FR2460177A1 - METHOD FOR AUTOMATICALLY CONTROLLING THE PROCESS OF MACHINING OF METALS AND ALLOYS BY ELECTRO-EROSION - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne l'usinage par électroérosion des métaux, et a notamment pour objet un procédé de commande automatique du processus d'usinage par électroérosion de métaux et d'alliages. The present invention relates to electroerosion machining of metals, and in particular relates to an automatic control method of the electroerosion machining process of metals and alloys.
Le procédé de commande automatique du processus d'usinage par électro-érosion de métaux et alliages est, de préférence, utilisé pour améliorer le rendement du processus et la précision d'usinage des pièces, ainsi que dans le but d'exclure l'endommagement de pièces à profil compliqué en matériaux conducteurs difficiles à usiner. The process of automatic control of the metal and alloy EDM machining process is preferably used to improve the process efficiency and the machining precision of the parts, as well as to exclude damage. parts with a complicated profile made of conductive materials which are difficult to machine.
Une application plus large des moyens connus de commande automatique est empechée par les difficultés que soulèvent l'isolement et le traitement des signaux caractérisant le déroulement du processus d'usinage par électro-érosion, ainsi que par le caractère informatif insuffisant de ces signaux. Wider application of known automatic control means is prevented by the difficulties raised by the isolation and processing of the signals characterizing the course of the electro-erosion machining process, as well as by the insufficient informative nature of these signals.
On connaît un procédé de commande automatique du processus d'usinage par électro-érosion des métaux et des alliages (voir, par exemple, M.V. Korenblum, M.L. A method is known for automatically controlling the machining process by electro-erosion of metals and alloys (see, for example, M.V. Korenblum, M.L.
Levit ; A.L. Livchitz; " Commande auto-adaptative des machines à usiner par électro-érosion"; ed. Machinostroenie,
Moscou, 1977) au moyen de signaux caractérisant le déroulement du processus. En qualité de signaux on isole: le retard du percement électrique de l'espace interélectrode par rapport au moment de l'envoi d'une impulsion de tension, la valeur de la tension d'arc à l'étape consécutive au percement électrique et la dérivée dans le temps de cette tension, la résistance de l'espace interélectrode durant les pauses entre les impulsions de décharge, le nombre d'impulsions de marche à vide et de court-circuit. Ces signaux sont convertis en amplitude, normalisés et introduits dans un dispositif de calcul qui commande les systèmes d'asservissement de la machine pour l'usinage par électroérosion.Cependant, les valeurs de ces signaux dépendant du choix du régime d'usinage, des paires d'électrodes, de la polarité des électrodes et du milieu ambiant dans lequel se situent l'électrode-pièce et l'électrode-outil, de la configuration et de la profondeur de la cavité usinée.Levit; AL Livchitz; "Self-adaptive control of machines to machine by electro-erosion"; ed. Machinostroenie,
Moscow, 1977) by means of signals characterizing the progress of the process. As signals, we isolate: the delay in the electrical piercing of the interelectrode space relative to the moment of sending a voltage pulse, the value of the arc voltage at the stage following the electrical piercing and the derivative over time of this voltage, the resistance of the inter-electrode space during the pauses between the discharge pulses, the number of idle and short-circuit pulses. These signals are converted into amplitude, normalized and entered into a calculating device which controls the servo systems of the machine for electroerosion machining. However, the values of these signals depend on the choice of machining speed, pairs electrodes, the polarity of the electrodes and the ambient environment in which the workpiece electrode and the tool electrode are located, the configuration and the depth of the machined cavity.
C'est pourquoi, au cours de l'usinage d'une pièce, les valeurs optimales de ces signaux varient, ce qui exige une correction automatique appropriée du programme du dispositif de calcul. Ceci complique considérablement l'analyse des signaux et réduit par conséquent, l'efficacité du système de commande automatique en provoquant l'usure rapide de l'électrode-outil et la diminution du rendement.This is why, during the machining of a part, the optimal values of these signals vary, which requires an appropriate automatic correction of the program of the calculation device. This considerably complicates signal analysis and therefore reduces the efficiency of the automatic control system, causing rapid wear of the tool electrode and a reduction in efficiency.
On connaît un procédé de commande automatique du processus d'usinage par électro-érosion de métaux et d'alliages, qui consiste à mesurer périodiquement la résistance électrique de l'espace interélectrode formée par l'électrode-outil et l'électrode-pièce en métal ou en alliage à usiner, au cours des pauses de durée et de fréquence invariables entre les groupes d'impulsions de décharge de travail, et on modifie d'après les résultats des mesures le débit du liquide de travail amené à la zone d'usinage. A method is known for automatically controlling the machining process by electro-erosion of metals and alloys, which consists in periodically measuring the electrical resistance of the inter-electrode space formed by the tool electrode and the workpiece electrode. metal or alloy to be machined, during the pauses of invariable duration and frequency between the groups of pulses of work discharge, and one modifies according to the results of the measurements the flow of the working liquid brought to the zone of machining.
Dans le procédé indiqué de commande automatique, on détermine, après la mesure de la résistance électrique de l'espace interélectrode, la dérivée de cette valeur. In the indicated method of automatic control, after the measurement of the electrical resistance of the inter-electrode space, the derivative of this value is determined.
D'après la valeur et le signe du signal proportionnel à la dérivée de la résistance de l'espace interélectrode, on commande le débit du liquide amené à la zone d'usinage et le régime de fonctionnement du générateur d'impulsions de décharge. Le procédé indiqué ne permet pas d'établir un débit optimal du liquide pompé. D'autre part, selon ce procédé on ne prévoit pas la commande automatique du moteur assurant l'avance de travail de l'électrodeoutil, ce qui réduit considérablement l'efficacité du processus à cause de l'usure de l'électrode-outil.Ce procédé ne permet pas d'appliquer une commande automatique efficace assurant l'avance de travail de l'électrode-outil en maintenant à tous les régimes d'usinage de la pièce une valeur invariable du signal directement proportionnel à la valeur absolue de la résistance de l'espace interélectrode pendant les pauses de durée et fréquence constantes entre les groupes d'impulsions de décharge, car alors la dérivée de la valeur de la résistance de l'espace inter électrode durant l'intervalle de temps déterminé par la constante de temps de la commande automatique s'avère proche de zéro, ce qui ne permet pas de réaliser la commande en utilisant ce signal.According to the value and the sign of the signal proportional to the derivative of the resistance of the interelectrode space, the flow rate of the liquid supplied to the machining area and the operating regime of the discharge pulse generator are controlled. The process indicated does not allow optimal flow of the pumped liquid to be established. On the other hand, according to this process there is no provision for automatic control of the motor ensuring the working advance of the electrode tool, which considerably reduces the efficiency of the process due to wear of the electrode tool. This method does not make it possible to apply an effective automatic control ensuring the working advance of the electrode-tool while maintaining at all the machining regimes of the part an invariable value of the signal directly proportional to the absolute value of the resistance of the inter-electrode space during the pauses of constant duration and frequency between the groups of discharge pulses, because then the derivative of the value of the resistance of the inter-electrode space during the time interval determined by the time constant of the automatic control turns out to be close to zero, which means that the control cannot be carried out using this signal.
La présente invention vise donc un procédé de commande automatique du processus d'usinage par électro-érosion de métaux et d'alliages, dans lequel le contrôle du débit de fluide de travail, de la commande d'avance de travail de l'outil-électrode et du générateur d'impulsions de décharge, du point de vue de la valeur relative de l'amplitude de la composante alternative du signal proportionel à la résistance électrique de l'espace inter-électrode, permettrait d'améliorer le rendement du processus et de réduire l'usure de ltélectro-outil. The present invention therefore relates to an automatic control method of the metal-alloying machining process by electro-erosion, in which the control of the working fluid flow rate, of the working advance control of the tool- electrode and the discharge pulse generator, from the point of view of the relative value of the amplitude of the AC component of the signal proportional to the electrical resistance of the inter-electrode space, would improve the efficiency of the process and reduce wear on the power tool.
Ce problème est résolu à l'aide d'un procédé de commande automatique du processus d'usinage par électroérosion de métaux et d'alliages, qui consiste à mesurer périodiquement la résistance électrique de l'espace interélectrode formé entre l1électrode-outil et ltélectrode- pièce en métal ou alliage à usiner, au cours des pauses de durée, et de fréquence invariables entre les groupes d'impulsions de décharge, et, d'après les résultats des mesures, à modifier le débit du liquide de travail amené à la zone d'usinage, ledit procédé étant, selon l'invention, caractérisé en ce qu'on isole l'amplitude de la composante alternative du signal proportionnel à la résistance électrique de l'espace interélectrode, on la compare avec la valeur absolue de l'amplitude de ce signal, correspondant à la résistance de l'espace interélectrode en l'absence d'impulsions de décharge de travail, et on modifie le débit de liquide de travail amené à la zone d'usinage en raison inverse de la valeur de l'amplitude de la composante alternative du signal. This problem is solved by means of a method for automatically controlling the process of electroerosion machining of metals and alloys, which consists in periodically measuring the electrical resistance of the interelectrode space formed between the tool electrode and the electrode. piece of metal or alloy to be machined, during pauses of invariable duration and frequency between the groups of discharge pulses, and, according to the results of the measurements, to modify the flow rate of the working liquid brought to the zone machining, said method being, according to the invention, characterized in that the amplitude of the AC component of the signal is isolated proportional to the electrical resistance of the interelectrode space, it is compared with the absolute value of the amplitude of this signal, corresponding to the resistance of the interelectrode space in the absence of work discharge pulses, and the flow rate of working liquid supplied to the machining zone is modified in inverse ratio to the value of l amplitude of the alternative component of the signal.
Il est avantageux, lors de la diminution de la valeur relative de la composante variable du signal jusqu'au niveau constant assigné précédant la concentration des impulsions de décharge sur un secteur local de la zone d'usinage, de modifier le régime de travail de la commande d'avance de travail de l'électrode-outil en-réalisant une série de reculs de l'électrode-outil suivie de son engagement-dans la zone d'usinage. It is advantageous, when decreasing the relative value of the variable component of the signal to the constant level assigned before the concentration of the discharge pulses on a local sector of the machining zone, to modify the working regime of the command to advance the working of the electrode-tool by performing a series of reversals of the electrode-tool followed by its engagement in the machining area.
Il est avantageux, dans le but de maintenir la valeur relative de la composante alternative du signal au niveau précédant la concentration des impulsions de décharge sur un secteur local de la zone d'usinage, de réduire de plus de 1,5 fois la valeur du courant de travail envoyé à partir du générateur d'impulsions de décharges et de maintenir cette valeur du courant de travail jusqu'à l'accroissement de la valeur relative de la composante alternative du signal proportionnel à la résistance électrique de l'espace interélectrode. It is advantageous, in order to maintain the relative value of the alternating component of the signal at the level preceding the concentration of the discharge pulses on a local sector of the machining area, to reduce the value of the working current sent from the discharge pulse generator and maintain this value of the working current until the relative value of the alternating component of the signal is increased proportional to the electrical resistance of the interelectrode space.
Une particul,arité- essentiellement nouvelle du procédé proposé de commande automatique du processus d'usinage par électro-érosion de métaux et d'alliages est l'utilisation de la valeur relative de l'amplitude de la composante alternative du signal proportionnel à la résistance électrique de l'espace interélectrode au cours des pauses de durée et de fréquence constantes entre les groupes d'impulsions de décharge de travail pour maintenir le débit optimal du liquide pompé. D'autre part, on obtient la possibilité d'établir le rendement maximal.dans les conditions données d'usinage de la-pièce avec une usure minimale de ltélectrode-outil. La réalisation consécutive du recul et de l'avance accélérés de l'électrode outil permet d'exclure l'endommagement de l'électrode- outil. La diminution du courant de travail envoyé à partir du générateur d'impulsions de décharge permet également d'exclure l'endommagement de l'électrode-outil dû à la formation de scorie dans la zone d'usinage de la pièce. A particularly novel feature of the proposed method of automatic control of the metal and alloy EDM machining process is the use of the relative value of the amplitude of the AC component of the signal proportional to the resistance. the interelectrode space during constant time and frequency breaks between groups of work discharge pulses to maintain the optimal flow of the pumped liquid. On the other hand, one obtains the possibility of establishing the maximum yield. Under the given conditions of machining of the workpiece with minimal wear of the tool electrode. The consecutive realization of the accelerated recoil and advance of the tool electrode makes it possible to exclude damage to the tool electrode. The reduction in the working current sent from the discharge pulse generator also makes it possible to exclude damage to the tool electrode due to the formation of slag in the machining area of the workpiece.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs. The invention will be better understood and other objects, details and advantages thereof will appear better in the light of the explanatory description which will follow of various embodiments given solely by way of nonlimiting examples.
Exemple
On effectue l'usinage d'une piece à profil compliqué.Example
The machining of a part with a complicated profile is carried out.
La surface d'usinage de ltélectrode-outil, à mesure de son engagement en profondeur, varie de 500 à 10 000 mm2, on réalise alors l'avance jusqu'à une profondeur de 120 mm aux régimes d'ébauchage, de semi-finissage et de finissage avec une rugosité de surface de l'ordre de 1-1,2 /ç. The machining surface of the tool electrode, as it engages in depth, varies from 500 to 10,000 mm2, advance is then made to a depth of 120 mm at roughing and semi-finishing speeds and finishing with a surface roughness of the order of 1-1.2 / c.
On mesure périodiquement la résistance électrique de l'espace interélectrode formé entre l'électrode-outil et l'électrode-pièce en métal à usiner, au cours des pauses de durée et de fréquence invariables entre les groupes d'impulsions de décharge de travail. Puis on isole l'amplitude de la composante alternative du signal proportionnel à la résistance électrique de l'intervalle interélectrode.On compare, par division, la valeur obtenue avec la valeur absolue de l'amplitude de ce signal, correspondant à la résistance de l'espace interélectrode en l'absence d'impulsions de décharge de travail, et on modifie le débit du liquide de travail amené à la zone d'usinage en raison inverse de la valeur relative de l'amplitude de la composante alternative du signal, résultant de la comparaison
Lorsque la profondeur d'usinage de la pièce est faible, la stabilité du processus est élevée, la valeur relative de la composante alternative est élevée et le débit de liquide de travail est faible : moins de 0,5 cm3/s.The electrical resistance of the interelectrode space formed between the tool electrode and the metal workpiece electrode is periodically measured during the invariable duration and frequency pauses between the groups of work discharge pulses. Then we isolate the amplitude of the alternating component of the signal proportional to the electrical resistance of the interelectrode interval. We compare, by division, the value obtained with the absolute value of the amplitude of this signal, corresponding to the resistance of l interelectrode space in the absence of working discharge pulses, and the flow rate of the working liquid supplied to the machining zone is modified in inverse ratio to the relative value of the amplitude of the alternating component of the signal, resulting of the comparison
When the machining depth of the workpiece is small, the process stability is high, the relative value of the AC component is high and the working liquid flow rate is low: less than 0.5 cm3 / s.
Lorsque la profondeur d'usinage de la pièce augmente, la stabilité du processus diminue, le niveau de la composante alternative diminue, mais, jusqu'à une certaine profondeur d'usinage, cette diminution est compensée par l'accroissement du débit de liquide pompé. Lorsque la profondeur d'usinage atteint 30-40 mm l'accroissement du débit de liquide de travail n'agit plus sur la valeur de l'amplitude de la composante alternative du signal. When the machining depth of the part increases, the stability of the process decreases, the level of the alternating component decreases, but, up to a certain depth of machining, this reduction is compensated by the increase in the flow rate of pumped liquid. . When the working depth reaches 30-40 mm, the increase in the working liquid flow no longer acts on the value of the amplitude of the AC component of the signal.
Lorsque la valeur relative de la composante alternative du signal diminue jusqu'au niveau constant assigné précédant la concentration des impulsions de décharge sur un secteur local de la zone d'usinage, le régime de fonctionnement de la commande d'avance de travail de l'électrode-outil est modifié automatiquement et réalise une série de reculs de ltélectrode-outil, suivie de son engagement dans la zone d'usinage de la pièce. When the relative value of the AC component of the signal decreases to the assigned constant level preceding the concentration of the discharge pulses in a local sector of the machining area, the operating speed of the work advance control of the tool electrode is automatically modified and carries out a series of tool electrode retreats, followed by its engagement in the work area of the workpiece.
Si la valeur relative de la composante alternative du signal reste au niveau précédant la concentration des impulsions de décharge sur un secteur local de la zone d'usinage, on diminue de plus de 1,5 fois la valeur du courant de travail envoyé à partir du générateur d'impulsions de décharge en augmentant la pause entre les paquets d'impulsions de décharge. On maintient cette valeur du courant de travail jusqu'à ce que la valeur relative de la composante alternative du signal augmente proportionnellement à la résistance électrique de l'espace interélectrode. Gr ce à ceci on réalise l'usinage de la pièce jusqu'à une profondeur atteignant 100-200 mm sans endommager l'électrode-outil ni la pièce. La différence entre le rendement du processus à la surface et en profondeur ne dépasse pas 25-30%, tandis que dans les procédés connus cette différence atteint une valeur triple. If the relative value of the AC component of the signal remains at the level preceding the concentration of the discharge pulses in a local sector of the machining area, the value of the working current sent from the discharge pulse generator by increasing the pause between the discharge pulse packets. This value of the working current is maintained until the relative value of the alternating component of the signal increases in proportion to the electrical resistance of the interelectrode space. Thanks to this, the part is machined up to a depth of 100-200 mm without damaging the tool electrode or the part. The difference between the yield of the process on the surface and in depth does not exceed 25-30%, while in known methods this difference reaches a triple value.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. Of course, the invention is in no way limited to the embodiments described which have been given only by way of example. In particular, it includes all the means constituting technical equivalents of the means described, as well as their combinations, if these are carried out according to the spirit and implemented in the context of protection as claimed.
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