CN107775126A - 电火花加工电源及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了电火花加工电源及其控制方法。一种电火花加工电源包括：脉冲发生器，所述脉冲发生器生成触发脉冲信号；第一电源电路，所述第一电源电路在所述触发脉冲信号的控制下生成第一电压信号；第二电源电路，所述第二电源电路在所述触发脉冲信号的控制下生成第二电压信号；以及电极，所述电极耦合至所述第一电源电路和所述第二电源电路以接收所述第一电压信号和/或所述第二电压信号来形成火花放电。本发明还提供了一种电火花加工装置以及一种电火花加工电源控制方法。
Description
技术领域
本发明涉及电火花加工领域，尤其涉及电火花加工电源及其控制方法。
背景技术
电火花加工是利用火花放电腐蚀金属以实现金属切削的加工方法。这种加工的工艺方法弥补了机械加工的某些不足，已成为模具工业、国防工业和精微制造中的重要手段。电火花电源作为电火花加工系统中的重要组成部件，用于提供脉冲电流来形成火花放电，其性能对电火花加工的加工精度、生产效率、工具电极损耗、电能利用率等技术经济指标有较大的影响。
传统的电源采用电阻限流，电能的利用率低(例如，约26％)，机床加工效率慢，故障维修率越来越高，因此期望设计一种节能、高效率的电火花加工电源。
另外，因为电极加工表面的电流密度为定值，大约为8-10A/cm3，普通电源加工电流仅为60A。电源提供的电流小，会导致每个电极的放电加工区域小，对于大表面积的工件的电加工，如模具内表面，需要使用多个不同形状的电极多次加工，加工效率低。现有电源无法实现加工大表面积工件的电极。因此还期望设计一种能加工大表面积工件的电火花加工电源。
发明内容
本发明提供了高效的电火花加工电源及其控制方法。
在本发明的一个实施例中，提供了一种电火花加工电源，其包括：脉冲发生器，所述脉冲发生器生成触发脉冲信号；第一电源电路，所述第一电源电路在所述触发脉冲信号的控制下生成第一电压信号；第二电源电路，所述第二电源电路在所述触发脉冲信号的控制下生成第二电压信号；以及电极，所述电极耦合至所述第一电源电路和所述第二电源电路以接收所述第一电压信号和/或所述第二电压信号来形成火花放电。
在一个方面，所述第一电源电路包括第一电压源、耦合至所述第一电压源的第一功放器件、耦合至所述第一功放器件的电感、以及耦合在所述电感与所述电极之间的第二功放器件，其中所述电火花加工电源还包括：第一PWM控制器，所述第一PWM控制器耦合至所述脉冲发生器以接收所述触发脉冲信号，并生成在所述触发脉冲信号的有效时段内的第一脉冲信号和第二脉冲信号，所述第一脉冲信号导通或关断所述第一功放器件以控制所述第一电压源对所述电感的充电，且所述第二脉冲信号导通或关断所述第二功放器件以控制从所述电感至所述电极的所述第一电压信号。
在一个方面，所述第一电源电路还包括：电流反馈装置，所述电流反馈装置检测所述电感至所述电极的电流并将电流检测信号提供给所述第一PWM控制器以调节所述第一脉冲信号的脉宽和脉冲间隔大小。
在一个方面，所述第一脉冲信号包括在所述触发脉冲信号的有效时段内的周期性脉冲信号，所述周期性脉冲信号导通或关断所述第一功放器件以控制所述第一电压源对所述电感的充电。
在一个方面，所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号从所述触发脉冲信号的有效时段开始起延迟指定时间后开始。
在一个方面，所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号从所述触发脉冲信号的有效时段开始起延迟0-10us后开始。
在一个方面，所述第一电源电路还包括：从工件至所述电极的放电通路以释放所述电极与所述工件之间存储的剩余能量，所述放电通路的一端耦合至所述工件，所述放电通路的另一端耦合在所述第二功放器件与所述电极之间。
在一个方面，所述放电通路包括：晶体管，所述晶体管的正极端耦合至所述工件，所述晶体管的负极端耦合在所述第二功放器件与所述电极之间。
在一个方面，所述电感为空心电感。
在一个方面，所述触发脉冲信号为20us—1000us的可调节触发脉冲信号。
在一个方面，所述第二电源电路包括：第二电压源；以及耦合在所述第二电压源与所述电极之间的第三功放器件，其中所述第二电压源经由所述第三功放器件向所述电极提供所述第二电压信号。
在一个方面，所述电火花加工电源还包括：第二PWM控制器，所述第二PWM控制器耦合至所述脉冲发生器以接收所述触发脉冲信号，并生成在所述触发脉冲信号的有效时段内的第三脉冲信号以导通或关断所述第三功放器件。
在一个方面，所述第三脉冲信号导通所述第三功放器件以从所述第二电压源向所述电极提供所述第二电压信号，从而击穿所述电极与工件之间的间隙并建立放电通道。
在一个方面，所述第三脉冲信号包括在所述触发脉冲信号的有效时段开始处的短脉冲，所述第三功放器件在所述短脉冲期间导通，并在所述短脉冲结束后关断。
在一个方面，所述第二脉冲信号和所述第三脉冲信号的有效时段同时结束。
在一个方面，所述第二电压源的电压高于所述第一电压源的电压。
在一个方面，所述第一电压源的电压为30-90V，所述第二电压源的电压为160V-190V。
在本发明的一个实施例中，提供了一种电火花加工装置，其包括如上所述的电火花加工电源。
在一个方面，所述电火花加工装置还包括：加工槽，所述加工槽用于固定工件并在所述工件与所述电火花加工电源的电极之间形成间隙。
在本发明的一个实施例中，提供了一种电火花加工电源控制方法，其包括：生成触发脉冲信号；使用第一电源电路在所述触发脉冲信号的控制下生成第一电压信号；使用第二电源电路在所述触发脉冲信号的控制下生成第二电压信号；以及将所述第一电压信号和/或所述第二电压信号施加至电极以形成火花放电。
在一个方面，所述第一电源电路包括第一电压源、耦合至所述第一电压源的第一功放器件、耦合至所述第一功放器件的电感、以及耦合在所述电感与所述电极之间的第二功放器件，所述电火花加工电源控制方法还包括：生成在所述触发脉冲信号的有效时段内的第一脉冲信号和第二脉冲信号；使用所述第一脉冲信号来导通或关断所述第一功放器件以控制所述第一电压源对所述电感的充电；以及使用所述第二脉冲信号来导通或关断所述第二功放器件以控制从所述电感至所述电极的所述第一电压信号。
在一个方面，所述电火花加工电源控制方法还包括：检测所述电感至所述电极的电流并根据电流检测信号调节所述第一脉冲信号的脉宽和脉冲间隔大小。
在一个方面，所述第一脉冲信号包括在所述触发脉冲信号的有效时段内的周期性脉冲信号，所述周期性脉冲信号导通或关断所述第一功放器件以控制所述第一电压源对所述电感的充电。
在一个方面，所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号从所述触发脉冲信号的有效时段开始起延迟指定时间后开始。
在一个方面，所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号从所述触发脉冲信号的有效时段开始起延迟0-10us后开始。
在一个方面，所述电火花加工电源控制方法还包括：通过从工件至所述电极的放电通路来释放所述电极与所述工件之间存储的剩余能量。
在一个方面，所述触发脉冲信号为20us—1000us的可调节触发脉冲信号。
在一个方面，所述第二电源电路包括第二电压源以及耦合在所述第二电压源与所述电极之间的第三功放器件，所述电火花加工电源控制方法还包括：生成在所述触发脉冲信号的有效时段内的第三脉冲信号以导通或关断所述第三功放器件。
在一个方面，所述电火花加工电源控制方法还包括：使用所述第三脉冲信号导通所述第三功放器件以从所述第二电压源向所述电极提供所述第二电压信号，从而击穿所述电极与工件之间的间隙并建立放电通道。
在一个方面，所述第三脉冲信号包括在所述触发脉冲信号的有效时段开始处的短脉冲，所述第三功放器件在所述短脉冲期间导通，并在所述短脉冲结束后关断。
在一个方面，所述第二脉冲信号和所述第三脉冲信号的有效时段同时结束。
在一个方面，所述第二电压源的电压高于所述第一电压源的电压。
在一个方面，所述第一电压源的电压为30-90V，所述第二电压源的电压为160V-190V。
如上，本发明提供了一种新型电火花加工电源及其控制方法。本发明通过第一电源电路和第二电源电路的配合使用，能够提高电火花加工电源的能量利用率。通过使用功放器件，与传统电阻电源相比，电源故障率显著降低，基本可以做到免维护。通过选用大功率器件以及保护电路，也可以使电源故障率降低。此外，通过使用脉冲信号协调地控制各个功放器件的导通/关断，可以使加工电流提高，适用于利用大面积电极对工件表面的加工，提高了电加工的效率。
附图说明
图1示出了根据本发明的一个实施例的电火花加工电源的电路示意图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的电火花加工信号波形示意图。
图3示出了根据本发明的另一个实施例的电火花加工信号波形示意图。
图4示出了根据本发明的另一个实施例的电火花加工信号波形示意图。
图5示出了根据本发明的另一个实施例的电火花加工信号波形示意图。
图6示出了根据本发明的一个实施例的电火花加工方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
图1示出了根据本发明的一个实施例的电火花加工电源100的电路示意图。该电火花加工电源100可包括脉冲发生器110、连接至脉冲发生器110的控制信号生成器120、第一电源电路130、第二电源电路140、以及连接至第一电源电路130和第二电源电路140的电极150。该电源100还可设有过压和过流检测器、风机检测器、放电状态检测器等，这些组件出于简明起见未在本发明中详细描述。脉冲发生器110用于生成触发脉冲信号CP，以控制第一电源电路130生成第一电压信号和/或控制第二电源电路140生成第二电压信号。在一个示例中，电极150可采用正极性设置。电极150接收第一电压信号和/或第二电压信号来间歇性地放电，电极150与工件之间可形成放电通道以产生电火花，从而对工件(例如，金属)进行切削加工。工件可固定在基座上或者固定在加工槽中。在一个示例中，可向加工槽供给加工液，加工间隙被加工液填满。根据本发明的电火花加工电源100可用在各种电火花加工装置中。例如，电火花加工电源100可以是电火花加工装置中的固定组件。在其他示例中，该电火花加工电源100或包含该电火花加工电源100的电火花加工装置可以是手持的、可移动的，并且可以应用于不需要加工槽/基座的情形。
参考图1，脉冲发生器110可以生成触发脉冲信号CP，触发脉冲信号CP用于控制整个电火花加工过程。例如，在触发脉冲信号CP有效时，第一电源电路130、第二电源电路140可以工作以对电极150供电进行电火花加工；相反，在触发脉冲信号CP无效时，第一电源电路130、第二电源电路140停止工作，从而不进行电火花加工。该触发脉冲信号CP可以是周期性的方波信号，如图2-5中更详细地示出的。触发脉冲信号CP的脉冲宽度、脉冲间隔等可以是可调节的。例如，可根据不同的加工状态实时地调整触发脉冲信号CP。作为示例而非限定，脉冲发生器110可以生成20us—1000us的可调节触发脉冲信号CP。
控制信号生成器120可接收由脉冲发生器110生成的触发脉冲信号CP，并基于触发脉冲信号CP生成多个控制脉冲信号CP1、CP2、HCP。具体地，控制信号生成器120可包括CP信号隔离/整形模块122、第一PWM控制器124、和第二PWM控制器126。CP信号隔离/整形模块122可将脉冲发生器110与下游电路中的信号噪声隔离开，和/或可按需对触发脉冲信号CP进行滤波或整形，以减少噪声并生成更准确的脉冲波形。在替换实施例中，CP信号隔离/整形模块122可以存在于脉冲发生器110中，或者可被省略。
第一PWM控制器124和第二PWM控制器126可接收由CP信号隔离/整形模块122输出的触发脉冲信号CP，或者在不包括CP信号隔离/整形模块122的情况下直接从脉冲发生器110接收触发脉冲信号CP。第一PWM控制器124基于触发脉冲信号CP生成第一脉冲信号CP1和第二脉冲信号CP2，第二PWM控制器126基于触发脉冲信号CP生成第三脉冲信号HCP。
第一电源电路130可包括第一电压源132、第一功放器件G1、电感L、电流反馈装置134、第二功放器件G2、以及晶体管D1-D4。第二电源电路140包括第二电压源142、电阻R、第三功放器件G3、以及晶体管D5。第一功放器件G1、第二功放器件G2、第三功放器件G3可分别由控制信号生成器120生成的控制脉冲信号CP1、CP2、HCP来控制。具体地，第一脉冲信号CP1导通或关断第一功放器件G1以控制第一电压源132对电感L的充电，第二脉冲信号CP2导通或关断第二功放器件G2以控制从电感L至电极150的第一电压信号。第三脉冲信号HCP导通或关断第三功放器件G3以控制第二电源电路140向电极150提供的第二电压信号。电流反馈装置134可以检测在放电加工期间流经电感L或第二功放器件G2的电流I，并将电流检测信号提供给第一PWM控制器124以调节第一脉冲信号CP1的脉宽和脉冲间隔大小，从而控制从第一电压源132经电感L和第二功放器件G2提供给电极150的电流大小。电感L用于阻碍电流变化以及功放器件限流。在示例性实施例中，电感L可以是空心电感，能够减少磁损，节能效果更好。功放器件G1、G2、G3可以使用晶体管、闸晶管、场效应管、三极管等来实现。晶体管D1-D5可以用二极管、晶体管、场效应管等来实现。本领域技术人员应理解，图1仅示出了电火花加工电源100的示意性组件和连接，具体实现可以在本发明的教导下进行调整而不脱离本发明的范围，例如一些组件(例如，晶体管D1-D5)可被省略或替换成其他具有相似功能的元件，一些组件的位置可以改变(例如，电流反馈装置134的位置可与电感L或第二功放器件G2的位置互换，第二电源电路140中的一些组件的位置也可以互换)。
在根据本发明的一个实施例中，第二电源电路140中的第二电压源142可以是高压直流电源，在第三脉冲信号HCP有效(例如，高电平)以使得第三功放器件G3导通时，第二电压源142经由第三功放器件G3向电极150提供第二电压信号，该第二电压信号可以击穿电极150与工件之间的间隙并建立放电通道。作为示例而非限定，第二电压源142的电压可为160V-190V。电阻R用于功放器件的限流，电阻R与第三功放器件G3的位置可以互换。晶体管D5的正极端与功放器件G3连接，负极端与电极150连接，从而可防止第一电源电路130的第一电压信号窜入到第二电源电路140中。
在第一电源电路130中，当第一脉冲信号CP1导通(持续导通或间歇性地导通)第一功放器件G1并且第二脉冲信号CP2导通第二功放器件G2时，第一电压源132经由第一功放器件G1、电感L和第二功放器件G2向电极150提供第一电压信号，该第一电压信号可以维持电极150与工件之间的稳定放电通道，对工件进行电蚀加工。另外，在第一脉冲信号CP1导通时，第一电压源132对电感L充电。作为示例而非限定，第一电压源132可以是低压直流电源。例如，第一电压源的电压可为30-90V。此外，如图1中所示，在电感L与第一电压源132的负极(或接地)之间连接有晶体管D3，晶体管D3的正极端与工件及第一电压源132的负极相连，晶体管D3负极端与电感L一端连接。当第一功放器件G1关断而第二功放器件G2导通时，晶体管D3可用于吸负压，通过晶体管D3建立经由电感L、第二功放器件G2至电极150的续流回路，可维持电极150与工件之间的放电通道并且将电感L中储存的能量充分释放出来。晶体管D1设在功放器件G2与电极150和第二电源电路140的连接点之间，可防止第二电源电路140的第二电压信号串入第一电源电路130。
在加工间隙中(例如，触发脉冲信号CP无效时)，第一功放器件G1、第二功放器件G2、第三功放器件G3关断，电极150停止产生电火花。第一电压源132、晶体管D3、电感L、晶体管D4可形成续流电路，以释放电感L中的剩余能量。在一个优选实施例中，可通过从工件至电极150的放电通路(例如，经由晶体管D2和可任选的晶体管D1)来释放电极150与工件之间存储的剩余能量，该放电通路的一端耦合至工件(可任选地，还耦合至接地和/或第一电压源132的负极)，该放电通路的另一端耦合在第二功放器件G2与电极150之间。例如，晶体管D2的正极端耦合至工件(可任选地，还耦合至接地和/或第一电压源132的负极)，晶体管D2的负极端耦合在第二功放器件G2与电极150之间。通过在加工间隙中释放电极150与工件之间存储的剩余能量，解决了电流拖尾问题，从而有助于电火花加工稳定高效地进行。
在根据本发明的第一可选实施例中，可以采用如图2所示的信号波形。如以上所描述的，第一PWM控制器124耦合至脉冲发生器110以接收触发脉冲信号CP，并生成在触发脉冲信号CP的有效时段内的第一脉冲信号CP1和第二脉冲信号CP2；第二PWM控制器126接收触发脉冲信号CP，并生成在触发脉冲信号CP的有效时段内的第三脉冲信号HCP。第一脉冲信号CP1可包括在触发脉冲信号CP的有效时段内的周期性脉冲信号。例如，第一PWM控制器124可产生5us—1000us的可调节的第一触发脉冲信号CP1。在替换实施例中，第一脉冲信号CP1可以与触发脉冲信号CP相同。脉冲信号CP2、HCP可以与触发脉冲信号CP相同。在一些情况下，也可以直接用由脉冲发生器110生成的触发脉冲信号CP来控制第一功放器件G1、第二功放器件G2、和/或第三功放器件G3导通/关断，从而第一PWM控制器124和/或第二PWM控制器126可以省去。
在操作中，结合图1，在触发脉冲信号CP的有效时段(例如，高电平)内，第一脉冲信号CP1所包含的周期性脉冲信号周期性地导通或关断第一功放器件G1以控制第一电压源132对电感L的充电；触发脉冲信号CP2、HCP有效，因此第二功放器件G2和第三功放器件G3导通，电感L经由第二功放器件G2向电极150提供第一电压信号，同时第二电压源142经由第三功放器件G3向电极150提供第二电压信号。如上所述，该第二电压信号可以击穿电极150与工件之间的间隙并建立放电通道，从而第一电压信号和第二电压信号共同维持电极150与工件之间的放电通道。在第一电源电路130和第二电源电路140同时向电极150供电时，可以提供高加工电流，例如最高加工电流可达200A-600A。由于第一脉冲信号CP1周期性地导通或关断第一功放器件G1以控制第一电压源132对电感L的充电，因此在第一脉冲信号CP1导通第一功放器件G1时，第一电压源132对电感L充电，电流I增大；在第一脉冲信号CP1关断第一功放器件G1时，第一电压源132停止对电感L充电，同时电感L对电极150供电，导致电流I逐渐渐小；随后第一脉冲信号CP1再次导通第一功放器件G1时以对电感L充电，电流I增大，依此类推。通过调节第一脉冲信号CP1的脉宽和脉冲间隔大小，可以有效地控制电流I的大小(平均值)。从图2中可以看出，第一电源电路130中流经第二功放器件G2的电流I在触发脉冲信号CP的有效时段内波动。
当触发脉冲信号CP无效(例如，低电平)时，第一功放器件G1、第二功放器件G2、第三功放器件G3皆关断，第一电源电路130和第二电源电路140停止向电极150供电，电极150停止产生电火花。由此，触发脉冲信号CP控制整个电火花加工过程，在触发脉冲信号CP有效时，第一脉冲信号CP1、第二脉冲信号CP2和第三脉冲信号HCP可以使相应的功放器件G1、G2、G3导通以对电极150供电进行电火花加工。相反，在触发脉冲信号CP无效时，功放器件G1、G2、G3关闭，电极150断电，从而不进行电火花加工。从图2中可以看出，电流I在触发脉冲信号CP的无效时基本为0。
在根据本发明的第二可选实施例中，可以采用如图3所示的信号波形。图3所示的信号波形与图2所示的信号波形类似，不同之处在于第一脉冲信号CP1和/或第二脉冲信号CP2从触发脉冲信号CP的有效时段开始(例如，上升沿)起延迟指定时间后开始。第三脉冲信号HCP可相对于触发脉冲信号CP的有效时段开始(例如，上升沿)不延迟，由此使得第三脉冲信号HCP早于第一脉冲信号CP1和/或第二脉冲信号CP2开始。第一脉冲信号CP1和第二脉冲信号CP2可与第三脉冲信号HCP同时结束(例如，在触发脉冲信号CP变为无效时结束)。例如，第一PWM控制器124可以接收触发脉冲信号CP，并在触发脉冲信号CP的有效时段内在延迟指定时间后开始生成第一脉冲信号CP1和第二脉冲信号CP2；第二PWM控制器126接收触发脉冲信号CP，并生成在触发脉冲信号CP的有效时段内的第三脉冲信号HCP。脉冲信号HCP可以与触发脉冲信号CP相同。在另一可选示例中，第三脉冲信号HCP也可相对于触发脉冲信号CP的上升沿被延迟，但第三脉冲信号HCP被延迟的时间量小于第一脉冲信号CP1和第二脉冲信号CP2，使得第三脉冲信号HCP早于第一脉冲信号CP1和第二脉冲信号CP2开始。作为示例而非限定，第一脉冲信号CP1和第二脉冲信号CP2可从触发脉冲信号CP的有效时段开始(例如，上升沿)起延迟0-10us后开始。
在根据本发明的第三可选实施例中，可以采用如图4所示的信号波形。图4所示的信号波形与图2所示的信号波形类似，不同之处在于第三脉冲信号HCP包括在触发脉冲信号CP的有效时段开始处的短脉冲。结合图1，第三功放器件G3在该短脉冲期间导通，并在该短脉冲结束后关断。第二电源电路140在第三功放器件G3导通期间击穿电极150与工件之间的间隙并建立放电通道，随后第二电源电路140关闭，并且由第一电源电路130维持电极150与工件之间的放电通道。由此，第二电源电路140的导通时间可以短于触发脉冲信号CP的有效时段，从而能够节能。此外，通过使第二电源电路140具有较短导通时间，可以有效控制施加于电极150上的电流，从而更精确地控制电火花加工。
在根据本发明的第四可选实施例中，可以采用如图5所示的信号波形。图5所示的信号波形与图4所示的信号波形类似，不同之处在于第一脉冲信号CP1和/或第二脉冲信号CP2从触发脉冲信号CP的有效时段开始(例如，上升沿)起延迟指定时间后开始。第三脉冲信号HCP可相对于触发脉冲信号CP的有效时段开始(例如，上升沿)不延迟，由此使得第三脉冲信号HCP早于第一脉冲信号CP1和第二脉冲信号CP2开始，并且早于第一脉冲信号CP1和第二脉冲信号CP2结束。应注意，为了由第一电源电路130维持电极150与工件之间的放电通道，第三脉冲信号HCP应当在第一脉冲信号CP1和第二脉冲信号CP2开始之后才关闭。在另一可选示例中，第三脉冲信号HCP也可相对于触发脉冲信号CP的上升沿被延迟，但第三脉冲信号HCP被延迟的时间量小于第一脉冲信号CP1和第二脉冲信号CP2被延迟的时间量，使得第三脉冲信号HCP早于第一脉冲信号CP1和第二脉冲信号CP2开始。作为示例而非限定，第一脉冲信号CP1和第二脉冲信号CP2可从触发脉冲信号CP的有效时段开始(例如，上升沿)起延迟0-10us后开始。
图6示出了根据本发明一实施例的电火花加工电源控制方法。该方法可由如上参照图1所描述的电火花加工电源100来执行。
该方法可包括在步骤610，生成触发脉冲信号。例如参照图1，脉冲发生器110可生成触发脉冲信号CP。作为示例而非限定，触发脉冲信号CP可以为20us—1000us的可调节触发脉冲信号。
该方法还可包括在步骤620，使用第一电源电路在该触发脉冲信号的控制下生成第一电压信号。例如，第一电源电路130中的第一功放器件G1和第二功放器件G2可在触发脉冲信号CP的控制下导通或关断。
该方法还可包括在步骤630，使用第二电源电路在该触发脉冲信号的控制下生成第二电压信号。例如，第二电源电路140中的第三功放器件G3可在触发脉冲信号CP的控制下导通或关断。
该方法还可包括在步骤640，将第一电压信号和/或第二电压信号施加至电极以形成火花放电。例如，在第二功放器件G2导通的情况下，第一电源电路130可向电极150提供第一电压信号；在第三功放器件G3导通的情况下，第二电源电路140可向电极150提供第二电压信号。
在一个实施例中，该电火花加工电源控制方法还可包括：生成在该触发脉冲信号CP的有效时段内的第一脉冲信号CP1和第二脉冲信号CP2；使用第一脉冲信号CP1来导通或关断第一功放器件G1以控制第一电压源132对电感L的充电；以及使用第二脉冲信号CP2来导通或关断第二功放器件G2以控制从电感L至电极150的第一电压信号。
此外，该电火花加工电源控制方法还可包括：检测电感L至电极150的电流并根据电流检测信号调节第一脉冲信号CP1的脉宽和脉冲间隔大小。
在示例实施例中，第一脉冲信号CP1可包括在触发脉冲信号CP的有效时段内的周期性脉冲信号，该周期性脉冲信号导通或关断第一功放器件G1以控制第一电压源132对电感L的充电。在可选实施例中，第一脉冲信号CP1和第二脉冲信号CP2可从触发脉冲信号CP的有效时段开始起延迟指定时间后开始。例如，第一脉冲信号CP1和第二脉冲信号CP2可从触发脉冲信号CP的有效时段开始起延迟0-10us后开始。
该电火花加工电源控制方法还可包括：生成在触发脉冲信号CP的有效时段内的第三脉冲信号HCP以导通或关断第三功放器件G3。例如，可使用第三脉冲信号HCP导通第三功放器件G3以从第二电压源142向电极150提供第二电压信号，从而击穿电极150与工件之间的间隙并建立放电通道。在可选实施例中，第三脉冲信号HCP可包括在触发脉冲信号CP的有效时段开始处的短脉冲，第三功放器件G3在该短脉冲期间导通，并在该短脉冲结束后关断。在另一实施例中，第二脉冲信号CP2和第三脉冲信号HCP的有效时段可同时结束。在一方面，第二电压源142的电压可高于第一电压源132的电压。例如，第一电压源132的电压可为30-90V，第二电压源142的电压为160V-190V。
如上，本发明提供了一种新型电火花加工电源及其控制方法。本发明通过第一电源电路130和第二电源电路140的配合使用，能够提高电火花加工电源的能量利用率。例如，本发明的电火花加工电源的能量利用率可达到80％，与现有的一些电火花加工电源相比可提高50％以上，从而节电50％。通过使用功放器件，与传统电阻电源相比，电源故障率显著降低，基本可以做到免维护。通过选用大功率器件以及保护电路，也可以使电源故障率降低。此外，通过使用脉冲信号协调地控制各个功放器件的导通/关断，可以使加工电流达到200A-600A，适用于利用大面积电极对工件表面的加工，提高了电加工的效率。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式以及所列举的具体数字仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种电火花加工电源，其特征在于，包括：
脉冲发生器，所述脉冲发生器生成触发脉冲信号；
第一电源电路，所述第一电源电路在所述触发脉冲信号的控制下生成第一电压信号；
第二电源电路，所述第二电源电路在所述触发脉冲信号的控制下生成第二电压信号；以及
电极，所述电极耦合至所述第一电源电路和所述第二电源电路以接收所述第一电压信号和/或所述第二电压信号来形成火花放电。
2.如权利要求1所述的电火花加工电源，其特征在于，所述第一电源电路包括第一电压源、耦合至所述第一电压源的第一功放器件、耦合至所述第一功放器件的电感、以及耦合在所述电感与所述电极之间的第二功放器件，其中所述电火花加工电源还包括：
第一PWM控制器，所述第一PWM控制器耦合至所述脉冲发生器以接收所述触发脉冲信号，并生成在所述触发脉冲信号的有效时段内的第一脉冲信号和第二脉冲信号，所述第一脉冲信号导通或关断所述第一功放器件以控制所述第一电压源对所述电感的充电，且所述第二脉冲信号导通或关断所述第二功放器件以控制从所述电感至所述电极的所述第一电压信号。
3.如权利要求2所述的电火花加工电源，其特征在于，所述第一电源电路还包括：
电流反馈装置，所述电流反馈装置检测所述电感至所述电极的电流并将电流检测信号提供给所述第一PWM控制器以调节所述第一脉冲信号的脉宽和脉冲间隔大小。
4.如权利要求2所述的电火花加工电源，其特征在于，所述第一脉冲信号包括在所述触发脉冲信号的有效时段内的周期性脉冲信号，所述周期性脉冲信号导通或关断所述第一功放器件以控制所述第一电压源对所述电感的充电，
其中所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号从所述触发脉冲信号的有效时段开始起延迟指定时间后开始。
5.如权利要求4所述的电火花加工电源，其特征在于，所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号从所述触发脉冲信号的有效时段开始起延迟0-10us后开始。
6.如权利要求2所述的电火花加工电源，其特征在于，所述第一电源电路还包括：
从工件至所述电极的放电通路以释放所述电极与所述工件之间存储的剩余能量，所述放电通路的一端耦合至所述工件，所述放电通路的另一端耦合在所述第二功放器件与所述电极之间。
7.如权利要求6所述的电火花加工电源，其特征在于，所述放电通路包括：
晶体管，所述晶体管的正极端耦合至所述工件，所述晶体管的负极端耦合在所述第二功放器件与所述电极之间。
8.如权利要求2至7中任一项所述的电火花加工电源，其特征在于，所述第二电源电路包括：
第二电压源；以及
耦合在所述第二电压源与所述电极之间的第三功放器件，其中所述第二电压源经由所述第三功放器件向所述电极提供所述第二电压信号，
其中所述电火花加工电源还包括：
第二PWM控制器，所述第二PWM控制器耦合至所述脉冲发生器以接收所述触发脉冲信号，并生成在所述触发脉冲信号的有效时段内的第三脉冲信号以导通或关断所述第三功放器件，
其中所述第三脉冲信号有效时导通所述第三功放器件以从所述第二电压源向所述电极提供所述第二电压信号，从而击穿所述电极与工件之间的间隙并建立放电通道，
其中所述第二脉冲信号和所述第三脉冲信号的有效时段同时结束，或者所述第三脉冲信号包括在所述触发脉冲信号的有效时段开始处的短脉冲，所述第三功放器件在所述短脉冲期间导通，并在所述短脉冲结束后关断。
9.如权利要求8所述的电火花加工电源，其特征在于，所述触发脉冲信号为20us—1000us的可调节触发脉冲信号，所述第一电压源的电压为30-90V，所述第二电压源的电压为160V-190V。
10.一种电火花加工装置，其特征在于，包括：
如权利要求1至9中任一项所述的电火花加工电源；以及
加工槽，所述加工槽用于固定工件并在所述工件与所述电火花加工电源的电极之间形成间隙。
11.一种电火花加工电源控制方法，其特征在于，包括：
生成触发脉冲信号；
使用第一电源电路在所述触发脉冲信号的控制下生成第一电压信号；
使用第二电源电路在所述触发脉冲信号的控制下生成第二电压信号；以及
将所述第一电压信号和/或所述第二电压信号施加至电极以形成火花放电。
12.如权利要求11所述的电火花加工电源控制方法，其特征在于，所述第一电源电路包括第一电压源、耦合至所述第一电压源的第一功放器件、耦合至所述第一功放器件的电感、以及耦合在所述电感与所述电极之间的第二功放器件，所述电火花加工电源控制方法还包括：
生成在所述触发脉冲信号的有效时段内的第一脉冲信号和第二脉冲信号；
使用所述第一脉冲信号来导通或关断所述第一功放器件以控制所述第一电压源对所述电感的充电；以及
使用所述第二脉冲信号来导通或关断所述第二功放器件以控制从所述电感至所述电极的所述第一电压信号。
13.如权利要求12所述的电火花加工电源控制方法，其特征在于，还包括：
检测所述电感至所述电极的电流并根据电流检测信号调节所述第一脉冲信号的脉宽和脉冲间隔大小；和/或
通过从工件至所述电极的放电通路来释放所述电极与所述工件之间存储的剩余能量。
14.如权利要求12所述的电火花加工电源控制方法，其特征在于，所述第一脉冲信号包括在所述触发脉冲信号的有效时段内的周期性脉冲信号，所述周期性脉冲信号导通或关断所述第一功放器件以控制所述第一电压源对所述电感的充电，
其中所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号从所述触发脉冲信号的有效时段开始起延迟指定时间后开始。
15.如权利要求14所述的电火花加工电源控制方法，其特征在于，所述触发脉冲信号为20us—1000us的可调节触发脉冲信号，所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号从所述触发脉冲信号的有效时段开始起延迟0-10us后开始，
其中所述第一电压源的电压为30-90V，所述第二电压源的电压为160V-190V。
16.如权利要求12至15中任一项所述的电火花加工电源控制方法，其特征在于，所述第二电源电路包括第二电压源以及耦合在所述第二电压源与所述电极之间的第三功放器件，所述电火花加工电源控制方法还包括：
生成在所述触发脉冲信号的有效时段内的第三脉冲信号以导通或关断所述第三功放器件；
在所述第三脉冲信号有效时导通所述第三功放器件以从所述第二电压源向所述电极提供所述第二电压信号，从而击穿所述电极与工件之间的间隙并建立放电通道，
其中所述第二脉冲信号和所述第三脉冲信号的有效时段同时结束，或者所述第三脉冲信号包括在所述触发脉冲信号的有效时段开始处的短脉冲，所述第三功放器件在所述短脉冲期间导通，并在所述短脉冲结束后关断。
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