CN107398609A - 一种用于大空间多机台电解加工智能控制脉冲电源系统 - Google Patents

一种用于大空间多机台电解加工智能控制脉冲电源系统 Download PDF

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袁立新
赵建社
范延涛
张永俊
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    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H3/00—Electrochemical machining, i.e. removing metal by passing current between an electrode and a workpiece in the presence of an electrolyte
    • B23H3/02—Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply, control, preventing short circuits

Abstract

本发明公开了一种用于大空间多机台电解加工智能控制脉冲电源系统，所述智能电源系统包括大功率直流电源、多台结构相同的智能高频脉冲电源；所述智能高频脉冲电源安装在加工区域，采用单片机对脉冲信号进行发生和控制；所述大功率直流电源为所述智能高频脉冲电源提供直流电源。本发明通过将智能高频脉冲电源组合在电解加工区域，极大缩短高频脉冲电源输出的接线长度，从而改善电解加工电极两端的波形，提高电解加工精度，并实时检测、显示和保存电解加工电压与电流动态信息，实现电解加工过程中过流、欠流及火花放电的快速保护。

Description

一种用于大空间多机台电解加工智能控制脉冲电源系统
技术领域
本发明涉及一种电解加工智能控制脉冲电源系统，尤其涉及一种用于大空间多机台的智能高频脉冲电源。
背景技术
电解加工技术因其工具阴极无损耗，加工工件表面无再铸层、热应力，机械变形等优点，在国内外都得到了广泛的应用。尤其在航空、航天发动机的整体叶盘、扩压器，机匣等整体构件的制造领域应用最为广泛。电解加工电源是电解加工技术的核心部分，电源的波形、输出电压、稳压精度和短路保护功能等都将直接影响电解加工的阳极溶解过程，从而影响电解加工的精度、表面完整性、加工稳定性和经济性。
传统的电解加工采用可控硅调压、稳压的直流电源，电源的稳压精度为1％，短路保护时间仅为10ms。但是直流电解加工因其定域蚀除能力较低，杂散腐蚀较为严重，加工精度不高。20世纪90年代以来，国内外对矩形波脉冲电解加工进行了系统的试验研究，证实脉冲电源可以显著改善加工间隙内的理化特性，提高阳极材料的定域蚀除能力，从而能够提高加工精度和表面完整性。目前脉冲电源的发展方向主要为减小波形失真、提高快速短路保护响应时间，提高电源抗干扰能力等。
电解加工因其加工工艺的特殊性，针对不同的零件结构特征，均需制造专用工装夹具和工具阴极，工艺试验的周期也较长，因此电解加工较为适合同一零件结构特征的大批量工业生产。皇家菲利浦公司已经将高频窄脉冲电源投入到剃须刀网状刀片的多型槽、多微孔的工业生产中，年产量超过3000万件；怀柔汽车配件制造有限公司将1000A，10kHz的脉冲电源应用在气门模具电解加工批量生产中，显示了较好的工艺稳定性。
目前，电解加工中通常为单台机床配备单个脉冲电源，在零件大批量生产时，则需要同时配置多台机床，因而也需要相应配置多台脉冲电源，电源的采购成本较高。此外受到电子元器件体积和散热要求等的限制，电解加工的脉冲电源体积较大，脉冲电源与加工区域的接线距离也较长，电解加工过程中由于脉冲波形的失真，零件的加工精度和重复加工精度难以提高。采用高频脉冲电源模块对商业化直流电源进行整流的方法，因脉冲模块体积较小，甚至可以配置在机床本体中，能够显著减小加工区与脉冲模块的接线距离，从而降低脉冲波形的失真，提高电源抗干扰能力，是一种提高电解加工精度的有效途径。
发明内容
针对现有的电解加工存在的上述问题，提供一种大空间多机台电解加工智能控制脉冲电源，可以缩短高频脉冲电源输出接线长度，改善电解加工波形，提高电解加工精度，并实时检测和保存电解加工电压与电流动态信号，实现电解加工过程中过流、欠流及火花放电的快速保护。
一种大空间多机台电解加工智能控制脉冲电源，应用于大空间多机台电解加工。其包括大功率直流电源，多台相同的智能高频脉冲电源，每台智能高频脉冲电源包括智能控制模块、脉冲信号发生器、光电隔离电路、功率放大电路、加工信号采集电路和加工保护电路。所述的智能控制模块由嵌入式单片机LPC1788、液晶屏、触摸屏、存储器组成；所述的脉冲信号发生器由AD9850模块组成；所述的光电隔离电路由隔离1、隔离2、隔离3、隔离4和隔离5组成；所述的功率放大电路包括驱动电路、调节电压模块和功率放大；所述的加工信号采集电路包括电压采样电阻和电流传感器；加工保护电路由快速放电模块构成。
所述智能控制模块的嵌入式单片机LPC1788与液晶屏、触摸屏、存储器连接，用以设置、显示和优化所述电解加工参数和加工状态图形。
所述智能控制模块的嵌入式单片机LPC1788包含有二路模数转换A/D1、 A/D2及一路数模转换D/A，嵌入式单片机LPC1788通过D/A、光电隔离电路的隔离1与功率放大电路的调节电压连接，用于实时调整电解加工电压。
所述智能控制模块的嵌入式单片机LPC1788与脉冲信号发生器的AD9850 模块连接，AD9850模块通过光电隔离电路的隔离2与功率放大电路的驱动电路连接。单片机LPC1788根据用户设定的频率、占空比参数，对AD9850模块进行编程，使AD9850模块输出高频脉冲信号，该高频脉冲信号经隔离2后至功率放大电路的驱动电路，驱动电路将高频脉冲信号放大后驱动功率放大，并输出至工件阳极和工具阴极进行电解加工。
所述电解加工电压与高频脉冲电流分别由加工信号采集电路的电压采样电阻和电流传感器进行采样，得到的采样电压和加工电流分别通过光电隔离电路的隔离3和隔离4输入至嵌入式单片机LPC1788的A/D1与A/D2中进行模数转换为数字量，再由单片机LPC1788处理后输出至液晶屏动态显示，并储存至存储器中。
所述智能控制模块的嵌入式单片机LPC1788对电解加工电压和高频脉冲电流进行实时监控，若电解加工过程中有过流、欠流和火花放电，则快速切断电解加工的脉冲输出，同时嵌入式单片机LPC1788通过隔离5发出控制信号至加工保护电路的快速放电模块，使电解加工的阴极和阳极上存在的电量快速释放，从而快速保护工具阴极和工件阳极。
上述技术方案的有益效果是：
1)对大功率的直流电源集中控制，低电压直流电源输出，便于安全管理，并节约空间与成本；
2)采用直流电源与智能高频脉冲电源分别设计，并将智能高频脉冲电源设计在电解加工区域内，从而有效缩短智能高频脉冲电源输出的接线长度，减小接线的分布电容，改善电解加工工件阳极和工具阴极间的加工波形，提高加工表面质量和加工精度；
3)智能高频脉冲电源实时检测并保存电解加工电压和电流信号，对电解加工状态进行实时监控，当电解加工过程中出现过流、欠流及火花放电时进行快速保护。
附图说明
图1为本发明中大功率直流电源与智能高频脉冲电源连接示意图；
图2为本发明中智能高频脉冲电源的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
如图1所示，本发明一种大空间多机台电解加工智能控制脉冲电源，包括大功率直流电源，多台相同的智能高频脉冲电源，每台智能高频脉冲电源组装在电解加工区域内。
如图2所示，于上述技术方案的智能高频脉冲电源系统包括智能控制模块、脉冲信号发生器、光电隔离电路、功率放大电路、加工信号采集电路和加工保护电路。智能控制模块由嵌入式单片机LPC1788、液晶屏、触摸屏、存储器组成；所述的脉冲信号发生器由AD9850模块组成；所述的光电隔离电路由隔离1、隔离2、隔离3、隔离4和隔离5组成，且其电路是由一只光电发射管和一只光电接收管所组成，由发射端发出的可见光或红外线及其它不可见的脉冲被接收端的关敏器件接收后再去执行指令，进而完成电路工作，在电源系统脉冲信号传输过程中存在着许多不小的瞬变脉冲，这些瞬变脉冲会影响到数据的传输，甚至伤害互连的设备，为了能够在通信得到无错误的数据传输，必须要对这些干扰进行处理，所述具有绝缘隔离功能的光电隔离电路可用来维持数据的完整性并保护互连设备；所述的功率放大电路包括驱动电路、调节电压模块和功率放大，其电路是大多电源中所用到的功率放大电路，以使负载满足电解加工的要求；所述的加工信号采集电路包括电压采样电阻和电流传感器；加工保护电路由快速放电模块构成。
上述隔离电路、功率放大电路可用其他现有技术中常规的选择所替代，只要能够实现隔离和功率放大效果即可。
于上述技术方案基础上，进一步的，所述智能控制模块的嵌入式单片机 LPC1788与液晶屏、触摸屏、存储器连接，用以设置、显示和优化所述电解加工参数和加工状态图形。
于上述技术方案基础上，进一步的，所述智能控制模块的嵌入式单片机 LPC1788包含有二路模数转换A/D1、A/D2及一路数模转换D/A，嵌入式单片机 LPC1788通过D/A、光电隔离电路的隔离1与功率放大电路的调节电压连接，用于实时调整电解加工电压。
于上述技术方案基础上，进一步的，所述智能控制模块的嵌入式单片机 LPC1788与脉冲信号发生器的AD9850模块连接，AD9850模块通过光电隔离电路的隔离2与功率放大电路的驱动电路连接。单片机LPC1788根据设定的频率、占空比参数，对AD9850模块进行编程，使AD9850模块输出高频脉冲信号，该高频脉冲信号经隔离2后至功率放大电路的驱动电路，驱动电路将高频脉冲信号放大后驱动功率放大，并输出至工件阳极和工具阴极进行电解加工。
于上述技术方案基础上，进一步的，所述电解加工电压与高频脉冲电流分别由加工信号采集电路的电压采样电阻和电流传感器进行采样，得到的采样电压和加工电流分别通过光电隔离电路的隔离3和隔离4输入至嵌入式单片机LPC1788 的A/D1与A/D2中进行模数转换为数字量，再由单片机LPC1788处理后输出至液晶屏动态显示，并储存至存储器中。
于上述技术方案基础上，进一步的，所述智能控制模块的嵌入式单片机 LPC1788对电解加工电压和高频脉冲电流进行实时监控，若电解加工过程中有过流、欠流和火花放电，则快速切断电解加工的高频脉冲输出，同时嵌入式单片机 LPC1788通过隔离5发出控制信号至加工保护电路的快速放电模块，使电解加工的阴极和阳极上存在的电量快速释放，从而快速保护工具阴极和工件阳极。
于上述技术方案基础上，进一步的，本发明一种多机台大空间电解加工智能控制脉冲电源系统，包括大功率直流电源和多台相同的智能高频脉冲电源，其智能高频脉冲电源的加工过程包括以下步骤：
1)使用者通过触摸屏输入加工电压、限定电流、脉冲频率、脉冲占空比、加工时间至智能控制模块的嵌入式单片机LPC1788；
2)嵌入式单片机LPC1788根据设定的电压，通过D/A输出调整电压的模拟信号，该模拟信号经隔离1作用于调节电压模块，用于调节电解加工电压；
3)嵌入式单片机LPC1788根据设定的频率、占空比参数对AD9850模块进行编程，使AD9850模块输出高频脉冲信号，该高频脉冲信号经隔离2、驱动电路和功率放大后，作用于工件阳极和工具阴极进行电解加工；
4)电解加工的实时动态电压信号经电压采样电阻、隔离3输入至单片机 LPC1788的A/D1转换为动态电压数字量，电解加工的实时动态高频脉冲电流信号经电流传感器、隔离4输入至单片机LPC1788的A/D2转换为动态电流数字量，电压数字量和电流数字量由单片机LPC1788处理后输出至液晶屏动态显示并储存至存储器中；
5)嵌入式单片机LPC1788对电解加工的电压和电流进行实时监控，若电解加工过程中出现过流、欠流和火花放电等异常情况，则快速切断电解加工的脉冲输出，同时单片机LPC1788通过隔离5发出控制信号至快速放电模块，使电解加工的阴极和阳极上存在的剩余电量快速释放，从而保护工具阴极和工件阳极。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，在本发明原理的前提下作出等同替换和显而易见变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于大空间多机台电解加工智能控制脉冲电源系统，其特征在于，所述系统包括大功率直流电源、多台结构相同的智能高频脉冲电源；所述智能高频脉冲电源安装在加工区域，采用单片机对脉冲信号进行发生和控制；所述大功率直流电源为所述智能高频脉冲电源提供直流电源。
2.根据权利要求1所述的一种用于大空间多机台电解加工智能控制脉冲电源系统，其特征在于，所述智能高频脉冲电源包括智能控制模块(Ⅰ)、脉冲信号发生器(Ⅱ)、光电隔离电路(Ⅲ)、功率放大电路(Ⅳ)、加工信号采集电路(Ⅴ)和加工保护电路(Ⅵ)；其中所述智能控制模块(Ⅰ)采用嵌入式单片机编程，将指令发送给脉冲信号发生器，再经光电隔离电路(Ⅲ)、功率放大电路(Ⅳ)后生成用于电解加工的脉冲信号；所述加工信号采集电路(Ⅴ)采集电解加工过程中的电信号，经光电隔离电路(Ⅲ)发送给智能控制模块(Ⅰ)；所述加工保护电路(Ⅵ)包括快速放电模块对电解加工过程进行保护。
3.根据权利要求2所述的一种用于大空间多机台电解加工智能控制脉冲电源系统，其特征在于，所述智能控制模块(Ⅰ)包括嵌入式单片机、液晶屏、触摸屏以及存储器，所述嵌入式单片机与液晶屏、触摸屏、存储器连接，实现人机交互和信息存储。
4.根据权利要求2或3所述的一种用于大空间多机台电解加工智能控制脉冲电源系统，其特征在于，所述单片机包含有二路模数转换接口及一路数模转换接口。
5.根据权利要求2或3所述的一种用于大空间多机台电解加工智能控制脉冲电源系统，其特征在于，智能控制模块(Ⅰ)的嵌入式单片机通过数模转换接口经光电隔离电路(Ⅲ)与功率放大电路(Ⅳ)中的调节电压模块连接，用于调节电解加工电压。
6.根据权利要求2或3所述的一种用于大空间多机台电解加工智能控制脉冲电源系统，其特征在于，所述智能控制模块(Ⅰ)的嵌入式单片机与脉冲信号发生器(Ⅱ)连接，所述脉冲信号发生器(Ⅱ)通过光电隔离电路(Ⅲ)与功率放大电路(Ⅳ)的驱动电路连接；所述智能控制模块(Ⅰ)的嵌入式单片机对脉冲信号发生器(Ⅱ)进行编程，输出的脉冲信号经隔离、驱动电路至功率放大，使作用于电解加工的信号为高频脉冲电流。
7.根据权利要求6所述的一种用于大空间多机台电解加工智能控制脉冲电源系统，其特征在于，电解加工电压由加工信号采集电路(Ⅴ)的电压采样电阻进行采样，得到的采样电压通过光电隔离电路(Ⅲ)输入至嵌入式单片机的模数转换接口，所述嵌入式单片机将模数转换成数字量，这一数字量由嵌入式单片机处理后输出至液晶屏动态显示，并储存至存储器中。
8.根据权利要求7所述的一种用于大空间多机台电解加工智能控制脉冲电源系统，其特征在于，电解加工的高频脉冲电流经加工信号采集电路(Ⅴ)的电流传感器、光电隔离电路(Ⅲ)输入至嵌入式单片机的模数转换接口，所述嵌入式单片机将模数转换成数字量，所述数字量由嵌入式单片机处理后输出至液晶屏动态显示，并储存至存储器中。
9.根据权利要求8所述的一种用于大空间多机台电解加工智能控制脉冲电源系统，其特征在于，所述智能控制模块(Ⅰ)的嵌入式单片机对电解加工电压和高频脉冲电流进行判断，若电解加工过程中有过流、欠流和火花放电，则快速切断电解加工电压，同时嵌入式单片机通过光电隔离电路(Ⅲ)对加工保护电路(Ⅵ)发出一信号，使电解加工的阴极和阳极上存在的电量快速释放，从而保护工具阴极和工件阳极。
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