • a resistor 12a which is in series on the supply of the pre-ignition voltage and current. This additional resistance has approximately the same value as resistance 12.

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Abstract

Le circuit électrique pour machine d'usinage par électro-érosion comprend des moyens de délivrance de décharges érosives (1), et des moyens de préallumage (6-12). Les moyens de préallumage, à transformateur (6) et diode Zener (3), comprennent une branche d'écrétage (11, 12) également à diode Zener. De plus, des moyens de réglage d'énergie (14, 15, 22, 23, 24) sont connectés pour limiter le courant des impulsions de préallumage en fonction du courant d'écrétage, mesuré par la chute de tension aux bornes d'une résistance (12) en série avec la diode Zener d'écrétage (11). L'agencement des moyens de préallumage concerne principalement la maîtrise des paramètres électriques et géométriques relatifs au préallumage et au fonctionnement général de la machine d'usinage.

Description

Circuit électrique pour machine d'usinage par élec¬ tro-érosion
La présente invention concerne un circuit électrique pour machine d'usinage par électro-érosion travaillant une pièce par décharges électro-érosives en milieu diélectrique, dans un espace d'usinage entre une électrode-outil et la dite pièce qui constitue aussi elle-même une électrode, comprenant des moyens de déli¬ vrance de décharges érosives, ayant des bornes de sortie qui fournissent respectivement sur les dites électrodes des impulsions d'énergie électrique érosives, et des mo- yens de préallumage pour fournir, chaque fois en prolo¬ gue à une dite impulsion érosive, des impulsions de pré¬ allumage qui ont une tension plus élevée et une énergie plus faible que les dites impulsions érosives, et qui allument, c'est-à-dire ionisent, dans l'espace d'usinage au sein du fluide diélectrique, chaque fois un canal qui est ensuite parcouru par la décharge érosive.
Un circuit conforme à la définition généri¬ que énoncée ci-dessus est déjà connu, notamment par l'exposé de brevet USA no 3 893 013, au nom du même in- venteur et déposant. D'une façon générale, la présente invention vise à améliorer le système connu précité, no¬ tamment des points de vue qui ressortent des considéra¬ tions qui vont suivre.
Dans la technique de l'usinage par électro- érosion, un point capital consiste en une adaptation adé¬ quate entre les paramètres des impulsions électriques appliquées et la distance d'usinage, c'est-à-dire la distance séparant l'électrode-outil de la pièce devant être usinée. On remarque que, dans la terminologie des gens de métier, cette distance d'usinage est, dans toutes les langues, généralement désignée comme étant le "GAP",
OMPI ou plus précisément "GAP d'usinage", et c'est ce terme qui sera utilisé par la suite.
L'adaptation entre le GAP d'usinage et les paramètres électriques peut être réalisée soit en agis- sant sur ces paramètres électriques, soit en agissant sur la dimension du GAP, à l'aide de moyens, générale¬ ment motorisés, d'avance et de recul de l'électrode-ou¬ til, qui se présentent pratiquement sur toutes les ma¬ chines d'usinage par électro-érosion existantes. Une première difficulté consiste à connaître exactement la dimension du GAP d'usinage, compte tenu du fait que 1'électro-érosion elle-même creuse la pièce à usiner et que, si l'électrode d'usinage n'était pas déplacée, le GAP augmenterait de lui-même pour s'établir finale- ment à une valeur assez grande pour interrompre le pro¬ cessus de creusage par électro-érosion. Dans un tel cas toutefois la puissance de l'usinage commencerait par décroître progressivement, et ce n'est pas ce que l'on veut. Il importe en effet de maintenir les meilleures conditions de travail possibles, lesquelles varient du reste selon que l'on désire un usinage fin, de finition ou de superfinition, qui doit être réalisé en un régime dans lequel les impulsions électro-érosives sont relativement faibles, ou un usinage rapide, par exemple d'ébauche, qui est réalisé le plus avantageusement en un régime comportant des impulsions électro-érosives rela¬ tivement puissantes.
On pourrait penser que, compte tenu du phé¬ nomène précédemment mentionné, il suffit de fixer une certaine norme de puissance des impulsions et de faire avancer l'électrode-outil à une vitesse telle que les paramètres des impulsions érosives, compte tenu des par¬ ticularités du circuit qui les fournit, restent substan¬ tiellement constants, pour obtenir un régime d'usinage adéquat, la valeur du GAP s'ajustant en quelques sorte automatiquement. Cette manière de faire ne mène toute¬ fois qu'à des résultats médiocres, et elle n'est guère applicable dans le cas des machines utilisant le princi- pe du préallumage. L'application de ce principe permet toutefois d'obtenir des résultats très avantageux, irréa¬ lisables sans lui, et il serait regrettable d'y renoncer simplement parce qu'il est difficile d'appréhender les paramètres - électriques et matériels - qui conditionnent son utilisation adéquate.
Avant de considérer le principe même du préallumage, il convient de considérer le problème fon¬ damental de l'allumage d'un canal conducteur entre l'élec¬ trode-outil et la pièce à usiner, c'est-à-dire dans l'es- pace du GAP, au sein d'un liquide diélectrique dans le¬ quel baignent l'électrode-outil et la pièce. (Dans le cadre d'une définition générale, mieux vaut du reste par¬ ler d'un "fluide diélectrique", compte tenu des phénomè¬ nes de vaporisation quasi instantanée qui interviennent, et compte tenu également du fait qu'on ne doit pas ex¬ clure toute possibilité d'utiliser un fluide autre qu'un liquide, par exemple un "brouillard".)
Dans l'étude des phénomènes intervenant dans un processus d'usinage par électro-érosion simple, dans lequel une électrode supposée par exemple cylindrique "s'enfonce" progressivement dans une pièce à usiner qu'elle creuse par électro-érosion, il convient de faire une distinction entre deux notions différentes de "GAP". On distingue en effet tout d'abord la notion de "GAP frontal", qui correspond à la distance sur laquelle se produisent les impulsions érosives, passant par des ca¬ naux de haute conductivité électrique. On peut également le nommer "GAP effectif d'usinage", il s'agit en effet du GAP par rapport auquel on s'efforce d'obtenir l'effi- cacité maximale de l'effet erosif des impulsions en même temps qu'une bonne stabilité du processus d'usinage. Mais il faut également considérer la notion de "GAP latéral" qui correspond à la distance latérale entre les dimensions périphériques de l'électrode-outil et les dimensions "en largeur" (si l'électrode-outil est cylin¬ drique, le diamètre) du "trou" creusé dans la pièce par l'électrode-outil. IL est clair que, tant que l'inters¬ tice latéral entre l'électrode-outil et la pièce n'a pas atteint une valeur limite, des impulsions électro-érosi¬ ves se produiront également latéralement, élargissant encore cet interstice latéral. La notion du "GAP latéral" est donc celle d'un "GAP limite" qui correspond à la dis¬ tance au-delà de laquelle des canaux conducteurs ne peu- vent plus être créés compte tenu des paramètres électri¬ ques appliqués. Ce "GAP latéral", forcément sensiblement plus grand que le "GAP d'usinage" détermine l'élargisse¬ ment de la zone usinée par rapport aux dimensions de l'é¬ lectrode-outil, c'est-à-dire le sous-dimensionnement que les électrodes-outils doivent présenter pour obtenir des cotes d'usinage précises.
Le "GAP latéral" serait peut-être aisément mesurable, mais l'ennui est qu'il ne correspond pas au "GAP frontal" qui intéresse avant tout le processus d'u- sinage, et que les relations entre les deux dimensions sont essentiellement variables selon le régime d'usinage, bien que les deux dépendent notamment des différents pa¬ ramètres que sont l'énergie des impulsions, leur tension, l'intensité des courants d'impulsions, de même que les caractéristiques du milieu ou liquide diélectrique.
La valeur de ces deux "GAPS" résulte du pro¬ cessus physico-chimique qui détermine les conditions dé claquage du diélectrique et la formation de canaux pour le courant des impulsions érosives. On parle en général de "ionisation du canal" mais en réalité ce phénomène a un double aspect : Tout d'abord, on a une polarisation du diélectrique dans la zone concernée, puis ensuite on a la ionisation proprement dite qui rend le canal hautement conducteur.
La polarisation est fonction du champ élec¬ trique qui s'établit entre l'électrode et la pièce. Pour désigner le degré de polarisation, on utilise le terme de vecteur de polarisation P qui est égal à la somme des moments des molécules dans un volume _4V.
-r " ΔV
Etant donné que le degré de polarisation est proportionnel à l'intensité du champ électrique, le vec¬ teur de polarisation peut être aussi exprimé par :
P= x£ où _£ est le coefficient de polarisation (ou la suscepti- bilité diélectrique du milieu) .
D'autre part, l'intensité du champ électrique peut être exprimé en fonction de la charge sur les surfa¬ ces des électrodes :
où £ est la constante diélectrique et S - la surface des électrodes.
Mais l'intensité du champ est aussi liée à la tension appliquée aux électrodes par la relation:
Ainsi, le vecteur de polarisation peut être exprimé par
Ceci montre que le degré de polarisation est proportionnel à la charge et à la tension appliquées, en admettant que la surface est constante, et inverse¬ ment proportionnel à la surface de la zone d'usinage, si la charge est admise constante, et à la distance électro- de-pièce, si la tension est admise constante. Lorsque l'intensité du champ atteint un degré suffisant à un en¬ droit quelconque de la zone d'usinage (par exemple entre les aspérités les plus rapprochées des surfaces de l'élec¬ trode et de la pièce), la ionisation se fait par l'émis- sion d'électrons par la cathode. La différence minimale de potentiel pour produire cette ionisation est propor¬ tionnelle au "potentiel d'ionisation des atomes ou molé¬ cules", c'est-à-dire à une grandeur physique dépendant du milieu diélectrique, de même qu'au nombre d'atomes ou molécules à ioniser "en série", c'est-à-dire à la dimen¬ sion (d) du GAP, compte tenu à nouveau des propriétés du milieu diélectrique. Quant à l'énergie nécessaire, elle est proportionnelle à la différence minimale de po¬ tentiel (ou tension) précitée, et en même temps propor- tionnelle au nombre d'électrons entrant en jeu, c'est-à- dire en principe au nombre d'atomes ou molécules concer¬ nés par la ionisation, c'est-à-dire en fin de compte par la section (aire) du canal qui est ionisé.
Les deux processus de polarisation et de ionisation sont donc conditionnés par des paramètres géo¬ métriques relatifs au canal, de même que des paramètres électriques. On a vu que les paramètres géométriques ten¬ daient, à terme, à s'établir eux-mêmes en fonction des paramètres électriques, bien que la valeur instantanée de la longueur (d) du GAP puisse être réglée. Mais c'est avant tout sur les paramètres électriques qu'il est pré¬ férable d'agir, en vue d'obtenir l'allumage d'un canal approprié à l'usinage désiré. En effet, si l'on peut dé- terminer d'une façon relativement précise l'énergie con¬ sacrée à l'allumage du canal, on peut par là déterminer la section de ce canal, compte tenu de sa longueur. La tension, ou différence de potentiel-, appliquée pour l'al¬ lumage du canal est soit suffisante soit insuffisante pour permettre l'allumage. Toutefois, une tension insuf¬ fisante pour une certaine longueur de GAP deviendra suf¬ fisante pour une longueur plus petite, et vice versa. Il convient donc de fixer premièrement la tension des impulsions servant à l'allumage (en admettant que la longueur du GAP sera adaptée à cette tension), et ensuite de déterminer aussi précisément que possible l'énergie qui sera consacrée à l'allumage du canal. Si l'on consa¬ cre trop d'énergie à cet allumage, le canal devient très large et l'usinage est ensuite de mauvaise qualité. Par contre, une quantité d'énergie par- trop faible suffirait théoriquement pour allumer un canal de très faible sec¬ tion. Toutefois, il a été constaté que, en dessous d'un certain seuil d'énergie, l'allumage d'un canal de très faible section ne se produit pas. On n'a en quelque sor- te que des "tentatives avortées de ionisation".
Une fois que le canal est allumé, l'énergie sert à l'érosion et non plus à la ionisation du canal. La qualité du travail d'érosion (usinage fin, usinage grossier) dépend de l'énergie des décharges érosives, mais dépend également du rapport entre cette énergie et les paramètres du canal qui se trouve allumé pour son passage. Lorsque, comme c'est le cas dans beaucoup de machines de l'art antérieur, on laisse le soin d'allumer le canal à la portion initiale de l'impulsion érosive, les paramètres du canal ne peuvent guère être déterminés, c'est-à-dire commandés, d'une façon précise. Par contre, cela est possible si l'on sépare les deux fonctions d'une part d'allumage et d'autre part d'érosion. C'est cela que l'on fait dans les machines du type "à préal¬ lumage", et l'on obtient alors des résultats extrêmement avantageux, pourvu toutefois que l'on soit en mesure de maîtriser les différents paramètres qui interviennent dans le processus d'allumage. II ne faut pas oublier que ce processus dépend également de facteurs technologiques, pouvant varier, et relatifs principalement au liquide diélectri¬ que. C'est ainsi que par exemple la pollution du liquide diélectrique, la vitesse de circulation de ce liquide dans la zone d'usinage, etc, jouent un rôle non négli¬ geable. Il faut que la maîtrise des paramètres puisse être conservée malgré des perturbations de ce genre. L'invention proposera des mesures aptes à améliorer dans une large mesure cette maîtrise des paramètres de préallumage.
Il faut encore rappeler ici que les essais qui ont abouti à proposer les mesures techniques confor¬ mes à l'invention ont été effectuées principalement sur des machines du type proposé par exemple par l'exposé de brevet US no 3 893 013, précédemment cité. Ces machi¬ nes travaillent selon le principe de la relaxation, c'est-à-dire qu'un condensateur d'usinage se charge d'une certaine quantité d'énergie, puis se décharge en fournis¬ sant l'impulsion électro-érosive dans le GAP. Pour que cette décharge puisse avoir lieu, les machines en question engendrent des impulsions de préallumage, au moment où la tension disponible pour l'impulsion érosive est suffi¬ sante. La génération de l'impulsion de préallumage est typiquement établie à l'aide d'un transformateur-éléva- teur de tension. Toutefois, pour l'étude des phénomènes de préallumage (ou d'une façon générale d'allumage), on a utilisé des circuits semblables à ceux qui fournis¬ sent les impulsions érosives, mais travaillant à des niveaux de tension beaucoup plus élevés et avec des éner¬ gies beaucoup plus faibles. Par ailleurs, au lieu de dé¬ terminer la tension nécessaire en fonction de la distan¬ ce de GAP, on a préféré déterminer la distance de GAP pour laquelle une tension d'allumage donnée est suffisan- te. Ceci correspond à la réalité pratique, puisque les machines comportent pratiquement toutes un moteur de déplacement d'électrode qui, progressivement, amène l'électrode au voisinage de la pièce à usiner. Les essais effectués ont montré que, pour l'allumage (ou le préal- lumage) en variant l'énergie disponible, par exemple en connectant les électrodes à des condensateurs de capaci¬ tés différentes ayant été chargés à la même tension, ou en variant la tension de charge, pour une même capacité, la distance d'allumage varie, dans les deux cas, dans le même sens que cette tension ou cette capacité, tout au moins dans le domaine où peuvent varier les distances et les énergies en jeu. L'expérience confirme ainsi ce qui a été établi précédemment d'une façon plus théorique.
On a dit qu'un défaut grevant les machines d'usinage par électro-érosion sans préallumage consis¬ tait en ce que la ionisation du canal était obtenue par la même tension qui fournit les impulsions érosives, ce qui empêche de maîtriser les paramètres de l'allumage. A ce sujet, on remarque qu'une bonne ionisation du canal dépend principalement de la tension appliquée pour l'al¬ lumage, en liaison avec l'énergie disponible à cet effet, tandis que l'efficacité érosive de l'impulsion est essen¬ tiellement fonction du courant de l'impulsion érosive. La tension nécessaire au maintien de la décharge érosive, une fois le canal allumé, ne varie que fort peu avec la distance de GAP (d). Par contre, la tension nécessaire pour l'allumage du canal est pra¬ tiquement - toutes chosesétant égales par ailleurs - pro- portionnelle à cette distance de GAP. Si la tension
(plus exactement la FEM) provoquant les décharges érosi¬ ves est trop élevée, on a, comme le montrent les essais, notamment une usure excessive de l'électrode-outil, et par ailleurs, on augmente le risque de voir se créer un arc électrique, dont la nature permanente bloque le fonc¬ tionnement électro-érosif. Si par contre, on veut pouvoir allumer le canal à l'aide d'une tension relativement basse, on doit avoir une distance de GAP extrêmement pe¬ tite, dont résultent de nombreux ennuis, comme par exem- pie le risque de court-circuitage par des particules de matière, en plus du fait que les paramètres de l'alluma¬ ge ne sont pas maîtrisés. En fait, dans les machines ne faisant pas appel au préallumage, le compromis nécessai¬ re entre les deux exigences susmentionnées (allumage, érosion) limite les possibilités d'adaptation des impul¬ sions érosives aux conditions technologiques de l'usina¬ ge, et il limite également le choix des paramètres con¬ cernant l'allumage, qui conditionnent eux-mêmes les par¬ ticularités du canal ionisé qui est établi. Lorsque se trouve appliquée, sur les élec¬ trodes du GAP, une tension (apte à délivrer une impul¬ sion de courant importante) suffisante pour entretenir une décharge érosive mais insuffisante pour allumer un canal, compte tenu d'une distance de GAP relativement grande, aucune décharge n'intervient du fait de l'applica¬ tion de cette seule tension-là. Si, dans ces conditions, on applique une brève impulsion, à tension nettement plus élevée, on a l'allumage d'un canal et, dès ce moment, la tension plus basse peut délivrer l'impulsion érosive à fort courant.
Le principe du préallumage réalise ainsi une séparation des fonctions, et donc des paramètres qui les dirigent. Laissant maintenant de côté les questions de l'impulsion érosive elle-même, on se concentre, dans le cadre de la présente invention, sur les paramètres de l'impulsion de préallumage. On a vu qu'un préallumage de bonne qualité nécessitait la maîtrise de la tension de préallumage, et, si possible, de son énergie.
On remarque que si une adaptation doit être effectuée entre la tension de l'impulsion de préallumage et la distance de GAP (d), cette adaptation ne doit pas forcément porter sur le paramètre électrique de tension, mais elle peut également - et avantageusement - être fai¬ te en agissant sur la distance de GAP qui, de toute façon, est le plus souvent commandée par un dispositif de posi¬ tionnement automatique de l'électrode-outil. Dans ces conditions, on peut admettre une tension de préallumage pratiquement fixe et attendre du dispositif de position¬ nement d'électrode qu'il établisse, en relation avec cet- tension, la distance de GAP appropriée. Encore faut-il que la tension de préallumage ait effectivemenet une bon¬ ne stabilité car, comme l'impulsion de préallumage est à caractère extrêmement rapide, la moindre perturbation d'ordre électrique ou matériel peut notablement modifier la tension de pointe de l'impulsion (dont la durée est le plus souvent nettement inférieure à une microseconde) . Dans les dispositifs connus utilisant le principe du préallumage, les essais ont montré (à l'oscilloscope) que même la tension des impulsions de préallumage en ré¬ gime relativement stable étaient sujettes à des fluctua¬ tions quasiment aléatoires. D'autres essais, qui n'ont pu avoir lieu que dans le cadre des mesures proposées
_ _ -,.p_ par la présente invention, ont montré qu'on rencontrait également d'importantes fluctuations, quasi aléatoires, quant à l'énergie des impulsions de préallumage.
On peut énumérer comme suit les avantages du système de préallumage : 1) Avec une tension d'allumage relativement élevée, le fonctionnement du circuit interviendra pour des dis- . tances de GAP relativement grandes, en ce sens que, avec cette distance-là, la tension servant uniquement à la fourniture des impulsions érosives ne pourra pas allumer le canal. La différence entre les deux tensions représente une sécurité à l'égard des courts- circuits et des arcs, elle rend le processus d'usina¬ ge particulièrement stable et sûr, elle permet la maî¬ trise des paramètres électriques par la séparation des fonctions d'allumage et d'érosion.
2) La ionisation du canal étant indépendante des paramè¬ tres électriques des impulsions érosives, il devient possible de faire varier ces derniers dans des propor¬ tions extrêmement larges en les adaptant facilement aux meilleures conditions technologiques tout en con¬ servant une parfaite stabilité et efficacité de l'usi¬ nage.
3) Il est connu dans la technique de 1'électro-érosion que l'usure de l'électrode-outil est fortement influen- cée par l'importance du GAP d'usinage. Cette usure augmente notablement lorsque cette distance de GAP di¬ minue. Ceci explique la difficulté d'obtenir, sans préallumage, une faible usure de l'électrode dans les régimes où le GAP doit être particulièrement faible, c'est-à-dire dans les régimes de finition, devant se faire à énergie d'impulsion relativesment basse, c'est- à-dire avec une faible distance de GAP, si l'on s'en tient aux explications précédemment énoncées.
' . , .<_ _ " '~ L'application du préallumage permet d'avoir une dis¬ tance de GAP nettement plus élevée quels que soient les paramètres des impulsions érosives. Il devient ainsi possible de réduire l'usure de l'électrode-ou- til dans tous les régimes, et en particulier dans les régimes de finition où cette usure, à valeur égale, serait le plus regrettable, mais où justement cette usure peut être réduite à une valeur voisine de zéro par application du principe de préallumage, tout au moins dans les conditions particulièrement avantageu¬ ses établies dans le cadre de la présente invention. 4) Les perturbations fréquentes des conditions dans la zone d'usinage qui déstabilisent le processus de tra¬ vail en provoquant des courts-circuits, des arcs con- tinus et autres phénomènes nuisibles, exigent l'appli¬ cation d'un "contrôle adaptatif" des paramètres des impulsions érosives ainsi que de la position de l'é¬ lectrode-outil. La nature complexe de ces perturba¬ tions oblige de tenir compte d'un nombre important de facteurs, d'où l'emploi dans les dispositifs classi¬ ques sans préallumage, de systèmes très compliqués pour réaliser un contrôle adaptatif valable. Or, l'ex¬ périence montre que quelle que soit la nature de ces perturbations, elles se reflètent toujours sur les conditions de l'ionisation du canal. L'applicatdion du préallumage avec une adaptation automatique de l'éner¬ gie des impulsions de préallumage au seul facteur d'ionisation permet d'obtenir une parfaite stabilité d'usinage sans aucune modification des paramètres des impulsions érosives et sans changements brutaux de la position de l'électrode-outil. 5) La stabilité et la sécurité du processus d'usinage permettent d'utiliser les circuits générateurs d'im¬ pulsions érosives les plus simples tels que, par
O PI exemple, du type capacitif (L C ou similaires). Ces circuits donnent alors des résultats technologiques comparables et même supérieurs aux circuits les plus élaborés utilisés actuellement. 6) Le système de préallumage du canal peut être appliqué à tous les systèmes de génération des impulsions érosives en leur conférant tous les avantages mentionnés ci-dessus. Compte tenu des considérations qui précèdent, un but de la présente invention est de fournir un circuit électrique pour une machine d'usinage par électro-érosion travaillant selon le principe du préallumage, dans la¬ quelle les inconvénients de l'art antérieur soient évités, et notamment dans laquelle les paramètres qui condition¬ nent la qualité de l'allumage des canaux et de l'usinage électro-érosif soient adéquatement maîtrisés.
Conformément à l'invention, le circuit électrique pour machine d'usinage par électro-érosion, conforme à la définition générique précédemment énoncée, atteint les performances visées du fait de la présence des caractères énoncés dans l'une ou dans l'autre des revendications indépendantes. On remarque que les carac¬ tères, soit de l'une, soit de l'autre, des revendications indépendantes interviennent respectivement pour différents aspects du problème de la stabilisation du préallumage. Les revendications dépendantes définissent des formes d'exécution de l'objet de l'invention qui sont particulièrement avantageuses, notamment des points de vue de la stabilité de tension, de la détection des tendances au surcroît d'énergie de préallumage, de la constitution de circuits permettant une stabilisation de l'énergie, manuellement ou automatiquement, de la simplicité ou de la commodité d'utilisation des circuits engendrant les impulsions de préallumage, etc.. .
Concernant les particularités de l'invention,
OMPI il faut relever que les moyens d'ecretage qui sont men¬ tionnés peuvent être soit à caractéristique limitatrice de tension, mais non stabilisatrice de tension (p.e.) diode Zener en série avec résistance non négligeable) soit à caractéristique véritablement stabilisatrice de courant (P.e. diode Zener sans résistance ohmique notable en série).
Comme le GAP d'usinage est présumé présen¬ ter une caractéristique électro-disruptive, le branche- ment en parallèle avec lui d'un circuit d'ecretage éga¬ lement présumé électro-disruptif peut paraître para¬ doxal. En fait, tout bien considéré, ce paradoxe n'in¬ tervient pas, étant donné que d'une part le GAP d'usinage n'est pas l'équivalent d'un élément électro-disruptif classique, et que, d'autre part, on a des moyens qui asservissent la distance de GAP au paramètre des impul¬ sions de préallumage, c'est-à-dire qui maintiennent substan tiellement égales les deux valeurs de tension "apparemment électro-disruptives" (mais dont en réalité au moins une admet une certaine variation permettant de les accor¬ der l'une à l'autre).
Concernant les moyens précités d'asservis¬ sement de distance de GAP, c'est-à-dire, les moyens, généralement motorisés, de repositionnement de l'électro- de-outil par rapport à la pièce à usiner, il faut noter que, dans certaines formes d'exécution particulières, on pourrait se passer de tels moyens. Ce serait notamment le cas d'une machine d'usinage par électro-érosion dans laquelle l'électrode serait destinée uniquement à imprimer un bas-relief peu profond dans la pièce à usiner. Cette dernière pourrait être mise en place, le circuit électri¬ que étant arrêté, avec l'électrode-outil pré-positionnée juste à la distance voulue, ensuite de quoi les moyens électriques seraient mis en fonctionnement pour imprimer le bas-relief en question, sans déplacement de l'élec¬ trode-outil, sur quoi l'usinage se trouverait terminé, la pièce usinée étant enlevée pour faire place à la prochaine pièce à usiner. Pour cette raison, il n'appa- raît pas adéquat d'inclure la mention des moyens de positionnement d'électrode en question dans la défini¬ tion la plus générale de l'objet de l'invention.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exem¬ ple et en commençant par présenter une forme d'exécution connue de l'art antérieur, des formes d'exécution de l'objet de l'invention; dans ce dessin: la fig. 1 représente un circuit pour machi¬ ne d'usinage par électro-érosion, utilisant le système du préallumage, connu de l'art antérieur, notamment par US 3 893 013, la fig. 2 représente le schéma d'un circuit électrique pour machine d'usinage par électro-érosion conforme à l'invention, cette fig. 2 représentant d'une façon plus détaillée la partie servant à la génération et à l'application des impulsions de préallumage, la fig. 3 est un schéma d'une forme d'exécu¬ tion d'un circuit conforme à l'invention, analogue à la fig. 2, mais comportant de plus des moyens signalisa- teurs fournissant une indication perceptible d'un état de surcroît d'énergie de préallumage, de même que des moyens à commande manuelle permettant de réduire cette énergie, notamment sur la base de la dite indication, la fig. 4 est un schéma d'une forme d'exé¬ cution d'un circuit conforme à l'invention, analogue à celui de la fig. 2, mais présentant de plus des moyens de limitation automatiques d'énergie de préallumage, la fig. 5 est un schéma partiel d'une va¬ riante que l'on peut, avantageusement dans certains cas, utiliser pour remplacer la partie de circuit ali- mentant l'enroulement primaire d'un transformateur de génération des impulsions de préallumage, la fig. 6 est un schéma de principe, accom¬ pagné d'un diagramme représentant l'évolution y rela- tive de la tension et du courant, qui illustre le prin¬ cipe de fonctionnement de l'ensemble du circuit dans le cas où les moyens de délivrance de décharges érosives fonctionnent selon le principe de relaxation, avec un condensateur d'usinage se chargeant et se déchargeant périodiquement, et* la fig. 7 est un schéma de principe, accom¬ pagné d'un diagramme représentant l'évolution y relative de la tension et du courant, qui illustre le fonctionne¬ ment du circuit électrique dans le cas où les moyens de délivrance de décharges érosives comprennent des organes électroniques de commutation délivrant une forme d'onde à créneaux rectangulaires.
Dans le circuit pour machine d'électro¬ érosion représenté à la fig. 1, antérieurement connu par l'exposé de brevet US-3 893 013, on a un condensa¬ teur d'usinage C , alimenté par une source de courant continu par l'intermédiaire d'impédances R .et L ,_, ch ch qui se charge jusqu'à une certaine tension pour se déchar¬ ger périodiquement, sous forme d'impulsions électro- érosives, dans un GAP d'usinage d. Une inductance ajus¬ table L, permet de régler la durée des impulsions et adoucit les sauts de courant, notamment à l'instant où la décharge électro-érosive commence. Des diodes D et D rendent les impulsions érosives unipolaires, em- péchant l'apparition d'oscillations lors de la décharge. Un inverseur I permet d'inverser la polarité entre l'électrode et la pièce à usiner.
Le principe de génération des impulsions électro-érosives dans le circuit de la fig. 1 est analo- gue à celui qui est illustré à la fig. 6. Toutefois, le circuit de la fig. 1 comprend, selon l'art antérieur, des moyens de préallumage encore peu perfectionnés, alors que la fig. 6 illustre le principe même de la génération des impulsions électro-érosives en tant que l'un de ceux auxquels peut s'appliquer l'invention (bien que les éléments qui caractérisent l'objet de l'inven¬ tion, à savoir ceux qui concernent le préallumage, ne se trouvent pas dessinés à cette fig. 6). Revenant à la fig. 1, on voit que le cir¬ cuit selon cette figure comprend des moyens de préallu¬ mage incluant un transformateur-élévateur de tension T, une diode Zener DZ, une résistance variable R.. , une résistance variable R_ et une diode D_. On comprend bien que, lorsque la tension de charge du condensateur
C atteint une valeur déterminée par la tension de la u diode -Zener DZ, quelque peu inférieure à la tension d'alimentation, un courant commence à circuler dans l'enroulement primaire du transformateur T, à travers la résistance R, . L'augmentation de ce courant induit une impulsion, de tension plus élevée, dans l'enroule¬ ment secondaire du transformateur, lequel est connecté en parallèle, sur le GAP d, à travers la diode D et la résistance (ajustable) R_ . L'énergie que cette impul- sion de préallumage peut délivrer dépend des paramètres des composants du circuit de préallumage, la tension de préallumage chutant naturellement lorsqu'intervient le courant de préallumage, mais d'une façon difficile à déterminer. Dans ce dispositif, ni la tension de pré- allumage, ni l'énergie de préallumage ne peuvent être adéquatement maîtrisées.
L'expérience a montré que le circuit selon l'art antérieur représenté à la fig. 1 ne pouvait être utilisé que d'une manière très restrictive dans les 19 conditions industrielles réelles. Les difficultés pro¬ venaient notamment des raisons suivantes:
- du fait du mode de connexion des enroulements du trans¬ formateur T, celui-ci devait présenter un rapport de transformation ayant une haute valeur d'élévation de tension, ce qui provoquait une importante consom¬ mation du courant provenant du condensateur C . De plus, cette situation avait pour effet que le transfor¬ mateur T présentait des caractéristiques inductives peu favorables au préallumage et en particulier à la maîtrise de ses paramètres.
- Après la phase d'augmentation du courant, un important courant continu traversait l'enroulement primaire du transformateur, la diode Zener, et la résistance en série avec elle, une grande partie de l'énergie étant ainsi perdue (et provoquant selon le cas des échauffements excessifs). Cette situation nuisait de plus à la puissance de l'usinage.
- Dans les cas où la charge du condensateur d'usinage s caractérisait par des courbes très raides, de même que dans le cas où l'on aurait voulu utiliser des impulsions érosives du type rectangulaire engendrées électroniquement, la transformation d'une partie de l'énergie en impulsions de préallumage n'était prati- quement plus possible par suite d'un rendement insuf¬ fisant.
- Les impulsions de préallumage étant entièrement dépen¬ dantes, quant à leur tension et à leur courant, c'est- à-dire leur énergie, de la puissance d'usinage et des caractéristiques des impulsions érosives, les paramètres des impulsions de préallumage ne pouvaient guère être maîtrisés, échappant même à tout contrôle. Des variations notables des impulsions érosives pro¬ duisaient des effets parasites fort nuisibles. On
O rencontrait souvent une augmentation spontanée de l'énergie, et le cas échéant de la tension, de préal¬ lumage, ce qui provoquait une ionisation excessive du milieu diélectrique, favorisant les courts-circuits et les arcs continus.
- En outre, des phénomènes parasites (tels que ceux précités ou d'autres encore) fournissaient au système de servo-commande de l'avance automatique (ou posi¬ tionnement automatique) de l'électrode-outil des in- formations souvent incohérentes de sorte que le ser- vo-moteur était incapable de maintenir correctement la valeur du GAP d'usinage, rendant instable tout le processus d'usinage.
- En bref, l'utilisation de ce circuit n'était prati- cable que dans des conditions particulières, très limitées, de tension, de courant et de capacité d'usi¬ nage, qui pouvaient exister par exemple pour un usi¬ nage à faible puissance. De plus, des moyens de preal¬ lumage ne permettaient pas l'application du principe à des systèmes différents de génération des impulsions érosives.
Ainsi, on constate que le principe de préal¬ lumage ne peut être correctement appliqué, de façon à fournir tous les bénéfices qui peuvent en ressortir, que si certaines conditions sont remplies. Une perfor¬ mance visée par l'invention consiste justement en la satisfaction de ces conditions, qui sont les suivantes: 1) Les paramètres électriques des impulsions de préallu¬ mage doivent, dans une large mesure, être fixées seulement en fonction de leur effet ionisateur (pola¬ risation + ionisation), en restant le plus possible indépendants du régime et de la puissance d'usinage, de la forme d'onde de courant des impulsions érosives, et d'autres caractéristiques encore du générateur
O PI d'impulsions. 2) La tension des impulsions de préallumage doit être limitée, si possible strictement, à une valeur dé¬ terminée et constante, car c'est cette tension qui, par le jeu des moyens de positionnement d'électrode, détermine la valeur du GAP, de même qu'elle détermi¬ ne la valeur de "l'interstice de découpe" (c'est- à-dire la différence entre les dimensions de l'élec¬ trode-outil, et celles du creux usiné dans la pièce). 3) L'énergie des impulsions de préallumage doit être seulement une fraction minime de l'énergie des im¬ pulsions érosives et ne doit servir qu'à la ionisa¬ tion du canal; il devrait y avoir le moins possible d'influence mutuelle entre les paramètres des i pul- sions de préallumage et ceux des impulsions érosives.
4) Pour assurer une ionisation régulière du canal dans les différentes conditions de régime et de .puissance d'usinage, il est bon que l'énergie des impulsions de préallumage soit adaptée à ces conditions, avec au moins une possibilité de réglage manuel, et si possible une possibilité de réglage automatique.
5) L'instant d'application des impulsions de préalluma¬ ge doit être adéquatement déterminé en fonction du potentiel électrique disponible pour les impulsions érosives.
6) La durée de l'impulsion de préallumage, c'est-à-dire de l'effet ionisateur, doit être aussi courte que possible; l'impulsion de préallumage doit tomber dès que le canal est ionisé et que le courant d'im- pulsion érosive commence à passer.
L'expérience montre que les meilleurs résultats technologiques, c'est-à-dire le plus grand enlèvement du matériau usiné et la plus faible usure de l'électrode-outil sont obtenus lorsque les condi- 22 tions susmentionnées sont satisfaites. Il est clair que certaines conditions peuvent être plus impératives que d'autres, le premier rang revenant à la régularité de la tension de préallumage, suivie de très près par les conditions relatives à l'énergie de préallumage.
L'objet de l'invention, dont on va main¬ tenant décrire des exemples en liaison avec les fig. 2 et suivantes, réalise une maîtrise fort complète des paramètres des impulsions de préallumage, en rendant adéquat leur effet ionisateur, quelles que soient les conditions de régime et de puissance d'usinage, et sans dépendance excessive non plus des autres conditions technologiques. Un autre but de l'invention est d'assu¬ rer cette maîtrise d'une façon automatique. Dans le circuit conforme à l'invention qui est schématiquement représenté à la fig. 2, les moyens de délivrance de décharges érosives 1 peuvent être semblables à l'ensemble du condensateur C et des u composants périphériques représentés à la fig. 1. Toute- fois, le circuit d'alimentation en décharges érosives 1 de la fig. 2, peut également être constitué d'une autre manière, par exemple à l'aide de moyens de commu¬ tations électroniques. Les parties supérieures des fig. 6 et 7 illustrent du reste deux façons différentes selon lesquelles le circuit d'alimentation 1 en décharges érosives peut être constitué et peut fonctionner.
A la fig. 2, le dispositif matériel 2 d'usi¬ nage par électro-érosion comprend une cuve remplie de liquide diélectrique et dans laquelle une électrode- outil El est située jusqu'au -dessus d'une pièce à usi¬ ner Pi. Le circuit 1 de délivrance des impulsions élec¬ tro-érosives est connecté aux bornes des deux électrodes que constituent 1'électdrode-outil d'une part et la pièce à usiner d'autre part, uniquement par l'intermé- 23 diaire d'une diode 7 nécessaire pour que puissent être appliquées les impulsions de préallumage. Une diode 10 empêche toute inversion de polarité de tension aux bornes du GAP, c'est-à-dire sur les électrodes Ei et Pi.
Pour le reste, le schéma de la fig. 2 il¬ lustre en détail seulement le circuit de preallumage. On voit qu'il comprend un transformateur 6, élévateur de tension, dans lequel sont engendrées les impulsions de préallumage. Une résistance ajustable 5, un conden¬ sateur 4 et une diode Zener 3 sont connectés en série avec l'enroulement primaire du transformateur 6, toute cette branche-série étant connectée sur les bornes de sortie du circuit d'alimentation 1. Par ailleurs, l'en- roulement secondaire du transformateur 6 est connecté, par l'intermédiaire d'une résistance de limitation 8 et d'une diode de non-retour 9 , aux bornes de la diode 1 , précédemment mentionnée.
On comprend bien que, avant le début de l'impulsion érosive, la tension d'alimentation délivrée par le circuit 1, qui avait été rendue nulle à la fin de l'impulsion érosive précédente, commence à augmenter et en vient à dépasser la tension caractéristique de la diode Zener 3. Le condensateur 4 commence alors à se charger à travers la résistance 5, la diode Zener
3 et l'enroulement primaire du transformateur-élévateur 6. Ce courant, d'abord limité par la self-inductance du transformateur, augmente rapidement ensuite, tant que la tension d'alimentation est en situation d'augmenta- tion. La tension induite par l'augmentation du courant dans l'enroulement primaire du transformateur se présente également dans l'enroulement secondaire de celui-ci, sous forme d'une impulsion d'une tension notablement plus élevée, capable seulement de se traduire en un 24 courant relativement faible, laquelle tension est appli¬ quée aux bornes de la diode 7, polarisée alors dans le sens bloquant. Ainsi, la tension aux bornes du GAP d est égale à la somme de la tension d'alimentation en impulsions érosives (bornes de sortie du circuit 1), et de l'impulsion de préallumage (enroulement secondai¬ re du transformateur 6).
On note que le condensateur 4 sert à éviter que le courant dans l'enroulement primaire du transfor- mateur soit déterminé exclusivement par la caractéris¬ tique de la diode Zener, la résistance ohmique et la self-inductance du transformateur. L'expérience a montré que, sans condensateur, l'impulsion de préallumage se perd, probablement du fait qu'elle se présente avec un flanc trop raide ou grevée d'une impédance-série trop élevée. Au contraire, avec le condensateur 4 en série, on obtient, comme les essais l'ont montré, une impulsion de préallumage adéquate et efficace. Il est probable que des processus de charges et de décharges à polarité inverse interviennent dans le condensateur 4. Sans entrer dans une étude poussée à ce sujet, on remarque en tous les cas que la présence du condensateur 4 a un effet bénéfique sur les impulsions de préallumage. En bref, on note que la présence du conden- sateur 4 présente les avantages suivants:
1) Elimination de la circulation d'un courant continu dans l'enroulement primaire du transformateur
2) Meilleure détermination du temps de l'augmentation du courant dans l'enroulement primaire du transfor- mateur, permettant d'assurer la génération de la quantité d'énergie nécessaire au préallumage et per¬ mettant de maîtriser l'instant d'applicatdion du préallumage.
3) Maintien de la tension de préallumage au moins pen- dant la durée nécessaire à une ionisation correcte d'un canal dans le GAP. 4) Restitution au circuit d'usinage de la quantité d'é¬ nergie prélevée en excédent. 5) Possibilité, par choix adéquat de la capacité du condensateur 4 et de la valeur de la résistance 5t d'assurer la production de l'impulsion de préalluma¬ ge durant un bref instant, juste suffisant pour al¬ lumer effectivement le canal mais ne risquant pas de provoquer une prolongation excessive de l'effet ionisateur.
L'effet du branchement-série du condensa¬ teur 4 est ainsi avantageux par le fait qu'il assure une impulsion de préallumage de puissance adéquate. Toutefois, il est encore autre chose qui contribue à une application rationnelle du principe de préallumage. En effet, malgré le fait qu'on obtient de la façon pré¬ citée une génération régulière des impulsions de préal¬ lumage, les variations des conditions dans la zone d'usi- nage elle-même (c'est-à-dire dans le GAP), du fait des fluctuations des caractéristiques du milieu diélectrique - telle qu'une accumulation de résidu d'usinage sous formes de particules conductrices, une formation de gaz, un dépôt de carbone, etc...- peuvent provoquer tfê variations de la résistance de ce milieu, d'où des fluctuations difficilement maîtrisables de la tension des impulsions de préallumage.
C'est la raison pour laquelle on a prévu dans le circuit selon l'invention une branche d'ecretage de la tension de préallumage, composée en l'occurrence d'une diode Zener 11 (éventuellement plusieurs diodes Zener en série) et d'une résistance 12 en série avec cette diode Zener, l'ensemble de ces éléments étant branché directement aux bornes du GAP.
OMPI 26
On obtient ainsi une stabilisation de la tension de l'impulsion de préallumage.
Dans les commentaires énoncés préalable¬ ment à la présente description, on a déjà indiqué que 5 le branchement en parallèle de deux éléments ayant une caractéristique de type électro-disruptif n'était pas paradoxal, contrairement aux apparences. Cela est dû d'une part au fait que le GAP ne présente pas une carac¬ téristique électro-disruptive classique et cela est
10 dû également au fait qu'il existe la plupart du temps, d'une façon non représentée au dessin, un dispositif d'asservissement de la position d'électrode, ou de dé¬ placement automatique d'électrode, qui, lorsque se pré¬ sente une tension donnée pour préallumer un canal,
15 établit substantiellement automatiquement la distance de GAP à lavaleur voulue. Dans ce cas, la caractéristi¬ que de l'ensemble-série 11, 12 pourrait être non seule¬ ment êcréteuse, mais stabilisatrice de tension, c'est- à-dire que la chute de tension maximale envisagée aux
20 bornes de la résistance 12 sera petite par rapport à la tension caractéristique de la diode Zener 11. La présence de la résistance 12 s'explique en fait par l'utilisation que l'on en fera dans des perfectionnements qui vont être expliqués plus loin en liaison avec les
25 fig. 3 et 4. On note que, en l'absence - toujours pos¬ sible - d'un dispositif de positionnement automatique d'électrode, la résistance 12 serait avantageusement rendue plus grande, de façon à établir une chute de tension ohmique propre à partager le courant entre le
30 GAP et la diode Zener 11 même dans le cas où la distance de GAP d ne serait pas tout à fait adéquate.
Avec la branche d'ecretage 11, 12, le cir¬ cuit de la fig. 2 assure une stabilisation de la tension des impulsions de préallumage. On a vu toutefois que,
. 1 ~. ~ (' ' _~'"fpI " "''IFO pour obtenir une très bonne impulsion de préallumage, il était bonde maîtriser également le paramètre de l'énergie de l'impulsion de préallumage. Les autres formes d'exécution que l'on va décrire maintenant res- pectivement en liaison avec la fig. 3 et avec la fig. 4, fournissent de plus les moyens de maîtriser le para¬ mètre de l'énergie des impulsions de préallumage.
On voit que la forme d'exécution selon la fig. 3 comprend tous les éléments qui se trouvaient à la fig. 2 , avec en plus un transistor 14 de limita¬ tion du courant de préallumage, une source de tension auxiliaire 15, une résistance variable 16, une diode de non-retour 18 et un appareil de signalisation 17. Le tronçon émetteur-collecteur du transistor 14 est branché en série avec la résistance 8 et la diode 9 déjà considérées en liaison avec la fig. 2. Ce tronçon émetteur-collecteur est commandé par le courant dans le tronçon émetteur-base de ce transistor 14. Ce courant, provenant de la source de tension auxiliaire 15, est ajustable au moyen de la résistance variable 16. Plus exactement, cette résistance variable 16 permet d'éta¬ blir la valeur maximale de courant qui peut traverser le tronçon émetteur-collecteur du transistor 14, durant l'impulsion de préallumage. Le circuit signalisateur 17 est également alimenté par la source de tension au¬ xiliaire 15 et il comprend une entrée connectée sur le point de connexion entre la diode 11 et la résistance 12, dans la branche d'ecretage déjà considérée en liai¬ son avec la fig. 2. Le circuit signalisateur 17 peut être conçu de plusieurs manières différentes. Il peut s'agir par exemple d'un voltmètre électronique mémorisant les va¬ leurs de pointe de chute de tension dans la résistance 12, lesquelles sont représentatives des valeurs de poin- te du courant d'ecretage. Le circuit signalisateur 17 pourrait également être un oscilloscope faisant appa¬ raître l'évolution du courant d'ecretage, il pourrait encore être un circuit électronique détectant unique- ment le fait que la chute de tension sur la résistance 12 (augmentée de la chute de tension quasiment constante sur la diode 18 dans le sens passant) présente des poin¬ tes qui dépassent ou ne dépassent pas une valeur de seuil donnée. Selon le cas, un indicateur 17a fournira une indication permettant à un opérateur de connaître l'information voulue quant à la chute de tension dans la résistance 12. Cet indicateur 17a pourrait être par exemple une lampe ou un dispositif optique, indiquant qu'un seuil est dépassé ou non par les pointes du cou- rant d'ecretage, il pourrait également- s'agir d'un indi¬ cateur numérique, fournissant la valeur même de ce cou¬ rant, ou encore un indicateur analogique à aiguille, etc.
Avec cette forme d'exécution selon la fig. 3, un opérateur perçoit l'indication fournie par l'organe 17a du circuit signalisateur 17 et il peut régler la résistance variable 16 de façon à diminuer (ou augmenter) la valeur maximale du courant pouvant traverser le tronçon émetteur-collecteur du transistor 14. c'est-à-dire la valeur maximale que peut avoir le courant disponible pour le préallumage.
Le courant que le transistor 14 laisse passer n'est toutefois pas, en tous les cas dans le cas général, le courant total qui passe dans le GAP, étant donné qu'une partie de ce courant passe dans la branche d'ecretage, 11, 12. La répartition du courant de préallumage entre la branche d'ecretage et le GAP est conditionnée par la distance d du GAP, qui doit être adéquatement établie. Dans la plupart des cas,
OMPI cette distance de GAP est établie par un dispositif d'asservissement de la position de l'électrode qui don¬ ne automatiquement la valeur voulue à cette distance d. On verra plus loin comment un tel dispositif peut, par exemple, être automatiquement commandé. En principe, les conditions sont telles que le courant dans la bran¬ che d'ecretage 11, 12 est approximativement du même ordre de grandeur que le courant de préallumage dans le GAP. La forme d'exécution selon la fig. 3 pré¬ sente l'avantage d'avoir une "valeur limite du courant de préallumage"qui est établie normalement de façon fixe, selon l'ajustage de la résistance variable 16. Cette valeur limite du courant disponible pour le pré- allumage est donc en quelque sorte mémorisée par la valeur donnée à la résistance ajustable 16, compte tenu de la tension de la source d'alimentation auxiliaire 15.
Le réglage ou l'ajustage de l'énergie de preallumage disponible (valeur maximum du courant dans le tronçon émetteur-collecteur du transistor 14) est réglé manuellement, d'une façon restant ainsi mémorisée, dans la forme d'exécution selon la fig. 3. Par contre, dans la forme d'exécution selon la fig. 4, ce réglage intervient automatiquement, une limitation du courant dans le tronçon émetteur-collecteur du transistor 14 n'intervenant que lorsque le courant dans la résistance 12, c'est-à-dire le courant d'ecretage, dépasse une certaine valeur limite. Pour cela, dans la forme d'exécu¬ tion selon la fig. 4, on a à nouveau le transistor 14 dont le tronçon émetteur-collecteur est apte à limi¬ ter la valeur du courant disponible pour le préallumage (c'est-à-dire la somme du courant d'ecretage et du cou¬ rant de préallumage). Par contre, dans cette forme d'exé¬ cution selon la fig. 4, le transistor 14 est commandé à l'aide d'un circuit comprenant un transistor 22, de commande d'asservissement de courant de préallumage, une source de tension auxiliaire 15, une résistance fixe 23 et une résistance ajustable 24. Une connexion de la résistance 23 est reliée au pôle négatif de la source de tension auxiliaire 15, et est reliée en même temps au point de connexion entre la diode Zener 11 et la résistance 12, dans la branche d'ecretage. La résistance 23 est avant tout une résistance de neutra- lisation du courant de fuite des transistors 14 et 22. Lorsqu'aucun courant ne traverse la résistance 12, le pôle négatif de la source d'alimentation auxiliaire 15 est au même potentiel que l'électrode-outil El, c'est-à-dire que la quasi totalité de la tension de la source auxiliaire 15 est appliquée à la résistance variable 24 Le transistor 22 est monté, comme on le voit en "emitter-follower" et le courant qui est délivré par l'émetteur du transistor 22 est approximativement égal (du moment que l'on peut considérer dans la résis- tance 23 comme pratiquement négligeable) au quotient de la tension de la source auxiliaire 15 par la valeur de la résistance variable 24, multiplié par le coeffi¬ cient d'amplification du transistor 22. C'est ce courant, issu de l'émetteur du transistor 22, qui commande le transistor 14 par son tronçon émetteur-base. Lorsqu'une chute de tension se produit sur la résistance 12, le pôle négatif de la source de tension auxiliaire 15 passe à un potentiel inférieur par rapport à celui de l'élec¬ trode-outil Et, et la tension qui reste appliquée sur la résistance variable 24 diminue d'autant, provoquant automatiquement une diminution du courant qui commande le transistor 14. Si la chute de tension dans la résis¬ tance 12 devient grande, le transistor 22 pourrait même être bloqué complètement, bloquant également le transis- tor 14, mais justement à ce moment-là le courant dans la résistance 12 diminuerait forcément, ce qui fait que l'état de blocage n'arrive pas à se produire et que l'on tend vers une situation "stabilisée par effet c de réaction". La valeur du courant dans la résistance 12 pour laquelle cette situation stabilisée intervient peut, comme on le comprend aisément en appliquant les règles des circuits électroniques, être réglée à l'aide de la résistance variable 24. 0 En fonctionnement la valeur maximale du courant autorisé à traverser le tronçon émetteur-collec¬ teur du transistor 14 n'est pas établie de façon fixe, comme dans le cas de la forme d'exécution selon la fig. 3, mais elle est, a priori, très élevée. Ce n'est qu'au 2_5 moment où un important courant d'ecretage intervient que cette valeur limite de courant dans le transistor 14 est réduite, par l'effet du transistor 22 et des éléments qui lui sont associés.
L'avantage du circuit selon la fig. 4 est 20 que, si le courant d'ecretage a tendance à augmenter, la limitation du courant à travers le transistor 14 devient automatiquement plus sévère, ce qui fait que le circuit s'adapte automatiquement aux différentes conditions pouvant se présenter (par exemple dans le 25 cas d'une ionisation "hésitante", au moment où l'élec¬ trode-outil est éloignée de la pièce à usiner) • Un effet avantageux du circuit de limitation automatique du courant disponible pour le préallumage, selon la fig. 4, consis¬ te en ce que, au moment où l'électrode-outil est, pour 30 une raison ou pour une autre, éloignée de la pièce, l'interruption des impulsions de préallumage est franche, il n'y a pas une période où se produisent des préalluma¬ ges "à la limite du possible", qui n'ouvre qu'un canal ionisé de mauvaise qualité.
A la fig. 4, on a également prévu, mais d'une manière qui ne serait pas obligatoire, une premiè¬ re branche de semi-écrétage 19, 20, 21, qui agit en amont du transistor 14, mais en aval de la résistance 8 et de la diode 9. Il a été constaté que l'effet de la limitation automatique d'énergie commandée par le transistor 22 était plus efficace si la tension dispo¬ nible était déjà préalablement écrétée, et c'est le rôle de la branche d'ecretage préalable 19, 20. Il est toutefois bien clair que la chute de tension totale dans la diode Zener 19 et la résistance 20 doit forcé¬ ment être supérieure à la chute de tension totale dans la diode 11 et la résistance 12, sinon l'effet de la branche d'ecretage proprement dite, 11, 12, serait nul. De toute façon, la diode 21, prévue à toutes fins uti- les, n'est pas indispensable, même dans le cas où l'on prévoit la branche d'ecretage préalable (ou de semi- écrétage préalable) comprenant la diode Zener 19 et la résistance 20.
Le circuit selon la fig. 4 assure une maî- trise complète et automatique des paramètres électriques de l'impulsion de préallumage, à savoir la tension de pointe de celle-ci et de l'énergie disponible pour le préallumage.
La fig. 5 représente une modification pos- sible, et au moins en certains cas avantageuse, selon laquelle peuvent être agencés les éléments qui commandent le passage du courant dans l'enroulement primaire du transformateur qui fournit les impulsions de préallumage. Dans la variante selon la fig. 5, on retrouve, en 3' , 4', 5' et 6*, les éléments homologues 3-6 des fig. 2, 3 et 4, mais selon une disposition différente.
A la fig. 5, on a prévu un transistor 25 muni d'une résistance de neutralisation du courant de fuite 26, qui est commandé par sa base par le branche- ment-série d'une diode Zener 3', correspondant à la diode 3 des fig. 2 à 4, et d'un condensateur 4', cor¬ respondant au condensateur 4 des fig. 3 à 4. Par ail¬ leurs, en série sur le tronçon émetteur-collecteur de ce transistor 25, se trouve disposé l'enroulement primaire du transformateur, dénommé ici 6', lui-même en série avec une résistance d'ajustage 5', correspon¬ dant à la résistance 5 des fig. 3 et 4. Une résistance 27 est branchée aux bornes du montage-série comprenant l'enroulement primaire du transformateur 6' et la résis¬ tance ajustable 5', de façon à former une voie permet¬ tant, si nécessaire, le passage d'un courant de déma¬ gnétisation du transformateur 6'. La variante de schéma selon la fig. 5 présente, similairement aux schémas selon les fig. 2 à 4, la propriété selon laquelle, du fait de la présence d'un élément évitant une liaison galvanique directe (en l'occurrence le condensateur 4' correspondant au condensateur 4 des fig. 2 et 4), aucun courant ne circule d'une façon permanente ou serai- permanente dans les moyens de préallumage, ceux-ci n'étant le siège d'aucun courant qui serait étranger à la fonction de génération des impulsions de préallu¬ mage. Par contre, la variante de schéma selon la fig. 5 permet l'application aux bornes de l'enroulement pri- maire du transformateur d'une tension pratiquement éga¬ le à la tension délivrée par le circuit 1 qui l'alimen¬ te, cette tension appliquée à l'enroulement primaire n'étant pas, comme dans le cas des fig. 2 à 4,diminuée au moins de la tension Zener de la diode Zener 3 ou 3'. Ceci permet l'utilisation d'un transformateur a rapport de transformation moins élevé. A la limite, compte tenu du fait que l'impulsion de préallumage est ajoutée à la tension fournie par le circuit 1 d'alimen¬ tation en tension érosive, le transformateur 6' pourrait
OMP n'être même pas élévateur de tension, puisque, en prin¬ cipe, il suffit que la tension de préallumage soit au moins notablement supérieure à la tension des impulsions électro-érosives. En pratique, comme la tension de pré- allumage est de préférence supérieure au double de la tension des impulsions érosives, le transistor 6' sera malgré tout au moins légèrement élévateur de tension, mais ce n'est pas une nécessité absolue.
A la fig. 5, on a encore représenté, en traits pointillés, une possibilité de complément qui peut être intéressante. Il s'agit de la partie de circuit qui comprend une résistance 28 en série avec la résis¬ tance 27, un transistor 29 dont le tronçon émetteur- base est connecté en série sur la résistance 28 et d'une résistance 30 constituant une résistance de charge bran¬ chée sur le collecteur du transistor 29. Un condensateur de couplage 31 relie de plus le collecteur du transistor de réaction 29 avec l'électrode de base du transistor de commande d'allumage 25. Du fait de ce montage, lors- que le transistor 25 est devenu conducteur, le transis¬ tor 29 l'est également et, par l'intermédiaire du con¬ densateur 31, cet état de conduction est maintenu au moins durant la durée de charge de ce condensateur 21, même si le courant à travers la diode Zener 3 ' et le condensateur 4' n'était même plus suffisant pour comman¬ der à lui seul la conduction du transistor de commande de préallumage 25.
On remarque que le circuit de la fig. 5, aussi bien avec l'adjonction dessinée en pointillés que sans celle-ci, est un circuit du type qui ne con¬ somme aucun courant au repos.
A la fig. 5, on a encore représenté, en 32, la possibilité, susceptible d'être fort intéressan¬ te, de prévoir une connexion d'entrée supplémentaire
OMPI provoquant, sur demande, l'émission d'une impulsion de préallumage supplémentaire. A la fig. 5, on a repré¬ senté la possibilité d'amener la commande d'impulsion de préallumage supplémentaire 32 sur l'électrode de base du transistor de couplage de réaction 29, mais il est clair que l'on pourrait amener cette impulsion de commande supplémentaire en un quelconque autre point du circuit.
On remarque que, avec les composants de circuit dessinés en pointillés, le schéma de la fig.
5 donne aux moyens de commande de préallumage le fonc¬ tionnement caractéristique d'une bascule monostable, ce qui peut permettre par exemple de calibrer en temps l'impulsion de préallumage d'une façon indépendante de la commande fournie par l'intermédiaire de la diode Zener 3, 3' et du condensateur 4, 4', commande qui, elle, est d'une certaine façon dépendante de l'évolu¬ tion de la tension délivrée sur les bornes de sortie du circuit 1, qui fournira l'impulsion érosive. II y a lieu de considérer encore les fig.
6 et 7. Ces deux figures se composent chacune d'un sché¬ ma de principe (partie supérieure) et d'un diagramme d'évolution des tensions et des courants (partie infé¬ rieure). La fig. 6 illustre le fait que, en tant que circuit de délivrance des décharges érosives, on peut utiliser un circuit du type "à relaxation", tel que, sans égard aux questions de préallumage, l'art antérieur en connaissait, notamment par l'exposé de brevet USA précédemment cité. Aux bornes a, b, a', b1 de la fig. 6, se trouve branché l'agencement de préallumage, tel que représenté aux fig. 2 à 4.
La partie inférieure de la fig. 6 montre comment évoluent, d'une part, la tension et, d'autre part, le courant dans le GAP. La tension, établie aux
OM?I bornes du condensateur principal de délivrance d'impul¬ sions (ou condensateur d'usinage) croît d'abord jusqu'à une valeur U_, à laquelle se déclenche le processus du préallumage. La tension passe alors par la valeur U qui constitue la tension de pointe de préallumage, puis, le canalétant allumé, cette tension redescend à une valeur relativement basse, de l'ordre de 30 à 40 V, où elle se maintient, avec une évolution substantielle¬ ment plate, jusqu'à la fin de l'impulsion. Par ailleurs, le courant commence de croître progressivement au mo¬ ment où le canal a été allumé par la pointe de tension
U , et il suit une évolution correspondant substantiel- pr lement à une alternance d'une sinusoïde, passant par un maximum pour revenir ensuite à zéro. Au moment où ce courant revient à zéro, le canal se déionise et il ne peut pas circuler de courant dans le sens inverse (cela serait de toute façon empêché par les diodes 7 et 10) .
A la partie supérieure de la fig. 6, on remarque encore qu'il y a, en série avec le condensa¬ teur principal d'usinage, une bobine d'induction régla¬ ble qui est chargée de supporter l'à-coup de tension qui se produit au moment où le canal vient d'être allu¬ mé. Cette impédance inductive contribue ainsi à "adoucir" les sauts de courant qui sinon seraient excessivement grands.
La fig. 7 illustre, d'une façon analogue à la fig. 6, la possibilité de faire délivrer les déchar¬ ges électro-érosives non pas par un circuit à conden- sateur, c'est-à-dire principalement du type à relaxa¬ tion, mais par un circuit électronique comprenant des commutations "en" et "hors", appliquées à la sortie d'une source d'énergie apte à délivrer une tension adé¬ quate (tension U ) pour commander le préallumage, et
_^_ - ' un courant suffisamment élevé pour constituer l'impul¬ sion électro-érosive, la tension étant alors bien sûr chutée pour correspondre à la tension d'entretien du courant d'impulsions érosives. La partie inférieure de la fig. 7 montre que, avec l'utilisation d'un tel circuit électronique de délivrance des décharges électro-érosives, le fonc¬ tionnement du circuit de préallumage n'est pratiquement pas modifié. Par contre, les impulsions de courant érosif sont, comme on le voit, beaucoup plus "carrées".
Les points de connexion a, b, a' et b' de la fig. 7 sont, comme les points homologues de la fig. 6, destinés à l'insertion de la partie de circuit concernant le préallumage. On a parlé, à plusieurs reprises, des moyens de positionnement de l'électrode-outil, qui exis¬ tent dans la quasi totalité des machines d'usinage par électro-érosion, et qui, naturellementsont normalement également présentsdans la machine commandée par le circuit selon l'invention. On a même dit que c'est la présence de ces moyens d'asservissement de position d'électrode-outil qui permettent au système d'ecretage de développer tous ses effets avantageux, notamment dans le cas où la résistance 12 est de faible valeur et où la branche d'ecretage, formée essentiellement de la diode Zener 11, a non seulement une caractéristi¬ que réductrice de tension, mais une caractéristique stabilisatrice de tension.
D'une façon générale, les moyens de posi- tionnement de l'électrode-outil comprennent un moteur qui est commandé pour rapprocher l'électrode de la pièce ou pour l'en éloigner. Ce moteur est commandé par des moyens classiques; pour déterminer son fonc¬ tionnement, on a en général des moyens qui réagissent
OMPI à différents paramètres, électriques, voire mécaniques, pouvant être appréhendés sur le circuit ou la machine. Substantiellement, on distingue trois si¬ tuations,celle où un rapprochement de l'électrode est nécessaire (le moteur tourne dans un sens), celle où aucun mouvement de l'électrode n'est nécessaire (le moteur est à l'arrêt), et celle où un éloignement de l'électrode est nécessaire (le moteur tourne dans l'au¬ tre sens) . Ci-après, on va mentionner quelques-unes des nombreuses méthodes selon lesquelles différents paramètres peuvent être traités comme critères pour déterminer la commande du moteur de positionnement d'élec¬ trode. Une première méthode que l'on va décrire convient aussi bien pour les machines selon l'art antérieur que pour les machines dont le circuit correspond à l'inven¬ tion; une autre méthode, possible pour l'art antérieur, n'est pas applicable pour une machine ayant un circuit tel que celui que l'invention propose, mais, moyennant des modifications, cette deuxième méthode peut s'appli¬ quer au circuit selon l'invention, et alors elle cons¬ titue une méthode particulièrement avantageuse pour commander le moteur de positionnement d'électrode. Au dessin, on a marqué, en différents endroits, des indica- tions x, y, z, m, q et w. C'est aux tensions qui se présentent respectivement entre certains de ces points que l'on peut se référer, en tant que critère pour com¬ mander le positionnement de l'électrode. On notera qu'en désignant une tension par deux des points susmentionnés, on désignera la tension du premier de ces points par rapport au deuxième de ces points (par exemple, la tension xy et la tension sur la résistance 12, x étant positif par rapport à y) .
La première méthode pour déterminer les
«ξTjRE OMPI commandes nécessaires du moteur de positionnement d'élec¬ trode consiste à saisir tout d'abord comme information le signal qx (fig. 2 à 4) ou mw (fig. 1). Si ce signal est constamment positif, cela signifie qu'il y très probablement un court-circuit ou un arc dans le GAP, et il y a lieu de commander un éloignement de l'électro¬ de. Si ce signal est constamment nul ou négatif, cela signifie qu'il n'y a jamais de courant significatif dans le GAP et il convient de commander un rapprochement de l'électrode. Enfin, si l'on a des impulsions de ten¬ sion positive,séparées par des intervalles de temps avec tension nulle ou négative, il convient de consi¬ dérer, comme second critère, le signal xm (fig. 1-4). Si ce signal présente des impulsions dont la pointe atteint une valeur voisine d'une valeur de consigne (désignée comme étant V ), cela signifie que la dis- tance de GAP est convenable et le moteur doit rester immobile. Si ce signal xm présente des pointes de tension qui restent toutefois notablement inférieures à la dite valeur de consigne V , cela signifie que la distance de GAP est trop petite et qu'il convient d'actionner le moteur pour éloigner l'électrode. Au contraire, si les pointes de tension du signal xm sont notablement supérieures à la dite valeur de consigne V , c'est qu'il faut commander le moteur pour qu'il provoque une diminution de la distance de GAP.
On note que la possibilité d'une absence d'impulsion dans le signal xm n'existerait que dans les deux cas où la situation est déjà déterminée par le signal qx (ou mw) , et où le signalxm n'intervient pas.
Une autre méthode de commande, praticable selon l'art antérieur, consiste à n'utiliser que le signal xm et à effectuer uniquement la détermination que la première méthode faisait subsidiairement, en
i RE OMPI 40 fonction de ce signal xm. On note toutefois que l'on peut alors avoir des cas où il n'apparaît aucune im¬ pulsion sur le signal xm. Cela peut tout aussi bien correspondre à un court-circuit dans le GAP, réclamant un éloignement de l'électrode, qu'à une tension d'ali¬ mentation trop basse, réclamant un rapprochement de l'électrode. Pour sortir de cette difficulté, on pré¬ voyait d'effectuer dans ce cas tout d'abord un éloigne¬ ment de l'électrode qui, de toute façon, supprime les courts-circuits et supprime les décharges dans le gap, suivi d'un rapprochement progressif de l'électrode, jusqu'à ce que les impulsions reprennent normalement. On remarque toutefois que cette seconde méthode, applicable selon l'art antérieur, n'est pas applicable telle que présentée avec un circuit conforme à l'invention (fig. 2 à 4). En effet, dans ce cas, la tension de consigne Ves sera naturellement la tension
Zener de la diode 11, et le signal xm ne pourra jamais dépasser notablement cette valeur de consigne. Pourtant cette seconde méthode présentait l'avantage de n'avoir pas à mesurer une chute de tension sur une diode telle que la diode 7 (fig. 2 à 4) ou la diode D_ (fig. 1).
Le circuit selon l'invention fournit toute¬ fois une possibilité fort avantageuse de pratiquer une méthode voisine de la seconde méthode précédemment con¬ sidérée, mais utilisant un autre critère pour connaître les situations où l'électrode doit être éloignée. Aux fig. 2 à 4, on voit que l'on a dessiné, en traits poin¬ tillés, une résistance 12a qui se trouve en série sur l'amenée de la tension et du courant de préallumage. Cette résistance supplémentaire a approximativement la même valeur que la résistance 12. On peut mesurer alors les deux tensions zx et xy. Si ces deux mesures donnent au moins approximativement la même valeur de courant, cela signifie que tout le courant délivré par l'enroulement secondaire du transformateur 6 est dirigé sur la branche d'ecretage 11, 12, c'est-à-dire que le GAP n'est pas sujet à une impulsion de préallumage active (la tension apparaît peut-être mais elle est insuffisante à établir le préallumage) . On en déduit qu'il faut commander le moteur pour qu'il provoque un rapprochement de l'électrode-outil. De plus, concernant l'indétermination qui existait dans l'art antérieur et nécessaitait un "va- et-vient" de l'électrode-outil, on note que, dans le circuit selon l'invention, le cas dans lequel aucune impulsion ne se présente sur le signal xm peut être tout d'abord traité, en admettant que l'on ait la va¬ riante selon la fig. 5 y compris ce qui est dessiné en traits pointillés, par l'envoi d'une impulsion sur la connexion 32, de manière que le circuit tente de provoquer l'application d'une impulsion de préallumage supplémentaire. Si cette impulsion intervient et qu'elle provoque effectivement le préallumage, le processus d'usinage se poursuivra normalement, il y aura au plus lieu d'effectuer une correction d'éloignement de l'élec¬ trode, si l'impulsion xm est trop faible. Si aucune impulsion n'intervient après l'application d'une impul¬ sion de commande sur la connexion d'entrée 32 (fig. 5), c'est que l'on se trouve vraisemblablement en pré¬ sence d'un court-circuit et il convient alors de provo¬ quer un éloignement de l'électrode. Enfin, si l'impulsion de préallumage se produit mais qu'elle ne provoque aucun allumage effectif du canal, on aura alors certainement la détection, au moyen des deux signaux zx et xy, de la situation précédemment mentionnée dans laquelle il y a lieu de rapprocher l'électrode. Ainsi, avec le cir- cuit selon la présente invention, en utilisant unique- ment les tensions sur les points x, y, z, m, on peut réaliser une commande automatique à la fois fort simple et fort avantageuse du dispositif (à moteur) de positionnement de l'électrode-outil (EÊ) par rapport à la pièce à usiner (Pi) . Dans le cas où la possibilité de commander une tentative d'envoi d'impulsions de pré¬ allumage n'existe pas, le cas de l'absence d'impulsions dans le signal xm pourra naturellement être traité comme il l'était selon l'art antérieur. Toutefois, il est à noter que, avec le circuit selon l'invention, le ris¬ que que cette situation difficile-là se présente est extrêmement faible.

Claims

REVENDICATIONS:
1. Circuit électrique pour machine d'usinage par électro-érosion travaillant une pièce (Pi) par dé¬ charges électro-érosives en milieu diélectrique, dans un espace d'usinage (GAP, d) entre une électrode-outil (Et) et la dite pièce (Pi) qui constitue aussi elle-même une électrode,, comprenant des moyens de délivrance de déchar¬ ges érosives (1), ayant des bornes de sortie qui fournis¬ sent respectivement sur les dites électrodes ( Et , Pi) des impulsions d'énergie électrique érosives, et des moyens de préallumage (6, 3, 9, ...; 6', 3',...) pour fournir, chaque fois en prologue à une dite impulsion érosive des impulsions de préallumage qui ont une ten¬ sion plus élevée et une énergie plus faible que les dites impulsions érosives, et qui allument, c'est-à-dire ioni- sent, dans l'espace d'usinage (GAP, d) au sein du fluide diélectrique, chaque fois un canal qui est ensuite par¬ couru par la décharge érosive, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'ecretage (11, 12) agencés pour ré¬ duire la tension des dites impulsions de préallumage sur les dites électrodes (Et, Pi) lorsqu'elle dépasse une valeur de consigne.
2. Circuit selon la revendication 1, pour une machine d'usinage par électro-érosion munie de moyens qui commandent le positionnement de l'électrode-outil (EL.) pour établir adéquatement la distance d'usinage (d) c'est-à-dire la dimension (d) du dit espace d'usinage (GAP) entre les deux électrodes (Et, Pi), caractérisé en ce que les dits moyens d'ecretage (11, 12) comprennent au moins un composant (11) à caractéristique limitatrice de tension, dont la valeur de tension limite correspond substantiellement à la dite valeur de consigne, ce ou ces composants étant branchés sur les dites électrodes (Et, Pi) et/ou sur les connexions de sortie des dits moyens de préallumage (6, 3, 9, ...) par des voies de conduc¬ tion substantiellement exemptes d'obstacle chutant la tension, c'est-à-dire comportant au plus des éléments (12, ...) n'impliquant aucune chute de tension notable relativement à la dite valeur de tension limite.
3. Circuit selon la revendication 1, carac¬ térisé en ce que les dits moyens de préallumage (6, 3,
9) sont munis en outre de moyens limiteurs (14) permet¬ tant de réduire l'énergie disponible pour chaque impul- sion de préallumage.
4. Circuit selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel les dits moyens de préallu¬ mage comprennent un agencement (3-6) qui engendre, et délivre à sa sortie, chaque impulsion de préallumage avec une énergie finie, caractérisé en ce que les dits moyens de préallumage comprennent en outre des moyens limiteurs d'énergie de préallumage, lesquels comprennent, en série avec la sortie du dit agencement, un élément com¬ mandé (14) du type transistor, qui réduit l'énergie dis- ponible dans l'impulsion de préallumage, laquelle énergie dépend aussi des paramètres de temps et de tension de l'impulsion, celui de tension restant par ailleurs sou¬ mis à l'action des dits moyens d'ecretage (11, 12).
5. Circuit selon la revendication 4, carac- térisé en ce qu'il comprend un circuit signalisateur
(17) connecté aux dits moyens d'ecretage (11, 12) et fournissant une indication perceptible relative au cou¬ rant traversant ces derniers, et un composant manuelle¬ ment ajustable (16) qui agit sur le dit élément commandé (14) et permet d'établir la limite de conduction de ce dernier en dépendance de la dite indication perceptible fournie par le dit circuit signalisateur (17).
6. Circuit selon la revendication 4, carac¬ térisé en ce qu'il comprend des moyens de limitation au- tomatiques d'énergie de préallumage (12, 15, 22, 23, 24) agencés pour commander le dit élément commandé (14) automatiquement de façon qu'il diminue sa conduc¬ tion lorsque le courant dans les dits moyens d'ecretage dépasse une valeur donnée.
7. Circuit selon la revendication 6, carac¬ térisé en ce que les dits moyens de limitation automa¬ tiques d'énergie de préallumage (12, 15, 22, 23, 24) comprennent un composant manuellement ajustable (24) qui permet de régler à volonté la dite valeur donnée du courant dans les moyens d'ecretage, cette valeur étant fournie par une résistance (12) branchée en série avec une diode Zener (11) pour constituer les dits moyens d'ecretage.
8. Circuit selon la revendication 1, carac¬ térisé en ce que les dits moyens de preallumage (6, 3, 9; 6', 3', ...) sont connectés aux dits moyens de déli¬ vrance de décharges érosives (1), de façon qu'un cons¬ tituant à seuil de tension (3; 3') des moyens de préal- lumage reconnaisse l'instant où une certaine valeur de tension est présente aux bornes de sortie des dits moyens de décharges érosives (1), et que l'impulsion de préallumage intervienne à cet instant-là.
9. Circuit selon la revendication 8, carac- térisé en ce que les dits moyens de préallumage sont non seulement commandés mais aussi alimentés par les bornes de sortie des dits moyens de délivrance de décharges érosives (1), ces moyens de préallumage comprenant un transformateur-élévateur de tension (6), et, en série avec l'enroulement primaire de ce transformateur (6), le tout br-anché aux dites bornes de sortie des dits moyens de délivrance de décharges érosives (1), une partie de circuit de commande de préallumage (3, 4, 5; 3', 4', 26, 25, 27, 5') comprenant le dit constituant à seuil de ten- sion (3; 3') et un condensateur (4; 4'), ce condensa¬ teur ayant pour effet d'empêcher le passage d'un courant étranger à la génération des impulsions de préallumage dans le dit enroulement primaire.
10. Circuit selon la revendication 9, ca¬ ractérisé en ce que la dite partie de circuit de comman¬ de de préallumage consiste en une branche de circuit qui se trouve en série avec le dit enroulement primaire du dit transformateur (6), et qui comprend en série au moins le dit condensateur (4) et le dit constituant à seuil de tension (3), ce dernier étant formé d'au moins une diode Zener.
11. Circuit selon la revendication 9, carac¬ térisé en ce que la dite partie de circuit de commande de préallumage comprend un transistor (25) de commande de préallumage dont la base est connectée, pour la com¬ mande de la conduction de son tronçon émetteur-collec¬ teur, à une branche de circuit comprenant en série le dit condensateur (4') et le dit élément à tension de seuil (3'), le dit enroulement primaire du transforma¬ teur (6*) étant connecté en série avec le tronçon émet¬ teur-collecteur du dit transistor (25) pour en recevoir des impulsions de courant, sous la dite commande.
12. Circuit selon la revendication 11, ca¬ ractérisé en ce que la dite partie de circuit de comman- de de préallumage comprend en outre une boucle active de réaction impulsionnelle (27-31) comprenant un tran¬ sistor d'amplification de réaction (29) apte à appliquer, par l'intermédiaire d'un condensateur de réaction (31), une impulsion de bouclage réactif sur la connexion de base du transistor (25) de commande de préallumage, pour donner à la dite partie de circuit de commande de préal¬ lumage la caractéristique de fonctionnement d'une bas¬ cule monostable.
O PI
13. Circuit selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend, connecté à un des transistors de la dite partie de circuit de commande de préallumage, une entrée (32) sur laquelle peut être ap- pliqué un signal qui, indépendamment de l'évolution de la tension sur les dites bornes de sortie des dits moyens de délivrance de décharges érosives, tend à pro¬ voquer un double basculement supplémentaire de ces tran- sisors, en fonctionnement de bascule monostable, pour engendrer une impulsion de préallumage supplémentaire, le dit signal étant appliqué sur constatation d'une absence indésirée de preallumage.
14. Circuit électrique pour machine d'usi¬ nage par électro-érosion travaillant une pièce (Pi) par 5 décharges électro-érosives en milieu diélectrique, dans un espace d'usinage (GAP, d) entre une électrode-outil (Ξi") et la dite pièce (Pi) qui constitue aussi elle-même une électrode, comprenant des moyens de délivrance de décharges érosives (1), ayant des bornes de sortie qui fournissent respectivement sur les dites électrodes (E_t-, ° pi) des impulsions d'énergie électrique érosives, et des moyens de préallumage (6, 3, 9, ...; 6'. 3',...) pour fournir, chaque fois en prologue à une dite impulsion érosive, des impulsions de préallumage qui ont une ten¬ sion plus élevée et une énergie plus faible que les dites 5 impulsions érosives, et qui allument, c'est-à-dire ioni¬ sent, dans l'espace d'usinage (GAP, d) au sein du fluide diélectrique, chaque fois un canal qui est ensuite par¬ couru par la décharge érosive, caractérisé en ce que les dits moyens de préallumage (6, 3, 9; 6',3',...) sont con- 0 nectés aux dits moyens de délivrance de décharges érosi¬ ves (1), de façon qu'un constituant à seuil de tension (3; 3') des moyens de préallumage reconnaisse l'instant où une certaine valeur de tension est présente aux bor¬ nes de sortie des dits moyens de décharges érosives (1),
o..< et que l'impulsion de préallumage intervienne à cet instant-là.
15. Circuit selon la revendication 14, ca¬ ractérisé en ce que les dits moyens de préallumage sont non seulement commandés mais aussi alimentés par les bornes de sortie des dits moyens de délivrance de dé¬ charges érosives (1), ces moyens de préallumage compre¬ nant un transformateur-élévateur de tension (6), et, en série avec l'enroulement primaire de ce transformateur (6), le tout branché aux dites bornes de sortie des dits moyens de délivrance de décharges érosives (1), une par¬ tie de circuit de commande de préallumage (3, 4, 5; 3*, 4', 26, 25, 27, 5') comprenant le dit constituant à ten¬ sion de seuil (3; 3') et un organe de transmission sans contact direct (4, 4') apte à empêcher le passage dans le dit enroulement primaire, d'un courant étranger à la génération des impulsions de préallumage.
16. Circuit selon la revendication 15, ca¬ ractérisé en ce que le dit organe de transmission sans contact direct est un condensateur (4; 4').
17. Circuit selon la revendication 16, ca¬ ractérisé en ce que la dite partie de circuit de comman¬ de de préallumage consiste en une branche de circuit qui se trouve en série avec le dit enroulement primaire du dit transformateur (6), et qui comprend en série au moins le dit condensateur (4) et le dit constituant à seuil de tension (3), ce dernier étant formé d'au moins une diode Zener.
18. Circuit selon la revendication 17, ca- ractérisê en ce que la dite branche-série comprend de plus une résistance ajustable (5) par laquelle peut être modifiée l'évolution du courant dans le dit enroulement primaire durant l'impulsion de préallumage.
19. Circuit selon la revendication 16, ca¬ ractérisé en ce que la dite partie de circuit de comman¬ de de préallumage comprend un transistor (25) de comman¬ de de préallumage dont la base est connectée, pour la commande de la conduction de son tronçon émetteur-collec¬ teur, à une branche de circuit comprenant en série le dit condensateur (4*) et le dit élément à tension de seuil (3'), le dit enroulement primaire du transforma¬ teur (6') étant connecté en série avec le tronçon émet- teur-collecteur du dit transistor (25) pour en recevoir des impulsions de courant, sous la dite commande.
20. Circuit selon la reendication 19, ca¬ ractérisé en ce que la dite partie de circuit de comman¬ de de préallumage comprend en outre une boucle active de réaction impulsionnelle (27-31) comprenant un tran¬ sistor d'amplification de réaction (29) apte à appliquer, par l'intermédiaire d'un condensateur de réaction (31), une impulsion de bouclage réactif sur la connexion de base du transistor (25) de commande de préallumage, pour donner à la dite partie de circuit de commande de préal¬ lumage la caractéristique de fonctionnement d'une bas¬ cule monostable.
21. Circuit selon la revendication 20, caractérisé en ce qu'il comprend, connecté à un des transistors de la dite partie de circuit de commande de préallumage, une entrée (32) sur laquelle peut être ap¬ pliqué un signal qui, indépendamment de l'évolution de la tension sur les dites bornes de sortie des dits moyens de délivrance de décharges érosives, tend à pro- voquer un double basculement supplémentaire de ces tran¬ sistors, en fonctionnement de bascule monostable, pour engendrer une impulsion de préallumage supplémentaire, le dit signal étant appliqué sur constatation d'une absence indésirée de préallumage.
22. Circuit selon l'une des revendications 1, 8, 9, 10, 11, 14, 15, 17, 19, caractérisé en ce que les dits moyens de délivrance de décharges érosives
(1) comprennent un condensateur d'usinage se chargeant et se déchargeant périodiquement selon un mode de fonc¬ tionnement à relaxation, des moyens de chute de tension étant prévus pour adoucir les sauts de courant (fig. 6).
23. Circuit selon l'une des revendications 1, 8, 9, 10, 11, 14, 15, 17, 19, caractérisé en ce que les dits moyens de délivrance de décharges érosives
(1) comprennent des moyens électroniques de commutation qui délivrent, avec la réserve d'énergie nécessaire à fournir les décharges érosives, une forme d'onde de po¬ tentiel à créneaux rectangulaires,les parties à niveau haut de la dite forme d'onde fournissant un potentiel d'une valeur propre à entretenir les décharges érosives préallumées, tandis que les parties à niveau bas de cet¬ te forme d'onde fournissent un potentiel substantielle¬ ment nul propre à interrompre toute décharge érosive (fig. 7).
_ Oiv.'PI , _. IPO
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