CN106563857A - 一种电火花加工机床用脉冲电源 - Google Patents
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Abstract
一种电火花加工机床用脉冲电源，其包括脉冲信号形成电路、对脉冲信号进行功率放大的功率放大器以及检测功率放大器输出电流的电流检测电路，脉冲信号形成电路包括单片机IC1、D/A转换器，单片机与D/A转换器的输入端口连接，D/A转换器的输出端与功率放大器的输入端连接，功率放大器的输出回路中接有作为负载的电极DJ和工件GJ；通过单片机来自动控制放电脉冲的电压值，使脉冲电源输出放电脉冲电压与切割速度相匹配，保持火花放电正常，提高了加工效率和加工质量，同时摆脱了依靠人工来调节切割速度的不便；电流检测电路在低电压的检测脉冲出现期间检测短路电流，可防止电极丝损伤，当工件离开电极时可防止出现拉弧，避免工件光洁度降低。
Description
技术领域
本发明涉及一种脉冲电源，其用于电火花加工机床作为放电电源。
背景技术
用于电火花机床如线切割机床、打孔机床的脉冲电源其输出电压都是预先设定好的，在电火花加工过程中无自动调压功能，拖板的进给速度即工件的进给速度要与脉冲电源的电压匹配，如果进给速度过快会使工件与电极接触形成短路，如果的进给速度过慢会使工件与电极之间形成开路，这两种现象都会影响加工效率和加工质量；为使电极和工件间维持合理的间隙，以产生火花放电，这需要操作者根据加工情况反复调整进给参数，这给操作带来极大的不便。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种电火花加工机床用脉冲电源，在一定的进给速度范围内，该脉冲电源能自动调节放电脉冲的电压，以保证电火花的形成。
本发明的技术方案是，一种电火花加工机床用脉冲电源，其包括脉冲信号形成电路、对脉冲信号进行功率放大的功率放大器以及检测功率放大器输出电流的电流检测电路，其特征是，所述的脉冲信号形成电路包括单片机IC1、D/A转换器，单片机IC1的P1口与D/A转换器的输入端口连接，D/A转换器的输出端与功率放大器的输入端连接，功率放大器的输出回路中接有作为负载的电极DJ和工件GJ；所述的电流检测电路包括电流传感器器DL、电压比较器A2，电流传感器器DL检测功率放大器输出回路的电流，电压比较器A2将电流传感器器DL输出的电流信号与一基准信号进行比较，电压比较器的输出端与单片机IC1的引脚P3.2连接，所述单片机IC1的型号为AT89C51，在单片机IC1内部程序的控制下，功率放大器能交替输出低电压的检测脉冲和高电压的放电脉冲或连续输出检测脉冲，在检测脉冲出现期间检测短路电流，在放电脉冲出现期间检测开路电流，放电脉冲的电压值能根据电流信号自动调节，单片机IC1通过其串行口即引脚P3.0、P3.1与电火花线切割机床的主机通信传递检测的电流信息。
本脉冲电源，通过单片机来自动控制放电脉冲的电压值，使脉冲电源输出放电脉冲电压与切割速度相匹配，降低短路和开路出现的次数，保持火花放电正常，提高了加工效率和加工质量，同时摆脱了依靠人工来调节切割速度的不便；在低电压的检测脉冲出现期间检测短路电流，可防止电极丝损伤，当工件离开电极时可防止出现拉弧，避免工件光洁度降低。。
附图说明
图1为本发明第一实施例的电路原理图。
图2为本发明第二实施例的电路原理图。
图3为第一实施例的输出电压和输出电流波形图。
图4为第二实施例的输出电压和输出电流波形图。
具体实施方式
现结合附图说明本发明的具体实施方式。
一种电火花加工机床用脉冲电源，其包括脉冲信号形成电路、对脉冲信号进行功率放大的功率放大器以及检测功率放大器输出电流的电流检测电路。
第一实施例：所述的脉冲信号形成电路包括单片机IC1、D/A转换器，单片机IC1的P1口与D/A转换器的输入端口连接， D/A转换器的输出端与功率放大器的输入端连接，所述的D/A转换器由电阻网络和运算放大器A1组成，电阻网络包括电阻R1-R16，电阻R1-R8顺序连接构成一串联电路，电阻R1的一端为该串联电路的首端（即不与电阻R2相连接的那一端），电阻8的另一端为该串联电路的末端（即不与电阻R7相连接的那一端），P1口有8个引脚P1.0-P1.7，引脚P1.7通过电阻R9接电阻R1的一端，引脚P1.6通过电阻R10接电阻R1与电阻R2之间的节点，引脚P1.5通过电阻R11接电阻R2与电阻R3之间的节点，引脚P1.4通过电阻R12接电阻R3与电阻R4之间的节点，引脚P1.3通过电阻R13接电阻R4与电阻R5之间的节点，引脚P1.2通过电阻R14接电阻R5与电阻R6之间的节点，引脚P1.1通过电阻R15接电阻R6与电阻R7之间的节点，引脚P1.0通过电阻R16接电阻R7与电阻R8之间的节点，电阻R1的一端接运算放大器A1的同相输入端，运算放大器A1的反相输入端与输出端连接，电阻R8的另一端接地；电阻R1-R8的阻值相等，电阻R9-R16的阻值相等，电阻R9的阻值为电阻R1阻值的2倍；P1口的电平变化范围为00H-FFH（16进制），当P1口的电平为00H时运算放大器的输出电压uo最低，当P1口的电平为FFH时运算放大器的输出电压uo最高，P1口的电平有256种变化。
单片机IC1的型号为AT89C51，其引脚VCC和引脚GND分别接稳压电源VDD和地，支持单片机工作外围电路结构如复位电路、振荡电路为本领域的技术人员所熟知，附图中没画出，另外单片机IC1上没有用到的引脚也没画出。稳压电源VDD为单片机和运算放大器提供工作电源。
运算放大器A1的输出端与功率放大器的输入端连接，功率放大器的输出回路中接有作为负载的电极DJ和工件GJ。电极DJ和工件GJ之间有一火花放电间隙，该间隙与功率放大器输出的脉冲电压相关，脉冲电压大时，放电间隙应较大，脉冲电压小时，放电间隙应较小。
所述的电流检测电路包括电流传感器器DL、电压比较器A2，电流传感器DL由一有缝隙开口的环形导磁体和霍尔元件组成，霍尔元件通过感应缝隙开口中的磁场输出电压，功率放大器的输出导线从导磁体中穿过，电流传感器的一输出端接电压比较器A2的反相输入端，电流传感器的另一输出端接地，电压比较器A2的同相输入端接电位器W1的滑臂，电位器W1的两端分别与稳压电源VDD和地连接，电位器W1的滑臂提供基准电压信号，电流传感器器DL输出的电流信号与基准电压信号进行比较，当电流信号大于基准电压信号时电压比较器的输出低电平，当电流信号小于基准电压信号时电压比较器的输出高电平，电压比较器的输出端与单片机IC1的引脚P3.2连接。
单片机的时钟频率为12MHZ，在单片机IC1内部程序的控制下，使单片机IC1的引脚P1.0-P1.7的电平状态形成不同的组合，功率放大器能交替输出检测脉冲和放电脉冲或连续输出检测脉冲，其频率在20KHZ左右，检测脉冲的电压值低脉冲不足以产生火花放电，放电脉冲的电压值高能产生火花放电，放电脉冲的电压值也可调节；单片机IC1通过其串行口即引脚P3.0、P3.1能与电火花线切割机床的主机通信传递功率放大器输出回路中的电流信息。
本发明的工作原理是，电火花线切割机床正常工作时，在一定切割速度下，单片机的控制脉冲电源交替输出检测脉冲和放电脉冲，其电压U和电流I波形如图3中的t1区所示；
在检测脉冲出现期间，单片机访问引脚P3.2，如引脚P3.2为低电平（即为0），表示出现短路，单片机令脉冲电源连续输出检测脉冲，其电压U和电流I的波形如图3中的t2区所示；单片机通过其串行口即引脚P3.0、P3.1发出一短路信号给电火花加工机床的主机，通过主机的X、Y拖板的控制系统（工件安装在拖板上），使工件离开电极；采用低电压的检测脉冲来检测短路电流，可防止电极损伤，当工件离开电极时可防止出现拉弧，避免工件光洁度受影响。
在检测脉冲出现期间，单片机访问引脚P3.2，如引脚P3.2为高电平（即为1），表示短路电流消失，单片机令脉冲电源再继续交替输出检测脉冲和放电脉冲，不过这时的放电脉冲的电压值是逐个升高呈阶梯状，其电压U和电流I的波形如图3中的t3区所示；
在放电脉冲出现期间，单片机访问引脚P3.2，如引脚P3.2为低电平，表示有火花放电，这时单片机令放电脉冲的电压值不再升高，保持该电压的放电脉冲与检测脉冲交替输出。
在加工过程中如出开路现象表示放电脉冲电压值偏高，工件被电火花腐蚀的速度大于工件的进给速度，单片机可调低放电脉冲电压值；如出现短路现象表示工件被电火花腐蚀的速度低于工件的进给速度，单片机可调高放电脉冲电压值；使放电脉冲电压与切割进给速度匹配以自动确定合适的火花放电间隙，摆脱依靠人工调整火花放电间隙的不便。为避免脉冲电源重新开机后又要再设定放电脉冲电压值，可在运行过程中通过单片机的串行口将P1口对应于正常放电脉冲电压值的数据，传递到主机由其存储，这样需要时单片机可向主机调取。
第二实施例：第二实施例与第一实施例的区别是，在第二实施例中所述的D/A转换器包括电阻R20-R30、二极管D1-D8、运算放大器A3，P1口的引脚P1.7通过电阻R20接二极管D1的阴极，P1口的引脚P1.6通过电阻R21接二极管D2的阴极，P1口的引脚P1.5通过电阻R22接二极管D3的阴极，P1口的引脚P1.4通过电阻R23接二极管D4的阴极，P1口的引脚P1.3通过电阻R24接二极管D5的阴极，P1口的引脚P1.2通过电阻R25接二极管D6的阴极，P1口的引脚P1.1通过电阻R26接二极管D7的阴极，P1口的引脚P1.0通过电阻R27接二极管D8的阴极，二极管D1-D8的阳极并联后接运算放大器A3的反相输入端，运算放大器A3的反相输入端与输出端之间接有电阻R30，运算放大器A3的同相输入端通过电阻R28接稳压电源VDD，运算放大器A3的同相输入端通过电阻R29接地。
其工作原理是运算放大器A3、电阻R20-R30、二极管D1-D8构成一同相比例放大器，改变P1口的电平状态可改变同相比例放大器的放大倍数，P1口的电平状态为FFH（16进制）时放大倍数最小，P1口的电平状态为00H（16进制）时放大倍数最大，由于运算放大器A3的输出电压uo不能为零，其检测脉冲波形在短路状态时为一低电压的直线，短路电流波形也为一直线，如图4中t2区所示。
Claims (3)
1.一种电火花加工机床用脉冲电源，其包括脉冲信号形成电路、对脉冲信号进行功率放大的功率放大器以及检测功率放大器输出电流的电流检测电路，其特征是，所述的脉冲信号形成电路包括单片机IC1、D/A转换器，单片机IC1的P1口与D/A转换器的输入端口连接，D/A转换器的输出端与功率放大器的输入端连接，功率放大器的输出回路中接有作为负载的电极DJ和工件GJ；所述的电流检测电路包括电流传感器器DL、电压比较器A2，电流传感器器DL检测功率放大器输出回路的电流，电压比较器A2将电流传感器器DL输出的电流信号与一基准信号进行比较，电压比较器的输出端与单片机IC1的引脚P3.2连接，所述单片机IC1的型号为AT89C51，在单片机IC1内部程序的控制下，功率放大器能交替输出低电压的检测脉冲和高电压的放电脉冲或连续输出检测脉冲，在检测脉冲出现期间检测短路电流，在放电脉冲出现期间检测开路电流，放电脉冲的电压值能根据电流信号自动调节，单片机IC1通过其串行口即引脚P3.0、P3.1与电火花线切割机床的主机通信传递检测的电流信息。
2.根据权利要求1所述的电火花加工机床用脉冲电源，其特征是，所述的D/A转换器由电阻网络和运算放大器A1组成，电阻网络包括电阻R1-R16，电阻R1-R8顺序连接构成一串联电路，电阻R1的一端为该串联电路的首端，电阻8的另一端为该串联电路的末端，P1口有8个引脚P1.0-P1.7，引脚P1.7通过电阻R9接电阻R1的一端，引脚P1.6通过电阻R10接电阻R1与电阻R2之间的节点，引脚P1.5通过电阻R11接电阻R2与电阻R3之间的节点，引脚P1.4通过电阻R12接电阻R3与电阻R4之间的节点，引脚P1.3通过电阻R13接电阻R4与电阻R5之间的节点，引脚P1.2通过电阻R14接电阻R5与电阻R6之间的节点，引脚P1.1通过电阻R15接电阻R6与电阻R7之间的节点，引脚P1.0通过电阻R16接电阻R7与电阻R8之间的节点，电阻R1的一端接运算放大器A1的同相输入端，运算放大器A1的反相输入端与输出端连接，电阻R8的另一端接地；电阻R1-R8的阻值相等，电阻R9-R16的阻值相等，电阻R9的阻值为电阻R1阻值的2倍；P1口的电平变化范围为00H-FFH，当P1口的电平为00H时运算放大器的输出电压uo最低，当P1口的电平为FFH时运算放大器的输出电压uo最高。
3.根据权利要求1所述的电火花加工机床用脉冲电源，其特征是，所述的D/A转换器包括电阻R20-R30、二极管D1-D8、运算放大器A3，P1口的引脚P1.7通过电阻R20接二极管D1的阴极，P1口的引脚P1.6通过电阻R21接二极管D2的阴极，P1口的引脚P1.5通过电阻R22接二极管D3的阴极，P1口的引脚P1.4通过电阻R23接二极管D4的阴极，P1口的引脚P1.3通过电阻R24接二极管D5的阴极，P1口的引脚P1.2通过电阻R25接二极管D6的阴极，P1口的引脚P1.1通过电阻R26接二极管D7的阴极，P1口的引脚P1.0通过电阻R27接二极管D8的阴极，二极管D1-D8的阳极并联后接运算放大器A3的反相输入端，运算放大器A3的反相输入端与输出端之间接有电阻R30，运算放大器A3的同相输入端通过电阻R28接稳压电源VDD，运算放大器A3的同相输入端通过电阻R29接地,P1口的电平状态为FFH时放大倍数最小，P1口的电平状态为00H时放大倍数最大。
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