CN103658891A - 数控电火花线切割机床在放电过程中的长短路抑制装置 - Google Patents
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Abstract
数控电火花线切割机床在放电过程中的长短路抑制装置，它涉及的是数控电火花线切割机床在放电过程中的长短路抑制的技术领域。它是为了解决目前数控电火花线切割机床在放电过程中出现长短路时，导致线切割加工效率降低，加工表面质量下降问题。它的分压/比较电路的电压检测输入端分别与放电间隙两极连接，分压/比较电路的信号输出端通过放电状态辨别电路、长短路辨别电路、长短路处理电路控制脉冲电源主振电路输出脉间，截断放电间隙之间的能量。本发明能对数控电火花线切割机床在放电间隙两极之间的放电状态在线实时检测，辨别放电间隙是否处于长短路状态，然后通过数据处理，解决等能量脉冲电源在长短路状态后难以提高峰值电流的问题。
Description
技术领域
本发明涉及数控电火花线切割机床在放电过程中的长短路抑制的技术领域。
背景技术
数控电火花线切割加工一般采用小直径的钼丝或黄铜丝作为电极丝，电极丝能够承载的电流有限，如果长时间短路，很容易发生烧丝现象，影响加工的效率和成本。现有的数控电火花线切割机床在检测到放电两极出现短路状态后，一般会等待一段较短的时间，然后控制机床进行“回退”来消除短路状态。当放电状态检测装置检测不到放电两极短路状态时，再根据放电两极之间的放电状态正常进给。因此，数控电火花线切割机床在放电过程中出现长短路时，会使机床出现一进一退的现象，从而导致线切割加工效率降低，加工表面质量下降。另外，数控电火花线切割机床采用等能量脉冲电源进行加工，出现长短路现象时，脉冲电源的峰值电流难以提高，会出现线切割机床的加工效率降低的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前数控电火花线切割机床在放电过程中出现长短路时，会使机床出现一进一退以及采用等能量脉冲电源进行加工时脉冲电源的峰值电流难以提高等现象，从而导致线切割加工效率降低，加工表面质量下降问题，而提供一种数控电火花线切割机床在放电过程中的长短路抑制装置。
所述的目的是通过以下方案实现的：所述的一种数控电火花线切割机床在放电过程中的长短路抑制装置，是由分压/比较电路、放电状态辨别电路、长短路辨别电路、长短路处理电路、脉冲电源组成；
分压/比较电路的电压检测输入端分别与放电间隙两极连接，分压/比较电路的信号输出端与放电状态辨别电路的信号输入端连接，放电状态辨别电路的信号输出端与长短路辨别电路的信号输入端连接，长短路辨别电路的信号输出端与长短路处理电路的信号输入端连接，长短路处理电路的控制信号输出端控制脉冲电源的主振电路发送给放电间隙一个脉间信号，截断驱动系统给放电间隙的脉冲能量；
所述分压/比较电路由二极管D1、二极管D2、电感L1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、可调电阻R15、可调电阻R16、电阻R17、电容C1、电容C2、电容C3、比较器U1、比较器U2、光耦U3、光耦U4、反相器U5、反相器U6组成；二极管D1的阳极接与工件连接，二极管D1的阴极接电阻R1的一端，电阻R1的另一端与电阻R2的一端和二极管D2的阴极相连接，二极管D2的阳极与电阻R3的一端、电阻R4的一端、电感L1的一端和电容C1的一端相连接，电阻R3的另一端接电源+12v，电阻R4的另一端与电感L1的另一端、电阻R5的一端和电容C2的一端相连接，电阻R5的另一端与电阻R7的一端、电阻R10的一端和电容C3的一端相连接，电阻R2的另一端、电容C1的另一端、电容C2的另一端和电容C3的另一端接模拟地并接电极丝，电阻R7的另一端接比较器U1的反向输入端，比较器U1的正向输入端通过电阻R8与电阻R6的一端和可调电阻R15的活动端相连接，可调电阻R15的固定端接模拟地，电阻R6的另一端接电源+12v，比较器U1的输出端与光耦U3的脚3连接，光耦U3的脚2通过电阻R12与电源+12v连接，光耦U3的脚8和电阻R14的一端与电源+12v连接，电阻R14的另一端与光耦U3的脚6和反相器U5的输入端连接，光耦U3的脚8接数字地，电阻R10的另一端接比较器U2的反向输入端，比较器U2的正向输入端通过电阻R9与电阻R17的一端和可调电阻R16的活动端相连接，可调电阻R16的固定端接电源+12v，电阻R17的另一端接模拟地，比较器U2的输出端与光耦U4的脚3连接，光耦U4的脚2通过电阻R11与电源+12v连接，光耦U4的脚8和电阻R13的一端与电源+12v连接，电阻R13的另一端与光耦U4的脚6和反相器U6的输入端连接，光耦U4的脚8接数字地，光耦U3的脚7与光耦U4的脚7连接，并接收来自外部的外部采样信号，此外部采样信号为一种脉冲发生器产生的矩形脉冲信号，脉宽一般在5微秒至50微秒之间，脉间为脉宽的3到5倍；放电状态辨别电路为核心集成电路为译码器U7；长短路辨别电路由反相器U8、反相器U9、寄存器U10、译码器U11、译码器U12、反相器U13、反相器U14、与门U15、与门U16、与非门U17、电容C4、电容C5、电容C6组成；反相器U8的输入端接与门U15的一个输入端和与门U16的一个输入端连接，并接收来自外部的外部采样信号，此外部采样信号为一种脉冲发生器产生的矩形脉冲信号，脉宽一般在5微秒至50微秒之间，脉间为脉宽的3到5倍；；反相器U8的输出端连接寄存器U10的脚9，反相器U9的输出端连接寄存器U10的脚1，寄存器U10的脚14接电容C4的一端并接电源VCC，寄存器U10的脚7接电容C4的另一端并接数字地，寄存器U10的脚3、脚4、脚5、脚6分别接译码器U11的脚1、脚2、脚3、脚6，寄存器U10的脚10、脚11、脚12、脚13分别接译码器U12的脚1、脚2、脚3、脚6，译码器U11的脚4、脚5都接数字地，译码器U11的脚1接电容C5的一端并接电源VCC，译码器U11的脚8接电容C5的另一端并接数字地，译码器U12的脚4接数字地，译码器U12的脚1接电容C6的一端并接电源VCC，译码器U12的脚8接电容C6的另一端并接数字地，译码器U12的脚5与译码器U11的脚7和反相器U13的输入端连接，译码器U12的脚7连接反相器U14的输入端，反相器U13的输出端连接与门U15的另一个输入端，反相器U14的输出端连接与门U16的另一个输入端，与门U15的输出端连接与非门U17的一个输入端，与门U16的输出端连接与非门U17的另一个输入端；长短路处理电路由计数器U18、计数器U19、译码器U20、反相器U21、与非门U22、与门U23、D触发器U24、与非门U25、电容C7组成；计数器U18的脚1接与门U23的一个输入端，计数器U18的脚2与计数器U19的脚12和D触发器U24的脚6连接，计数器U18的脚2、脚3、脚4分别与译码器U20的脚1、脚2、脚3连接，计数器U18的脚6与译码器U20的脚6和计数器U19的脚13连接，计数器U19的脚11与译码器U20的脚4、脚5连接，寄存器U20的脚16接电容C7的一端并接电源VCC, 寄存器U20的脚8接电容C7的另一端并接数字地，寄存器U20的脚11接反相器U21的输入端，反相器U21的输出端接与非门U22的一个输入端，与非门U22的另一个输入端连接与非门U25的一个输入端，与非门U22的输出端连接D触发器U24的脚2，与门U23的输出端连接D触发器U24的脚3，与门U23的另一个输入端与D触发器U24的脚5和与非门U25的另一个输入端连接；光耦U3的脚7与译码器U7的脚1、反相器U8的输入端和与非门U25的一个输入端连接，反相器U5的输出端与译码器U7的脚3连接，反相器U6的输出端与译码器U7的脚2连接，译码器U7的脚4与反相器U9输入端连接，寄存器U10的脚8连接计数器U18的脚1，并接收来自外部的外部处理信号，此外部处理信号为一种脉冲发生器产生的矩形脉冲信号，脉宽为外部采样信号脉宽的1/32到1/8之间，脉间与脉宽相同；与非门U17的输出端连接D触发器U24的脚4，与非门U25的输出端控制脉冲电源的主振电路发送给放电间隙一个脉间信号，截断驱动系统给放电间隙的脉冲能量。
所述脉冲电源5采用哈工大自主研制的数控电火花线切割加工等能量脉冲电源，该脉冲电源的发明专利号为200810088926.5。
本发明能对数控电火花线切割机床在放电间隙两极之间的放电状态在线实时检测，辨别放电间隙是否处于长短路状态，然后通过数据处理，在长短路状态时给放电间隙一个脉间，不给间隙施加脉冲能量，同时利用电极丝运动加长短路调制过程中的小脉间来影响加工间隙状态，去除短路状态，提高放电过程中的能量利用率以及加工的表面质量，解决等能量脉冲电源在长短路状态后难以提高峰值电流的问题。
附图说明
图1是本发明的整体电路框图；
图2是图1中分压/比较电路1的电路原理图；
图3是图1中放电状态辨别电路2的电路原理图；
图4是图1中长短路辨别电路3的电路原理图；
图5是图1中长短路处理电路4的电路原理图；
图6是本发明长短路辨别、处理时序图；
图7是本发明长短路处理波形示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1、图2、图3、图4、图5所示，它是由分压/比较电路1、放电状态辨别电路2、长短路辨别电路3、长短路处理电路4、脉冲电源5组成；
分压/比较电路1的电压检测输入端分别与放电间隙两极连接，分压/比较电路1的信号输出端与放电状态辨别电路2的信号输入端连接，放电状态辨别电路2的信号输出端与长短路辨别电路3的信号输入端连接，长短路辨别电路3的信号输出端与长短路处理电路4的信号输入端连接，长短路处理电路4的控制信号输出端控制脉冲电源5的主振电路发送给放电间隙一个脉间信号，截断驱动系统给放电间隙的脉冲能量；所述分压/比较电路1由二极管D1、二极管D2、电感L1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、可调电阻R15、可调电阻R16、电阻R17、电容C1、电容C2、电容C3、比较器U1、比较器U2、光耦U3、光耦U4、反相器U5、反相器U6组成；二极管D1的阳极接与工件连接，二极管D1的阴极接电阻R1的一端，电阻R1的另一端与电阻R2的一端和二极管D2的阴极相连接，二极管D2的阳极与电阻R3的一端、电阻R4的一端、电感L1的一端和电容C1的一端相连接，电阻R3的另一端接电源+12v，电阻R4的另一端与电感L1的另一端、电阻R5的一端和电容C2的一端相连接，电阻R5的另一端与电阻R7的一端、电阻R10的一端和电容C3的一端相连接，电阻R2的另一端、电容C1的另一端、电容C2的另一端和电容C3的另一端接模拟地并接电极丝，电阻R7的另一端接比较器U1的反向输入端，比较器U1的正向输入端通过电阻R8与电阻R6的一端和可调电阻R15的活动端相连接，可调电阻R15的固定端接模拟地，电阻R6的另一端接电源+12v，比较器U1的输出端与光耦U3的脚3连接，光耦U3的脚2通过电阻R12与电源+12v连接，光耦U3的脚8和电阻R14的一端与电源+12v连接，电阻R14的另一端与光耦U3的脚6和反相器U5的输入端连接，光耦U3的脚8接数字地，电阻R10的另一端接比较器U2的反向输入端，比较器U2的正向输入端通过电阻R9与电阻R17的一端和可调电阻R16的活动端相连接，可调电阻R16的固定端接电源+12v，电阻R17的另一端接模拟地，比较器U2的输出端与光耦U4的脚3连接，光耦U4的脚2通过电阻R11与电源+12v连接，光耦U4的脚8和电阻R13的一端与电源+12v连接，电阻R13的另一端与光耦U4的脚6和反相器U6的输入端连接，光耦U4的脚8接数字地，光耦U3的脚7与光耦U4的脚7连接，并接收来自外部的外部采样信号，此外部采样信号为一种脉冲发生器产生的矩形脉冲信号，脉宽一般在5微秒至50微秒之间，脉间为脉宽的3到5倍；放电状态辨别电路2为核心集成电路为译码器U7；长短路辨别电路3由反相器U8、反相器U9、寄存器U10、译码器U11、译码器U12、反相器U13、反相器U14、与门U15、与门U16、与非门U17、电容C4、电容C5、电容C6组成；反相器U8的输入端接与门U15的一个输入端和与门U16的一个输入端连接，并接收来自外部的外部采样信号，此外部采样信号为一种脉冲发生器产生的矩形脉冲信号，脉宽一般在5微秒至50微秒之间，脉间为脉宽的3到5倍；；反相器U8的输出端连接寄存器U10的脚9，反相器U9的输出端连接寄存器U10的脚1，寄存器U10的脚14接电容C4的一端并接电源VCC，寄存器U10的脚7接电容C4的另一端并接数字地，寄存器U10的脚3、脚4、脚5、脚6分别接译码器U11的脚1、脚2、脚3、脚6，寄存器U10的脚10、脚11、脚12、脚13分别接译码器U12的脚1、脚2、脚3、脚6，译码器U11的脚4、脚5都接数字地，译码器U11的脚1接电容C5的一端并接电源VCC，译码器U11的脚8接电容C5的另一端并接数字地，译码器U12的脚4接数字地，译码器U12的脚1接电容C6的一端并接电源VCC，译码器U12的脚8接电容C6的另一端并接数字地，译码器U12的脚5与译码器U11的脚7和反相器U13的输入端连接，译码器U12的脚7连接反相器U14的输入端，反相器U13的输出端连接与门U15的另一个输入端，反相器U14的输出端连接与门U16的另一个输入端，与门U15的输出端连接与非门U17的一个输入端，与门U16的输出端连接与非门U17的另一个输入端；长短路处理电路4由计数器U18、计数器U19、译码器U20、反相器U21、与非门U22、与门U23、D触发器U24、与非门U25、电容C7组成；计数器U18的脚1接与门U23的一个输入端，计数器U18的脚2与计数器U19的脚12和D触发器U24的脚6连接，计数器U18的脚2、脚3、脚4分别与译码器U20的脚1、脚2、脚3连接，计数器U18的脚6与译码器U20的脚6和计数器U19的脚13连接，计数器U19的脚11与译码器U20的脚4、脚5连接，寄存器U20的脚16接电容C7的一端并接电源VCC, 寄存器U20的脚8接电容C7的另一端并接数字地，寄存器U20的脚11接反相器U21的输入端，反相器U21的输出端接与非门U22的一个输入端，与非门U22的另一个输入端连接与非门U25的一个输入端，与非门U22的输出端连接D触发器U24的脚2，与门U23的输出端连接D触发器U24的脚3，与门U23的另一个输入端与D触发器U24的脚5和与非门U25的另一个输入端连接；光耦U3的脚7与译码器U7的脚1、反相器U8的输入端和与非门U25的一个输入端连接，反相器U5的输出端与译码器U7的脚3连接，反相器U6的输出端与译码器U7的脚2连接，译码器U7的脚4与反相器U9输入端连接，寄存器U10的脚8连接计数器U18的脚1，并接收来自外部的外部处理信号，此外部处理信号为一种脉冲发生器产生的矩形脉冲信号，脉宽为外部采样信号脉宽的1/32到1/8之间，脉间与脉宽相同；与非门U17的输出端连接D触发器U24的脚4，与非门U25的输出端控制脉冲电源5的主振电路发送给放电间隙一个脉间信号，截断驱动系统给放电间隙的脉冲能量。
所述比较器U1和比较器U2的型号为LM339，光耦U3和光耦U4的型号为6N137，反相器U5和反相器U6的型号为74VHC14，译码器U7的型号为MC74HC139AD，反相器U8和反相器U9的型号为74VHC14，寄存器U10的型号为74VHC164F，译码器U11和译码器U12的型号为74VHC138F，反相器U13和反相器U14的型号为74VHC14，与门U15和与门U16的型号为74HC08D，与非门U17的型号为SN74VHC00，计数器U18和计数器U19的型号为74VHC393，译码器U20的型号为74VHC138F，反相器U21的型号为74VHC14，与非门U22和与非门U25的型号为SN74VHC00，与门U23的型号为74HC08D，D触发器U24的型号为74VHC74。所述脉冲电源5采用哈工大自主研制的数控电火花线切割加工等能量脉冲电源，该脉冲电源的发明专利号为200810088926.5。
工作原理：在线实时检测放电间隙两极之间的电压信号，通过滤分压/比较电路1、放电状态辨别电路2、长短路辨别电路3、长短路处理电路4进行处理，判断放电间隙的放电状态，然后在得到的放电状态信号中辨别放电间隙是否处于长短路状态，一旦放电间隙的短路时间大于设定的长短路时间阀值，长短路处理电路4将根据设定的长短路抑制信号反馈至脉冲电源5的主振电路，通过控制主振电路发送一个长短路调制信号给脉冲电源5的驱动系统，发送给放电间隙一个脉间，截断驱动系统给放电间隙的脉冲能量，同时利用电极丝运动加长短路调制调制过程中的小脉间来影响加工间隙状态，去除短路状态。如果短路比较严重，发生的短路时间较长，放电加工通过短路调制不能去除短路状态，再通过上位机的数控系统进行回退切割，可以减少机床的回退次数，且能快速消除短路状态。
Claims (1)
1.数控电火花线切割机床在放电过程中的长短路抑制装置，其特征在于它是由分压/比较电路（1）、放电状态辨别电路（2）、长短路辨别电路（3）、长短路处理电路（4）、脉冲电源（5）组成；
分压/比较电路（1）的电压检测输入端分别与放电间隙两极连接，分压/比较电路（1）的信号输出端与放电状态辨别电路（2）的信号输入端连接，放电状态辨别电路（2）的信号输出端与长短路辨别电路（3）的信号输入端连接，长短路辨别电路（3）的信号输出端与长短路处理电路（4）的信号输入端连接，长短路处理电路（4）的控制信号输出端控制脉冲电源（5）的主振电路发送给放电间隙一个脉间信号，截断驱动系统给放电间隙的脉冲能量；所述分压/比较电路（1）由二极管D1、二极管D2、电感L1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、可调电阻R15、可调电阻R16、电阻R17、电容C1、电容C2、电容C3、比较器U1、比较器U2、光耦U3、光耦U4、反相器U5、反相器U6组成；二极管D1的阳极接与工件连接，二极管D1的阴极接电阻R1的一端，电阻R1的另一端与电阻R2的一端和二极管D2的阴极相连接，二极管D2的阳极与电阻R3的一端、电阻R4的一端、电感L1的一端和电容C1的一端相连接，电阻R3的另一端接电源+12v，电阻R4的另一端与电感L1的另一端、电阻R5的一端和电容C2的一端相连接，电阻R5的另一端与电阻R7的一端、电阻R10的一端和电容C3的一端相连接，电阻R2的另一端、电容C1的另一端、电容C2的另一端和电容C3的另一端接模拟地并接电极丝，电阻R7的另一端接比较器U1的反向输入端，比较器U1的正向输入端通过电阻R8与电阻R6的一端和可调电阻R15的活动端相连接，可调电阻R15的固定端接模拟地，电阻R6的另一端接电源+12v，比较器U1的输出端与光耦U3的脚3连接，光耦U3的脚2通过电阻R12与电源+12v连接，光耦U3的脚8和电阻R14的一端与电源+12v连接，电阻R14的另一端与光耦U3的脚6和反相器U5的输入端连接，光耦U3的脚8接数字地，电阻R10的另一端接比较器U2的反向输入端，比较器U2的正向输入端通过电阻R9与电阻R17的一端和可调电阻R16的活动端相连接，可调电阻R16的固定端接电源+12v，电阻R17的另一端接模拟地，比较器U2的输出端与光耦U4的脚3连接，光耦U4的脚2通过电阻R11与电源+12v连接，光耦U4的脚8和电阻R13的一端与电源+12v连接，电阻R13的另一端与光耦U4的脚6和反相器U6的输入端连接，光耦U4的脚8接数字地，光耦U3的脚7与光耦U4的脚7连接，并接收来自外部的外部采样信号，此外部采样信号为一种脉冲发生器产生的矩形脉冲信号，脉宽一般在5微秒至50微秒之间，脉间为脉宽的3到5倍；放电状态辨别电路（2）为核心集成电路为译码器U7；长短路辨别电路（3）由反相器U8、反相器U9、寄存器U10、译码器U11、译码器U12、反相器U13、反相器U14、与门U15、与门U16、与非门U17、电容C4、电容C5、电容C6组成；反相器U8的输入端接与门U15的一个输入端和与门U16的一个输入端连接，并接收来自外部的外部采样信号，此外部采样信号为一种脉冲发生器产生的矩形脉冲信号，脉宽一般在5微秒至50微秒之间，脉间为脉宽的3到5倍；；反相器U8的输出端连接寄存器U10的脚9，反相器U9的输出端连接寄存器U10的脚1，寄存器U10的脚14接电容C4的一端并接电源VCC，寄存器U10的脚7接电容C4的另一端并接数字地，寄存器U10的脚3、脚4、脚5、脚6分别接译码器U11的脚1、脚2、脚3、脚6，寄存器U10的脚10、脚11、脚12、脚13分别接译码器U12的脚1、脚2、脚3、脚6，译码器U11的脚4、脚5都接数字地，译码器U11的脚1接电容C5的一端并接电源VCC，译码器U11的脚8接电容C5的另一端并接数字地，译码器U12的脚4接数字地，译码器U12的脚1接电容C6的一端并接电源VCC，译码器U12的脚8接电容C6的另一端并接数字地，译码器U12的脚5与译码器U11的脚7和反相器U13的输入端连接，译码器U12的脚7连接反相器U14的输入端，反相器U13的输出端连接与门U15的另一个输入端，反相器U14的输出端连接与门U16的另一个输入端，与门U15的输出端连接与非门U17的一个输入端，与门U16的输出端连接与非门U17的另一个输入端；长短路处理电路（4）由计数器U18、计数器U19、译码器U20、反相器U21、与非门U22、与门U23、D触发器U24、与非门U25、电容C7组成；计数器U18的脚1接与门U23的一个输入端，计数器U18的脚2与计数器U19的脚12和D触发器U24的脚6连接，计数器U18的脚2、脚3、脚4分别与译码器U20的脚1、脚2、脚3连接，计数器U18的脚6与译码器U20的脚6和计数器U19的脚13连接，计数器U19的脚11与译码器U20的脚4、脚5连接，寄存器U20的脚16接电容C7的一端并接电源VCC, 寄存器U20的脚8接电容C7的另一端并接数字地，寄存器U20的脚11接反相器U21的输入端，反相器U21的输出端接与非门U22的一个输入端，与非门U22的另一个输入端连接与非门U25的一个输入端，与非门U22的输出端连接D触发器U24的脚2，与门U23的输出端连接D触发器U24的脚3，与门U23的另一个输入端与D触发器U24的脚5和与非门U25的另一个输入端连接；光耦U3的脚7与译码器U7的脚1、反相器U8的输入端和与非门U25的一个输入端连接，反相器U5的输出端与译码器U7的脚3连接，反相器U6的输出端与译码器U7的脚2连接，译码器U7的脚4与反相器U9输入端连接，寄存器U10的脚8连接计数器U18的脚1，并接收来自外部的外部处理信号，此外部处理信号为一种脉冲发生器产生的矩形脉冲信号，脉宽为外部采样信号脉宽的1/32到1/8之间，脉间与脉宽相同；与非门U17的输出端连接D触发器U24的脚4，与非门U25的输出端控制脉冲电源（5）的主振电路发送给放电间隙一个脉间信号，截断驱动系统给放电间隙的脉冲能量。
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