FR2609658A1 - Appareil d'usinage par electroerosion - Google Patents

Abstract

UN APPAREIL D'USINAGE PAR ELECTROEROSION COMPORTE UN CIRCUIT DE DISSIPATION D'ENERGIE 8-13, CAPABLE D'ABSORBER RAPIDEMENT, PENDANT UNE PERIODE D'ABSENCE DE DECHARGE, L'ENERGIE QUI A ETE ACCUMULEE DANS UNE INDUCTANCE 6 OU UNE COMPOSANTE D'IMPEDANCE INDUCTIVE PENDANT L'USINAGE PAR ELECTROEROSION. L'ENERGIE ACCUMULEE EST ABSORBEE EN CIRCULANT SOUS LA FORME D'UN COURANT DANS UNE RESISTANCE EQUIVALENTE 8 DONT LA VALEUR VARIE EN FONCTION DU TEMPS. L'ABSORPTION COMPLETE DE L'ENERGIE ENTRE DES DECHARGES SUCCESSIVES PERMET D'AUGMENTER LA CADENCE DES DECHARGES.

Description

APPAREIL D'USINAGE PAR ELECTROEROSION

La présente invention concerne de façon générale un appareil d'usinage par électroérosion, et elle porte plus

particulièrement sur un appareil d'usinage par électroéro-

sion dans lequel la tension appliquée entre une électrode et une pièce à usiner est fournie par l'intermédiaire d'un

transistor principal commandé par un signal sous forme d'im-

pulsions. Cet appareil d'usinage par électroérosion est con-

çu de façon à absorber efficacement et rapidement l'énergie

libérée par une inductance incorporée dans un circuit d'ali-

mentation, au moment du blocage du transistor principal.

Dans un appareil d'usinage par électroérosion, on produit une décharge électrique en appliquant une tension entre une électrode et une pièce à usiner, pour usiner la

pièce au moyen de l'énergie de décharge qui est produite.

Dans un tel appareil d'usinage par électroérosion, lorsqu'une tension est continuellement appliquée entre l'électrode et la pièce, il apparaît ce qu'on appelle une décharge concentrée, conduisant à une condition d'usinage par électroérosion qu'on désire éviter. Pour y remédier, on utilise généralement une configuration dans laquelle la tension est appliquée entre l'électrode et la pièce selon un mode d'impulsions de tension

au moyen d'un transistor de commutation.

La figure 9 montre une configuration de circuit d'un appareil d'usinage par électroérosion construit de cette manière. Sur la figure, la référence 1 désigne un transistor

principal; la référence lB désigne la borne de base du tran-

sistor principal 1; la référence 2 désigne une électrode; la

référence 3 désigne une pièce à usiner; la référence 4 dési-

gne une alimentation à courant continu; la référence 5 dési-

gne une résistance; la référence 7 désigne un circuit d'ali-

mentation; et la référence 41 désigne une diode. Comme il est bien connu, ce circuit fonctionne d'une manière telle

que des impulsions de tension soient appliquées entre l'élec-

trode 2 et la pièce 3 par l'action du transistor principal 1 qui passe à l'état conducteur et à l'état bloqué conformément à des signaux sous forme d'impulsions qui sont appliqués à la

borne de base lB.

Cependant, pendant une opération réelle d'usinage par électroérosion, il peut se produire un phénomène appelé interruption d'impulsion, dans lequel la décharge s'interrompt spontanément et se rétablit ensuite immédiatement, par exemple à cause d'un changement de l'intervalle de décharge entre l'électrode 2 et la pièce 3. Cette interruption a tendance à se produire lorsque la surface d'usinage est trop grande ou

lorsque la capacité d'un circuit d'alimentation est trop éle-

vée, ou dans des conditions d'usinage telles aue celles qu'on rencontre en usinage de finition, dans lesquelles la valeur

de crête du courant est trop faible et l'intervalle de dé-

charge est trop petit, par rapport à la surface d'usinage.

L'interruption d'impulsion provoque une usure rapide de l'électrode.

La pratique antérieure pour remédier à cet inconvé-

nient a consisté à ajouter une inductance 6 dans un circuit

d'alimentation 7 ayant une configuration telle que celle re-

présentée sur la figure 9, de façon à éviter l'interruption

d'impulsion par la libération de l'énergie (Li2/2) emmagasi-

née dans l'inductance 6, au moyen d'une diode supplémentaire 42, comme le montre la figure 10. La figure 11 montre les formes d'ondes de tension et de courant qu'on obtient dans la configuration de circuit qui est représentée sur la figure 10. Sur la figure 11, la référence d3désigne la forme d'onde

de tension d'un signal sous forme d'impulsions qui est appli-

gué à la borne de base lB; la référence désigne la forme

d'onde de tension entre l'émetteur et le collecteur du tran-

sistor principal 1; la référence Q désigne la forme d'onde de tension entre l'électrode 2 et la pièce 3; et la référence ")désigne la forme d'onde du courant i indiqué sur la figure 10. Comme le montre la figure, après que le transistor

principal 1 a été bloqué, l'énergie emmagasinée dans l'induc-

tance 10 est libérée de façon relativement rapide par un cou-

rant qui circule en passant par la diode 42. Cependant, une étude plus détaillée montre que le courant qui circule par la diode 42 prend un mode d'oscillation amortie, en oscillant à

une fréquence qui est déterminée par la résistance du circuit.

Par conséquent, le courant continue en fait à circuler sans se stabiliser à "zéro", à cause de l'oscillation. Ceci fait apparaître un état proche d'un court-circuit entre l'électrode 2 et la pièce 3 pendant l'usinage par électroérosion; si l'énergie (Li2/2) emmagasinée dans l'inductance 6 augmente, lorsque la valeur de crête du courant de décharge augmente, le courant libéré par l'inductance 6 ne peut pas s'annuler complètement avant l'application de l'impulsion de signal

suivante, ce qui fait que des tensions sont appliquées suc-

cessivement entre l'électrode 2 et la pièce 3. Ceci pourrait conduire à l'apparition d'une décharge concentrée. La décharge

concentrée peut perturber l'usinage par électroérosion, con-

duisant à une vitesse d'usinage réduite, ou à une dégradation de la précision de la surface d'usinage, ou à une rupture d'électrode dans un appareil d'usinage par électroérosion à fil. Pour résoudre ce problème important, on a imaginé un procédé dans lequel on fait en sorte que le courant libéré par l'inductance 6 s'annule complètement, en établissant une plus longue durée avant l'application de l'impulsion de signal suivante. Ce procédé peut cependant conduire à une dégradation

du rendement d'usinage.

L'invention a été faite en relation avec ces cir-

constances et elle vise à procurer un appareil d'usinage par électroérosion qui soit capable d'absorber efficacement et rapidement l'énergie libérée par l'inductance d'un circuit d'alimentation au moment du blocage d'un transistor princi- pal. Un but de l'invention est de procurer un appareil d'usinage par électroérosion d'un type à commande par tout ou rien utilisant un transistor, dans lequel des moyens sont

prévus pour dissiper l'énergie qui est libérée par l'induc-

tance d'un circuit d'alimentation, au moment du blocage du transistor. En atteignant ce but, l'invention vise à éviter l'apparition d'une décharge concentrée, et à augmenter le

rendement de l'usinage en réduisant la durée pendant laquel-

le l'alimentation est interrompue.

Pour atteindre ce but, l'invention utilise une structure dans laquelle un circuit de dissipation d'énergie, branché en parallèle sur l'intervalle de décharge, accomplit

une action de dissipation d'énergie pendant une durée prédé-

terminée après le blocage du transistor, et dans laquelle la

valeur d'une résistance équivalente incorporée dans le cir-

cuit de dissipation d'énergie pour faire circuler un courant de dissipation d'énergie, est augmentée au cours du temps

pendant une durée prédéterminée.

Avec une telle structure, l'énergie peut être absorbée rapidement du fait qu'un courant de dissipation

d'énergie oscillant de valeur élevée circule puisque la va-

leur de la résistance équivalente reste faible lorsque le

transistor est bloqué, et du fait que la valeur de la ré-

sistance équivalente augmente par la suite, aucune énergie

oscillatoire ne reste présente puisque l'oscillation du cou-

rant de dissipation d'énergie cesse et disparaît.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de

la description qui va suivre de modes de réalisation, donnés

à titre d'exemples non limitatifs. La suite de la description

se réfère aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est un schéma représentant la structure d'un mode de réalisation de l'invention; La figure 2 montre des formes d'ondes de tension et de courant à des points importants dans le circuit du mode de réalisation de la figure 1; La figure 3 est un graphique auquel on se référera dans l'explication du fonctionnement de l'invention;

La figure 4 est un schéma qui représente la struc-

ture d'un autre mode de réalisation de l'invention; La figure 5 représente un circuit de commande de transistors destiné à commander les transistors utilisés dans le mode de réalisation représenté sur la figure 4; La figure 6 montre des formes d'ondes de tension dans le circuit de commande de transistor représenté sur la figure 5;

La figure 7 est un schéma qui représente la struc-

ture d'un mode de réalisation dans lequel l'invention est

appliquée à un appareil d'usinage par électroérosion ne com-

portant pas d'inductance; La figure 8 est un schéma représentant la structure d'un autre mode de réalisation dans lequel l'invention est

appliquée à un appareil d'usinage par électroérosion ne com-

portant pas d'inductance;

La figure 9 est un schéma représentant la configu-

ration de circuit d'un appareil d'usinage par électroérosion classique ne comportant pas d'inductance;

La figure 10 est un schéma représentant la confi-

guration de circuit d'un appareil d'usinage par électroéro-

sion classique comportant une inductance; et

La figure 11 représente des formes d'ondes de ten-

sion et de courant à des points importants dans le circuit de l'appareil d'usinage par électroérosion classique qui est

représenté sur la figure 10.

En se référant à la figure 1 qui est un schéma re-

présentant la structure d'un mode de réalisation de l'inven-

tion, on note que les éléments identiques à ceux représentés sur la figure 10 sont toujours désignés par des références

numériques correspondantes. La référence 8 désigne un tran-

sistor; la référence 8B désigne une borne de base du transis-

tor 8; la référence 9 désigne une diode; la référence 10 dé-

signe une borne; la référence 11 désigne un condensateur; et les références 12 et 13 désignent des résistances. Comme le montre la figure, un circuit série comprenant la résistance 12, le condensateur 11, le transistor 8 et la diode 9 est

branché en parallèle par rapport à un circuit série compre-

nant l'inductance 6, l'électrode 2 et la pièce à usiner 3;

et la résistance 13 est connectée en parallèle avec un cir-

cuit série comprenant la résistance 12 et le condensateur 11.

Le transistor principal 1 et le transistor 8 peuvent être des

transistors bipolaires ou des transistors à effet de champ.

On décrira ensuite le fonctionnement de ce mode de réalisation, en se référant à la figure 2 qui représente des

formes d'ondes de tension et de courant à des points impor-

tants du circuit de ce mode de réalisation. Sur la figure 2, la référence D désigne une représentation graphique de la forme d'onde de tension d'un signal sous forme d'impulsions

qui est appliqué à la borne de base lB, la référence dési-

gne une représentation graphique de la forme d'onde d'une

tension présente entre l'émetteur et le collecteur du tran-

sistor principal 1, la référence O désigne une représentation graphique de la forme d'onde d'une tension présente entre

l'électrode 2 et la pièce 3, la référence désigne une re-

présentation graphique de la forme d'onde de tension d'un signal sous forme d'impulsions qui est appliqué à la borne de base 8B, la référence OE désigne une représentation graphique de la forme d'onde du courant de collecteur du transistor 8, et la référence D désigne une représentation graphique de la

forme d'onde du courant i indiqué sur la figure 1.

Un signal sous forme d'impulsions qui alterne entre des niveaux haut (H) et bas (B) est appliqué à la borne de

base lB du transistor principal 1, avec une fréquence prédé-

terminée, comme représenté en sur la figure 2. Lorsque ce

signal sous forme d'impulsions passe au niveau H, le transis-

tor principal 1 devient conducteur, ce qui fait que la ten-

sion de l'alimentation à courant continu 4 est appliquée en-

tre l'électrode 2 et la pièce 3, par l'intermdiaire de l'in-

ductance 6, comme représenté en0 sur la figure 2. Sous l'ef-

fet de cette application de tension, une décharge électrique se produit entre l'électrode 2 et la pièce 3. Au début de la décharge, le courant de décharge i commence à circuler, comme

représenté en sur la figure 2, et la tension entre l'élec-

trode 2 et la pièce 3 tombe à un niveau prédéterminé, comme

représenté en sur la figure 2. La décharge électrique main-

tenue dans cet état se termine lorsque le signal sous forme d'impulsions passe au niveau B, ce qui bloque le transistor

principal 1.

La forme d'onde de tension représentée en sur la

figure 2 est un signal sous forme d'impulsions qui est appli-

qué à la borne de base 8B du transistor 8. Les fronts mon-

tants de ce signal sous forme d'impulsions sont synchronisés avec le signal sous forme d'impulsions représenté en D sur

la figure 2, et ses fronts descendants sont retardés d'un in-

tervalle de temps prédéterminé (désigné par t sur la figure 2) par rapport aux fronts descendants du signal sous forme d'impulsions représenté en sur la figure 2. Par conséquent, le transistor 8 est débloqué en même temps que le transistor principal 1, et il est bloqué au bout de l'écoulement d'une

durée prédéterminée t après le blocage du transistor princi-

pal 1.

Le courant de collecteur du transistor 8 fonction-

nant de cette manière ne circule pas, même lorsque le tran-

sistor 8 est débloqué, jusqu'à ce que le transistor principal

1 soit bloqué, à cause de l'effet de blocage de courant in-

verse de la diode 9, comme représenté en 5 sur la figure 2,

et il commence à circuler en absorbant l'énergie (Li2/2) em-

magasinée dans l'inductance 6, après le blocage du transistor principal 1. A ce moment, un circuit parallèle formé du côté émetteur du transistor 8 par le circuit série comprenant le condensateur 11 et la résistance 12, et par la résistance 13, se comporte comme une résistance équivalente dont la valeur

augmente au cours du temps à partir de "zéro", en correspon-

dance avec le courant de collecteur, du fait des caractéris-

tiques de charge du condensateur 11.

Il résulte de ceci que lorsque le transistor prin-

cipal 1 est bloqué, la configuration de circuit devient identique à celle représentée sur la figure 10, ce qui fait que le courant de collecteur du transistor 8 tombe de façon abrupte à partir d'une valeur supérieure représentée sur la figure 3, à cause des caractéristiques oscillantes. Du fait

que la circulation du courant de col!1cteur augmente la va-

leur de résistance équivalente du circuit parallèle contenant le condensateur 11, le courant de collecteur s'écarte des conditions d'oscillation et il n'oscille pas mais s'amortit

seulement et se stabilise à "zéro", bien qu'il ait une cons-

tante de temps relativement grande, comme le montre la figure

3. Par conséquent, on peut absorber efficacement et rapide-

ment l'énergie libérée par l'inductance 6 en fixant la durée de retard t pour les fronts descendants, entre les signaux sous forme d'impulsions qui sont appliqués à la borne de base lB précitée et ceux qui sont appliqués à la borne de base 8B,

à une valeur d'amortissement à laquelle le courant de collec-

teur devient égal à "zéro". Si au contraire on n'utilisait pas le principe conforme à l'invention selon lequel on doit faire en sorte que le courant de collecteur s'écarte des conditions oscillantes, en utilisant le changement de la valeur de la résistance équivalente, le blocage du transistor 8 avant

qu'une durée suffisante se soit écoulée pourrait faire cir-

culer du côté collecteur vers le transistor principal 1 l'énergie oscillante qui reste dans l'inductance 6, ce qui

détruirait le transistor principal 1.

L'intervalle de temps correspondant à l'impulsion de signal 6-4 (la quatrième impulsion de signal; la même notation

est utilisée ci-après) sur la figure 2 indique qu'un court-

circuit ou un état de décharge proche du court-circuit appa-

raît. Dans cet état de décharge, l'énergie libérée par l'in-

ductance 6 lorsque le transistor principal 1 est bloqué est

évidemment augmentée, mais l'énergie libérée peut être absor-

bée efficacement du fait que l'intensité du courant de col-

lecteur du transistor 8 correspond à l'énergie libérée. La

décharge du condensateur 11 pour le cycle suivant est effec-

tuée au moyen de la résistance 13 lorsque le transistor 8 est bloqué. Comme décrit ci-dessus, dans l'état de décharge

normal dans les intervalles de temps correspondant aux impul-

sions de signal i-1 à ó3 en sur la figure 2, ou dans un état de courtcircuit ou de décharge proche du court-circuit, dans l'intervalle de temps correspondant à l'impulsion de signal S-4, l'énergie libérée par l'inductance 6 au moment du

blocage du transistor principal 1 peut être absorbée effica-

cement.

On va maintenant décrire un autre mode de réalisa-

tion, représenté sur les figures 4 et 5. Sur la figure 4, les éléments identiques à ceux représentés sur la figure 1 sont

toujours désignés par des références numériques correspondan-

tes. Comme le montre la figure, ce mode de réalisation com-

porte un circuit série comprenant le transistor 8 et la diode 9, connecté en parallèle avec un circuit série comprenant

l'inductance 6, l'électrode 2 et la pièce 3. La figure 5 mon-

tre un circuit de commande de transistors destiné à commander

le transistor principal 1 et le transistor 8 sur la figure 4.

Sur la figure 5, les références 14 et 15 désignent des bornes; la référence 16 désigne un amplificateur; les références 17 et 18 désignent des amplificateurs inverseurs; la référence 19 désigne un condensateur; la référence 20 désigne une diode; la référence 21 désigne un transistor et les références 22 à désignent des résistances. Les bornes lB, 8B et 10 sur la figure 5 sont respectivement connectées à la borne de base

lB du transistor principal 1, à la borne de base 8B du tran-

sistor 8 et à la borne 10 représentées sur la figure 4. La figure 6 montre les formes d'ondes de tension des signaux sous forme d'impulsions qui sont appliqués aux

bornes 14 et 15 du circuit de commande de transistors repré-

senté sur la figure 5.

Comme le montre la figure, un signal sous forme d'impulsions dont les fronts montants sont synchronisés avec ceux du signal sous forme d'impulsions qui est appliqué à la borne 14 et dont les fronts descendants sont retardés d'un

intervalle de temps prédéterminé (indiqué par t sur la figu-

re 6), est appliqué à la borne 15. Les formes d'ondes de tension des signaux sous forme d'impulsions qui apparaissent en sortie sur les bornes lB et 8B du circuit de commande de

transistors lorsque les signaux sous forme d'impulsions pré-

cités sont appliqués aux bornes 14 et 15 sont également re-

présentées sur la figure 6. Comme le montre la figure, un signal sous forme d'impulsions ayant la même forme d'onde que le signal sous forme d'impulsions appliqué à la borne 14, est présenté en sortie sur la borne lB, par l'intermédiaire de l'amplificateur 16 et de la résistance 23. En outre, le signal sous forme d'impulsions qui est présenté en sortie

sur la borne 8B a une forme d'onde qui présente une diminu-

tion progressive, sous l'effet de la décharge du condensa-

teur 19, pendant que le transistor 21 est maintenu conduc-

teur, à partir de l'instant auquel le signal sous forme d'impulsions qui est appliqué à la borne 14 passe au niveau B. Lorsqu'un signal sous forme d'impulsions ayant une telle forme d'onde est appliqué à la borne de base 8B du mode de réalisation représenté sur la figure 4, à partir de la borne 8B du circuit de commande de transistors, la valeur

de la résistance entre le collecteur et l'émetteur du transis-

tor 8 augmente au cours du temps, à partir d'une valeur pres-

que égale à "zéro" lorsque le transistor principal 1 est blo-

qué. Par conséquent, dans ce mode de réalisation comme dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, l'énergie

qui est libérée par l'inductance 6 peut être absorbée effica-

cement et rapidement par l'action du transistor 8, remplissant

la fonction d'une résistance équivalente.

On a décrit les modes de réalisation représentés sur les figures 1 et 4 en considérant un appareil d'usinage par électroérosion qui comporte une inductance 6 dans le circuit d'alimentation 7. L'invention n'est cependant pas limitée à cette configuration, et on peut l'appliquer à un appareil d'usinage par électroérosion ne comportant pas une inductance 6 dans le circuit d'alimentation 7, pour libérer l'énergie emmagasinée dans la composante inductive de l'impédance du

circuit d'alimentation 7 lui-même. Les figures 7 et 8 repré-

sentent des modes de réalisation de l'invention adaptés à un tel cas. Le mode de réalisation représenté sur la figure 7 correspond au mode de réalisation représenté sur la figure 1, tandis que le mode de réalisation représenté sur la figure 8

correspond à celui représenté sur la figure 4. Dans un appa-

reil d'usinage par électroérosion dans lequel le courant de décharge est fixé à une valeur élevée, ou dans lequel le courant de décharge est augmenté lorsqu'un état proche du

court-circuit apparait entre l'électrode et la pièce, l'éner-

gie emmagasinée tend à devenir plus élevée, même lorsque

l'inductance du circuit d'alimentation 7 lui-même est faible.

Ces modes de réalisation sont particulièrement efficaces dans

de tels cas.

Comme on vient de le décrire, l'invention permet

d'absorber efficacement et rapidement l'énergie qui est li-

bérée par l'inductance du circuit d'alimentation au moment du

blocage du transistor dans un appareil d'usinage par électro-

érosion d'un type à commande par tout ou rien utilisant un transistor. On peut donc éviter une décharge concentrée, même

lorsqu'une inductance est incorporée pour éviter une inter-

ruption d'impulsion. L'invention, qui réduit également l'in-

tervalle de temps pendant lequel l'alimentation est interrom-

pue, contribue à améliorer le rendement d'usinage ainsi que la précision de la surface usinée. Le transistor de commande par tout ou rien qui est utilisé dans l'invention est protégé contre l'endommagement du fait qu'aucune pointe de tension élevée ne lui est appliquée. En outre, l'invention permet de réduire considérablement la fréquence de rupture d'électrode dans un appareil d'usinage par électroérosion à fil, du fait

que le courant ne peut pas circuler continuellement.

Il va de soi que de nombreuses modifications peu-

vent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans

sortir du cadre de l'invention.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1. Appareil d'usinage par électroérosion comportant un dispositif de commutation principal (1) qui alterne entre

un état de conduction et un état de blocage sous la dépendan-

ce d'un signal de commande, cet appareil effectuant une opé- ration d'usinage par électroérosion par l'application d'une tension entre une électrode (2) et une pièce à usiner (3),

par l'intermédiaire d'un circuit d'alimentation (7), confor-

mément à l'alternance de l'état de conduction et de l'état

de blocage du dispositif de commutation principal (1), carac-

térisé en ce qu'il comprend un circuit de dissipation d'éner-

gie (8-13), connecté en parallèle avec un intervalle de dé-

charge entre l'électrode (2) et la pièce (3), qui dissipe l'énergie emmagasinée dans une inductance (6) incorporée dans

le circuit d'alimentation (7), ou dans une composante induc-

tive du circuit d'alimentation (7), en faisant en sorte que cette énergie emmagasinée circule sous la forme d'un courant; et le circuit de dissipation d'énergie (8-13) est conçu de

façon à effectuer l'opération de dissipation d'énergie pen-

dant une durée prédéterminée à partir de l'instant auquel l'application de la tension par le dispositif de commutation principal (1) est interrompue; et une résistance équivalente qui est incorporée dans le circuit de dissipation d'énergie pour produire un courant de dissipation d'énergie, a une

valeur qui augmente au cours du temps pendant la durée pré-

déterminée.

2. Appareil d'usinage par électroérosion selon la revendication 1, dans lequel le circuit de dissipation d'énergie comprend un transistor (8), caractérisé en ce que la résistance équivalente dont la valeur augmente au cours

du temps est établie par la commande de ce transistor (8).

3. Appareil d'usinage par électroérosion selon la revendication 1, dans lequel le circuit de dissipation d'énergie (8-13) comprend un transistor (8), caractérisé en ce que le circuit de dissipation d'énergie accomplit une

opération de dissipation d'énergie pendant une durée prédé-

terminée, et la résistance équivalente dont la valeur de ré-

sistance augmente au cours du temps est établie par la com-

mande du transistor (8).

4. Appareil d'usinage par électroérosion selon la revendication 1, dans lequel le circuit de dissipation d'énergie (8-13) comprend un condensateur (11), caractérisé en ce que la résistance équivalente dont la valeur augmente

au cours du temps est établie par la caractéristique de dé-

charge de ce condensateur (11).