FR2488175A1 - Procede et appareil d'usinage par decharges electriques - Google Patents

Abstract

PROCEDE ET APPAREIL D'USINAGE PAR DECHARGES ELECTRIQUES D'UNE PIECE W CONDUCTRICE DE L'ELECTRICITE, DANS LESQUELS UNE ELECTRODE-OUTIL E EST JUXTAPOSEE A L'ELOIGNEMENT D'UNE PIECE POUR DEFINIR AVEC ELLE UN INTERVALLE D'USINAGE G REMPLI D'UN LIQUIDE DIELECTRIQUE. ON REALISE UNE SUCCESSION DE DECHARGES ELECTRIQUES D'USINAGE LOCALISEES, ESPACEES DANS LE TEMPS ET REPETITIVES, ENTRE L'ELECTRODE-OUTIL ET LA PIECE, DANS L'INTERVALLE D'USINAGE, POUR PRODUIRE UN ENLEVEMENT DE MATIERE SUR LA SURFACE DE LA PIECE JUXTAPOSEE A LADITE ELECTRODE-OUTIL. ON ACCROIT LE FINI DE SURFACE DE LADITE SURFACE D'ENLEVEMENT DE MATIERE DE LA PIECE, EN DECHARGEANT LA CHARGE ELECTRIQUE STOCKEE DU FAIT DE L'EXISTENCE D'UNE CAPACITE PARASITE ENTRE L'ELECTRODE-OUTIL ET LA PIECE, AU MOYEN D'UN CIRCUIT ELECTRIQUE DE SHUNT PLACE EN PARALLELE A L'INTERVALLE D'USINAGE, IMMEDIATEMENT AVANT LE DEBUT DE CHACUNE DES DECHARGES ELECTRIQUES D'USINAGE DANS L'INTERVALLE D'USINAGE.

Description

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Procédé et appareil d'usinage par décharges électriques.

L'invention concerne un procédé d'usinage par décharges électriques et un appareil pour usiner une pièce conductrice de l'électricité, dans lesquels une électrode-outil est placée vis à vis d'une pièce pour définir avec celle-ci un intervalle d'usinage rempli d'un liquide diélectrique, une succession de-décharges électriques d'usinage localisées, espacées dans le temps et dispersées aléatoirement étant réaliséesentre l'électrode-outil et la pièce à travers l'intervalle d'usinage pour enlever uniformément dé la matière

de la pièce sur la surface juxtaposée à l'électrode-outil.

Le processus d'usinage par décharges électriques fait appli-

cation d'impulsions électriques d'électro-érosion appliquées entre une pièce et une électrode-outil faè à face et espacées l'une dé l'autre pour former un intervalle d'usinage rempli d'un liquide diélectrique (par exemple du kérosène ou de l'eau distillée) qui sert aussi à évacuer les déchets du processus d'usinage

par décharges électriques.

L'électrode-outil présente généralement la forme de la confi-

guration souhaitée de la cavité ou forme souhaitée complémen-

tairement dans la pièce. Un train d'impulsions de courant est alors formé pour créer des décharges d'enlèvement de matière localisées, discrètes et dispersées aléatoirement qui produisent des cratères se recouvrant cumulativement dans la surface de la pièce; la surface totale juxtaposée à l'électrode-outil est ainsi usinée de manière non consistante sur celles de ses parties qui font face à l'électrode-outil, et elle reçoit une configuration qui correspond à la forme de l'électrode-outil. Dans l'usinage par décharges électriques à fil circulant ou fil de coupe, l'électrode-outil est cons- tituée par une électrode continue allongée analogue à un fil

et circulant axialement, un déplacement relatif bi- ou tri-

dimensionnel entre le fil et la pièce fournissant une confi-

guration de forme souhaitée dans ou sur la pièce.

Au cours de l'opération d'usinage, de petits copeaux ou cor-

puscules métalliques ou conducteurs enlevés de la surface de l'électrode, ainsi que d'autres produits de décharge, tels que des goudrons ou des gaz, sont.emportés par le liquide

diélectrique qui balaye l'intervalle et qui circule générale-

ment au travers de celui-ci pendant que l'électrode-outil est avancée par rapport à la pièce par une servocommande

conçue pour maintenir une dimension prédéterminée d'inter-

valle,ou pour approcher la dimension souhaitée d'intervalle

aussi précisément que possible. Le dispositif de servo-

commande peut aussi fonctionner de manière à répondre à des conditions de court-circuit et d'arc à l'intervalle, pour rétracter l'électrode par rapport à la pièce, faisant ainsi

cesser de telles conditions.

Il peut aussi être constaté que, dans un processus d'usinage par décharges électriques, l'énergie électrique est fournie

par la source de courant sous la forme d'impulsions électri-

ques discrètes à travers l'intervalle d'usinage rempli d'un

liquide diélectrique, pour réaliser une succession de déchar-

ges électriques entre l'électrode-outil et la pièce pour enlever de la matière de cette dernière. Chaque décharge individuelle frappe la zone de la pièce qui fait face à l'électrode-outil sur une minuscule zone localisée ou une autre, la zone étant fondue par impulsion et/ou vaporisée et délogée mécaniquement de la surface de la pièce par la

pression des décharges d'impulsions. Des décharges successi-

ves et répétitives sont utilisées pour que l'action de délo-

gement ou d'enlèvement localisé de matière balaye la tota-

lité de la surface de la pièce, et qu'il en résulte la for-

mation sur celle-ci de cratères de décharge se recouvrant

cumulativement. Alors que se poursuit l'enlèvement de ma-

tière, l'électrode-outil est avancée r e 1 a t i v e m e n t à la p i è c e par des moyens d'avance asservis propres à maintenir la dimension de l'intervalle d'usinage sensiblement constante, permettant ainsi à des décharges d'enlèvement de matière d'être créées successivement. L'électrode-outil, dans l'usinage par décharges électriques du type plongeant, présente généralement la forme de la configuration souhaitée

pour la cavité ou forme complémentaire désirée dans la pièce.

Ainsi, la surface totale exposée en fin de compte à l'ou-

til est usinée sur celles de ses parties qui font face à

l'électrode-outil, et elle reçoit une configuration se con-

formant à la forme de l'électrode-outil. Dans l'usinage par décharges électriques à fil circulant ou fil de coupe dans lequel l'électrode-outil est formée par ume électrode continue allongée analogue à un fil et circulant axialement, ou dans

l'usinage par décharges électriques du type à balayage uti-

lisant une tige-électrode ou analogue ayant un contour d'usi-

nage relativement simple, un déplacement relatif bi- ou tri-

dimensionnel est réalisé entre l'électrode et la pièce pour fournir une configuration de forme désirée dans ou sur la

pièce en correspondance du trajet du déplacement relatif.

La contamination de la région de l'intervalle d'usinage par des copeaux, goudrons et gaz produits par les décharges d'usinage peut être réduite en chassant en continu ou par intermittence l'intervalle au moyen d'un liquide d'usinage

propre et/ou en écartant cycliquement ou par intermit-

tence l'électrode-outil de la pièce, pour permettre à l'agent d'usinage propre d'être injecté dans l'intervalle d'usinage et aux déchets d'usinage d'être éloignés de ce dernier. Les paramètres des décharges électriques ou impulsions de courant d'usinage individuelles et successives, en particulier le temps actif d'impulsions T on et le courant de crête Ip sont, pour une combinaison donnée de matériau cid'électrode

et d'autres réglages d'usinage, déterminants pour les carac-

téristiques d'enlèvement de matière par fourniture unitaire d'impulsion, et ainsi pour les résultats critiques d'usinage, c'est-à-dire la vitesse d'enlèvement, la rugosité de surface et l'usure relative de l'électrode, de sorte qu'ils doivent

être réglés, en liaison avec le temps de coupure entre impul-

sions, pour établir une condition d'usinage particulière

propre à fournir les résultats d'usinage souhaités. Ces pa-

ramètres sont réglés individuellement au niveau d'un circuit de la source d'impulsions dans la source de courant ou un générateur d'impulsions qui est, de préférence, du type à

commutation intégrée ou par semi-conducteur.

Il a maintenant été observé que dans une installation conven-

tionnelle d'usinage par décharges électriques,aussi précisé-

ment que soit fait le réglage de ces paramètres à la source d'impulsions dans la source de courant, les impulsions sont distordues lors de leur production et de leur transmission à l'intervalle par le circuit de décharge d'intervalle. On a observé que la distorsion est amenée du fait de l'existence de capacités parasites inhérentes réparties dans le circuit de décharge d'intervalle, ce circuit comprenant l'intervalle d'usinage entre l'électrode-outil et la pièce séparées par le liquide diélectrique, un réseau de commutation de courant à semi-conducteur pour l'impulsion d'une source de courant continu, divers conducteurs dans la source de courant, des

c&bles reliant le commutateur de courant au site de l'inter-

valle, et des conducteurs provenant des câbles de courant pour exciter directement l'électrode-outil et la pièce, ainsi que, dans une certaine mesure, des unités de circuit,

environnantes pour le dispositif mécanique. Jusqu'à mainte-

nant, il a été accordé peu d'attention à ces capacités

parasites contenues dans le circuit de décharges d'intervalle.

Il a maintenant été noté que ces capacités parasites ont des influences significatives, qui ne peuvent pas être négligées, sur les caractéristiques d'une impulsion de décharge qui se

développe en fin de compte dans l'intervalle d'usinage.

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Spécifiquement,les capacités parasites sont généralement

présentes dans l'intervalle d'usinage entre l'électrode-

outil et la pièce séparées par le liquide diélectrique, aux interfaces entre l'émetteur et la base d'un élément semi-conducteur dans l'unité de commutation imposant des impulsions à une source de courant continu pour produire

des impulsions de courant, et entre les conducteurs parallè-

les d'une carte à circuit imprimé, les cables de connexion, et dans les parties des isolateurs prévus pour la tête supportant l'électrode et pour le support de pièce. On a constaté qu'au total les capacités parasites ont une valeur comprise entre 100 et 1000 pico-farads, ou plus, dans une installation courante d'usinage par décharges électriques utilisant, en tant que liquide diélectrique, du kérosène ayant une résistivité spécifique comprise entre 10 et 1012 ohms-cm pour usiner une surface de pièce supérieure

à 4 cm. On a maintenant découvert que la présence de capa-

cités parasites ayant une telle valeur est une cause signi-

ficative, entre autres causes comprenant une tendance au court-circuit et à la formation d'arcs à l'intervalle, du développement de l'instabilité d'usinage, de l'impossibilité d'augmenter la vitesse d'enlèvement, de l'usure excessive de l'électrode et de la qualité non satisfaisante de la surface usinée. La distorsion de la forme d'onde du courant de décharge devient non négligeable quand des impulsions de courant étroites ou très étroites doivent être employées

pour chercher à obtenir une qualité de surface fine ou super-

fine d'usinage par décharges. Ainsi, il y a jusqu'à maintenant

eu une limite pratique dans l'accroissement du fini superfi-

ciel d'une surface usinée par décharges électriques. En outre, l'usure relative de l'électrode peut avoir une valeur aussi élevée que 100%, ce qui rend [mpossible de réaliser

une opération souhaitée d'usinage de finition par décharge.

C'est en conséquence un but important de l'invention de fournir un procédé et un appareil nouveaux et améliorés d'usinage par décharges électriques permettant d'obtenir

une finition super-fine d'usinage par décharge.

Un autre but de l'invention est de fournir un procédé et

un appareil d'usinage par décharges électriques qui permet-

tent d'obtenir un fini extrêmement fin avec une usure ex-

trêmement faible de l'électrode-outil.

Un autre but de l'invention est de fournir un procédé et un appareil d'usinage par décharges électriques qui livrent une excellente qualité de surface usinée, une meilleure performance d'usinage, une vitesse d'enlèvement accrue et

une usure d'outil réduite.

Il a maintenant été constaté que l'effet néfaste de la capa-

cité parasite dans le circuit de décharge d'intervalle peut être surmonté en permettant à la charge électrique d'être stockée dans la capacité parasite du circuit de décharge d'intervalle et en déchargeant la charge électrique dans

un circuit électrique de shunt en parallèle avec l'inter-

valle d'usinage, immédiatement avant le début de chacune des décharges électriques d'usinage à travers l'intervalle

d'usinage.

Ainsi, un premier aspect de l'invention fournit un procédé d'usinage par décharges électriques d'une pièce conductrice de l'électricité dans lequel une électrode-outil est montée à distance vis à vis d'une pièce pour définir avec elle un intervalle d'usinage rempli d'un liquide diélectrique, caractérisé en ce qu'il comprend les mesures consistant à réaliser une succession de décharges électriques d'usinage localisées, répétitives et espacées dans le temps, entre

l'électrode-outil et la pièce à travers l'intervalle d'usi-

nage pour produire uniformément l'enlèvement de matière sur la surface de la pièce disposée devant à l'électrode-outil; et augmenter le fini de surface de la surface-d'enlèvement de matière de la pièce en déchargeant la charge électrique stockée du fait de la présence d'une capacité parasite entre

l'électrode-outil et la pièce, au moyen d'un circuit électri-

que de shunt en parallèle à l'intervalle d'usinage, immédia-

tement avant le début de chacune des décharges électriques

successives d'usinage dans l'intervalle d'usinage.

Spécifiquement, la charge électrique est déchargée au moyen du circuit de shunt d'intervalle en plaçant un commutateur de shunt prévu dans le circuit de shunt d'intervalle en condition conductive. Le commutateur est mis en condition conductive à la suite de la fin de la décharge électrique d'usinage précédant immédiatement chacune des décharges électriques d'usinage. De préférence, le commutateur est rendu conducteur après un délai prédéterminé à la suite

de la fin de la décharge électrique immédiatement précédente.

Le commutateur est maintenu conducteur pendant un temps pré-

déterminé compris de préférence entre 10 et 100 nanosecondes.

La succession de décharges électriques d'usinage est réalisée

en appliquant des impulsions de courant électrique successi-

ves, répétitives et espacées dans le temps entre l'électrode-

outil et la pièce à travers l'intervalle d'usinage. Les im-

pulsions successives de courant peuvent être appliquées à travers l'intervalle d'usinage en fermant et en ouvrant répétitivement un commutateur de courant placé en série avec une source de courant continu, l'électrode-outil et la pièce. Le commutateur de shunt est alors mis en condition non conductive simultanément quand le commutateur de courant est fermé. Le commutateur de shunt peut être rendu conducteur immédiatement à la suite de l'ouverture du commutateur de courant mais, de préférence, après un temps prédéterminé à

la suite de l'ouverture du commutateur de courant. Le commu-

tateur de shunt est maintenu pendant une durée prédéterminée qui doit, de préférence, être comprise entre 10 et 100 nanosecondes.

Selon un second aspect, l'invention fournit un appareil d'usi-

nage par décharges électriques comprenant: des moyens pour placer une électrode-outil en relation d'espacement vis à vis d'une pièce pour définir entre elles un intervalle d'usinage; des moyens pour fournir un liquide diélectrique dans l'intervalle d'usinage; des moyens de fourniture de

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courant pour réaliser une succession de décharges électri-

ques d'usinage localisées, répétitives et espacées dans le temps, entre l'électrode-outil et la pièce à travers l'intervalle d'usinage, pour produire l'enlèvement uniforme de matière sur la surface de la pièce qui est juxtaposée à l'électrode-outil; et des moyens pour décharger la charge électrique stockée du fait de la présence d'une capacité parasite entre l'électrode-outil et la pièce, grace à un

circuit électrique de shunt parallèle à l'intervalle d'usi-

nage, immédiatement avant le début de chacune des décharges

électriques d'usinage à travers l'intervalle d'usinage.

Spécifiquement, les moyens de décharge comprennent un commu-

tateur de shunt connecté dans le circuit de shunt d'inter-

valle entre l'électrode-outil et la pièce, et des moyens de commande pour mettre le commutateur de shunt en condition conductive pour décharger la charge électrique au moyen du circuit de shunt d'intervalle. Les moyens de commande sont opératoires pour mettre le commutateur de shunt en condition conductive à la suite de la fin de la décharge électrique

d'usinage précédant im dintenent chacune des décharges élec-

triques d'usinage. Les moyens de commande sont, de préférence, opératoires pour mettre-le commutateur de shunt en condition conductive après un temps prédéterminé à la suite de la fin de la décharge électrique d'usinage précédant immédiatement, et il est opératoire pour maintenir le commutateur de shunt en condition conductive pendant un temps prédéterminé. A

cette fin, des moyens de réglage de la durée sont associés-

aux moyens de commande pour régler la durée à une valeur

comprise entre 10 et 100 nanosecondes. -

Les moyens de fourniture de courant peuvent comprendre un générateur d'impulsions propre à appliquer des impulsions

successives, répétitives et espacées dans le temps à.tra-

vers l'intervalle d'usinage, produisant ainsi la succession de décharges électriques d'usinage entre l'électrode-outil et la pièce. Spécifiquement, le générateur d'impulsions peut comprendre une source de courant continu, un commutateur de courant connecté en série à la source de courant continu, l'électrode-outil et la pièce,et des moyens d'impulsion pour ouvrir et fermer répétitivement le commutateur de courant et fournir les impulsions successives de courant à travers l'intervalle d'usinage. Les moyens de commande sont alors opératoires pour mettre le-shunt en condition non conductive sensiblement simultanément avec la fermeture du commutateur de courant. Les moyens de commande peuvent être opératoires pour mettre le commutateur de shunt en

condition conductive sensiblement simultanément avec l'ou-

verture du commutateur de courant. De préférence, les moyens de commande sont opératoires pour mettre le commutateur de shunt en condition conductive après un délai prédéterminé à la suite de l'ouverture du commutateur de courant qui fait cesser la décharge électrique d'usinage précédant

immédiatement chacune des décharges électriques d'usinage.

Des moyens de réglage de la durée peuvent, de préférence, être associés aux moyens de commande pour maintenir le commutateur de shunt à l'état conducteur pendant un temps prédéterminé qui doit, de préférence, être compris entre

et 100 nanosecondes.

Le générateur d'impulsions peut aussi comprendre une source de courant continu, une capacité connectée en parallèle à la source de courant continu et à l'intervalle d'usinage, un commutateur de charge connecté en série à la source de courant-continu et à la capacité, et des moyens d'impulsions pour ouvrir et fermer répétitivement le commutateur de charge de la capacité, pour permettre ainsi à la capacité d'être chargée répétitivement par la source de courant continu,

et à la charge de la capacité d'être déchargée dans l'in-

tervalle d'usinage pour fournir à celui-ci des impulsions successives de courant. Les moyens de commande peuvent alors être opératoires pour mettre le commutateur de shunt à l'état conducteur et le maintenir dans cet état immédiatement avant

la fermeture du commutateur de charge.

Le générateur d'impulsions peut aussi comprendre une source

de courant continu, un transformateur comprenant un enroule-

ment primaire connecté par un commutateur de courant à la source de courant continu, et un enroulement secondaire, une capacité en parallèle avec l'enroulement secondaire et l'intervalle d'usinage, un élément conducteur de courant unidirectionnel connecté entre l'enroulement secondaire et la capacité, et des moyens d'impulsion pour ouvrir et fermer répétitivement le commutateur de courant de telle manière que la capacité soit chargée répétitivement par des impulsions d'entrée qui se développent dans l'enroulement secondaire du transformateur, la décharge répétitive de la charge de la capacité fournissant les impulsions de courant successives à l'intervalle d'usinage. Les moyens de commande peuvent alors ttre opératoires pour mettre le commutateur de shunt à l'état conducteur en phase avec la fermeture du commutateur de courant ou, en variante, pour mettre le commutateur de shunt à l'état conducteur en déphasage avec la fermeture du commutateur, ou en phase avec l'ouverture du commutateur de courant, pour décharger la charge électrique provenant de la capacité parasite dans le circuit de shunt d'intervalle

immédiatement avant le début de chacune des décharges élec-

triques d'usinage à travers l'intervalle d'usinage.

Des formes de réalisation de l'invention seront maintenant décrites, à titre d'exemple, en liaison avec les dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est un schéma de forme d'onde représentant une

impulsion de courant d'usinage ou de décharge qui se déve-

loppe dans un intervalle d'usinage par décharges électri-

ques, à l'état distordu du fait de la présence de la capa-

cité parasite existant couramment dans le circuit de déchar-

ge d'intervalle d'une installation d'usinage par décharges électriques; la figure 2 est un schéma de circuit représentant une première forme de réalisation de l'invention; il les figures 3a et 3b sont des schémas de forme d'onde représentant des impulsions de commande pour la production de décharges électriques d'usinage et d'impulsions (B) de shuntage d'intervalle pour la structure représentée à la figure 2;

la figure 4 est un schéma de circuit représentant une se-

conde forme de réalisation de l'invention; les figures 5a, 5b, 5c, 5d et 5e sont des schémas de forme d'onde représentant diverses impulsions de signal (C), (D), (E), (F) et (G) qui se développent en différentes parties de la structure représentée à la figure 4; et les figures 6 et 7 sont des schémas de circuit représentant

d'autres formes de réalisation de l'invention.

Dans les structures de circuits courantes d'usinage par décharges électriques, une capacité parasite est produite généralement dans l'intervalle d'usinage par décharge entre

l'électrode-outil et la pièce séparées par un liquide diélec-

trique, et elle est aussi présente aux interfaces entre les éléments du circuit de décharge d'intervalle. On a observé

que la capacité parasite d'intervalle s'élève à 100 pico-

farads ou plus quand le liquide diélectrique est constitué par exemple par du kérosène ayant une résistivité spécifique

de 10 à 1012 ohm-cm et quand l'électrode-outil a une sur-

face d'usinage supérieure à 4 cm2. Quand les capacités para-

sites aux divers interfaces des éléments sont comptées, la valeur totale atteint même 1 micro-farad ou plus. On a constaté d'autre part qu'une décharge d'impulsion produite dans l'intervalle d'usinage présente une forme d'onde de

courant distordue, telle que représentée à la figure 1.

On a maintenant déterminé que ceci est dé à la capacité parasite inhérente qui existe dans le circuit de décharge

d'intervalle. A la figure 1, il est représenté que l'impul-

sion comprend une partie d'une intensité Ip et d'une durée T on produites quand la source de courant continu d'usinage

est pulsée au moyen du commutateur d'ouverture et de fer-

meture, et une partie initiale d'un courant de crête Ip, ( = Ipo + Ip) et une durée T oni apparaissant au front d'onde de l'impulsion du fait de la présence de la capacité parasite dans le circuit de décharge d'intervalle. Le cou- rant additionnel 1po superposé à l'intensité Ip pour produire le courant de crête initial Ipl, et le temps T oni sont exprimés par les relations suivantes Ipo E 7/L.............. (1) Tonlm E C.(2) o C est la capacité parasite, L l'inductance et E la tension de source. On voit que Ip, et Tonl augmentent en même temps que la capacité parasite; une machine ayant une capacité parasite importante a une intensité Ip, également importante, ce qui détermine une grande déviation du courant de crête effectif Ipeu à partir d'une valeur prédéterminée Ip, qui représente à son tour un changement significatif des réglages

opérationnels pour un résultat d'usinage souhaité.

On a constaté que la rugosité de surface est donnée par la formule R = KRI ff04 ron.3 (3) o T est une constante. La vitesse d'enlèvement est donnée par la formule

W = KWI 1.4 1.1 (4)

WWPeff o.) o K. est constant. Ainsi, il apparaît que des changements substantiels de ces facteurs souhaités résultant en fin de compte de l'usinage par décharge sont provoqués, avec un changement du courant de crête effectif Ipeff provoqué par l'addition de Ip, à la valeur Ip préréglée. Le changement

ou influence est particulièrement important pour les opéra-

tions de finition en générale, et aussi dans les opérations

de coupe par fil et d'autres usinages par décharges en géné-

ral utilisant un liquide d'usinage à base d'eau (distillée ou faiblement conductrice),ayant une capacité inductive spécifique relativement élevée. La présente invention vise à fournir une structure nouvelle grace à laquelle l'influence néfaste de la capacité parasite dans le circuit de décharge d'intervalle>,qui affecte le fini de surface et d'autres facteurs résultant en fin de compte

de l'usinage, est efficacement éliminée.

On se réfère à la figure 1 qui représente une structure de circuit d'usinage par décharges électriques mettant en oeuvre l'invention, la présence de la capacité parasite néfaste étant efficacement évitée. La structure représentée comprend

une source 1 conventionnelle de courant d'usinage par dé-

chargesqui comprend une source de courant continu 2 et un commutateur de courant 3 connecté en série à la source de courant continu 2 et à un intervalle d'usinage par décharge G formé entre une électrode-outil E et une pièce W et rempli d'un liquide diélectrique qui peut, par exemple, être du kérosène, de l'huile de transformateur ou de l'eau distillée,

fourni par une unité d'alimentation en diélectrique conven-

tionnelle (non représentée). L'électrode-outil 2 est avancée

dans la pièce W par une unité 4 d'avance asservie qui fonc-

tionne pour maintenir sensiblement constant l'intervalle d'usinage. Le commutateur de courant 3 peut être typiquement un banc de transistors et il est excité vie un étage d'amplification par des signaux d'impulsions -foruis par un oscillateur 6; il est ainsi ouvert et fermé répétitivement de manière à fournir une séquence d'impulsions de courant électrique répétitives et espacées dans le temps à travers l'intervalle d'usinage par décharge G. Ainsi, une succession de décharges électriques d'usinage espacées dans le temps, répétitives, localisées et dispersées aléatoirement est produite entre l'électrode-outil 2488175 t E et la pièce W à travers l'intervalle d'usinage G pour enlever de la matière de la pièce W uniformément sur sa surface juxtaposée à l'électrode-outil E. La tension de sortie de la source de courant continu 2 est réglée pour établir la tension d'étincelage de chaque décharge électri-

que d'usinage à une valeur souhaitée, une résistance varia-

ble 7 du circuit 1 du courant étant ajustée pour régler une intensité souhaitée Ip pour chaque décharge électrique d'usinage (figure 1). La durée de décharge ou temps actif X on ainsi que le temps de coupure entre impulsions Toff, ou intervalle de temps entre des impulsions successives d'usinage,sont fondamentalement réglée dans le dispositif

6 d'impulsion de signal.

Suivant l'invention, le générateur d'impulsions 1 comprend

un circuit 8 de shunt d'intervalle connecté à l'électrode- outil E et à la pièce w en parallèle avec l'intervalle d'usi-

nage G et comprenant un commutateur 9 de shunt d'intervalle.

Ce commutateur est constitué par un transistor dont le col-

lecteur et l'émetteur sont connectés à la pièce W, l'inter-

valle d'usinage G et l'électrode-outil E en série avec une résistance 10 qui correspond à la résistance de circuit du

circuit 8 de shunt d'intervalle. L'électrode de base du commu-

tateur 9 de shunt d'intervalle peut être excitée par un cir-

cuit 11 d'inversion de phase provenant de l'oscillateur 6 pour le commutateur de courant 3. Le circuit 11 est ainsi adapté à répondre à des impulsions de signal successives comme indiqué par A à la figure 3a provenant de l'oscillateur 6 pour fournir des impulsions de signal successives comme indiqué par B dans la figure 3b, en opposition de phase avec celle-ci,et pour ouvrir et fermer le commutateur 9 de shunt d'intervalle grâce aux impulsions de signal B. Il apparait que le commutateur 9 est fermé quand le commutateur 3 est ouvert. Le commutateur 9 est ouvert quand le commutateur 3 est fermé. En conséquence, pour chaque cycle d'impulsion d'usinage, la charge de la capacité parasite a été libérée

ou déchargée par le circuit 8 de shunt d'intervalle court-

circuité juste à l'instant o la décharge électrique d'usi-

nage est initiée par la fermeture du commutateur de courant 3. Ceci élimine efficacement la composante de courant ajoutée Ip0 ou Ip, montrée à la figure 1 et permet à la forme d'onde

du courant de décharge d'usinage d'avoir une forme rectangu-

laire recherchée et déterminée précisément par l'intensité du courant Ip et la durée d'impulsion T on établie par les

réglages mentionnés précédemment du générateur d'impulsions 1.

La structure modifiée représentée à la figure 4, dans laquelle les mêmes chiffres de référence et les mêmes symboles que dans

la figure 2 désignent les mêmes composants, comprend une sour-

ce de signal 12 constituée par un oscillateur qui fournit des impulsions de signal de temps actif, de temps de coupure et

de fréquence, désignées par C à la figure 5a, préréglées.

La sortie de l'oscillateur 12 est appliquée à un circuit 13 de différenciation ou linéaire et à un circuit 14 d'inversion

de phase. La sortie du circuit différenciateur 13 est repré-

sentée par D à la figure 5b et elle est appliquée au commu-

tateur 9 de shunt d'intervalle et à un autre circuit d'inver-

sion de phase 15 dont la sortie est représentée par E à la figure 5c. La sortie du circuit d'inversion de phase 15 ou impulsion E et la sortie du circuit d'inversion de phase 14

représentée par des impulsions F à la figure 5d sont combi-

nées par une porte ET 16 dont la sortie prend ainsi une forme d'onde représentée par les impulsions G à la figure 5e. La sortie de la porte ET 16 ou une succession d'impulsions de signal G est appliquée, en passant par un amplificateur 5,

au commutateur de courant 3 pour ouvrir et fermer répéti-

tivement-ce dernier, ceci fournissant une succession d'impul-

sions de courant électrique dans l'intervalle d'usinage par

décharge G, réalisant ainsi des décharges électriques d'usi-

nage successives entre l'électrode-outil E et la pièce W

pour enlever de la matière de la pièce W à partir de sa sur-

face qui est juxtaposée à l'électrode-outil E. On voit que

chaque impulsion D se développe à la queue de chaque impul-

sion C, et donc sur le front de chaque impulsion G. Le commu-

tateur 9 de shunt d'intervalle est mis en condition conduc-

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trice et il est maintenu conducteur pour court-circuiter

l'intervalle d'usinage par déchargespour une durée de shun-

tage T O (figure 5b) immédiatement avant le début de chaque impulsion d'usinage G. Ainsi, pour chaque cycle d'impulsion d'usinage G, la charge de la capacité parasite a été libérée

ou déchargée par le circuit 8 de shunt d'intervalle court-

circuité jusqu'au moment o la décharge électrique d'usinage

est initiée par la fermeture du commutateur de courant 3.

Chaque impulsion D de shuntage d'intervalle se termine quand le commutateur de courant 3 est fermé. On a constaté qu'une courte durée TC) de 10 à 100 nanosecondes pour l'impulsion de shuntage d'intervalle D est suffisante et avantageuse pour atteindre une décharge complète de la charge électrique de la capacité parasite ayant une valeur comprise entre 100

et 1 000 pico-farads dans le circuit de décharge d'intervalle.

Le 'réseau de constante de temps pour le circuit déterminant

l'impulsion D doit être préréglé en correspondance. On com-

prendra que chaque impulsion D est déclenchée après un délai fixe qui suit la fin de chaque impulsion d'usinage G et qui est ici égale à la durée t 1 des impulsions de signal C.

L'élimination effective de la composante de courant addition-

née Ip0 ou Ip, dans la figure 1 est,dans la forme de réali-

sation représentée à la figure 4, réalisée à nouveau pour

rendre rectangulaire chaque forme d'onde du courant de dé-

charge d'usinage avec une grandeur de courant Ip et une durée

d'impulsion réglée précisément par les circuits de réglage.

Le générateur d'impulsions propre à appliquer une succession d'impulsions de courant répétitives et espacées dans le temps dans l'intervalle d'usinage G peut aussi être tel

que représenté à la figure 6 ou que représenté, à la figure 7.

Dans ces figures également, les mêmes chiffres de référence et les mêmes symboles sont utilisés pour désigner des éléments

analogues à ceux qui sont représentés dans les figures précé-

dentes.

La structure représentée à la figure 6 comprend une source de courant continu 2, une capacité de stockage 17 connectée en parallèle à la source de courant continu 2 et à l'intervalle d'usinage par décharge G, et un commutateur de courant 3 connecté en série entre la source de courant continu 2 et la capacité 17. Le commutateur de courant 3 est ouvert et fermé répétitivement par des impulsions de signal fournies par un oscillateur 6 pour charger périodiquement la capacité 17 et permettre à la charge stockée par celle-ci au cours de chaque cycle de charge de se décharger dans l'intervalle

* d'usinage par décharges, pour fournir une succession d'impul-

sions répétitives et espacées dans le temps. Dans cette struc-

ture, est prévu un multivibrateur monostable 18 sensible à chaque impulsion de signal de l'oscillateur 6 pour fournir

une impulsion de courte durée comprise entre 10 et 100 nano-

secondes, pour rendre ainsi conducteur le commutateur 9 de shunt d'intervalle. Le commutateur 9 est mis en condition conductive et il est maintenu conducteur pendant la courte période de cette durée qui se présente sur le front de chaque impulsion de signal de l'oscillateur 6. Quand chaque impulsion de signal se termine, la charge de la capacité de stockage

17 est déchargée dans l'intervalle d'usinage G. Le décharge-

ment de la capacité 17 se termine un instant avant la ferme-

ture du commutateur de courant 3 ou avant que ne se forme une impulsion de signal provenant de l'oscillateur. Quand cette impulsion de signal se présente, la capacité 17 commence à se charger. On comprendra que c'est à la suite de la fin de la décharge de la capacité 17, et avant l'établissement de la tension de charge sur la capacité 17,qu'est fournie l'impulsion de courte durée par le multivibrateur monostable 18,et qu'elle rend et maintient conducteur le commutateur 9 de shunt d'intervalle pour court-circuiter l'intervalle

d'usinage par décharge grâce au circuit 8 de shunt d'inter-

valle. En conséquence, pour chaque cycle d'impulsion d'usinage, la charge de la capacité parasite dans le circuit de décharge d'intervalle a été libérée ou déchargée grâce au circuit 8 de shunt d'intervalle courtcircuité, jusqu'à l'instant o la décharge électrique d'usinage commence par décharge de la capacité 17 dans l'intervalle d'usinage G. La structure représentée à la figure 7 comprend une source de courant continu 2, un transformateur 19 présentant un enroulement primaire l9a connecté en série à la source de courant continu par un commutateur de courant 3, et un second enroulement 19b, une capacité de stockage 17 connec-

tée en parallèle à l'enroulement secondaire l9a du transfor-

mateur 19 et à l'intervalle d'usinage par décharge G, et un élément conducteur de courant unidirectionnel ou diode 20 connecté en série entre l'enroulement secondaire l9b et la capacité de stockage 17. Le commutateur de courant 3 est

ouvert et fermé répétitivement par une succession d'impul-

sions de signal fournies par un oscillateur 6,pour appliquer

une succession d'impulsions de sortie à l'enroulement primai-

re l9a du transformateur 19. Ce dernier développe alors dans

son enroulement secondaire 19b des impulsions de sortie trans-

formées bidirectionnelles qui sont redressées par la diode 20

en une succession d'impulsions unidirectionnelles. La capa-

cité de stockage 17 est périodiquement chargée par ces der-

nières impulsions et la charge stockée sur la capacité 17

au cours de chaque cycle de charge est déchargée dans l'in-

tervalle d'usinage par décharge G pour y fournir une succes-

sion d'impulsions répétitives et espacées dans le temps.

On comprendra que les impulsions de charge dont chacune est

synchrone avec la queue de chaque impulsion de signal prove-

nant de l'oscillateur, sont appliquées à la capacité de

stockage 17. Dans ce cas, le commutateur 9 de shunt d'inter-

valle peut être mis à l'état conducteur et maintenu conduc-

teur pendant la durée de chaque impulsion de signal provenant

de l'oscillateur 6. Dans chaque cycle, la décharge de la ca-

pacité 17 se termine avant la fermeture du commutateur de courant 3 ou après le développement de chaque impulsion de signal de l'oscillateur 6. Quand cette impulsion de signal se termine, la capacité 17 commence à se charger en réponse à l'impulsion de sortie correspondante qui se développe dans l'enroulement secondaire l9b du transformateur 19. Il est ainsi clair que le commutateur 9 de shunt d'intervalle est

maintenu conducteur pour court-circuiter l'intervalle d'usi-

nage G grâce au circuit 8 de shunt d'intervalle, après un délai suivant la fin de chaque décharge de la capacité de stockage 17 ou chaque impulsion d'usinage, et avant le

début de chaque charge de la capacité 17, et donc immédia-

tement avant le début de chaque impulsion d'usinage. Quand le couplage du transformateur 19 est tel qu'il permet

à chaque impulsion de charge de se développer pour la capa-

cité de stockage 17 de manière synchrone avec le front de chaque impulsion de signal provenant de l'oscillateur 6, un circuit 11 d'inversion de phase peut être prévu entre

l'oscillateur 6 et le commutateur 9 de shunt d'intervalle.

Dans ce cas, le commutateur 9 de shunt d'intervalle est mis en condition conductrice et il est maintenu condu.teur

pendant la durée de l'intervalle de temps entre des impul-

sions de signal successives de l'oscillateur 6. Dans chaque cycle, la décharge de la capacité 17 se termine avant la fermeture du commutateur 9 de shunt d'intervalle. Ainsi, là encore, le commutateur 9 de shunt d'intervalle est fermé

et il est maintenu conducteur pour court-circuiter l'inter-

valle d'usinage G grâce au circuit 8 de shunt d'intervalle,

après un délai suivant la fin de chaque décharge de la capa-

cité de stockage 17 ou chaque impulsion d'usinage, et avant

le début de chaque charge de la capacité 17, et donc immédia-

tement avant le début de chaque impulsion d'usinage.

On appréciera que la présente invention élimine efficacement l'effet néfaste de la capacité parasite dans le circuit de décharge d'intervalle. Le procédé selon l'invention est

extrêmement avantageux pour l'usinage par décharges électri-

ques dans le domaine de la finition fine et ultra-fine uti-

lisant des impulsions d'usinage d'un temps actif ou durée d'impulsions compris entre 0,1 et 10 microsecondes. Par exemple, dans l'usinage d une pièce en acier au moyen d'une électrode-outil en cuivre et en utilisant une succession d'impulsions électriques d'usinage ayant un temps actif d'impulsion Ton et un temps de coupure entre impulsions T off chacun égal à 3 microsecondes, et une intensité de courant de

2 ampères, il a été montré que la mise en oeuvre de l'inven-

tion fournit une surface d'usinage par décharges électriques présentant une rugosité de 2,5 pRmax et une usure relative de l'électrode de 0,4% en volume (E/W). Ceci représente une amélioration importante par rapport à la pratique courante qui ne fournit qu'une rugosité de surface de 4,8. Rmax et

une usure relative de l'électrode de 2,4%.

Claims (30)

Revendications.

1. Procédé d'usinage par décharges électriques d'une pièce

conductrice de l'électricité, dans lequel une électrode-

outil est disposée face à une pièce à une distance définis- sant entreelles&unintervalle d'usinage rempli d'un liquide diélectrique, caractérisé en ce qu'il comprend les mesures consistant à: réaliser une succession de décharges électriques d'usinage localisées, espacées dans le temps et répétitives, entre l'électrode-outil et la pièce, dans l'intervalle d'usinage, pour produire unenlèvement de matière sur la surface de la pièce juxtaposée à ladite électrode-outil; et accroître le fini de surface de ladite surface d'enlèvement de matière de la pièce, en déchargeant la charge électrique stockée du fait de l'existence d'une capacité parasite entre l'électrode-outil et la pièce,ai moyen d'un circuit électrique

de shunt placé en parallèle à l'intervalle d'usinage, immé-

diatement avant le début de chacune des décharges électriques

d'usinage dans l'intervalle d'usinage.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la charge électrique est déchargée par le circuit de shunt

d'intervalle en.mettant en condition conductrice un commu-

tateur de shunt présent dans ledit circuit.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le commutateur est mis en condition conductrice à la suite de la fin de la décharge électrique d'usinage précédant

immédiatement chacune des décharges électriques d'usinage.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le commutateur est mis en condition conductrice après un délai prédéterminé suivant la fin de la décharge électrique

immédiatement précédente.

2488i75

5. Procédé selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que le commutateur est maintenu conducteur

pendant un temps prédéterminé.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que

le temps prédéterminé est compris entre 10 et 100 nanose-

condes.

7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que

la succession de décharges électriques d'usinage est réali-

sée en appliquant des impulsions électriques successives espacées dans le temps et répétitives entre l'électrode-outil

et la pièce dans l'intervalle d'usinage.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les impulsions électriques sont appliquées dans l'intervalle

d'usinage en ouvrant et en fermant répétitivement un commu-

tateur de courant connecté en série à une source de courant

continu, l'électrode-outil et la pièce, et en ce que le com-

mutateur de shunt est mis à l'état non conducteur sensible-

ment simultanément à la fermeture du commutateur de courant.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que

le commutateur de shunt est mis à létat conducteur immédia-

tement à la suite de l'ouverture du commutateur de courant.

10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le commutateur de commande est mis à l'état conducteur après

un délai prédéterminé à la suite de l'ouverture du commuta-

teur de courant.

11. Procédé selon la revendication 9 ou la revendication 10, caractérisé en ce que le commutateur de shunt est maintenu

conducteur pendant un temps prédéterminé.

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que

ladite durée est comprise entre 10 et 100 microsecondes.

13. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide diélectrique a une résistivité électrique pas

inférieure à 103 ohm-cm.

14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce

que le liquide diélectrique est du kérosène ayant une résis-

tivité électrique comprise entre 102 et 1012 ohm-cm et en

ce que la capacité parasite est supérieure à 100 pico-farads.

15. Appareil d'usinage par décharges électriques compre-

nant des moyens pour monter une électrode-outil vis à

vis d'une pièce, à une distance définissant entre elles un in-

tervalle d'usinage, et des moyens pour fournir un liquide diélectrique dans l'intervalle d'usinage, caractérisé en ce qu'il comprend

des moyens de fourniture de courant pour réaliser une succes-

sion de décharges électriques d'usinage localisées, espacées dans le temps et répétitives, entre l'électrode-outil et la pièce à travers l'intervalle d'usinage, pour produire un

enlèvement de matière sur la face de la pièce placée en re-

gard de l'électrode-outil; et des moyens pour décharger la charge électrique stockée du

fait de l'existence d'une capacité parasite entre l'électrode-

outil et la pièce, au moyen d'un circuit électrique de shunt placé en parallèle à l'intervalle d'usinage, immédiatement avant le début de chacune des décharges électriques d'usinage

dans l'intervalle d'usinage.

16. Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens de décharge comprennent un commutateur de shunt connecté dans le circuit entre l'électrode-outil et la pièce, et des moyens de commande pour mettre le commutateur de shunt en condition conductrice pour décharger la charge électrique

grâce audit circuit.

17. Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce que les moyens de commande sDnt opératoires pour mettre le commutateur de shunt en condition conductrice à la suite de la fin de la décharge électrique d'usinage précédant

immédiatement chacune des décharges électriques d'usinage.

18. Appareil selon la revendication'17, caractérisé en ce que les moyens de commande sont opératoires pour mettre le commutateur de shunt en condition conductrice après un délai

prédéterminé suivant la fin de la décharge électrique d'usi-

nage immédiatement précédente.

19. Appareil selon la revendication 17 ou la revendication

18, caractérisé en ce que les moyens de commande sont opé-

ratoires pour maintenir le commutateur de shunt à l'état

conducteur pendant une durée prédéterminée.

20. Appareil selon la revendication 19, caractérisé en ce que les moyens de décharge comprennent en outre des moyens de réglage du temps pour régler ladite durée sur la plage

comprise entre 10 et 100 nanosecondes.

21. Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce

que les moyens de fourniture de courant comprennent un géné-

rateur d'impulsions pour appliquer des impulsions successi-

ves, espacées dans le temps et répétitives à travers l'inter-

valle d'usinage, produisant ainsi la succession de décharges

électriques d'usinage entre l'électrode-outil et la pièce.

22. Appareil selon la revendication 21, caractérisé en ce que le générateur d'impulsions comprend une source de courant continu, un commutateur de courant connecté en série à la source de courant continu, l'électrode-outil et la pièce,

et des moyens d'impulsions pour ouvrir et fermer répétiti-

vement le commutateur de courant, pour fournir les impulsions électriques successives à travers l'intervalle d'usinage, et en ce que les moyens de commande sont opératoires pour mettre le commutateur de shunt à l'état non conducteur sensiblement

simultanément avec la fermeture du commutateur de courant.

23. Appareil selon la revendication 22, caractérisé en ce que les moyens de commande sont opératoires pour mettre le commutateur de shunt en condition conductrice sensiblement

simultanément avec l'ouverture du commutateur de courant.

24. Appareil selon la revendication 22, caractérisé en ce que les moyens de commande sont opératoires pour mettre le commutateur de shunt en condition conductrice après un délai prédéterminé suivant l'ouverture du commutateur de courant

qui arrête la décharge électrique d'usinage précédant immé-

diatement chacune des décharges électriques d'usinage.

25. Appareil selon la revendication 23 ou la revendication

24, caractérisé en ce que les moyens de commande sont opéra-

toires pour maintenir le commutateur de shunt en condition

conductrice pendant un temps prédéterminé.

26. Appareil selon la revendication 25, caractérisé en ce

qu'il comprend en outre des moyens de réglage du temps asso-

ciés aux moyens de commande pour régler ladite durée sur la

plage comprise entre 10 et.100 nanosecondes.

27. Appareil selon la revendication 21, caractérisé en ce que le générateur d'impulsions comprend une source de courant continu, une capacité connectée en parallèle à la source de courant continu et à l'intervalle d'usinage, un commutateur de charge connecté en série à la source de courant continu et à ladite capacité, et des moyens d'impulsion. pour ouvrir

et fermer répétitivement le commutateur de charge, pour per-

mettre ainsi à la capacité d'être chargée répétitivement par la source de courant continu, et à la charge présente sur la capacité d'être déchargée dans l'intervalle d'usinage, et en ce que les moyens de commande sont opératoires pour mettre le

commutateur de shunt à l'état conducteur et le maintenir con-

ducteur pendant une durée prédéterminée, immédiatement avant

la fermeture du comnutateur de charge.

28. Appareil selon la revendication 21, caractérisé en ce que le générateur d'impulsions comprend une source de courant continu, un transformateur présentant un enroulement primaire connecté par un commutateur de courant à la source de courant continu, et un enroulement secondaire, une capacité connectée en parallèle à l'enroulement secondaire et à l'intervalle d'usinage, un élément conducteur de courant unidirectionnel connecté entre l'enroulement secondaire et la capacité, et des moyens d'impulsion pour ouvrir et fermer répétitivement

le commutateur de courant.

29. Appareil selon la revendication 28, caractérisé en ce que les moyens de commande sont opératoires pour mettre le commutateur de shunt en condition conductrice sensiblement

en phase avec la fermeture du commutateur de courant.

30. Appareil selon la revendication 28, caractérisé en ce que les moyens de commande sont opératoires pour mettre le commutateur de shunt en condition conductrice sensiblement

en phase avec l'ouverture du commutateur de courant.