高速鋼刀具電解強化電源的製作方法
2023-06-18 13:19:36
專利名稱：高速鋼刀具電解強化電源的製作方法
技術領域：
本發明屬於刀具加工設備領域，尤其涉及一種通過高頻脈衝進行電解加工的高速鋼刀具電解強化電源。
背景技術：
高速鋼由於具有極高的硬度、熱穩定性和熱硬性，已大量應用於製造各種切削加工工具。高速工具鋼在切削過程中，刀刃本身不僅要承受彎曲、扭轉、剪切應力和衝擊、振動負荷，同時還要受到工件和切屑的強烈摩擦作用。導致刀具在使用過程中經常出現磨損、卷刃、崩刃或折斷等現象，縮短了刀具的使用壽命，降低了生產效率，同時增加了生產成本。因此，提高刀具的使用壽命至關重要，應用電解強化對金屬刀具進行加工是一種新的嘗試。人們通過大量的試驗和研究發現，採用脈衝電解加工的效果好於一般直流電解加工，並在實踐中，證實了應用高頻脈衝電源進行電解加工的可行性和優越性。而當前所採用電解加工的脈衝電源一般為IOOHz 20kHz，電流一般為100A以下，且成本高、笨重，不易於搬運。
發明內容
本發明目的在於提供一種輸出脈衝頻率、電流和電壓可調範圍大且結構簡單的高速鋼刀具電解強化電源。
為實現上述目的，本發明採用如下技術方案，本發明包括調壓器，其結構要點是調壓器、變壓器、整流濾波電路、絕緣柵雙極型電晶體IGBT依次連接，IGBT分別與電流控制電路和驅動電路連接，驅動電路與脈衝控制電路連接，直流供電電路分別與驅動電路和脈衝控制電路連接。
作為一種優選方案，本發明所述電流控制電路採用IGBT柵源電壓控制方式。
作為另一種優選方案，本發明所述柵源電壓控制方式採用穩壓管來實現。
進一步地，本發明所述驅動電路採用晶片EXB841。
更進一步地，本發明所述脈衝控制電路採用雙555電路結構，一個用於調節頻率， 另一個用於調節佔空比。
另外，本發明所述IGBT旁設置有溫度繼電器。
其次，本發明所述穩壓管採用CM400HA-12H型號。
本發明結構簡單、使用元器件少、成本低，體積小、重量輕。本發明可按加工要求提供分檔可調電流，可達200A以上；頻率和佔空比在大範圍內連續可調，且互不影響。本發明輸出脈衝在IOOHz 40kHz範圍內可調，電流從0 200A範圍可調，電壓在5V 25V範圍內可調。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步說明。
圖1為本發明基本構成框圖2為本發明脈衝控制電路原理圖3為本發明電流控制電路示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發明包括調壓器，其結構要點是調壓器、變壓器、整流濾波電路、絕緣柵雙極型電晶體IGBT依次連接，IGBT分別與電流控制電路和驅動電路連接，驅動電路與脈衝控制電路連接，直流供電電路分別與驅動電路和脈衝控制電路連接。
所述電流控制電路採用IGBT柵源電壓控制方式。
所述柵源電壓控制方式採用穩壓管來實現。
所述驅動電路採用晶片EXB841。
所述脈衝控制電路採用雙555電路結構，一個用於調節頻率，另一個用於調節佔空比。
所述IGBT旁設置有溫度繼電器。
所述穩壓管採用CM400HA-12H型號。
本發明實質上是在直流電源的基礎上加上一個開關器件組成，直流電經開關器件的斬波，形成輸出單向高頻脈衝直流電。對高速鋼刀具電解強化電源有以下幾個要求①電源電壓、電流在大範圍內可調；②輸出頻率從IOOHz 40kHz或更高範圍可調、佔空比能在大範圍內可調的矩形波。
本發明直流電源部分分主電路直流電源和脈衝驅動直流供電部分。主電路直流電源和脈衝直流供電部分一樣均採用傳統的直流電源組成原理，先將市電變壓，後經整流濾波得到所需的直流電。為實現電壓的連續可調.可採用調壓器輸出與變壓器的初級線圈連接方式，只要旋轉調壓器的手柄，即可改變變壓器的初級電壓，從而實現輸出電壓的連續可調。而脈衝驅動直流供電部分是將市電變壓整流濾波後採用三端7815穩壓器即可得到所需的直流電壓。
本發明斬波器件是實現直流與高頻脈衝轉化的核心部分。經變壓、整流、濾波後的穩定直流電直接加在開關器件上，通過脈衝驅動電路控制開關器件的通斷，從而實現對直流電的斬波。為實現電源的大容量，採用大功率、大容量的開關器件是關鍵，而目前廣泛使用的新型器件絕緣柵雙極型電晶體IGBT是我們的首選。這種器件的特點是集MOSFET與GTR 的優點於一身，其輸入阻抗高、速度快、熱穩定性好、電流容量大。它的電流密度比MOSFET 大，晶片面積只有MOSFET的40 %。根據電源輸出電壓和電流以及頻率大小的要求為電源選擇合適的IGBT來達到高效斬波。對高頻IGBT模塊，一般都有內置過電壓保護二極體.只要在其與驅動電路之間連接合適的外圍元件，在保證輸入電壓電流在額定範圍情況下即可正常工作。
本發明應用中，直流電加在IGBT的漏極，柵極接驅動電路。由驅動電路控制柵極的通斷，從而利用高頻將直流斬波，輸出高頻脈衝信號。根據IGBT的驅動特性，可採用TTL 門極直接驅動和隔離驅動。隔離驅動具有傳輸速度快、強弱電隔離的功能，但一般製作工藝複雜。由於IGBT的驅動電路應具有很強的抗於擾能力，並應具備對IGBT的保護功能，因此我們一般採用內置保護電路的專用集成驅動電路。日本的富士公司專為驅動IGBT而設計的集成驅動晶片EXB841具有單電源、正負偏壓、過流檢測、保護、軟關斷等主要特性，當4IOV 15V的正向觸發控制脈衝電壓施加予EXB841的信號輸入端時，在IGBT的柵源極兩端產生約16V的IGBT開通電壓；當觸發控制脈衝電壓撤消時，在柵源極兩端產生約-5. IV的 IGBT關斷電壓。但EXB841的存在會導致IGBT的誤導通或誤關斷以及電源在極小電流時的虛假過流保護誤動作等問題，為此人們已經研究設計了 EXB841的優化驅動電路。進一步提高了 EXB841驅動的可靠性。但需注意的是EXB841目前的工作頻率最大只能達到40kHz。本發明所述脈衝控制電路產生的頻率決定功率開關管的工作頻率，目前常用的是 555定時器。為實現輸出頻率和佔空比均可調的矩形波，且兩者互不影響，本發明採用兩片 555來實現。整個脈衝控制電路見圖2。其中右邊的555構成多諧振蕩器，其頻率可變，通過調節R2來實現；左邊的555構成單穩態電路，其佔空比可調，通過調節R5來實現。當Rl = IkQ，R2為790k Ω可調電阻，R3 = 2k Ω , C2 = 9nF時，其頻率調節範圍為 IOOHz 40kHz ；當 R6 = Ik Ω，R5 為 17k Ω 可調電阻，R7 = 2k Ω , C5 = 9nF 時，其佔空比可調範圍為1/10 19/20。通過分析開關管IGBT的伏安特性可知，柵源電壓越大，其輸出電流越大。因此可以利用控制柵源電壓來控制輸出電流的大小。由於前面的驅動晶片EXB841在IOV 15V 的正向觸發控制脈衝電壓施加於EXB841的信號輸入端，在IGBT的柵源極兩端產生多個約 16V的IGBT開通電壓，所以可以採用穩壓管來控制IGBT柵源電壓。使它在IGBT安全工作條件下可調變化。其電路示意圖見圖3。當然，我們要根據所選用的IGBT管的伏安特性曲線和輸出電流大小的要求來選擇合適的穩壓二極體。因此本發明選用三菱的CM400HA-12H作為斬波器件，根據廠家提供的伏安曲線圖，其穩壓二極體選擇範圍為5V 12V。實現電源的安全工作是一個非常重要的問題。在大電流工作狀態下，隨著元器件的溫度上升，會引起電源整機的溫度過高，將影響電源的工作可靠性。一般情況下流過IGBT 的電流較大，開關頻率較高，故而器件的損耗也比較大，如果熱量不能及時散掉，使得器件的結溫過高，則會損壞IGBT管或者爆炸，因此做好散熱措施是保證本發明的重要因素。而受設備的體積和重量等的限制以及性價比的考慮.散熱系統也不可能無限制地擴大。可在靠近IGBT處加裝一溫度繼電器等用來檢測IGBT的工作溫度。控制執行機構在發生異常時切斷IGBT的輸人.保護其安全。對於整機散熱，一般採用的散熱方式有風冷和水冷，考慮到整機的重量和體積，宜採用風冷方式，以散熱器加風扇來散熱。另外在本發明製作過程中， 應將大功率部分與小功率部分分開，以免器件損壞。
權利要求
1.高速鋼刀具電解強化電源包括調壓器，其特徵在於調壓器、變壓器、整流濾波電路、 絕緣柵雙極型電晶體IGBT依次連接，IGBT分別與電流控制電路和驅動電路連接，驅動電路與脈衝控制電路連接，直流供電電路分別與驅動電路和脈衝控制電路連接。
2.根據權利要求1所述高速鋼刀具電解強化電源，其特徵在於電流控制電路採用IGBT 柵源電壓控制方式。
3.根據權利要求2所述高速鋼刀具電解強化電源，其特徵在於所述柵源電壓控制方式採用穩壓管來實現。
4.根據權利要求1所述高速鋼刀具電解強化電源，其特徵在於所述驅動電路採用晶片 EXB841。
5.根據權利要求1所述高速鋼刀具電解強化電源，其特徵在於所述脈衝控制電路採用雙555電路結構，一個用於調節頻率，另一個用於調節佔空比。
6.根據權利要求1所述高速鋼刀具電解強化電源，其特徵在於所述IGBT旁設置有溫度繼電器。
7.根據權利要求3所述高速鋼刀具電解強化電源，其特徵在於所述穩壓管採用 CM400HA-12H 型號。
全文摘要
高速鋼刀具電解強化電源屬於刀具加工設備領域，尤其涉及一種通過高頻脈衝進行電解加工的高速鋼刀具電解強化電源。本發明提供一種輸出脈衝頻率、電流和電壓可調範圍大且結構簡單的高速鋼刀具電解強化電源。本發明包括調壓器，其結構要點是調壓器、變壓器、整流濾波電路、絕緣柵雙極型電晶體IGBT依次連接，IGBT分別與電流控制電路和驅動電路連接，驅動電路與脈衝控制電路連接，直流供電電路分別與驅動電路和脈衝控制電路連接。
文檔編號H02M7/217GK102480238SQ20101055226
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月22日 優先權日2010年11月22日
發明者周佳妮 申請人:周佳妮