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WO2013045633A1 - Machine et procédé d'electroérosion - Google Patents

Machine et procédé d'electroérosion Download PDF

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WO2013045633A1
WO2013045633A1 PCT/EP2012/069220 EP2012069220W WO2013045633A1 WO 2013045633 A1 WO2013045633 A1 WO 2013045633A1 EP 2012069220 W EP2012069220 W EP 2012069220W WO 2013045633 A1 WO2013045633 A1 WO 2013045633A1
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workpiece
tool
machine
electrode
electroerosion
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PCT/EP2012/069220
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Inventor
Renaud RODRIQUE
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H7/00—Processes or apparatus applicable to both electrical discharge machining and electrochemical machining
    • B23H7/02—Wire-cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H11/00—Auxiliary apparatus or details, not otherwise provided for
    • B23H11/003—Mounting of workpieces, e.g. working-tables

Definitions

  • the present application relates to a machine and a method of machining EDM.
  • Electroerosion is used in the art to machine and cut mechanical parts requiring a high degree of precision and a high level of finish, in hard materials or difficult to machine with conventional chip removal processes, such as, for example strongly bonded steels, hard metals and many others. This method is particularly appreciated in the production of molds, prototypes and special tools, for example extrusion dies, punches or cutting dies, but it can also be applied to other technical fields.
  • wire electro erosion process cutting or removal of material is performed by the action of a conductive wire electrode driven by a linear movement which is generally tensioned between two guides, for example in diamond, ruby, zirconia, ceramic or other suitable material.
  • Tubular electrodes can also be used to pierce hard materials: this is the technique of rapid drilling.
  • the workpiece is held by a workpiece which is moved along a plurality of axes of movement, most often linear axes, actuated by a digital control unit, by example.
  • the EDM tool can be installed in a fixed position or on a mobile platform, depending on the case.
  • Wire EDM machines are known in which the angle of presentation of the wire to the workpiece is variable.
  • This variation can be obtained, for example, by a relative displacement of the two guides, each of the two guides being mounted on an independent positioning platform.
  • These machines allow cutting according to any surface.
  • the tilting of the cutting wire under tension and taking place constantly has many technical problems, so that the angle of inclination is generally limited to a few tens of degrees, for example ⁇ 30 °, can go up to ⁇ 40 ° for complex geometries.
  • the cutting wire is no longer perfectly guided, but jumps from one microgroove to another according to the required angle of presentation, which results in a plurality of different marks on the surface obtained.
  • the present invention therefore proposes to provide a machine and a spark erosion process which is free from the disadvantages and limitations mentioned above. This object is achieved by the object of the appended claims.
  • the device 20 of the invention comprises a spark erosion tool with a filamentary electrode 31 sliding between two guide wire 35, for example diamond, ruby, zirconia, ceramic or any other suitable material .
  • the automatic unwinder 38, or other appropriate advancement means ensure the advancement of the wire 31 compensating for its wear in the erosion process.
  • the electrode 31 may be, depending on the circumstances, an electrode made of brass, copper or any other suitable conductive wire.
  • the power supply 40 allows to establish an electric discharge, continuous, pulsed or alternating depending on the case.
  • the feeder is computer controlled to provide a discharge having the optimum electrical characteristics between the electrode 31 and the workpiece to be machined, and to maintain an electrical current therein to obtain the desired output. erosion of the room 21.
  • a pole of the feeder 40 is electrically connected to the electrode 31, and the opposite pole to the workpiece 21.
  • the power pole connected to the workpiece is preferably also connected to the potential of the earth.
  • the workpiece 21 is preferably immersed in a bath (not shown) of dielectric liquid such as deionized water or insulating oil, with the function of removing heat and machining debris.
  • the piece-holder unit consists of a robotic articulated arm 51 with a plurality of joints 52a-52f and gripping means 55, for example jaws or, preferably a setting specially adapted to grip a coin to cut out 21.
  • the articulated arm will be equipped with six independent axes of rotation, each equipped with an actuator and an encoder and slaved to a digital control unit 53.
  • the number of degrees of freedom may be larger or smaller, depending on the case. Linear degrees of freedom are also possible.
  • the digital control unit 53 is programmed to move the workpiece 21 opposite the electrode 31 so as to selectively expose its surface to erosive discharges and, in this way, to achieve a specific shape by electroerosion of the workpiece 21. .
  • the control unit 53 reads the position values provided by the encoders of the robotic arm 50 and from the displacement commands to the actuators of the robotic arm 50 so as to cut the part 21 according to a predetermined profile.
  • the electrode 31 is vertical, and the robotic arm 50 redirects the part, as it is moved, of approaching the electrode according to the desired cutting profile.
  • the invention also includes, however, variants in which the tool
  • EDM is mounted on a mobile platform.
  • the cutting according to any profile of the workpiece 21 is possible because the machine of the invention comprises a sufficient number of degrees of freedom to ensure both the movement of the workpiece in three dimensions, and its orientation in space.
  • the part to be made comprises any oblique cuts, at least six degrees of freedom are required.
  • the part to be cut is simpler or symmetrical, the number of independent axes could be smaller, depending on the case.
  • the displacement instructions for each axis of rotation can be obtained from a mathematical model of the surface to be made by several methods, for example, with numerical algorithms using the principles of inverse kinematics.
  • the device and the method of the invention provide a
  • the device of the invention makes it possible to reach higher inclinations than known electroerosion devices.
  • Another advantage of the device and the method of the invention is that the robotic arm can perform other tasks on the part before and after its machining.
  • the piece to be cut from a conveyor system deposit the machined part in a receptacle or conveying system provided for this purpose, present the piece to other tools to perform machining steps, for example milling , drilling, welding, etc., or to carry out finishing steps such as grinding, polishing, sanding, deburring, etc., or assembling, oiling, lubricating, painting, gluing, dimensional control, or other workable steps by a robotic arm.
  • the device and method of the invention provide elements with shapes that are not attainable by traditional wire cutting methods, because of the angle limitations discussed above. Furthermore, the pieces cut with the device of the invention have an excellent surface condition, free from defects typical of conventional wire systems, when used with very large wire presentation angles.
  • the device and the method of the invention are particularly suitable for the production of elements having appeal to the watchmaking field, for example clasps, bracelet links of

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

Machine pour l'électroérosion de pièces mécaniques comportant: un outil avec une électrode filiforme (31) coulissant dans des guide-fil (35) et des moyens d'alimentation (40) aptes à la réalisation d'une décharge érosive de ladite électrode (31), un bras robotisé articulé (51) comportant des moyens de préhension (55) pour saisir une pièce à découper (21) et des actuateurs pour déplacer l'unité porte-pièce en regard dudit outil de façon à obtenir par électroérosion de la pièce à découper une forme déterminée. L'invention permet d'améliorer la précision et l'état de surface des pièces réalisées. Le bras robotisé peut effectuer d'autres tâches sur la pièce avant et après son usinage.

Description

Machine et Procédé d'Electroérosion
Domaine technique
[0001] La présente demande concerne une machine et un procédé d'usinage par électroérosion.
[0002] L'électroérosion est utilisée dans la technique pour usiner et découper des pièces mécaniques requérant un degré de précision et un niveau de finition élevés, dans des matériaux durs ou difficilement usinables avec les procédés conventionnels d'enlèvement de copeau, comme par exemple les aciers fortement liés, le métaux durs et bien d'autres. Ce procédé est particulièrement apprécié dans la production de moules, des prototypes et d'outils spéciaux, par exemple des filières d'extrusion, des poinçons ou des matrices de découpage, mais il peut aussi être appliqué à d'autres domaines techniques.
Etat de la technique
[0003] Dans le procédé d'électroérosion par fil, la découpe ou l'enlèvement de matériel sont réalisés par l'action d'une électrode à fil conducteur animée d'un mouvement linéaire qui est généralement tendue entre deux guides, par exemple en diamant, rubis, zircone, céramique ou en un autre matériel idoine. On peut utiliser également des électrodes tubulaires pour percer des matériaux durs : c'est la technique du perçage rapide. [0004] Dans les outils et procédés connus, la pièce à découper est maintenue par un porte-pièce qui est déplacé selon une pluralité d'axes de mouvement, pour le plus souvent des axes linéaires, actionnés par une unité de contrôle numérique, par exemple. L'outil d'électroérosion peut être installé en une position fixe ou sur une plate-forme mobile, selon les cas. [0005] On connaît des machines d'électroérosion par fil dans lesquelles, l'angle de présentation du fil à la pièce est variable. On peut obtenir cette variation, par exemple, par un déplacement relatif des deux guides, chacun des deux guides étant monté sur une plate-forme de positionnement indépendante. Ces machines permettent la découpe selon une surface quelconque. Dans les machines connues, l'inclinaison du fil de coupe sous tension et se déroulant constamment comporte des nombreux problèmes techniques, de sorte que l'angle d'inclinaison est généralement limité à quelques dizaines de degrés, par exemple ± 30°, pouvant aller jusqu'à ± 40° pour des géométries complexes.
[0006] Les variations de l'angle de présentation du fil induisent des erreurs de positionnement de l'ordre de quelques 1/10 de millimètre. Par ailleurs, la découpe avec un fil incliné comporte une usure prématurée des guides dans lesquels se forment des microsillons périphériques,
correspondant à différents angles de présentations utilisés pendant l'usinage. Le fil de découpe n'est plus parfaitement guidé, mais saute d'un microsillon à un autre selon l'angle de présentation requis, ce qui se traduit en une pluralité de marques différentes sur la surface obtenue.
[0007] Un autre inconvénient des machines et systèmes d'électroérosion connus est que les pièces doivent être saisies et montées sur le porte-pièce avec un degré élevé de précision. Cela comporte des coûts et des
ralentissements lorsqu'une production en série d'un nombre important de pièces est requise.
[0008] La présente invention se propose donc d'offrir une machine et un procédé d'électroérosion qui est libre des inconvénients et des limitations mentionnés ci-dessus. Cet objectif est réalisé par l'objet des revendications annexées.
[0009] L'invention sera mieux comprise par l'exemple non limitatif fourni par la description et illustré par le dessin qui montre une représentation schématique d'une machine à électroérosion selon un aspect de l'invention.
Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention
[0010] Avec référence à la seule figure, le dispositif de l'invention 20 comporte un outil à électroérosion avec une électrode filiforme 31 coulissant entre deux guide-fil 35, par exemple en diamant, rubis, zircone, céramique ou tout autre matériau idoine. Le dérouleur automatique 38, ou d'autres moyens d'avancement idoines assurent l'avancement du fil 31 compensant son usure dans le processus d'érosion. L'électrode 31 peut être, selon les circonstances, une électrode en laiton, cuivre ou tout autre fil conducteur approprié.
[0011] L'alimentateur électrique 40 permet d'établir une décharge électrique, continue, puisée ou alternée selon les cas. Préférablement l'alimentateur est contrôlé par un ordinateur de manière à obtenir une décharge ayant les caractéristique électrique optimales, 45 entre l'électrode 31 et la pièce dont la surface doit être usinée, et d'y entretenir un courant électrique de façon à obtenir l'érosion de la pièce 21 . Typiquement un pôle de l'alimentateur 40 est connecté électriquement à l'électrode 31 , et le pôle opposé à la pièce 21. Le pôle d'alimentation connecté à la pièce est préférablement aussi relié au potentiel de la terre. La pièce à découper 21 est préférablement immergée dans un bain (non représenté) de liquide diélectrique tel que de l'eau dé-ionisée ou de l'huile isolante, avec la fonction d'évacuer la chaleur et les débris d'usinage.
[0012] L'unité porte-pièces se compose d'un bras articulé robotisé 51 avec une pluralité d'articulations 52a-52f et des moyens de préhension 55, par exemple des mâchoires ou, préférablement un posage spécialement adapté pour saisir une pièce à découper 21 . Dans un cas typique, le bras articulé sera équipé de six axes de rotation indépendants, chacun équipé d'un actuateur et d'un encodeur et asservi à une unité de contrôle numérique 53. D'autres dispositions sont toutefois possibles, le nombre de degrés de liberté pouvant être plus grand ou plus petit, selon les cas. Des degrés de liberté linéaires sont également possibles.
[0013] L'unité de contrôle numérique 53 est programmée pour déplacer la pièce 21 en regard de l'électrode 31 de façon à exposer sélectivement sa surface aux décharges érosives et, de cette façon, réaliser une forme déterminée par électroérosion de la pièce 21 .
[0014] L'unité de contrôle 53 lit les valeurs de position fournies par les encodeurs du bras robotisé 50 et issues des commandes de déplacement aux actuateurs du bras robotisé 50 de manière à découper la pièce 21 selon un profil prédéterminé.
[0015] Dans le cas illustré par la figure, qui correspond à une variante préférentielle de l'invention, l'électrode 31 est verticale, et le bras robotisé 50 réoriente la pièce, au fur et à mesure qu'elle est déplacée, de manière à s'approcher de l'électrode selon le profil de coupe souhaité. L'invention inclut également, toutefois, des variantes dans lesquelles l'outil à
électroérosion est monté sur une plateforme mobile.
[0016] La découpe selon un profil quelconque de la pièce à découper 21 est possible car la machine de l'invention comporte un nombre suffisant de degrés de liberté pour assurer à la fois le déplacement de la pièce en trois dimensions, et son orientation dans l'espace. Dans le cas le plus général, si la pièce à réaliser comporte des coupes obliques quelconques, au moins six degrés de liberté sont requis. Si en revanche la pièce à découper est plus simple ou symétrique, le nombre d'axes indépendants pourrait être inférieur, selon les cas. Les consignes de déplacement pour chaque axe de rotation peuvent être obtenues à partir d'un modèle mathématique de la surface à réaliser par plusieurs procédés, par exemple, avec des algorithmes numériques utilisant les principes de la cinématique inverse.
[0017] Le dispositif et le procédé de l'invention apportent une
amélioration de la précision des pièces réalisées avec la technique de l'électroérosion car l'érosion de l'électrode et du guide-fil sont minimisées, avec un effet positif sur la précision et l'état de surface des pièces produites. De plus, le dispositif de l'invention permet d'atteindre des inclinaisons plus élevées que les dispositifs à électroérosion connus. [0018] Un autre avantage du dispositif et du procédé de l'invention est que le bras robotisé peut effectuer d'autres tâches sur la pièce avant et après son usinage. Il peut par exemple prélever la pièce à découper depuis un système de convoyage, déposer la pièce usinée dans un réceptacle ou système de convoyage prévu à cet effet, présenter la pièce à d'autres outils pour effectuer des étapes d'usinage, par exemple fraisage, perçage, soudure etc., ou pour effectuer des étapes de finissage telles que meulage, polissage, ponçage, ébavurage, etc., ou des étapes d'assemblage, huilage, lubrification, peinture, collage, contrôle dimensionnel, ou toute autre opération réalisable par un bras robotisé. [0019] Le dispositif et le procédé de l'invention permettent d'obtenir des éléments avec des formes qui ne sont pas atteignables par les procédés de découpe au fil traditionnels, en raison des limitations d'angle qu'on a évoqué plus haut. Par ailleurs, les pièces découpées avec le dispositif de l'invention présentent un état de surface excellent, exempt des défauts typiques des systèmes à fil conventionnels, lorsqu'ils sont utilisés avec des angles de présentation du fil très importants.
[0020] Dès lors, le dispositif et le procédé de l'invention se prêtent particulièrement bien à la réalisation d'éléments ayant attrait au domaine horloger, par exemple des fermoirs, des maillons de bracelet des
indicateurs, ou tout autre élément de montre pour lequel on recherche un état de surface particulièrement soigné. On peut également appliquer l'invention à des éléments destinés à des instruments d'écriture, des lunettes, ou des articles de maroquinerie. La précision de positionnement des bras robotisés est largement satisfaisante pour ce type d'application. Numéros de référence utilisés dans les figures
[0021]
20 dispositif à électroérosion
21 pièce à découper
31 électrode
35 guide-fil
38 dérouleur
40 alimentateur
51 bras robotisé
52 a-f articulation
53 unité de contrôle
55 moyens de préhension

Claims

Revendications
1 . Machine pour l'électroérosion de pièces mécaniques comportant: un outil avec une électrode filiforme (31 ) coulissant entre deux guide-fil (35) et des moyens d'alimentation (40) de ladite électrode aptes à la réalisation d'une décharge érosive, une unité porte-pièces mobile comportant des moyens de préhension (55) pour saisir une pièce à découper (21 ) et des actuateurs pour déplacer la pièce à découper en regard dudit outil de façon à obtenir par électroérosion de la pièce une forme déterminée, caractérisée en ce que ladite unité porte-pièce comprend un bras articulé (51 ) ayant plusieurs degrés de liberté en rotation.
2. Machine selon la revendication précédente, ultérieurement caractérisée en ce que lesdits guide-fils (35) sont stationnaires.
3. Machine pour l'électroérosion selon l'une des revendications
précédentes, comprenant en outre une unité de contrôle (53) programmée pour piloter les dits actuateurs de façon à déplacer la pièce à découper (21 ) en regard dudit outil.
4. Machine pour l'électroérosion selon l'une des revendications
précédentes, dans laquelle ladite unité porte-pièces (51 ) est un bras robotisé.
5. Procédé d'usinage comportant les étapes de :
- générer une décharge électrique dans un outil d'électroérosion
comportant une électrode (31) ;
- saisir une pièce à découper (21 ) avec un bras articulé robotisé (51 ) ;
- piloter ledit bras articulé (51 ) de façon à présenter la pièce à
découper (21 ) audit outil ;
- obtenir par électroérosion une forme déterminée.
6. Procédé selon la revendication précédente, comprenant en outre au moins une étape parmi : prélèvement, dépose, perçage, coupe, fraisage, soudure, peinture, collage, huilage, lubrification, usinage, finissage, meulage, polissage, ponçage, ébavurage et contrôle dimensionnel, effectuée sur la pièce à découper par le dit bras robotisé.
7. Procédé selon l'une des revendications de 5 à 7, dans lequel ladite électrode (31 ) est stationnaire et verticale.
8. Usage d'un robot articulé à plusieurs degrés de liberté (51 ) pour le maintien et le déplacement de pièces à découper (21 ) en regard d'un outil d'électroérosion.
9. Elément ayant attrait au domaine horloger, ou à la maroquinerie ou à la lunetterie, ou au domaine des instruments d'écriture, réalisé avec le procédé d'usinage de la revendication 5.
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CH01602/11A CH705611A1 (fr) 2011-09-29 2011-09-29 Machine et Procédé d'Electroérosion.
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