FR2518921A1 - PROCESS FOR FORMING A CAVITY IN A METAL PART AND APPARATUS FOR CARRYING OUT SAID METHOD - Google Patents
PROCESS FOR FORMING A CAVITY IN A METAL PART AND APPARATUS FOR CARRYING OUT SAID METHOD Download PDFInfo
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Abstract
L'INVENTION CONSISTE EN UNE METHODE DE FACONNAGE D'UNE PIECE EN VUE D'Y GENERER UNE CAVITE PRESENTANT UNE FORME TRIDIMENSIONNELLE SPECIFIQUE, AU COURS DE DEUX PHASES D'USINAGE. PENDANT LA PREMIERE PHASE A, DES TROUS SONT PERCES MECANIQUEMENT DANS LA PIECE, EN GRAND NOMBRE, ET REPARTIS UNIFORMEMENT DANS LA ZONE TRIDIMENSIONNELLE QUI DOIT CONSTITUER LA CAVITE. CETTE ZONE EST LIMITEE PAR UN PROFIL PROGRAMME CORRESPONDANT AU CONTOUR TRIDIMENSIONNEL RECHERCHE, ETANT ENTENDU QUE SEUL UN MINIMUM DE MATIERE, NON ENLEVE PAR L'USINAGE MECANIQUE, SUBSITE DANS LA REGION A EVIDER. AU COURS DE LA DEUXIEME PHASE B, LE MINIMUM DE MATIERE SUBSISTANT ENTRE LES TROUS APRES L'USINAGE MECANIQUE EST ENLEVE PAR ELECTROEROSION A L'AIDE D'AU MOINS UNE ELECTRODE DONT LA SURFACE ACTIVE EST COMPLEMENTAIRE DU CONTOUR A GENERER DANS LA PIECE. LA SURFACE DE L'ELECTRODE EST POSITIONNEE DE MANIERE A ETRE PARALLELE AU PROFIL PROGRAMME. CELA DIT, LA CONDITION B1 CONSISTE A FAIRE PASSER UN COURANT ELECTRIQUE D'USINAGE DANS L'INTERVALLE D'ETINCELAGE SUBSISTANT ENTRE LA SURFACE D'USINAGE ET LA PIECE PERCEE D'UNE MULTIPLICITE DE TROUS, EN PRESENCE D'UN FLUIDE D'USINAGE ELECTRIQUE, TANDIS QUE LA CONDITION B2 CONSISTE A IMPARTIR A L'ELECTRODE-OUTIL UN MOUVEMENT D'AVANCE EN DIRECTION DE LA PIECE, TOUT EN MAINTENANT LE PARALLELISME DONT IL EST QUESTION CI-DESSUS ET EN CONSERVANT L'INTERVALLE D'ETINCELAGE SUBSTANTIELLEMENT CONSTANT. CETTE OPERATION SE POURSUIT JUSQU'A CE QUE LA SURFACE D'USINAGE ATTEIGNE UNE POSITION TELLE QU'ELLE NE SOIT PLUS SEPAREE DU PROFIL PROGRAMME QUE PAR L'INTERVALLE D'ETINCELAGE DEFINI CI-DESSUS.THE INVENTION CONSISTS OF A METHOD OF SHAPING A PART WITH A VIEW TO GENERATING A CAVITY SHOWING A SPECIFIC THREE-DIMENSIONAL SHAPE, DURING TWO MACHINING PHASES. DURING THE FIRST PHASE A, HOLES ARE MECHANICALLY PUNCHED IN THE ROOM, IN A LARGE NUMBER, AND DISTRIBUTED UNIFORMLY IN THE THREE-DIMENSIONAL ZONE WHICH MUST CONSTITUTE THE CAVITY. THIS AREA IS LIMITED BY A PROGRAM PROFILE CORRESPONDING TO THE SEARCHED THREE-DIMENSIONAL CONTOUR, UNDERSTANDING THAT ONLY A MINIMUM OF MATERIAL, NOT REMOVED BY MECHANICAL MACHINING, SUBSIDIZED IN THE REGION TO BE DISCUSSED. DURING THE SECOND PHASE B, THE MINIMUM OF MATERIAL REMAINING BETWEEN THE HOLES AFTER MECHANICAL MACHINING IS REMOVED BY ELECTROEROSION USING AT LEAST ONE ELECTRODE WHOSE ACTIVE SURFACE IS COMPLEMENTARY TO THE CONTOUR TO GENERATE IN THE PART. THE SURFACE OF THE ELECTRODE IS POSITIONED SO AS TO BE PARALLEL TO THE PROGRAM PROFILE. THAT SAID, CONDITION B1 CONSISTS OF PASSING A MACHINING ELECTRIC CURRENT THROUGH THE REMAINING SPARKLING INTERVAL BETWEEN THE MACHINING SURFACE AND THE WORKPIECE OF A MULTIPLICITY OF HOLES, IN THE PRESENCE OF A MACHINING FLUID ELECTRIC, WHILE CONDITION B2 CONSISTS OF STARTING THE ELECTRODE-TOOL WITH A FEED MOVEMENT IN THE DIRECTION OF THE PART, WHILE MAINTAINING THE PARALLELISM AS QUESTIONED ABOVE AND KEEPING THE SPARKLING INTERVAL SUBSTANTIALLY CONSTANT . THIS OPERATION CONTINUES UNTIL THE WORKING SURFACE REACHES A POSITION SUCH THAT IT IS NO LONGER SEPARATED FROM THE PROGRAMMED PROFILE BY THE SPINNING INTERVAL DEFINED ABOVE.
Description
Procédé pour former une cavité dans une tpièce métalliqueMethod for forming a cavity in a metal part
et appareil pour la mise en oeuvre -de ce procédé. and apparatus for implementing this method.
La présente invention a trait à l'usinage de contours tridimensionnels et, plus particulièrement, à une méthode et un appareillage nouveaux et perfectionnés destinés à former, dans une pièce, une cavité de contour tridimensionnel déterminée, en vue de produire un moule ou une matrice, par The present invention relates to the machining of three-dimensional contours and, more particularly, to a new and improved method and apparatus intended to form, in a workpiece, a cavity with a defined three-dimensional contour, in order to produce a mold or a matrix. , by
exemple.example.
D'une manière générale, certains moules, matrices et autres produits, demandent à être usinés en vue d'acquérir des contours tridimensionnels très complexes Ces produits Generally, certain molds, dies and other products require to be machined in order to acquire very complex three-dimensional contours. These products
ont, jusqu'à présent, été réalisés par fraisage, par recti- have so far been made by milling, rectification
fication, à l'aide d'une machine conçue pour travailler par décharge électrique (EDM) ou par usinage électrochimique fication, using a machine designed to work by electric discharge (EDM) or by electrochemical machining
(ECM) ou encore par une combinaison de fraisage de rectifi- (ECM) or by a combination of grinding milling
cation et d'érosion électrique ou chimique Cependant, pour autant que le déposant ne le sache, aucune tentative n'a été electrical or chemical cation and erosion However, as far as the applicant is aware, no attempt has been made
faite dans ce domaine pour appliquer les techniques de - made in this area to apply the techniques of -
perçage à la production d'une matrice, d'un moule ou de tout drilling in the production of a die, a mold or all
autre objet de contours complexes.another object with complex contours.
Il est reconnu que les procédés d'usinage de type électrique ou électrochimique sont capables de reproduire pratiquement les contours tridimensionnels les plus complexes avec un degré de précision extrêmement élevé En revanche, leur taux d'enlèvement de matière est relativement faible Des techniques de fraisage et de rectification ont également été développées avec une orientation particulière vers l'usinage des matrices et des moules En fait, ces It is recognized that the machining processes of the electrical or electrochemical type are capable of practically reproducing the most complex three-dimensional contours with an extremely high degree of precision. On the other hand, their rate of material removal is relatively low. have also been developed with a particular orientation towards the machining of dies and molds In fact, these
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techniques ont été utilisées pour ébaucher les contours de matrices ou de moules Ces profils, ébauchés par fraisage ou par rectification, sont généralement finis manuellement par un ouvrier hautement spécialisé, ce qui est, à la fois, lent et onéreux On a également proposé d'utiliser des techniques d'usinage électrique pour la finition des contours ébauchés techniques have been used for roughing out the contours of dies or molds These profiles, roughed out by milling or rectification, are generally finished manually by a highly specialized worker, which is both slow and expensive We have also proposed to use electrical machining techniques to finish rough contours
par fraisage ou par rectification.by milling or rectification.
Il n'en subsiste pas moins un désir constant de réduire les quantités totales de temps et de travail investies dans la production d'une matrice, d'un moule ou de tout autre There remains a constant desire to reduce the total amount of time and labor invested in the production of a die, a mold or any other
objet présentant un contour tridimensionnel complexe. object with a complex three-dimensional outline.
La présente invention se pose comme but important d'offrir une méthode nouvelle et perfectionnée pour réaliser un contour tridimensionnel Cette méthode est beaucoup plus The present invention arises as an important object to offer a new and improved method for achieving a three-dimensional contour. This method is much more
efficace que les procédés classiques; elle réduit radica- efficient than conventional methods; it reduces radica-
lement le temps total nécessaire pour façonner la cavité the total time required to shape the cavity
voulue dans un bloc de matière brute. wanted in a block of raw material.
Un autre but de l'invention consiste à fournir un équipement nouveau, d'encombrement relativement réduit, Another object of the invention is to provide new equipment, of relatively small size,
capable de mettre en pratique la méthode décrite. able to apply the method described.
En conformité avec la présente invention, un premier aspect présente une méthode de façonner, dans une pièce, une cavité ayant un contour tridimensionnel défini Cette méthode comporte une première étape: a) consistant à percer mécaniquement un nombre important de trous dans la pièce, à savoir dans la totalité de la zone tridimensionnelle destinée à former la cavité Cette opération de perçage est limitée par un profil programmé correspondant à ladite zone tridimensionnelle de sorte qu'il ne reste sur la pièce que la quantité minimale de matière non encore enlevée Au cours de la deuxième étape b), cette quantité minimale de matière restant entre les perçages et se trouvant dans la zone programmée de l'empreinte est enlevée à l'aide d'au moins une électrode d'usinage dont la surface présente une forme complémentaire au contour de la cavité L'électrode, positionnée pour être parallèle au profil programmé, enlève la matière résiduelle par (bl) le passage d-'un courant d'électroérosion dans l'intervalle séparant l'électrode d'usinage et la surface à générer, en présence d'un fluide d'usinage électrique qui remplit lesdits trous et ledit intervalle Ltélectrode est animée d'un mouvement d'avance (b 2) en vertu duquel elle pénètre dans la pièce tout en conservant le parallélisme mentionné ci-dessus et en maintenant relativement constant l'intervalle d'usinage jusqu'à ce que la surface de l'électrode-ne soit plus distante du profil programmé que de la valeur dudit intervalle. Spécifiquement, dans l'opération (ai, les trous multiples sont percés respectivement à des profondeurs individuellement prédéterminées de sorte que le profil tracé par le lieu des fonds des trous soit relativement conforme et équidistant du profil programmé Les perçages multiples, au moins dans leur grande majorité, pour plus de facilité d'exécution, sont, de préférence, disposés pour être autant In accordance with the present invention, a first aspect presents a method of shaping, in a part, a cavity having a defined three-dimensional contour. This method comprises a first step: a) consisting in mechanically drilling a large number of holes in the part, know in the entire three-dimensional area intended to form the cavity This drilling operation is limited by a programmed profile corresponding to said three-dimensional area so that there remains on the workpiece only the minimum amount of material not yet removed During the second step b), this minimum quantity of material remaining between the holes and being in the programmed area of the impression is removed using at least one machining electrode whose surface has a shape complementary to the contour from the cavity The electrode, positioned to be parallel to the programmed profile, removes the residual material by (bl) the passage of an EDM current in the interval separating the machining electrode and the surface to be generated, in the presence of an electrical machining fluid which fills said holes and said interval Ltelectrode is animated by a movement of advance (b 2) by virtue of which it enters the workpiece while maintaining the parallelism mentioned above and keeping the machining interval relatively constant until the surface of the electrode is no more distant from the programmed profile than the value of said interval . Specifically, in the operation (ai, the multiple holes are drilled respectively at individually predetermined depths so that the profile traced by the location of the bottoms of the holes is relatively consistent and equidistant from the programmed profile Multiple holes, at least in their great majority, for ease of execution, are preferably arranged to be as much
que possible parallèles entre eux.as possible parallel to each other.
De préférence, ces trous multiples peuvent encore en comporter un certain nombre percés obliquement de manière à couper les perçages parallèles De plus, l'opération (b) comporte une phase d'irrigation en vertu de laquelle le fluide d'usinage circule à travers les perçages obliques pour créer un courant dynamique de-flỉde d'usinage à Preferably, these multiple holes may also include a number of them drilled obliquely so as to cut the parallel bores. In addition, operation (b) includes an irrigation phase by virtue of which the machining fluid circulates through the oblique holes to create a dynamic flow-of-flỉde machining to
travers l'intervalle d'érosion.across the erosion interval.
De préférence, l'opération (a) est effectuée avec des outils de perçage ayant des dimensions différentes afin de produire des séries de trous de diamètres différents Ces séries différenciées de trous sont, de préférence, percées Preferably, operation (a) is carried out with drilling tools having different dimensions in order to produce series of holes of different diameters. These differentiated series of holes are preferably drilled
successivement dans la région considérée Les trous paral- successively in the region considered The paral-
lèles sont, de préférence, orientés dans une direction correspondant sensiblement à celle de l'avance de they are preferably oriented in a direction substantially corresponding to that of the advance of
l'électrode-outil au cours de l'opération (b 2) De préfé- the tool electrode during the operation (b 2) Preferably
rence, les trous, tout au moins ceux ayant le plus fort diamètre, sont percés dans la région de l'empreinte de telle manière que leurs axes soient équidistants les uns des autres Les trous d'au moins une des autres séries sont percés dans les intervalles subsistant entre les trous du plus grand diamètre De préférence, une autre série de trous ayant le diamètre le plus petit sont percés dans les intervalles subsistant entre les séries précédentes de rence, the holes, at least those having the largest diameter, are drilled in the region of the imprint so that their axes are equidistant from each other The holes of at least one of the other series are drilled in the intervals remaining between the holes of the largest diameter Preferably, another series of holes having the smallest diameter are drilled in the intervals remaining between the preceding series of
trous, au voisinage du contour programmé de la cavité. holes, near the programmed contour of the cavity.
De préférence, l'électrode unique dont il est question ci-dessus sera remplacée par plusieurs outils d'érosion comportant une électrode d'ébauchage et des électrodes de finition Cela signifie que, dans la phase (b), une quantité importante de matière, subsistant après-l'usinage mécanique constitué par le perçage de trous multiples, sera enlevée par l'électrode d'ébauchage et qu'au moins une partie de la matière restant entre la fin de course des forêts de perçage et la courbe programmée sera enlevée par érosion à l'aide de Preferably, the single electrode referred to above will be replaced by several erosion tools comprising a roughing electrode and finishing electrodes. This means that, in phase (b), a large quantity of material, remaining after mechanical machining consisting of drilling multiple holes, will be removed by the roughing electrode and at least part of the material remaining between the end of travel of the drilling forests and the programmed curve will be removed by erosion using
l'électrode de finition.the finishing electrode.
L'invention, dans un second aspect, comporte également l'appareillage d'exécution du premier aspect de l'opération, à savoir un chariot porteoutil capable de recevoir au moins un outil de perçage et au moins une électrode-outil d'usinage par érosion L'invention comprend également des éléments de commande, des organes d'exécution capables de répondre aux signaux du système de commande en vue de faire avancer le chariot porteoutil pour que, d'une part, il amène sélectivement l'outil de perçage chargé de l'exéeution de la phase (a) dans la position de perçage respective par rapport à l'électrode et que, d'autre part, il permette à l'électrode d'effectuer la phase (b) consécutivement à la phase (a) et lui permette de prendre, par rapport à la pièce, une position propre à l'exécution de l'opération d'érosion L'invention comporte finalement les moyens de mise en rotation de l'outil de perçage pendant la phase {(a) The invention, in a second aspect, also includes the apparatus for carrying out the first aspect of the operation, namely a tool carriage capable of receiving at least one drilling tool and at least one electrode-tool for machining by erosion The invention also includes control elements, execution members capable of responding to signals from the control system with a view to advancing the tool carriage so that, on the one hand, it selectively brings the loaded drilling tool of the execution of phase (a) in the respective drilling position relative to the electrode and that, on the other hand, it allows the electrode to carry out phase (b) consecutively to phase (a ) and allows it to take, relative to the workpiece, a position suitable for the execution of the erosion operation The invention finally comprises the means for rotating the drilling tool during the phase {(a )
ainsi que les moyens d'alimenter les perçages et l'inter- as well as the means of supplying the holes and the inter-
valle d'usinage en fluide d'usinage électrique pendant la phase (b) Il y aura également des moyens utilisables sélectivement en phase (b) pour faire passer le courant électrique d'usinage entre l'électrode-outil et la pièce ainsi que des moyens de faire avancer l'outil de perçage en phase (a) et l'électrode en phase (b), d'une part pour forer chacun des trous multiples en phase (a) et, d'autre part, pour usiner électriquement le reliquat de matière en machining valle in electrical machining fluid during phase (b) There will also be means that can be used selectively in phase (b) to pass the electrical machining current between the tool electrode and the workpiece as well as means for advancing the drilling tool in phase (a) and the electrode in phase (b), on the one hand for drilling each of the multiple holes in phase (a) and, on the other hand, for electrically machining the balance of matter in
phase (b).phase (b).
Ces particularités de la présente invention ainsi que d'autres aspects et avantages apparaîtront plus clairement à These features of the present invention as well as other aspects and advantages will become more clearly apparent from
la lecture de la description suivante et à l'examen du reading the following description and examining the
dessin joint, concernant certains éléments intrinsèques de l'invention. attached drawing, relating to certain intrinsic elements of the invention.
La figure 1 (A) est une représentation latérale schéma- Figure 1 (A) is a side schematic representation
tique illustrant la manière dont les trous multiples sont forés dans la pièce par des moyens mécaniques, à l'aide d'un tick illustrating how multiple holes are drilled in the part by mechanical means, using a
outil de perçage, dans les limites d'une cavité tri'dimen- drilling tool, within the limits of a three-dimensional cavity
sionnelle dont la forme est réalisée par la méthode conforme à la présente invention La figure 1 (B) est une vue en plan schématisant la The shape of which is produced by the method according to the present invention FIG. 1 (B) is a plan view schematically showing the
pièce dans laquelle les trous ont été percés. room in which the holes were drilled.
La figure 2 est une coupe schématique latérale montrant la méthode d'usinage électrique de la pièce représentée à la Figure 2 is a schematic side section showing the method of electrical machining of the part shown in the
figure 1 (B).Figure 1 (B).
La figure 3 est une représentation schématique d'une manière recommandée de percer les trous dans la pièce, Figure 3 is a schematic representation of a recommended way to drill the holes in the room,
conformément à l'invention.according to the invention.
Les figures 4 (A) et 4 (B) sont des coupes schématisant respectivement l'outil de perçage et la pièce et montrant la manière de régler la profondeur de chaque trou, conformément Figures 4 (A) and 4 (B) are sections schematically showing respectively the drilling tool and the workpiece and showing how to adjust the depth of each hole, in accordance
au principe de l'invention.to the principle of the invention.
La figure 5 est une vue latérale, partiellement en Figure 5 is a side view, partially in
coupe et partiellement en élévation, schématisant un méca- section and partially in elevation, schematically showing a mechanism
nisme permettant de mettre en application la méthode de nism allowing to apply the method of
cette invention.this invention.
La figure 6 est une vue avant illustrant une forme possible du magasin d'outils faisant partie du mécanisme de Figure 6 is a front view illustrating a possible form of the tool magazine forming part of the mechanism
la figure 5.Figure 5.
Finalement, la figure 7 est une coupe latérale montrant un détail du mécanisme de la figure 5, conçu pour effectuer Finally, Figure 7 is a side section showing a detail of the mechanism of Figure 5, designed to perform
l'usinage électrique de la pièce préalablement percée. electrical machining of the previously drilled part.
Les figures 1 (A)Yet 1 (B) représentent la pièce 1 constituée par un bloc rectangulaire dans lequel on se propose d'usiner la cavité 2-comportant le bord 2 a et le profil tridimensionnel 2 b en vue, par exemple, de constituer une matrice En application de la méthode constituant la présente invention, on commence par forer un certain nombre de trous 3, à l'aide de l'outil 4, dans la pièce 1 et, en particulier, dans la zone destinée à constituer la cavité 2 délimitée par le bord 2 a et le profil 2 b Après cela, la pièce percée 1 est soumise à un usinage électrique, comme le montre la figure 3 L'usinage, effectué soit par décharges électriques (EDM), soit par un procédé electrochimique (ECM), permet d'enlever la matrice résiduelle de la pièce et de Figures 1 (A) Yet 1 (B) represent the part 1 constituted by a rectangular block in which it is proposed to machine the cavity 2-comprising the edge 2 a and the three-dimensional profile 2 b in view, for example, of constitute a matrix In application of the method constituting the present invention, one begins by drilling a certain number of holes 3, using the tool 4, in the part 1 and, in particular, in the zone intended to constitute the cavity 2 delimited by edge 2 a and profile 2 b After that, the pierced part 1 is subjected to electrical machining, as shown in FIG. 3 Machining, carried out either by electrical discharges (EDM), or by a process electrochemical (ECM), removes the residual matrix from the part and
finir le contour tridimensionnel 2 b à l'aide de l'électrode- finish the three-dimensional contour 2 b using the electrode-
outil 5, de profil complémentaire.tool 5, of complementary profile.
Dans la phase de perçage,-un seul outil 4, d'un diamètre donné, peut être utilisé pour forer un certain In the drilling phase, a single tool 4, of a given diameter, can be used to drill a certain
nombre de trous 3 d'un diamètre correspondant uniforme. number of holes 3 with a corresponding uniform diameter.
Cependant, il est généralement préférable d'utiliser des outils de forage de diamètres différents 41, 4 m, 4 n, comme le montre la figure 1 (A), afin de disposer de plusieurs séries de trous de diamètres différents 31, 3 m, 3 n, comme le montre la figure 1 (B) Ainsi-, l'outil 41, de grand diamètre, peut être utilisé pour commencer à forer une série de trous équidistants, relativement grands-, dont chacun atteint une profondeur allant jusqu'à une distance définie du contour final 2 b Cela fait, l'outil 4 m, de diamètre intermédiaire, est utilisé pour forer un certain nombre de trous de taille moyenne 3 m, également équidistants entre eux mais se situant dans les intervalles entre les grands trous 31 L'outil 4 n, de petit diamètre, peut ensuite être utilisé pour percer un certain nombre de trous 3 n, de manière analogue, dans les intervalles entre les grands trous 31 et les trous moyens 3 m Dans la figure 1 (B), les petits trous 3 N se situent dans les zones proches du bord 2 a de la cavité, de sorte que les - trous 31, 3 m et 3 n, qui ponctuent le profil, sont distribués However, it is generally preferable to use drilling tools of different diameters 41, 4 m, 4 n, as shown in FIG. 1 (A), in order to have several series of holes of different diameters 31, 3 m, 3 n, as shown in Figure 1 (B) Thus, tool 41, of large diameter, can be used to start drilling a series of equidistant, relatively large holes, each of which reaches a depth of up to a defined distance from the final contour 2 b That done, the 4 m tool, of intermediate diameter, is used to drill a number of holes of average size 3 m, also equidistant from each other but lying in the intervals between the large holes 31 Tool 4 n, of small diameter, can then be used to drill a certain number of holes 3 n, in a similar way, in the intervals between the large holes 31 and the medium holes 3 m In Figure 1 (B) , the small holes 3 N are located in the areas close to the edge 2 a of the cav ity, so that the holes 31, 3 m and 3 n, which punctuate the profile, are distributed
de manière à suivre de près le bord 2 a. so as to closely follow edge 2 a.
On verra plus tard, en détail, qu'il est préférable de monter les outils de différents diamètres sur un changeur automatique Ils sont alors successivement amenés à des positions de perçage, programmées d'avance en corrélation avec les positions de perçage et les diamètres des autres outils, d'une manière telle qu'une distributionoptimale est réalisée entre les séries de trous 31, 3 m et 3 n, de diamètres différents, qui occupent, autant que possible, le volume destiné à constituer la cavité 2 De plus, comme le montre la figure 1 (A), il est recommandé de forer un bon nombre de trous obliques à l'aide d'un ou plusieurs outils 4 S afin de constituer des canaux d'irrigation par lesquels le fluide d'érosion peut circuler pendant le stade ultérieur de l'usinage afin d'améliorer l'efficacité de It will be seen later, in detail, that it is preferable to mount the tools of different diameters on an automatic changer. They are then successively brought to drilling positions, programmed in advance in correlation with the drilling positions and the diameters of the other tools, in such a way that an optimal distribution is made between the series of holes 31, 3 m and 3 n, of different diameters, which occupy, as much as possible, the volume intended to constitute the cavity 2 In addition, as As shown in Figure 1 (A), it is recommended to drill a good number of oblique holes using one or more 4 S tools in order to constitute irrigation channels through which the erosion fluid can circulate during the later stage of machining to improve the efficiency of
l'opération électrique de finition. the electrical finishing operation.
Dans l'opération préliminaire de perçage qui assure un enlèvement intrinsèque important de matière (environ 1000 grammes/s dans l'acier), il est souhaitable d'enlever un maximum de matière de la pièce 1 dans la zone de celle-ci se In the preliminary drilling operation which ensures a significant intrinsic removal of material (approximately 1000 grams / s in the steel), it is desirable to remove a maximum of material from the part 1 in the area thereof.
situant à l'intérieur du contour imaginaire 2 b Dans l'opé- located inside the imaginary contour 2 b In the ope-
ration subséquente d'usinage électrique, seule une quantité minimale de matière reste à enlever, ce qui favorise subsequent ration of electrical machining, only a minimum quantity of material remains to be removed, which favors
l'obtention d'un contour 2 b de grande précision qui carac- obtaining a highly precise contour 2 b which characterizes
térise l'usinage électrique La phase d'usinage électrique doit, de préférence, se faire en électroérosion pure et la The electrical machining phase should preferably be done in pure EDM and the
description que nous en donnerons par la suite sera basée description which we will give thereafter will be based
sur ce procédé de finition.on this finishing process.
Pour les opérations préliminaires d'usinage, n'importe For preliminary machining operations, any
quelle méthode de perçage des séries de trous 3, à l'inté- which method of drilling the series of holes 3, inside
rieur des profils 2 a et 2 b de la pièce-1, peut être adoptée. laughing of the profiles 2 a and 2 b of the part-1, can be adopted.
La figure 3 montre un exemple de méthode à préférer On voit que la série de grands trous 31, de diamètre D 1, est obtenue à l'aide du foret 41 dont l'axe se situe successivement aux points dont les coordonnées sont (X 1, Y 2), (Xl, Y 3),, (X 2, Y 1), (X 2, Y 2), (X 3,Y 1), (X 3, Y 2),, o X 2-Xl=X 3-X 2 = = Y 2-Yl=Y 3-Y 2 =Y 4-Y 3 = = D 1 Après avoir foré les grands trous 31, on passe aux trous moyens 3 m de diamètre D 2 dont chacun se situe entre les trous 31 et tangentiellement à ceux-ci Cette deuxième série de perçage est effectuée à l'aide de l'outil 4 m Finalement, c'est l'outil de perçage 4 N qui est utilisé pour forer les petits trous 3 n, dans la zone délimitée par le bord 2 a de la cavité imaginaire 2 et les groupes des trous 31 et 3 m les plus FIG. 3 shows an example of a preferred method. We see that the series of large holes 31, of diameter D 1, is obtained using the drill 41 whose axis is successively located at the points whose coordinates are (X 1 , Y 2), (Xl, Y 3) ,, (X 2, Y 1), (X 2, Y 2), (X 3, Y 1), (X 3, Y 2) ,, o X 2- Xl = X 3-X 2 = = Y 2-Yl = Y 3-Y 2 = Y 4-Y 3 = = D 1 After having drilled the large holes 31, we pass to the medium holes 3 m in diameter D 2 each of which is located between the holes 31 and tangentially to them This second series of drilling is carried out using the tool 4 m Finally, it is the drilling tool 4 N which is used to drill the small holes 3 n, in the zone delimited by edge 2 a of the imaginary cavity 2 and the groups of holes 31 and 3 m the most
rapprochés du bord 2 a.close to edge 2 a.
Dans ce cas, les coordonnées de points successifs définissant le bord 2 a peuvent être enregistrées dans un support de mémoire tel qu'une bande perforée Les centres des trous de grand, de moyen et de petit diamètre 31 ', 3 m' et 3 n' les plus proches du bord 2 a, sont positionnés de telle manière que les trous soient relativement équidistants du bord 2 a, c'està-dire qu'il soient écartés de ce bord d'une distance wl compatible avec l'expression woewewl o wo In this case, the coordinates of successive points defining the edge 2 a can be recorded in a memory medium such as a perforated strip The centers of the holes of large, medium and small diameter 31 ', 3 m' and 3 n 'closest to edge 2 a, are positioned in such a way that the holes are relatively equidistant from edge 2 a, i.e. they are spaced from this edge by a distance wl compatible with the expression woewewl o wo
et wl sont des valeurs définies.and wl are defined values.
Comme le montre la figure 4, chaque trou 31, 3 m et 3 n est percé à une profondeur se situant à une distance a Z constante du contour 2 b de la cavité Ainsi, les coordonnées des points successifs définissant le contour de principe 2 b sont programmées et enregistrées dans un élément de mémoire tel qu'une bande perforée L'outil de perçage 41 ( 4 m, 4 n) est avancé jusqu'à ce que son extrémité atteigne une position dans laquelle la distance minimale des points (Xi, Yi, Zi) par rapport à la surface du contour 2 b, dans le sens de l'axe Z, atteigne une valeur prédéterminée de a Z. Les figures 5 à 7 représentent un dispositif conçu pour As shown in Figure 4, each hole 31, 3 m and 3 n is drilled at a depth located at a constant distance Z from the contour 2 b of the cavity Thus, the coordinates of the successive points defining the contour of principle 2 b are programmed and stored in a memory element such as a perforated tape The drilling tool 41 (4 m, 4 n) is advanced until its end reaches a position in which the minimum distance from the points (Xi, Yi, Zi) relative to the surface of the contour 2 b, in the direction of the axis Z, reaches a predetermined value of a Z. FIGS. 5 to 7 show a device designed to
mettre en pratique la méthode de la présente invention. to practice the method of the present invention.
Comme le montre la figure 5, le dispositif comporte un bâti dont la surface horizontale porte les tables croisées 11 As shown in Figure 5, the device comprises a frame whose horizontal surface carries the cross tables 11
et 12 La table supérieure 12 est équipée d'une cuve de. and 12 The upper table 12 is equipped with a tank.
travail 13, solidaire de la table dans laquelle est fixée et positionnée la pièce 1 La table 11 est commandée par un moteur lla qui déplace la cuve 13 et, par conséquent, la pièce 1, dans le sens de l'axe Y La table 12 est commandée par un moteur 12 a qui déplace la cuve et, par conséquent, la pièce 1, dans le sens de l'axe X. Le dispositif comporte également un montant vertical fixé au bâti 10 et contenant la vis-mère 14 qui est orientée dans le sens de l'axe Z La vis-mère commande le chariot 15 équipé de la tourelle porte-outil 16 Elle est commandée par work 13, integral with the table in which the part 1 is fixed and positioned The table 11 is controlled by a motor lla which displaces the tank 13 and, consequently, the part 1, in the direction of the Y axis The table 12 is controlled by a motor 12 a which moves the tank and, consequently, the part 1, in the direction of the axis X. The device also comprises a vertical upright fixed to the frame 10 and containing the lead screw 14 which is oriented in the direction of the Z axis The lead screw controls the carriage 15 fitted with the tool-holder turret 16 It is controlled by
le moteur 17 et impartit un mouvement vertical au porte- the motor 17 and imparts a vertical movement to the holder
outil 16 L'ensemble du chariot 15 et du porte-outil 16 est équilibré par un mécanisme constitué par le contrepoids 18, tool 16 The assembly of the carriage 15 and the tool holder 16 is balanced by a mechanism constituted by the counterweight 18,
le câble métallique 19 et la poulie 20. the metal cable 19 and the pulley 20.
Le porte-outil 16 est une tourelle capable de tourner sur le chariot 15, sous l'impulsion du moteur 21 représenté en pointillé Comme le montre la figure 2, la tourelle 16 porte un certain nombre de forets de diamètres différents, The tool holder 16 is a turret capable of turning on the carriage 15, under the impulse of the motor 21 shown in dotted lines. As shown in FIG. 2, the turret 16 carries a number of drills of different diameters,
141, 4 m, 4 n, 4 p, ainsi que les électrodes d'éléctro- 141, 4 m, 4 n, 4 p, as well as the electrodes of electro-
érosion 51, 5 m, 5 n Chaque mandrin de perçage de la tourelle est associé à un pignon conique 22 Lorsqu'un outil arrive erosion 51, 5 m, 5 n Each turret drilling mandrel is associated with a bevel gear 22 When a tool arrives
en position de travail, sous l'impulsion du moteur 21, le. in the working position, under the impulse of the motor 21, the.
pignon conique correspondant s'engrène avec son homologue 23 monté sur l'arbre 24 Cet arbre 24 est commandé par le moteur 25, par l'intermédiaire des pignons coniques 26 et 27 Sa rotation met en mouvement le pignon 22 et, par corresponding bevel gear meshes with its counterpart 23 mounted on the shaft 24 This shaft 24 is controlled by the motor 25, by means of the bevel gears 26 and 27 Its rotation sets in motion the pinion 22 and, by
conséquent, le foret correspondant. Therefore, the corresponding drill.
La figure 7 montre que chaque électrode d'érosion 51, m, 5 n, est conçue pour se monter sur l'un des postes de la tourelle 16, par l'intermédiaire d'un cone conducteur 29, FIG. 7 shows that each erosion electrode 51, m, 5 n, is designed to be mounted on one of the stations of the turret 16, by means of a conductive cone 29,
isolé électriquement de la masse de la machine par l'iso- electrically isolated from the earth of the machine by the iso-
lateur 28 Le c 8 ne 29 est relié par un câble 30 à un disque 31, lui-même monté sur une tige de piston 32 dont le piston se déplace dans le cyclindre 33 Tous ces éléments sont électriquement reliés par le câble 34 a à l'une des bornes du générateur de courant d'érosion 35 (Fig 5) L'autre borne du générateur 35 est électriquement reliée à la pièce 1, par l'intermédiaire du câble 34 b Un fluide sous pression, débité par le groupe hydraulique 36, par l'intermédiaire du distributeur 37, pénètre dans le vérin 33 pour amener la tige de piston en contact électrique avec le disque conducteur 31 et envoyer ainsi le courant d'érosion à l'électrode 51 ( 5 m, 5 n), -la pièce 1 étant, par ailleurs, reliée au générateur 35. L'électrode d'érosion 51 ( 5 m, 5 n) comporte un alésage axial 5 a qui débouche sur la surface travaillante 5 b et qui est alimenté en fluide-par une embouchure conique 38 Cette embouchure s'applique sur le cône mâle d'un conduit 39 qui fait partie intégrante du tiroir 40, mobile à l'intérieur du cyclindre 41 Ce dernier est, en fait, un alésage du montant Une alimentation en fluide s'effectue donc à travers le tiroir 40 et la tubulure 42 Le fluide sous pression venant du groupe 36 est envoyé dans le cyclindre 41 à travers la vanne 42 Il pousse le cône mâle 39 du tiroir 40 dans lator 28 The c 8 ne 29 is connected by a cable 30 to a disc 31, itself mounted on a piston rod 32 the piston of which moves in the cylinder 33 All these elements are electrically connected by the cable 34 a to the one of the terminals of the erosion current generator 35 (Fig 5) The other terminal of the generator 35 is electrically connected to the part 1, via the cable 34 b A pressurized fluid, delivered by the hydraulic unit 36 , via the distributor 37, enters the jack 33 to bring the piston rod into electrical contact with the conductive disc 31 and thus send the erosion current to the electrode 51 (5 m, 5 n), - the part 1 being, moreover, connected to the generator 35. The erosion electrode 51 (5 m, 5 n) has an axial bore 5 a which opens onto the working surface 5 b and which is supplied with fluid-by a conical mouthpiece 38 This mouthpiece is applied to the male cone of a conduit 39 which is an integral part of the movable drawer 40 inside the cylinder 41 The latter is, in fact, a bore in the upright. A supply of fluid is therefore carried out through the slide 40 and the tubing 42 The pressurized fluid coming from group 36 is sent into the cylinder 41 to through the valve 42 It pushes the male cone 39 of the drawer 40 into
l'embouchure conique 38 et fait ainsi communiquer la tubu- the conical mouth 38 and thus connects the tubu-
lure 42 avec l'alésage axial de l'électrode 51 ( 5 m, 5 n) Un courant de fluide d'usinage est alors fourni par un groupe d'irrigation, il traverse la tubulure 42 et arrive dans lure 42 with the axial bore of the electrode 51 (5 m, 5 n) A stream of machining fluid is then supplied by an irrigation group, it passes through the tubing 42 and arrives in
l'alésage 5 a de l'électrode d'usinage. the bore 5 a of the machining electrode.
La figure 5 montre le groupe d'irrigation du fluide d'électroérosion Il comporte un réservoir 45 vers lequel revient le fluide provenant de la cuve d'érosion 13 Ce retour s'effectue par le collecteur 46, la vanne 47 et la canalisation 48 Le fluide contenu dans le réservoir 45 est repris par la pompe 49, envoyé dans le filtre 50 puis dans FIG. 5 shows the irrigation group for the EDM fluid It includes a reservoir 45 to which the fluid coming from the erosion tank 13 returns. This return takes place via the manifold 46, the valve 47 and the pipe 48 Le fluid contained in the reservoir 45 is taken up by the pump 49, sent to the filter 50 then to
la canalisation 51, la vanne 52 et la cuve d'érosion 13. the pipe 51, the valve 52 and the erosion tank 13.
La pièce 1 est représentée solidement bridée sur la table conductrice 53, électriquement liée au générateur de courant d'érosion 35 par le câble 34 b Les moteurs lia, 12 a, 20, 21 The part 1 is shown securely clamped on the conductive table 53, electrically linked to the erosion current generator 35 by the cable 34 b The motors lia, 12 a, 20, 21
et 25, sont asservis au système de commande numérique 54. and 25, are controlled by the digital control system 54.
Pendant le fonctionnement de la machine représentée aux figure 5 à 7, un jeu prédéterminé de-forets 41, 4 m, 4 n, 4 p et un jeu prédéterminé d'électrodes-51, 5 m, sont montés sur la tourelle 16 et une pièce 1 est fermement bridée sur la table 53 Un ensemble de bandes perforées ou d'autres supports de mémoire, préparés par un système CAD ou CAM, est utilisé pour commander le système numérique 54 et, During the operation of the machine shown in FIGS. 5 to 7, a predetermined set of drills 41, 4 m, 4 n, 4 p and a predetermined set of electrodes-51, 5 m, are mounted on the turret 16 and a part 1 is firmly clamped on the table 53 A set of perforated tapes or other storage media, prepared by a CAD or CAM system, is used to control the digital system 54 and,
par son intermédiaire, les moteurs lla, 12 a, 20, 21 et 25. through it, the motors lla, 12 a, 20, 21 and 25.
Par exemple, le moteur 21 du sélecteur d'outil inter- For example, the motor 21 of the tool selector inter-
vient en premier pour mettre en service un foret 41 de fort diamètre Ce foret arrive au poste de travail o il est positionné dans le sens vertical pour travailler de haut en bas et il est amené à l'aplomb de la pièce 1, montée sur la comes first to put into service a drill 41 of large diameter This drill arrives at the work station where it is positioned in the vertical direction to work from top to bottom and it is brought in line with part 1, mounted on the
table 53 Les moteurs lia et 12 a, des axes X et Y, inter- table 53 Motors lia and 12 a, axes X and Y, inter-
viennent alors pour positionner la pièce par rapport au foret et celui-ci peut descendre pour percer l'un des trous de grand diamètre Pour ce faire, le moteur 14 tourne dans le sens qu'il faut pour faire tourner le foret 41 et le moteur 17 tourne pour déplacer le chariot 15 et la tourelle 16, verticalement de haut en bas, afin d'impartir au foret 41 une avance de perçage par rapport à la pièce 1 Le chariot 15 descend jusqu'à la profondeur programmée après quoi le mouvement du moteur 17 est inversé et le foret 41 est ramené vers le haut, en position initiale Le système numérique adresse alors aux moteurs lia et llb un ordre programmé pour déplacer la pièce 1 afin d'amener l'axe du foret à l'aplomb de la position de perçage d'un nouveau trou Le moteur 17 est remis en marche pour faire avancer le foret 41 et continuer cette avance jusqu'à ce que la profondeur de perçage programmée soit atteinte De cette manière, une série programmée de trous est percée dans la pièce, à L'intérieur de la zone d'usinage définie par les limites 2 a et 2 b Après achèvement de cet ébauchage par foret de grand diamètre 41, le moteur 21 reçoit un nouvel ordre du système numérique 54 pour faire évoluer la tourelle 16 Celle-ci tourne pour amener en position de travail l'outil 4 m de diamètre intermédiaire Ce foret est amené à l'aplomb de la pièce 1 et un nouveau programme de perçage de trous de diamètre moyen se déroule Les cycles de perçage de trous de diamètres différents se suivent et usinent la pièce avec un fort taux d'enlèvement de métal Il en résulte qu'il ne restera qu'une quantité réduite de matière à enlever par électroérosion dans la région de la pièce 1 destinée à then come to position the part with respect to the drill and the latter can descend to pierce one of the large diameter holes To do this, the motor 14 rotates in the direction it takes to rotate the drill 41 and the motor 17 turns to move the carriage 15 and the turret 16, vertically from top to bottom, in order to impart to the drill 41 a drilling advance relative to the workpiece 1 The carriage 15 descends to the programmed depth after which the movement of the motor 17 is inverted and the drill 41 is brought upwards, in the initial position The digital system then sends to the motors lia and llb a programmed order to move the part 1 in order to bring the axis of the drill directly in line with the drilling position of a new hole The motor 17 is restarted to advance the drill 41 and continue this advance until the programmed drilling depth is reached In this way, a programmed series of holes is drilled in the piece, Inside the z one of machining defined by limits 2 a and 2 b After completion of this roughing by large diameter drill 41, the motor 21 receives a new order from the digital system 54 to change the turret 16 This rotates to bring into position working tool 4 m intermediate diameter This drill bit is brought into line with workpiece 1 and a new drilling program for holes of medium diameter takes place The drilling cycles for holes of different diameters follow each other and machine the workpiece with a high metal removal rate As a result, there will be only a reduced amount of material to be removed by electroerosion in the region of the part 1 intended for
former la cavité 2.form the cavity 2.
Après le perçage des séries de trous, le système numérique 54 intervient pour que le moteur 21 et les moteurs 11 a et 12 a amènent en position de travail l'électrode 5 dont la forme est complémentaire de celle à donner à la cavité 2 de la pièce 1 Cette cavité a alors été ébaucbée par les After drilling the series of holes, the digital system 54 intervenes so that the motor 21 and the motors 11 a and 12 a bring the working electrode 5 whose shape is complementary to that to be given to the cavity 2 of the part 1 This cavity was then outlined by the
différents cycles de perçage que nous venons de décrire. different drilling cycles that we have just described.
L'éleetrode-outil 5 est positionnée de telle manière que sa surface travaillante soit parallèle au contour imaginaire 2 b Le moteur 17 intervient alors pour faire plonger l'électrode-outil 5 dans la cuve d'érosion 13 et pour amener l'électrode 5 dans une position telle, par rapport à la pièce 1, que le processus d'électroérosion puisse avoir lieu Les vannes 37 et 42 sont ouvertes pour admettre le fluide sous pression dans les vérins 33 et 41 ce qui, d'une part, amène le piston 32 en contact électrique avec le disque conducteur 31 et, d'autre part, opère la jonction entre l'alésage 5 a de l'électrode 5 et la canalisation 43 The electrode-tool 5 is positioned in such a way that its working surface is parallel to the imaginary contour 2 b The motor 17 then intervenes to immerse the electrode-tool 5 in the erosion tank 13 and to bring the electrode 5 in a position such, relative to the part 1, that the EDM process can take place The valves 37 and 42 are open to admit the pressurized fluid into the jacks 33 and 41 which, on the one hand, brings the piston 32 in electrical contact with the conductive disc 31 and, on the other hand, operates the junction between the bore 5 a of the electrode 5 and the pipe 43
d'adduction de-fluide d'érosiun La pompe 49 se met en- erosive fluid supply pump 49 starts
marche pour envoyer le liquide d'érosion dans l'alésage 5 a de l'électrode 5 et, de là, dans la cuve 13, et pour le faire circuler entre cette électrode et la cuve d'érosion , par la canalisation 48, le -filtre 50 et le canal 51 Le générateur 35 de courant d'érosion est mis en service et établit une tension d'usinage entre l'électrode-outil 5 et step to send the erosion liquid into the bore 5 a of the electrode 5 and, from there, into the tank 13, and to make it circulate between this electrode and the erosion tank, via the line 48, the -filter 50 and channel 51 The erosion current generator 35 is put into service and establishes a machining voltage between the tool electrode 5 and
la pièce 1, c'est-à-dire entre les deux surfaces qui déli- part 1, that is to say between the two surfaces which delimit
mitent l'intervalle d'érosion L'éleetrode-outil 5 continue à avancer, ce qui permet à une succession de décharges électriques, espacées dans le temps, d'éclater à travers l'intervalle d'érosiqn et d'enlever de la matière de telles portions de la pièce qui sont directement opposées à la face active 5 b de l'électrode-outil 5 et sont, de ce fait, soumises aux décharges électriques Il en résulte que les erode interval erode-electrode 5 continues to advance, allowing a succession of electric shocks, spaced over time, to burst through the erosion interval and remove material such portions of the part which are directly opposite the active face 5b of the tool electrode 5 and are therefore subject to electric discharges.
portions de matière de la pièce qui subsistent après l'usi- portions of workpiece material that remain after use
nage mécanique initial de la pièce 1, et séparant entre eux les trous percés par cet usinage, sont progressivement enlevées par usinage électrique La tourelle 16 poursuit son initial mechanical stroke of part 1, and separating between them the holes drilled by this machining, are gradually removed by electrical machining The turret 16 continues its
avance en direction de la pièce jusqu'à ce que l'électrode- advances towards the workpiece until the electrode-
outil 5 ait atteint une profondeur programmée et complète la tool 5 has reached a programmed depth and completes the
mise en forme voulue de la cavité 2 dans la pièce 1. desired shape of the cavity 2 in the part 1.
Pendant la phase d'électroérosion, on utilisera, de préférence, plusieurs électrodes-outils semblables Ainsi, une électrode d'ébauchage 51 est utilisée d'abord pour générer une approximation grossière de la cavité 2 avec un taux d'enlèvement de matière relativem"-nt élevé (par exemple grammes/s dans l'acier), en suivant la procédure décrite ci-dessus L'électrode d'ébauchage est alors remplacée par une électrode de finition 5 m à l'aide de laquelle la cavité précédemment ébauchée sera amenée à sa forme définitive avec un taux d'enlèvement de matière relativement faible (par exemple 0,5 gramme/s dans l'acier) Ainsi, les contours 2 a et 2 b de la cavité seront reproduits non seulement avec un très haut degré de précision mais encore avec un état de surface amélioré Une opération de semi-finition peut également intervenir en utilisant une électrode 5 N et se situera alors entre la phase d'ébauchage et celle de finition. During the EDM phase, preferably, several similar tool electrodes will be used. Thus, a roughing electrode 51 is used first to generate a rough approximation of the cavity 2 with a relative material removal rate " -nt high (for example grams / s in steel), following the procedure described above The roughing electrode is then replaced by a 5 m finishing electrode using which the previously roughed cavity will be brought to its final form with a relatively low material removal rate (for example 0.5 gram / s in steel) Thus, the contours 2 a and 2 b of the cavity will be reproduced not only with a very high degree precision but still with an improved surface finish A semi-finishing operation can also take place using a 5 N electrode and will then be between the roughing phase and the finishing phase.
Claims (8)
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