CN101318240A - 数控电火花线切割加工等能量脉冲电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控电火花线切割加工等能量脉冲电源，该脉冲电源由主振电路、驱动回路、检测回路、直流电源以及功率放大回路组成，所述检测回路用于实时在线检测间隙放电状态，并将击穿时的空载信号作为主振回路的延时信号，通过控制第一功率开关管(T₁)的开、断时间，使大电流火花放电的加工电流脉宽相等，实现等能量加工；通过控制交流接触器(KM)的切换实现粗、精加工。

Description

数控电火花线切割加工等能量脉冲电源

技术领域

本发明涉及一种适用于数控电火花线切割机床用的节能型等能量脉冲电源的无限流电阻电路设计。

背景技术

在授权公告号CN 1325215C中公开的“循环叠加斩波式节能电火花加工脉冲电源”，该脉冲电源由主振电路、驱动电路、电流检测电路、直流电源以及功率放大电路组成。

现有的电火花线切割脉冲电源中大多设计有限流电阻，该限流电阻使得电源提供的大部分能量以热能形式消耗掉，导致能量利用率较低。另外，脉冲电源只能进行单一的加工模式，较难同时满足粗、精加工的要求。

由于电火花线切割机床使用的工作液导电率

，使得脉冲电源很难实现等能量加工，并且单脉宽放电凹坑不均匀，影响了工件加工效率和光洁度。传统脉冲电源有限流电阻的存在，间隙电流为矩形波，上升沿较陡，电极丝损耗大。

发明内容

本发明的目的是提供一种数控电火花线切割加工等能量节能型脉冲电源，该脉冲电源无限流电阻，减小了电源发热量，提高了电能的利用率。将击穿周期内的非正常火花放电状态作为脉冲等待信号，使通道完全击穿，实现等能量加工，提高加工效率。可以实现低压击穿、中压大电流火花放电加工模式，使放电通道小，工件蚀除量小，加工效率高。具有粗、精加工模式切换功能，满足不同的加工要求。且通过功率开关管的周期性交替式导通，实现三角形电流波，上升沿缓，下降沿陡，电极丝损耗小。

本发明的数控电火花线切割加工等能量节能型脉冲电源，由主振电路、驱动回路、检测回路、直流电源以及功率放大回路组成，所述检测回路用于实时在线检测间隙放电状态，并将击穿时的空载信号作为主振回路的延时信号，通过控制第一功率开关管管T₁的开、断时间，使大电流火花放电的加工电流脉宽相等，实现等能量加工。

本发明等能量脉冲电源的优点在于：(1)功率放大回路中采用无电阻设计，节约了大量电能量；(2)单直流电源可以在一个脉宽中实现低压小电流击穿，高压大电流加工，提高加工效率；(3)在检测回路与主振回路的控制下实现了等能量和等周期切换加工；等能量加工时，由于单个放电脉冲能量相同，放电蚀除的凹坑大小一致，加工的光洁度高；(4)实现粗加工、精加工切换；粗加工时，需要大电流的高效加工，此时，可实现电流上升沿缓，大峰值电流高平均电流，高效的稳定加工；精加工时，使峰值电流平均电流较小，实现稳定加工；在大电流粗加工时，钼丝损耗小，因为第一电感L₁的存在使得大的峰值电流上升沿缓，下降沿陡。使钼丝慢慢加热，快速冷却，减小钼丝损耗。

附图说明

图1是本发明加工等能量电流脉冲电源的结构框图。

图2是本发明加工等能量电流脉冲电源的电路原理图。

图3是本发明另一种等能量电流脉冲电源的电路原理图。

图4是放电间隙等能量波形图。

图5是三角形电流波形图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

本发明是一种适用于数控电火花线切割机床的等能量脉冲电源，该脉冲电源由主振电路、驱动回路、检测回路、直流电源以及功率放大回路组成(参见图1所示)，所述检测回路用于实时在线检测间隙放电状态，并将击穿时的空载信号作为主振回路的延时信号，通过控制第一功率开关管T₁的开、断时间，使大电流火花放电的加工电流脉宽相等，实现等能量加工；通过控制交流接触器KM的切换实现粗、精加工。

在本发明中，功率放大回路中的功率开关管选取1MBH60D功率管，直流电源E输出直流80V。参见图2所示的功率放大回路，该直流电源E的正极连接有第二电感L₂的1端、第二功率开关管T₂的集电极、第四二极管D₄的阴极，直流电源E的负极连接有第二二极管D₂的阳极、第三功率开关管T₃的发射极；第三功率开关管T₃的集电极与第四二极管D₄的阳极连接；工件连接在第三功率开关管T₃的集电极上；第二电感L₂的1端与第五二极管D₅的阴极连接，2端与第五二极管D₅的阳极连接，第二电感L₂的2端与第一功率开关管T₁的集电极连接，第一功率开关管T₁的发射极与第一二极管D₁的阳极连接，第一二极管D₁的阴极与第一电感L₁的1端连接，第一电感L₁的2端与交流接触器KM的1端连接，交流接触器KM的2端、4端连接在电极丝上，且第一电感L₁的1端与交流接触器KM的3端连接；第二功率开关管T₂的发射极与第三二极管D₃的阳极连接，第三二极管D₃的阴极与第二二极管D₂的阴极连接，且第三二极管D₃的阴极与第一电感L₁的1端连接。

在本发明中，参见图3所示的另一种功率放大回路，由于电感与电阻均能实现分压的作用，在击穿控制电路中也可以采用电阻R替代第二电感L₂。该直流电源E的正极连接有电阻R的1端、第二功率开关管T₂的集电极、第四二极管D₄的阴极，直流电源E的负极连接有第二二极管D₂的阳极、第三功率开关管T₃的发射极；第三功率开关管T₃的集电极与第四二极管D₄的阳极连接；工件连接在第三功率开关管T₃的集电极上；电阻R的1端与第五二极管D₅的阴极连接，电阻R的2端与第一功率开关管T₁的集电极连接，第一功率开关管T₁的发射极与第一二极管D₁的阳极连接，第一二极管D₁的阴极与第一电感L₁的1端连接，第一电感L₁的2端与交流接触器KM的1端连接，交流接触器KM的2端、4端连接在电极丝上，且第一电感L₁的1端与交流接触器KM的3端连接；第二功率开关管T₂的发射极与第三二极管D₃的阳极连接，第三二极管D₃的阴极与第二二极管D₂的阴极连接，且第三二极管D₃的阴极与第一电感L₁的1端连接。

在本发明中，第二功率开关管T₂、第三功率开关管T₃、第二二极管D₂、第三二极管D₃、第四二极管D₄、第一电感L₁和交流接触器KM构成桥式功率放大回路。

在本发明中，第一功率开关管T₁、第二电感L₂、第五二极管D₅、第一二极管D₁构成击穿控制电路(参见图2所示)。第一功率开关管T₁、电阻R、第五二极管D₅、第一二极管D₁构成击穿控制电路(参见图3所示)。该击穿控制电路可以在线切割的放电加工中实现低压击穿、高压火花放电功能，为后续火花放电提供较小的放电通道，有效地提高了加工效率。

在本发明中，电极丝与工件组成放电间隙。当高频电压施加到放电间隙上，实现火花放电加工。电火花线切割加工有三种基本的放电状态，即空载、火花和短路上。在本发明中，第一电感L₁与交流接触器KM形成粗、精加工切换回路。交流接触器KM的1端与2端闭合、3端与4端断开实现精加工，交流接触器KM的3端与4端闭合、1端与2端断开实现粗加工。

采用本发明的等能量脉冲电源，其放电加工状态下的工作流程为：

(一)T₁、T₃导通，T₂截止

在第一功率开关管T₁与第三功率开关管T₃同时导通，第二功率开关管T₂截止时，直流电源E通过第二电感L₂为间隙提供小电流(2A～8A)的击穿电压(35V～55V)，该击穿电压为后续的大电流火花放电提供击穿通道。

(二)T₂、T₃导通，T₁截止

当第二功率开关管T₂与第三功率开关管T₃同时导通，第一功率开关管T₁截止时，直流电源E给间隙提供大电流(5A～150A)的加工电压(60V～70V)，使间隙发生火花放电加工。

参见图4所示，在等能量加工状态下将检测回路的空载信号作为主振回路的延时信号，则当第一功率开关管T₁、第三功率开关管T₃导通时进行小电流低压击穿，在击穿时间内，检测回路检测到空载信号；该空载信号经主振回路延时处理后，用于控制功率放大回路中的功率开关管的开、断。在第一功率开关管T₁、第三功率开关管T₃持续导通，检测回路检测到火花电压时(图中B点，B点为延时结束信号)，延时截止，即第一功率开关管T₁关断，第二功率开关管T₂、第三功率开关管T₃导通；在第二功率开关管T₂、第三功率开关管T₃导通进行大电流火花放电，小电流击穿使得后续脉宽(B脉宽)内无空载出现，持续火花放电，由于后续脉宽不进行延时处理，设定的第二功率开关管T₂、第三功率开关管T₃同时导通时间恒定，大电流火花放电时间相等。即t_i1＝t_i2，实现每次放电能量相等，放电凹坑均匀，加工光洁度高。t_i1表示前一波形的电流脉宽，t_i2后一波形的电流脉宽。

在粗、精加工模式切换：

交换接触器KM长闭，实现粗加工；KM长开，实现精加工。当交换接触器KM的1端、2端闭合，3端、4端关断，进行粗加工模式，由于电感的电流不能突变的特点，放电间隙的电流缓慢上升，抑制间隙电流峰值，有利于进行长脉宽大电流的粗加工；当交流接触器1端、2端关断，3端、4端闭合，切换成精加工模式，由于此脉冲电源无限流电阻，电流上升斜率大，可进行大电流窄脉宽的精加工，实现放电凹坑小，加工表面光洁度高。

等能量、等周期加工模式切换：

当第一功率开关管T₁加工中一直断开，实现等周期加工，当第一功率开关管T₁加工中击穿周期内导通，实现等能量加工。控制第二功率开关管T₂开断，实现等能量和等周期加工模式的切换，适应不同的加工要求，当大脉宽大电流粗加工时，切换到等能量加工模式，提高加工效率；当进行窄脉宽小电流精加工时，进给不稳时，可切换到等周期模式。

电极丝损耗小

第二功率开关管T₂、第三功率开关管T₃交替导通和关断，实现三角波电流波形。参见图5，此电流波形上升沿缓，下降沿陡，可以减小电极丝损耗；通过使第一功率开关管T₁、第三功率开关管T₃先导通，第二功率开关管T₂、第三功率开关管T₃后导通，周期结束同时关断实现倒L形电流波形，先小电流预热，后大电流加工，降低电极丝损耗。

能量利用率高：由于脉冲电源没有限流电阻，电流提供的能量基本上都供给了放电间隙，大大提高了能量利用率。

Claims (6)

1、一种数控电火花线切割加工等能量脉冲电源，该脉冲电源由主振电路、驱动回路、检测回路、直流电源以及功率放大回路组成，其特征在于：所述检测回路用于实时在线检测间隙放电状态，并将击穿时的空载信号作为主振回路的延时信号，通过控制第一功率开关管管(T₁)的开、断时间，使大电流火花放电的加工电流脉宽相等，实现等能量加工。

2、根据权利要求1所述的等能量脉冲电源，其特征在于：该直流电源(E)的正极连接有第二电感(L₂)的1端、第二功率开关管(T₂)的集电极、第四二极管(D₄)的阴极，直流电源(E)的负极连接有第二二极管(D₂)的阳极、第三功率开关管(T₃)的发射极；第三功率开关管(T₃)的集电极与第四二极管(D₄)的阳极连接；工件连接在第三功率开关管(T₃)的集电极上；第二电感(L₂)的1端与第五二极管(D₅)的阴极连接，2端与第五二极管(D₅)的阳极连接，第二电感(L₂)的2端与第一功率开关管(T₁)的集电极连接，第一功率开关管(T₁)的发射极与第一二极管(D₁)的阳极连接，第一二极管(D₁)的阴极与第一电感(L₁)的1端连接，第一电感(L₁)的2端与交流接触器(KM)的1端连接，交流接触器(KM)的2端、4端连接在电极丝上，且第一电感(L₁)的1端与交流接触器(KM)的3端连接；第二功率开关管(T₂)的发射极与第三二极管(D₃)的阳极连接，第三二极管(D₃)的阴极与第二二极管(D₂)的阴极连接，且第三二极管(D₃)的阴极与第一电感(L₁)的1端连接。

3、根据权利要求1所述的等能量脉冲电源，其特征在于：该直流电源(E)的正极连接有电阻(R)的1端、第二功率开关管(T₂)的集电极、第四二极管(D₄)的阴极，直流电源(E)的负极连接有第二二极管(D₂)的阳极、第三功率开关管(T₃)的发射极；第三功率开关管(T₃)的集电极与第四二极管(D₄)的阳极连接；工件连接在第三功率开关管(T₃)的集电极上；电阻(R)的1端与第五二极管(D₅)的阴极连接，电阻(R)的2端与第一功率开关管(T₁)的集电极连接，第一功率开关管(T₁)的发射极与第一二极管(D₁)的阳极连接，第一二极管(D₁)的阴极与第一电感(L₁)的1端连接，第一电感(L₁)的2端与交流接触器(KM)的1端连接，交流接触器(KM)的2端、4端连接在电极丝上，且第一电感(L₁)的1端与交流接触器(KM)的3端连接；第二功率开关管(T₂)的发射极与第三二极管(D₃)的阳极连接，第三二极管(D₃)的阴极与第二二极管(D₂)的阴极连接，且第三二极管(D₃)的阴极与第一电感(L₁)的1端连接。

4、根据权利要求2或3所述的等能量脉冲电源，其特征在于：第二功率开关管(T₂)、第三功率开关管(T₃)、第二二极管(D₂)、第三二极管(D₃)、第四二极管(D₄)、第一电感(L₁)和交流接触器(KM)构成桥式功率放大回路。

5、根据权利要求2所述的等能量脉冲电源，其特征在于：第一功率开关管(T₁)、第二电感(L₂)、第五二极管(D₅)、第一二极管(D₁)构成击穿控制电路。

6、根据权利要求3所述的等能量脉冲电源，其特征在于：第一功率开关管(T₁)、电阻(R)、第五二极管(D₅)、第一二极管(D₁)构成击穿控制电路。

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