數控電火花線切割加工等電流脈衝電源的製作方法

2023-06-22 19:27:56 1

專利名稱：數控電火花線切割加工等電流脈衝電源的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種適用於數控電火花線切割工具機用的節能型等電流脈衝電源 的無限流電阻電路設計。
背景技術：
在授權公告號CN1325215C中公開的"循環疊加斬波式節能電火花加工脈衝電 源"，該脈衝電源由主振電路、驅動電路、電流檢測電路、直流電源以及功率放大電 路組成。
現有的電火花線切割脈衝電源中大多設計有限流電阻，該限流電阻使得電源提供 的大部分能量以熱能形式消耗掉，導致能量利用率較低。另外，脈衝電源只能進行單 一的加工模式，較難同時滿足粗、精加工的要求。
由於電火花線切割工具機使用的工作液導電率高，使得脈衝電源很難實現等能量加 工，並且單脈寬放電凹坑不均勻，影響了工件加工效率和光潔度。傳統脈衝電源有限 流電阻的存在，間隙電流為矩形波，上升沿較陡，電極絲損耗大。 發明 內容
本實用新型的目的是提供一種數控電火花線切割加工等電流脈衝電源，該脈衝電 源無限流電阻，減小了電源發熱量，提高了電能的利用率。將擊穿周期內的非正常火 花放電狀態作為脈衝等待信號，使通道完全擊穿，實現等能量加工，提高加工效率。 可以實現低壓擊穿、中壓大電流火花放電加工模式，使放電通道小，工件蝕除量小， 加工效率高。具有粗、精加工模式切換功能，滿足不同的加工要求。且通過功率開關 管的周期性交替式導通，實現三角形電流波，上升沿緩，下降沿陡，電極絲損耗小。
本實用新型的數控電火花線切割加工等電流脈衝電源，由主振電路、驅動迴路、 檢測迴路、直流電源以及功率放大迴路組成，所述檢測迴路用於實時在線檢測間隙放 電狀態，並將擊穿時的空載信號作為主振迴路的延時信號，通過控制第一功率開關管 管l的開、斷時間，使大電流火花放電的加工電流脈寬相等。本實用新型等電流脈衝電源的優點在於(1)功率放大迴路中採用無電阻設計， 節約了大量電能量；(2)單直流電源可以在一個脈寬中實現低壓小電流擊穿，高壓 大電流加工，提高加工效率；(3)在檢測迴路與主振迴路的控制下實現了等能量和 等周期切換加工；等能量加工時，由於單個放電脈衝能量相同，放電蝕除的凹坑大小 一致，加工的光潔度高；(4)實現粗加工、精加工切換；粗加工時，需要大電流的 高效加工，此時，可實現電流上升沿緩，大峰值電流高平均電流，高效的穩定加工； 精加工時，使峰值電流平均電流較小，實現穩定加工；在大電流粗加工時，鉬絲損耗 小，因為第一電感M的存在使得大的峰值電流上升沿緩，下降沿陡。使鉬絲慢慢加 熱，快速冷卻，減小鉬絲損耗。

圖1是本實用新型加工等電流脈衝電源的結構框圖。
圖2是本實用新型加工等電流脈衝電源的電路原理圖。
圖3是本實用新型另一種等電流脈衝電源的電路原理圖。
圖4是放電間隙等能量波形圖。
圖5是三角形電流波形圖。
具體實施方式

下面將結合附圖對本實用新型做進一步的詳細說明。
本實用新型是一種適用於數控電火花線切割工具機的等電流脈衝電源，該脈衝電源由 主振電路、驅動迴路、檢測迴路、直流電源以及功率放大迴路組成(參見圖1所示)， 所述檢測迴路用於實時在線檢測間隙放電狀態，並將擊穿時的空載信號作為主振迴路的 延時信號，通過控制第一功率開關管1\的開、斷時間，使大電流火花放電的加工電流脈 寬相等，實現等能量加工；通鵬制交流接觸器KM的切換實^m、精加工。
在本實用新型中，功率放大迴路中的功率開關管選取1MBH60D功率管，直流 電源E輸出直流80V。參見圖2所示的功率放大迴路，該直流電源E的正極連接有 第二電感L2的l端、第二功率開關管T2的集電極、第四二極體D4的陰極，直流電 源E的負極連接有第二二極體D2的陽極、第三功率開關管T3的發射極；第三功率 開關管1的集電極與第四二極體D4的陽極連接；工件連接在第三功率開關管丁3的 集電極上；第二電感L2的1端與第五二極體D5的陰極連接，2端與第五二極體Ds
5的陽極連接，第二電感L2的2端與第一功率開關管^的集電極連接，第一功率開關 管T\的發射極與第一二極體Di的陽極連接，第一二極體D,的陰極與第一電感"的 1端連接，第一電感k的2端與交流接觸器KM的1端連接，交流接觸器KM的2 端、4端連接在電極絲上，且第一電感I^的1端與交流接觸器KM的3端連接；第 二功率開關管T2的發射極與第三二極體D3的陽極連接，第三二極體D3的陰極與第 二二極體D2的陰極連接，且第三二極體D3的陰極與第一電感k的1端連接。
在本實用新型中，參見圖3所示的另一種功率放大迴路，由於電感與電阻均能 實現分壓的作用，在擊穿控制電路中也可以採用電阻R替代第二電感L2 。該直流電 源E的正極連接有電阻R的1端、第二功率開關管T2的集電極、第四二極體D4的 陰極，直流電源E的負極連接有第二二極體D2的陽極、第三功率開關管T3的發射 極；第三功率開關管T3的集電極與第四二極體D4的陽極連接；工件連接在第三功率 開關管1的集電極上；電阻R的1端與第五二極體D5的陰極連接，電阻R的2端 與第一功率開關管1\的集電極連接，第一功率開關管1\的發射極與第一二極體Di 的陽極連接，第一二極體Di的陰極與第一電感L,的1端連接，第一電感k的2端 與交流接觸器KM的1端連接，交流接觸器KM的2端、4端連接在電極絲上，且 第一電感M的1端與交流接觸器KM的3端連接；第二功率開關管T2的發射極與 第三二極體D3的陽極連接，第三二極體D3的陰極與第二二極體D2的陰極連接，且 第三二極體D3的陰極與第一電感k的1端連接。
在本實用新型中，第二功率開關管T2 、第三功率開關管T3 、第二二極體D2 、第 三二極體D3 、第四二極體D4 、第一電感Li和交流接觸器KM構成橋式功率放大迴路。
在本實用新型中，第一功率開關管Tp第二電感L2、第五二極體Ds、第一二 極管Di構成擊穿控制電路(參見圖2所示)。第一功率開關管T。電阻R、第五二 極管Ds、第一二極體Di構成擊穿控制電路(參見圖3所示)。該擊穿控制電路可以 在線切割的放電加工中實現低壓擊穿、高壓火花放電功能，為後續火花放電提供較小 的放電通道，有效地提高了加工效率。
在本實用新型中，電極絲與工件組成放電間隙。當高頻電壓施加到放電間隙上， 實現火花放電加工。電火花線切割加工有三種基本的放電狀態，即空載、火花和短路 上。在本實用新型中，第一電感、與交流接觸器KM形成粗、精加工切換迴路。交流接觸器KM的1端與2端閉合、3端與4端斷開實現精加工，交流接觸器KM的 3端與4端閉合、1端與2端斷開實現粗加工。
採用本實用新型的等能量脈衝電源，其放電加工狀態下的工作流程為
(一) T\、 T3導通，T2截止
在第一功率開關管T\與第三功率開關管T3同時導通，第二功率開關管T2截止 時，直流電源E通過第二電感L2為間隙提供小電流(2A 8A)的擊穿電壓(35V~ 55V)，該擊穿電壓為後續的大電流火花放電提供擊穿通道。
(二) T2、 T3導通，1\截止
當第二功率開關管T2與第三功率開關管T3同時導通，第一功率開關管1\截止 時，直流電源E給間隙提供大電流(5A 150A)的加工電壓(60V 70V)，使間 隙發生火花放電加工。
參見圖4所示，在等能量加工狀態下將檢測迴路的空載信號作為主振迴路的延 時信號，則當第一功率開關管Tp第三功率開關管T3導通時進行小電流低壓擊穿， 在擊穿時間內，檢測迴路檢測到空載信號；該空載信號經主振迴路延時處理後，用於 控制功率放大迴路中的功率開關管的開、斷。在第一功率開關管1、第三功率開關 管T3持續導通，檢測迴路檢測到火花電壓時(圖中B點，B點為延時結束信號)，延 時截止，即第一功率開關管1\關斷，第二功率開關管TV第三功率開關管T3導通； 在第二功率開關管T2、第三功率開關管T3導通進行大電流火花放電，小電流擊穿使 得後續脈寬(B脈寬)內無空載出現，持續火花放電，由於後續脈寬不進行延時處理， 設定的第二功率開關管T2、第三功率開關管T3同時導通時間恆定，大電流火花放電 時間相等。即,(1=^，實現每次放電能量相等，放電凹坑均勻，加工光潔度高。^表 示前一波形的電流脈寬，Q後一波形的電流脈寬。
在粗、精加工模式切換
交換接觸器KM長閉，實現粗加工；KM長開，實現精加工。當交換接觸器KM 的1端、2端閉合，3端、4端關斷，進行粗加工模式，由於電感的電流不能突變的 特點，放電間隙的電流緩慢上升，抑制間隙電流峰值，有利於進行長脈寬大電流的粗 加工；當交流接觸器l端、2端關斷，3端、4端閉合，切換成精加工模式，由於此 脈衝電源無限流電阻，電流上升斜率大，可進行大電流窄脈寬的精加工，實現放電凹 坑小，加工表面光潔度高。等能量、等周期加工f莫式切換
當第一功率開關管Ti加工中一直斷開，實現等周期加工，當第一功率開關管Ti 加工中擊穿周期內導通，實現等能量加工。控制第二功率開關管A開斷，實現等能 量和等周期加工模式的切換，適應不同的加工要求，當大脈寬大電流粗加工時，切換 到等能量加工模式，提高加工效率；當進行窄脈寬小電流精加工時，進給不穩時，可 切換到等周期模式。
電極絲損耗小
第二功率開關管T2、第三功率開關管T3交替導通和關斷，實現三角波電流波形。 參見圖5，此電流波形上升沿緩，下降沿陡，可以減小電極絲損耗；通過使第一功率 開關管L、第三功率開關管T3先導通，第二功率開關管T2、第三功率開關管T3後 導通，周期結束同時關斷實現倒L形電流波形，先小電流預熱，後大電流加工，降低 電極絲損耗。
能量利用率高由於脈衝電源沒有限流電阻，電流提供的能量基本上都供給了放 電間隙，大大提高了能量利用率。
權利要求1、一種數控電火花線切割加工等電流脈衝電源，該脈衝電源由主振電路、驅動迴路、檢測迴路、直流電源以及功率放大迴路組成，其特徵在於所述檢測迴路用於實時在線檢測間隙放電狀態，並將擊穿時的空載信號作為主振迴路的延時信號，通過控制第一功率開關管(T1)的開、斷時間，使大電流火花放電的加工電流脈寬相等。
2、 根據權利要求1所述的等電流脈衝電源，其特徵在於該直流電源(E)詢正極 連接有第二電感(L2)的1端、第二功率開關管(T2)的集電極、第四二極體(D4) 的陰極，直流電源(E)的負極連接有第二二極體(D2)的陽極、第三功率開關 管(T3)的發射極；第三功率幵關管(T3)的集電極與第四二極體(D4)的陽極 連接；工件連接在第三功率開關管(T3)的集電極上；第二電感(L2)的1端與 第五二極體(D5)的陰極連接，2端與第五二極體(D5)的陽極連接，第二電感(L2)的2端與第一功率開關管(T\)的集電極連接，第一功率開關管(TO的 發射極與第一二極體(DJ的陽極連接，第一二極體(D。的陰極與第一電感(L。 的1端連接，第一電感(L》的2端與交流接觸器(KM)的l端連接，交流接 觸器(KM)的2端、4端連接在電極絲上，且第一電感(LJ的1端與交流接 觸器(KM)的3端連接；第二功率開關管(T2)的發射極與第三二極體(D3) 的陽極連接，第三二極體(D3)的陰極與第二二極體(D2)的陰極連接，且第三 二極體(D3)的陰極與第一電感(L》的1端連接。
3、 根據權利要求1所述的等電流脈衝電源，其特徵在於該直流電源(E)的正極 連接有電阻(R)的1端、第二功率開關管(T2)的集電極、第四二極體(D4) 的陰極，直流電源(E)的負極連接有第二二極體(D2)的陽極、第三功率開關 管(T3)的發射極；第三功率開關管(T3)的集電極與第四二極體(D4)的陽極 連接；工件連接在第三功率開關管(T3)的集電極上；電阻(R)的1端與第五 二極體(D5)的陰極連接，電阻(R)的2端與第一功率開關管(T\)的集電極 連接，第一功率開關管(T》的發射極與第一二極體(DJ的陽極連接，第一二 極管(Dj的陰極與第一電感(LJ的1端連接，第一電感(LJ的2端與交流 接觸器(KM)的1端連接，交流接觸器(KM)的2端、4端連接在電極絲上，且第一電感(L》的1端與交流接觸器(KM)的3端連接；第二功率開關管(T2) 的發射極與第三二極體(D3)的陽極連接，第三二極體(D3)的陰極與第二二極 管(D2)的陰極連接，且第三二極體(D3)的陰極與第一電感(L》的l端連接。
4、 根據權利要求2或3所述的等電流脈衝電源,其特徵在於:第二功率開關管(12)、 第三功率開關管(T3)、第二二極體(D2)、第三二極體(D3)、第四二極體(D4)、 第一電感(k)和交流接觸器(KM)構成橋式功率放大迴路。
5、 根據權利要求2所述的等電流脈衝電源，其特徵在於第一功率開關管(T\)、 第二電感(L2)、第五二極體(D5)、第一二極體(DJ構成擊穿控制電路。
6、 根據權利要求3所述的等電流脈衝電源，其特徵在於第一功率開關管(TJ、 電阻(R)、第五二極體(D5)、第一二極體(D》構成擊穿控制電路。
專利摘要本實用新型公開了一種數控電火花線切割加工等電流脈衝電源，該脈衝電源由主振電路、驅動迴路、檢測迴路、直流電源以及功率放大迴路組成，所述檢測迴路用於實時在線檢測間隙放電狀態，並將擊穿時的空載信號作為主振迴路的延時信號，通過控制第一功率開關管(T1)的開、斷時間，使大電流火花放電的加工電流脈寬相等，實現等能量加工；通過控制交流接觸器(KM)的切換實現粗、精加工。
文檔編號B23H7/00GK201235432SQ200820107228
公開日2009年5月13日 申請日期2008年4月8日 優先權日2008年4月8日
發明者華 劉, 詩 李, 李冬慶, 李朝將, 李立青, 白俊磊, 白基成, 郭永豐 申請人:哈爾濱工業大學;江蘇冬慶數控工具機有限公司