CN101229599A - 一种数字脉冲电源 - Google Patents

Abstract

数字脉冲电源，包括通讯模块，接收来自PC机的电参数信号，并对上述电参数信号编码，产生能够被下位的接收模块识别的至少一组控制信号码流；加工状态采集模块，对加工区进行加工状态采样，将采样值转换成用数字量表示的加工状态信号输出；运算控制模块，包括一个用于贮存多组脉冲发生控制信号的寄存器单元，该模块用于对来自通信模块的第一组控制信号码流和加工状态采集模块的加工状态信号进行运算和处理，根据处理结果，输出从寄存器单元中提取的相应的脉冲发生控制信号；和脉冲发生模块，用于接收来自运算控制模块的脉冲发生控制信号，生成电脉冲输出至加工区。本发明避免了原有检测方法中由于加工过程的随机性而引起的对当前加工状态的误判。

Description

一种数字脉冲电源

技术领域

本发明涉及一种电源，尤其是一种应用于电火花加工领域的数字脉冲电源。

背景技术

电火花加工是一种极为复杂的随机过程。多种因素综合影响、制约着整个放电加工过程的进行。间隙电压、放电电流、脉冲参数、工件厚度、深度、电蚀物的排除以及工具进给的速度等众多因素，都会使加工状态发生改变，使整个电火花放电加工过程在正常放电、拉弧、短路和空载4种基本状态的变化之中进行。就单个脉冲而言，也存在上述状态之间的转化。准确检测、识别放电状态加以处理，是保证电火花放电加工过程顺利进行的必要环节。

目前，国内生产的电加工机床，放电状态的检测主要采用间隙平均电压检测法，它是通过RC电阻电容的低通滤波作用得到间隙电压的平均值，这个平均电压值的高低大体反映间隙的放电状态，这种方法是模拟的检测方法，存在实时性、准确性、可靠性差等固有缺点。而且机床的脉冲电源对于加工状态的改变不能立即做出相应的调整，使得加工状态持续恶化，出现断丝，电极严重烧伤，短路电流过大导致工件报废等现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加工状态的监测实时性、准确性和可靠性好的、能够随加工状态的改变而调整的数字脉冲电源。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种数字脉冲电源，它包括通讯模块，接收来自PC机的电参数信号，并对上述电参数信号编码，产生能够被下位的接收模块识别的至少一组控制信号码流；加工状态采集模块，对加工区进行加工状态采样，将采样值转换成用数字量表示的加工状态信号输出；运算控制模块，它包括一个用于贮存多组脉冲发生控制信号的寄存器单元，运算控制模块的一个输入端与通信模块的输出端相连接，其另一个输入端与加工状态采集模块的输出端相连接，运算控制模块对来自通信模块的第一组控制信号码流和来自加工状态采集模块的加工状态信号进行运算和处理，根据处理结果，输出从寄存器单元中提取的相应的脉冲发生控制信号；和脉冲发生模块，脉冲发生模块的输入端与运算控制模块的输出端相连接，用于接收来自运算控制模块的脉冲发生控制信号，生成电脉冲输出至加工区。

加工状态采集模块包括一个电流判断模块，接收来自加工区的电流采样值，判断加工区是否具有加工电流，输出相应的数字量至运算控制模块。加工状态采集模块包括还一个电压比较模块，接收来自加工区的电压采样值和来自通讯模块的第二组控制信号码流，比较上述电压采样值和上述第二组控制信号码流，输出比较结果相对应的数字量至运算控制模块。

加工状态采集模块还包括一个前处理模块，用于处理采样自加工区的电压和电流值，将上述电压值转换成电压比较模块能够处理的电压采样值，将上述电流值转换成电流判断模块能够处理的电流采样值。

运算控制模块还包括状态判断模块，根据加工状态采集模块输入的加工状态信号，判断加工区的当前所在的加工状态，输出单位采样周期内每种加工状态的统计数量至中央处理单元。运算控制模块还包括一个中央处理单元，中央处理单元根据每种加工状态的统计数量值，计算每种加工状态的相对时间比率值。

通讯模块、加工状态采集模块、运算控制模块和脉冲发生模块至少集成在一片CPLD上。

由于上述技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有以下优点：

采用相对时间比率检测的方式，避免了原有检测方法中由于加工过程的随机性而引起的对当前加工状态的误判；

增加了经验型专家数据库，中央处理单元根据采样值分析当前的加工状态，根据分析结果从寄存器单元取出相应的处理结果。这样，减小了加工过程中对操作人员加工经验的要求；

根据当前状态的采样结果自动对加工波形进行实时控制，改善加工状态，形成加工状态的闭环控制，使得加工过程保持高效、稳定；

本发明所提供的脉冲电源具有对加工状态监测实时性、准确性和可靠性好的特点，并且能够随加工状态的改变而自动的调整加工波形；

本发明所涉及的数字脉冲电源集成在至少一片CPLD上，将CPLD自身的优点通过硬件编程语言与加工实际需求相结合，增加了加工状态的采集频率，同时也使该数字脉冲电源具有稳定性好、升级方便的优点。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

其中：1、PC机；2、通讯模块；3、加工状态采集模块；31、电流判断模块；32、电压比较模块；33、前处理模块；4、加工区；5、运算控制模块；51、寄存器单元；52、状态判断模块；53、中央处理单元；54、高频计数器；6、脉冲发生模块。

具体实施方式

如图1所示的数字脉冲电源，它包括通讯模块2，接收来自PC机1的电参数信号，并对上述电参数信号编码，产生能够被下位的接收模块识别的至少一组控制信号码流；

加工状态采集模块3，对加工区4进行加工状态采样，将采样值转换成用数字量表示的加工状态信号输出；

运算控制模块5，它包括一个用于贮存多组脉冲发生控制信号的寄存器单元51和一个中央处理单元53，运算控制模块5的一个输入端与通信模块2的输出端相连接，其另一个输入端与加工状态采集模块3的输出端相连接，运算控制模块3对来自通信模块2的第一组控制信号码流和来自加工状态采集模块3的加工状态信号进行运算和处理，根据处理结果，输出从寄存器单元51中提取的相应的脉冲发生控制信号；和

脉冲发生模块6，脉冲发生模块6的输入端与运算控制模块5的输出端相连接，用于接收来自运算控制模块5的脉冲发生控制信号，生成电脉冲输出至加工区4。

具体的：

加工状态采集模块3包括一个电流判断模块31，接收来自加工区4的电流采样值，判断加工区4是否具有加工电流，输出相应的数字量至运算控制模块5。加工状态采集模块3还包括一个电压比较模块32，接收来自加工区4的电压采样值和来自通讯模块2的第二组控制信号码流，比较上述电压采样值和上述第二组控制信号码流，输出比较结果相对应的数字量至运算控制模块5。

此外，加工状态采集模块3还包括一个前处理模块33，前处理模块33的输出端分别与电压比较模块32和电流判断模块31的输入端相连接，前处理模块33用于处理采样自加工区4的电压值转换成电压比较模块32能够处理的电压采样值，将采样自加工区4的电流值转换成电流判断模块31能够处理的电流采样值。

运算控制模块5还包括状态判断模块52，根据加工状态采集模块3输入的加工状态信号，判断加工区4的当前所在的加工状态，输出单位采样周期内每种加工状态的统计数量至中央处理单元53。状态判断模块52的输入端分别与电流判断模块31和电压比较模块32的输出端相连接。中央处理单元53根据每种加工状态的统计数量值，计算每种加工状态的相对时间比率值。其中，上述每种加工状态的统计数量值由设置在中央处理单元53中的多个高频计数器54实现，每个高频计数器54用于计算一个加工状态的统计数量值。具体的：

上述加工状态是指电火花加工过程中的开路状态、正常加工状态和短路状态，相对时间比率检测法即计算上述三种状态的相对时间比率值，这样，避免了由于发电过程的随机性而引起的对当前加工状态的误判。计算公式如下：

$\mathrm{Mop}=\frac{\mathrm{Top}}{\mathrm{Top}+\mathrm{Te}+\mathrm{Ts}}\×100\%;$

$\mathrm{Me}=\frac{\mathrm{Te}}{\mathrm{Top}+\mathrm{Te}+\mathrm{Ts}}\×100\%;$

$\mathrm{Ms}=\frac{\mathrm{Ts}}{\mathrm{Top}+\mathrm{Te}+\mathrm{Ts}}\×100\%;$

其中，Top为单个采样周期内的开路状态时间(包括放电延时时间)；Te为单个采样周期内的正常放电状态时间；Ts为当个采样周期内的短路状态时间。Mop、Me、Ms分别为开路比率、正常放电状态相对时间比率和短路比率。

状态判断模块52根据电流判断模块31和电压比较模块32的输出结果判断当前所处加工状态，并根据判断结果，增加相应的高频计数器54的计数值(Te、Top或者Ts)，中央处理单元53根据高频计数器54在一个单位采样周期内的各个计数值，计算Ms、Mop和Me数值。运算控制模块5根据Ms、Mop和Me值和来自通讯模块2的第一组控制信号码流从寄存器单元51提取相应的脉冲发生控制信号，输出改组脉冲发生控制信号至脉冲发生模块6，产生脉冲输出值加工区4。

上述的通讯模块2、加工状态采集模块3、运算控制模块5和脉冲发生模块6至少集成在一片CPLD上。

Claims (7)

1.一种数字脉冲电源，其特征在于：它包括

通讯模块(2)，接收来自PC机(1)的电参数信号，并对上述电参数信号编码，产生能够被下位的接收模块识别的至少一组控制信号码流；

加工状态采集模块(3)，对加工区(4)进行加工状态采样，将采样值转换成用数字量表示的加工状态信号输出；

运算控制模块(5)，它包括一个用于贮存多组脉冲发生控制信号的寄存器单元(51)，所述的运算控制模块(5)的一个输入端与所述的通信模块(2)的输出端相连接，其另一个输入端与所述的加工状态采集模块(3)的输出端相连接，所述的运算控制模块(5)对来自所述的通信模块(2)的第一组控制信号码流和来自所述的加工状态采集模块(3)的加工状态信号进行运算和处理，根据处理结果，输出从所述的寄存器单元(51)中提取的相应的脉冲发生控制信号；

脉冲发生模块(6)，所述的脉冲发生模块(6)的输入端与所述的运算控制模块(5)的输出端相连接，用于接收来自所述的运算控制模块(5)的脉冲发生控制信号，生成电脉冲输出至所述的加工区(4)。

2.根据权利要求1所述的数字脉冲电源，其特征在于：所述的加工状态采集模块(3)包括一个电流判断模块(31)，接收来自所述的加工区(4)的电流采样值，判断所述的加工区(4)是否具有加工电流，输出相应的数字量至所述的运算控制模块(5)。

3.根据权利要求1所述的数字脉冲电源，其特征在于：所述的加工状态采集模块(3)包括一个电压比较模块(32)，接收来自所述的加工区(4)的电压采样值和来自所述的通讯模块(2)的第二组控制信号码流，比较上述电压采样值和上述第二组控制信号码流，输出比较结果相对应的数字量至所述的运算控制模块(5)。

4.根据权利要求2和3所述的数字脉冲电源，其特征在于：所述的加工状态采集模块(3)包括一个前处理模块(33)，所述的前处理模块(33)的输出端分别与所述的电压比较模块(32)和所述的电流判断模块(31)的输入端相连接，所述的前处理模块(33)用于处理采样自所述的加工区(4)的电压值转换成所述的电压比较模块(32)能够处理的电压采样值，将采样自所述的加工区(4)的电流值转换成所述的电流判断模块(31)能够处理的电流采样值。

5.根据权利要求1所述的数字脉冲电源，其特征在于：所述的运算控制模块(5)还包括状态判断模块(52)，所述的状态判断模块(52)的输入端分别与所述的电流判断模块(31)和电压比较模块(32)的输出端相连接，用于判断所述的加工区(4)的当前所在的加工状态，输出单位采样周期内每种加工状态的统计数量至所述的中央处理单元(53)。

6.根据权利要求6所述的数字脉冲电源，其特征在于：所述的运算控制模块(5)还包括一个中央处理单元(53)，所述的中央处理单元(53)根据所述的每种加工状态的统计数量值，计算每种加工状态的相对时间比率值。

7.根据权利要求1所述的数字脉冲电源，其特征在于：所述的通讯模块(2)、所述的加工状态采集模块(3)、所述的运算控制模块(5)和所述的脉冲发生模块(6)至少集成在一片CPLD上。

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