Servomécanisme pour contrôler les déplacements d'une électrode dans une machine à électroérosion On connaît des servomécanismes pour contrôler les déplacements d'une électrode dans une machine à électroérosion, comprenant un piston différentiel coulissant dans un cylindre pour la commande des déplacements de l'électrode, les déplacements de ce piston provoquant des variations de volume inégales et de sens inverses dans deux chambres de tra vail, un circuit hydraulique comprenant une pompe délivrant un liquide sous pression constante,
ce li quide étant amené par une première conduite dans la chambre de travail qui subit les plus petites va riations de volume en fonction des déplacements du piston différentiel, une seconde conduite faisant communiquer la première conduite avec l'autre cham bre de travail, cette seconde conduite présentant un passage étranglé et, en aval de ce dernier, un pas sage de section réglable permettant la mise à l'échap pement du liquide sous pression, ce passage de sec tion réglable étant commandé par un dispositif sen sible aux conditions électriques de fonctionnement de la machine.
Les servomécanismes de ce genre sont avanta geux, car ils réagissent très rapidement. Par contre, lorsque ces servomécanismes ne sont pas en fonc tion et que le piston se déplace sous l'effet de son propre poids ou d'une action extérieure, il se pro duit une dépression dans une des chambres de tra vail, ce qui favorise une entrée d'air dans cette cham bre. Une telle entrée d'air constitue un inconvénient majeur en raison de la compressibilité de l'air qui entraîne un manque de précision du servoméca nisme.
En outre, le déplacement manuel du piston différentiel est difficile, car la section du passage étranglé est très petite, ainsi que celle du passage de section réglable, de sorte qu'il faut exercer une grande force sur le piston différentiel pour provo quer la circulation du liquide dans lesdits passages.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients, grâce au fait que le servoméca nisme comprend des moyens . permettant de mettre à l'échappement au moins une des deux chambres de travail de façon à faciliter le déplacement manuel du piston différentiel lorsque le servomécanisme est hors service et à éviter des entrées d'air.
Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution du servo mécanisme objet de l'invention.
La fig. 1 est un schéma d'une machine à électro- érosion.
La fig. 2 représente en coupe le servomécanisme de cette machine.
Le schéma de base d'une machine à électroéro- sion, représenté à la fig. 1, montre que la machine comprend un générateur électrique A dont les bornes <I>a</I> et<I>b</I> sont reliées, d'une part, à une électrode E et, d'autre part, à une pièce à usiner P qui sont plon gées dans un liquide diélectrique.
Ce générateur fournit l'énergie nécessaire pour produire une série de décharges par étincelles entre la pièce P et l'élec trode E, chaque étincelle enlevant un peu de métal à la pièce à usiner. Un servomécanisme S fait avan cer l'électrode E en direction de la pièce P au fur et à mesure de l'usinage de cette dernière. La com mande du servomécanisme est assurée électrique ment par un dispositif B qui mesure la tension entre l'électrode E et la pièce P et fournit au servoméca nisme un courant de commande dépendant de ladite tension.
Le servomécanisme qui est représenté en détail à la fi g. 2 comprend un piston différentiel 1 solidaire d'une tige 2 présentant de chaque côté de ce dernier des diamètres différents. L'électrode E est fixée par un dispositif non représenté à la partie inférieure de la tige 2. Le piston différentiel coulisse dans un cy lindre 3 en provoquant des variations de volume iné gales et de sens inverses dans deux chambres de tra vail 4, respectivement 5. Le circuit hydraulique comprend un réservoir 6 alimentant une pompe 7 destinée à délivrer le liquide de commande sous une pression constante.
Ce liquide est envoyé par une première conduite 8 dans la chambre de travail 5. Une seconde conduite 9 fait communiquer la pre mière conduite 8 avec l'autre chambre de travail 4. Cette seconde conduite présente un passage étran glé 10 et, en aval de ce dernier, un passage 11 de section réglable permettant la mise à l'échappement du liquide. Le liquide sortant par le passage 11 va dans un réservoir 6a, puis se déverse par un trop- plein 6b dans le réservoir 6.
Ce passage 11 de sec tion réglable est constitué par une bille 12 qui est plus ou moins rapprochée de son siège usiné dans une pièce 13, au moyen d'un doigt 14 d'un dispositif 15 sensible aux conditions électriques de fonctionne ment de la machine. Ce dispositif 15 n'est pas décrit en détail, car il ne fait pas partie de l'invention.
La conduite 9 présente également -un passage dont la section est réglable au moyen d'une vis 16 qui peut être atteinte de l'extérieur par un perçage 17. Cette conduite peut être mise en communication avec le réservoir 6a, grâce à un passage susceptible d'être fermé par une soupape automatique 18 qui est soumise à l'action d'un ressort 19 tendant à l'ouvrir. De même, la conduite 8 peut aussi commu niquer avec le réservoir 6a dans le fond duquel est disposée une deuxième soupape automatique 20 sou mise à l'action d'un ressort 21 tendant à l'ouvrir.
Pour assurer une -pression constante dans la chambre 5, la conduite 8 présente une soupape de décharge comprenant un pointeau 22 soumis à l'ac tion d'un ressort 23 @ qui tend à l'appliquer contre un siège 24. Un bouchon vissé 25 permet le montage et le démontage de la soupape de décharge. Lorsque le liquide envoyé dans la conduite 8 dépasse une pression déterminée, il déplace le pointeau 22 con tre l'action du ressort 23 et peut s'échapper pour retourner dans le réservoir 6 par la conduite 6b.
La soupape de décharge est placée aussi près que possi ble du passage étranglé 10 et de la chambre de tra vail 5 pour éviter les variations de pression dues à l'inertie du liquide contenu dans la conduite 8 lors des variations de débit dans cette conduite.
Chaque extrémité du cylindre 3 est fermée par une pièce 26, respectivement 27, présentant un alé sage 28, respectivement 29, muni de garnitures d'étanchéité et dans chacun desquels coulisse une partie de la tige 2. Chacune des pièces 26 et 27 pré sente, en outre, un espace intérieur 30 et 31 com muniquant avec le réservoir 6a de retour du liquide par une conduite 32. On voit que les deux espaces 30 et 31 sont mis en communication l'un avec l'au tre par une conduite 33 ménagée dans la paroi du cylindre 3. Le réservoir 6a est à un niveau plus élevé que les espaces 30 et 31, de sorte que ces derniers sont toujours remplis de liquide sous une pression déterminée par la hauteur du niveau dans le réser voir 6a.
La tige 2 passe avec jeu dans un alésage 34, respectivement 35 pratiqué dans chacune desdites pièces et disposé entre chacun desdits espaces 30 et 31 et la chambre de travail adjacente 4, respecti vement 5.
Le fonctionnement du servomécanisme décrit est le suivant La pompe 7 met le liquide sous pression et cette pression est transmise dans la chambre 5. Le liquide fourni par la pompe traverse le passage étranglé 10, lequel produit une perte de charge, de sorte que la pression dans la conduite 9 et dans la chambre 4 est inférieure à celle régnant dans la conduite 8 et la chambre 5. Le liquide fourni par la pompe tra verse ensuite le passage 11 de section réglable, pas sage dans lequel il se produit une nouvelle chute de pression. Par suite des pressions régnant dans les conduites 8 et 9, les soupapes 18 et 20 sont fermées contre l'action de leur ressort 19 et respectivement 21.
Il est clair que la pression régnant dans la cham bre 4 est déterminée par la section libre du passage réglable 11. Lorsque, pour une ouverture donnée de ce passage 11, le rapport des pressions dans les chambres 4 et 5 est égal à l'inverse du rapport des surfaces actives du piston différentiel dans ces cham bres 4 et 5, il y a état d'équilibre et le piston ne se déplace pas, si on néglige le poids de la tige 2 et de l'électrode E. Si à ce moment, on éloigne la bille 12 de son siège, la pression dans la chambre 4 dimi nue, ce qui provoque un déplacement du piston 1 vers le haut. Une fermeture du passage 11 par la bille 12 produit un mouvement de sens inverse.
En agissant sur la vis 16, on peut modifier la résistance de l'écoulement de la conduite 9 et faire varier ainsi la rapidité de réaction du servomécanisme.
Lorsque de la matière a été enlevée à la pièce P, la distance séparant de l'électrode E augmente, ce qui entraîne une augmentation consécutive de la tension disruptive entre ces pièces. Le dispositif B réagit en envoyant au dispositif 15 un courant pro voquant un déplacement vers le bas du doigt 14. Il en résulte une diminution du passage 11 et une augmentation de la pression dans la chambre 4, ce qui déplace 1a tige 2 et donc l'électrode E en direc tion de la pièce P.
Cette diminution de la distance entre l'électrode et la pièce entraîne une diminution de la tension moyenne entre l'électrode E et la pièce P de sorte que le doigt 14 reprend sa position initiale et que la pression dans la chambre 4 reprend la valeur pour laquelle le piston différentiel 1 ne subit pas de déplacement. Il est facile de comprendre que si la dis tance entre l'électrode E et la pièce P venait à dimi nuer, par exemple par suite d'accumulation de pous sière conductrice, le servomécanisme réagirait en sens contraire et provoquerait un éloignement de l'électrode E par rapport à la pièce P.
Pendant tout le fonctionnement du servoméca nisme, il se produit un écoulement du liquide allant des chambres 4, et respectivement 5, vers les espa ces 30 et 31 que présentent les pièces 26 et 27. Ce pendant, cet écoulement est très faible, car le jeu laissé entre la tige 2 et les alésages 34 et 35 est très petit, de l'ordre de quelques centièmes de millimètre.
D'ailleurs, comme la section libre entre ces alésages et la tige 2 reste constante, les légères fuites que pré sentent les chambres 4 et 5 ne gênent en rien le fonc tionnement du servomécanisme. Par contre, cette disposition est avantageuse, car les joints d'étanchéité ne sont pas soumis à la pression relativement forte régnant dans les chambres 4 et 5, mais seulement à la pression très faible exercée par le liquide contenu dans le réservoir<I>6a.</I>
Lorsque l'usinage est terminé ou simplement in terrompu, la pompe 7 est arrêtée, de sorte que le liquide des conduites 8 et 9 et des chambres 4 et 5 ne se trouve plus sous pression. Les soupapes auto matiques 18 et 20 s'ouvrent alors sous l'action de leurs ressorts 19 et 21 et permettent aux chambres 4 et 5 de communiquer directement avec le réservoir 6a. Il est ainsi facile de déplacer à la main la tige 2, puisque la communication des chambres 4 et 5 avec le réservoir da se fait par des conduites ne présen tant que des pertes de charge très faibles. Cette dis position permet en outre d'éviter que de l'air puisse être introduit dans les chambres 4 et 5 lorsqu'on déplace la tige 2 manuellement.
Au moment où la pompe 7 est remise en action, la mise sous pression du liquide provoque la ferme ture des soupapes 18 et 20, de sorte que le servo mécanisme est prêt à fonctionner.
On pourrait évidemment prévoir plusieurs va riantes de construction et les soupapes automatiques pourraient être disposées à différents endroits. En particulier, une des soupapes pourrait se trouver dans le piston différentiel pour faire communiquer les deux chambres de travail directement entre elles lorsque la pression est pratiquement nulle. Cette dernière devrait être agencée pour se fermer automa tiquement lorsque la pression dans la chambre 5 de vient plus grande que celle dans la chambre 4. La deuxième soupape pourrait être disposée, soit sur la conduite 8, soit sur la conduite 9, pour faire com muniquer une de ces conduites avec le réservoir 6a.
En variante, on pourrait aussi remplacer les soupapes automatiques par des soupapes à commande électro magnétique dont la fermeture serait commandée en même temps que la mise en marche de la pompe 7.
Dans une forme d'exécution plus simple, les piè ces de fermeture du cylindre 3 pourraient ne présen- ter qu'un alésage dans lequel coulisserait la tige 2, les espaces 30 et 31 étant alors supprimés. Dans ce cas, les garnitures d'étanchéité seraient soumises à des pressions plus élevées, mais l'introduction d'air lors des déplacements manuels de la tige 2 ne pour rait pas se produire du fait de la bonne communica tion des chambres 4 et 5 avec le réservoir 6a et du niveau plus élevé de celui-ci.
On pourrait aussi remplacer les soupapes 18 et 20 par d'autres éléments permettant de mettre à l'échappement les chambres 4 et 5, par exemple au moyen d'un distributeur à tiroir ou de vannes à com mande automatique ou manuelle. Suivant une forme d'exécution plus simple, on pourrait se contenter de moyens permettant de mettre à l'échappement une seule des chambres 4 ou 5 de travail. Lorsque le passage de section réglable est commandé par le dis positif 15 de façon telle qu'à l'arrêt du servoméca nisme, ce passage présente une section libre relati vement grande, on peut se contenter de moyens permettant la mise à l'échappement de la chambre 5.
Servomechanism for controlling the movements of an electrode in an EDM machine Servomechanisms are known for controlling the movements of an electrode in an EDM machine, comprising a differential piston sliding in a cylinder for controlling the movements of the electrode, the movements of this piston causing unequal volume variations and in opposite directions in two working chambers, a hydraulic circuit comprising a pump delivering a liquid under constant pressure,
this liquid being brought by a first pipe into the working chamber which undergoes the smallest variations in volume as a function of the displacements of the differential piston, a second pipe communicating the first pipe with the other working chamber, this second pipe having a constricted passage and, downstream of the latter, a pitch of adjustable section allowing the escape of the pressurized liquid, this adjustable section passage being controlled by a device sensitive to the electrical operating conditions of the machine.
Servomechanisms of this kind are advantageous because they react very quickly. On the other hand, when these servomechanisms are not in operation and the piston moves under the effect of its own weight or of an external action, a vacuum is produced in one of the working chambers, which favors an air inlet in this room. Such an air inlet constitutes a major drawback due to the compressibility of the air which causes a lack of precision in the servomechanism.
In addition, manual displacement of the differential piston is difficult, because the cross section of the throttled passage is very small, as well as that of the adjustable cross section passage, so that a large force must be exerted on the differential piston to cause the circulation. liquid in said passages.
The object of the present invention is to remedy these drawbacks, thanks to the fact that the servomechanism comprises means. allowing at least one of the two working chambers to be exhausted so as to facilitate manual movement of the differential piston when the servomechanism is out of service and to prevent air intake.
The appended drawing represents, schematically and by way of example, an embodiment of the servo mechanism which is the subject of the invention.
Fig. 1 is a diagram of an electro-erosion machine.
Fig. 2 shows in section the servomechanism of this machine.
The basic diagram of an electro-erosion machine, shown in fig. 1, shows that the machine comprises an electric generator A whose terminals <I> a </I> and <I> b </I> are connected, on the one hand, to an electrode E and, on the other hand, to a workpiece P which are immersed in a dielectric liquid.
This generator supplies the energy necessary to produce a series of spark discharges between the part P and the electrode E, each spark removing some metal from the workpiece. A servomechanism S advances the electrode E in the direction of the part P as the latter is machined. The servomechanism is controlled electrically by a device B which measures the voltage between the electrode E and the part P and supplies the servomechanism with a control current depending on said voltage.
The servomechanism which is shown in detail in fi g. 2 comprises a differential piston 1 integral with a rod 2 having different diameters on each side of the latter. The electrode E is fixed by a device, not shown, to the lower part of the rod 2. The differential piston slides in a cylinder 3 causing unequal volume variations and in opposite directions in two working chambers 4, respectively. 5. The hydraulic circuit comprises a reservoir 6 supplying a pump 7 intended to deliver the control liquid under constant pressure.
This liquid is sent by a first pipe 8 into the working chamber 5. A second pipe 9 communicates the first pipe 8 with the other working chamber 4. This second pipe has a closed passage 10 and, downstream of the latter, a passage 11 of adjustable section allowing the liquid to escape. The liquid leaving through passage 11 goes into a reservoir 6a, then flows through an overflow 6b into the reservoir 6.
This passage 11 of adjustable section is constituted by a ball 12 which is more or less close to its seat machined in a part 13, by means of a finger 14 of a device 15 sensitive to the electrical operating conditions of the machine. . This device 15 is not described in detail because it does not form part of the invention.
The pipe 9 also has a passage, the section of which is adjustable by means of a screw 16 which can be reached from the outside by a bore 17. This pipe can be placed in communication with the reservoir 6a, thanks to a passage capable of to be closed by an automatic valve 18 which is subjected to the action of a spring 19 tending to open it. Likewise, the pipe 8 can also communicate with the reservoir 6a in the bottom of which is disposed a second automatic valve 20 subjected to the action of a spring 21 tending to open it.
To ensure a constant -pressure in the chamber 5, the pipe 8 has a relief valve comprising a needle 22 subjected to the action of a spring 23 @ which tends to apply it against a seat 24. A screw cap 25 allows the assembly and disassembly of the relief valve. When the liquid sent into line 8 exceeds a determined pressure, it moves needle 22 against the action of spring 23 and can escape to return to tank 6 through line 6b.
The relief valve is placed as close as possible to the constricted passage 10 and the working chamber 5 to avoid pressure variations due to the inertia of the liquid contained in line 8 during flow variations in this line.
Each end of cylinder 3 is closed by a part 26, respectively 27, having a random 28, respectively 29, provided with sealing gaskets and in each of which slides a part of the rod 2. Each of the parts 26 and 27 presents , in addition, an interior space 30 and 31 communicating with the liquid return reservoir 6a via a pipe 32. It can be seen that the two spaces 30 and 31 are placed in communication with one another via a pipe 33. formed in the wall of cylinder 3. The reservoir 6a is at a higher level than the spaces 30 and 31, so that the latter are always filled with liquid under a pressure determined by the height of the level in the reservoir see 6a.
The rod 2 passes with play in a bore 34, respectively 35 made in each of said parts and disposed between each of said spaces 30 and 31 and the adjacent working chamber 4, respectively 5.
The operation of the servomechanism described is as follows: The pump 7 puts the liquid under pressure and this pressure is transmitted into the chamber 5. The liquid supplied by the pump passes through the constricted passage 10, which produces a pressure drop, so that the pressure in line 9 and in chamber 4 is less than that prevailing in line 8 and chamber 5. The liquid supplied by the pump then passes through passage 11 of adjustable section, not wise in which there is a new drop in pressure. As a result of the pressures prevailing in the pipes 8 and 9, the valves 18 and 20 are closed against the action of their spring 19 and 21 respectively.
It is clear that the pressure prevailing in the chamber 4 is determined by the free section of the adjustable passage 11. When, for a given opening of this passage 11, the pressure ratio in the chambers 4 and 5 is equal to the reverse the ratio of the active surfaces of the differential piston in these chambers 4 and 5, there is a state of equilibrium and the piston does not move, if we neglect the weight of the rod 2 and of the electrode E. If at this moment, the ball 12 is moved away from its seat, the pressure in the chamber 4 decreases, which causes the piston 1 to move upwards. A closing of the passage 11 by the ball 12 produces a movement in the opposite direction.
By acting on the screw 16, it is possible to modify the resistance of the flow of the pipe 9 and thus to vary the speed of reaction of the servomechanism.
When material has been removed from the part P, the distance separating from the electrode E increases, resulting in a consequent increase in the breakdown voltage between these parts. The device B reacts by sending to the device 15 a current causing a downward displacement of the finger 14. This results in a decrease in the passage 11 and an increase in the pressure in the chamber 4, which displaces the rod 2 and therefore the pressure. 'electrode E in the direction of part P.
This reduction in the distance between the electrode and the part leads to a reduction in the average voltage between the electrode E and the part P so that the finger 14 returns to its initial position and the pressure in the chamber 4 returns to the value for which the differential piston 1 does not undergo displacement. It is easy to understand that if the distance between the electrode E and the part P were to decrease, for example as a result of an accumulation of conductive dust, the servomechanism would react in the opposite direction and would cause the electrode to move away. E with respect to part P.
Throughout the operation of the servomechanism, there is a flow of liquid going from chambers 4, and 5, respectively, to the spaces 30 and 31 that the parts 26 and 27 have. However, this flow is very low, because the clearance left between the rod 2 and the bores 34 and 35 is very small, of the order of a few hundredths of a millimeter.
Moreover, as the free section between these bores and the rod 2 remains constant, the slight leaks which the chambers 4 and 5 present do not in any way interfere with the operation of the servomechanism. On the other hand, this arrangement is advantageous, because the seals are not subjected to the relatively high pressure prevailing in the chambers 4 and 5, but only to the very low pressure exerted by the liquid contained in the reservoir <I> 6a . </I>
When the machining is finished or simply interrupted, the pump 7 is stopped, so that the liquid in the pipes 8 and 9 and in the chambers 4 and 5 is no longer under pressure. The automatic valves 18 and 20 then open under the action of their springs 19 and 21 and allow the chambers 4 and 5 to communicate directly with the reservoir 6a. It is thus easy to move the rod 2 by hand, since the communication of the chambers 4 and 5 with the reservoir da is effected by conduits which present only very low pressure drops. This arrangement also makes it possible to prevent air from being introduced into the chambers 4 and 5 when the rod 2 is moved manually.
When the pump 7 is reactivated, the pressurization of the liquid causes the closing of the valves 18 and 20, so that the servo mechanism is ready to operate.
We could obviously provide several variants of construction and the automatic valves could be arranged in different places. In particular, one of the valves could be located in the differential piston to communicate the two working chambers directly to each other when the pressure is practically zero. The latter should be arranged to close automatically when the pressure in chamber 5 becomes greater than that in chamber 4. The second valve could be arranged, either on line 8 or on line 9, to com fit one of these pipes with the reservoir 6a.
As a variant, the automatic valves could also be replaced by electromagnetically controlled valves, the closing of which would be commanded at the same time as the starting of the pump 7.
In a simpler embodiment, the closing parts of the cylinder 3 could only have a bore in which the rod 2 would slide, the spaces 30 and 31 then being eliminated. In this case, the gaskets would be subjected to higher pressures, but the introduction of air during the manual movements of the rod 2 could not occur due to the good communication of the chambers 4 and 5. with the reservoir 6a and the higher level thereof.
The valves 18 and 20 could also be replaced by other elements making it possible to exhaust the chambers 4 and 5, for example by means of a spool valve or of valves with automatic or manual control. According to a simpler embodiment, one could be satisfied with means making it possible to exhaust only one of the working chambers 4 or 5. When the passage of adjustable section is controlled by the positive device 15 in such a way that when the servomotor stops, this passage has a relatively large free section, it is possible to be satisfied with means allowing the exhaust of bedroom 5.