CN107775128B - 电火花加工电源及其控制方法 - Google Patents

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以生成触发脉冲信号；第一PWM控制器以根据触发脉冲信号生成第一脉冲信号和第二脉冲信号；第二PWM控制器以根据触发脉冲信号生成第三脉冲信号；第一电源电路，其包括第一电压源、第一功放器件、第一电感、以及第二功放器件；第二电源电路，其包括第二电压源和控制电路；其中第一脉冲信号导通或关断第一功放器件以控制第一电压源对第一电感的充电，且第二脉冲信号导通或关断第二功放器件以控制从第一电感至电极的第一电压信号，第一电压信号击穿电极与工件之间的间隙并建立放电通道，并且其中控制电路根据第三脉冲信号控制第二电压源向电极提供第二电压信号。

Description

电火花加工电源及其控制方法

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。

此外，在使用传统电阻式电源的情况下，在对金属工件进行放电加工一段时间后，在工件和放电电极之间的切削液中会掺杂入一些金属颗粒，这些颗粒会形成一个电流通道，相当于在两个电极之间又增加了一个较高的电阻。这个电阻会跟传统电源的电阻一起共同消耗一部分电压，导致用于击穿的电压值降低，而无法击穿放电间隙。

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，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，并生成第一脉冲信号和第二脉冲信号；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，并生成第三脉冲信号；第一电源电路，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第一电感、以及耦合在所述第一电感与电极之间的第二功放器件；第二电源电路，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控制电路；其中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第一电感的充电，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第一电感至所述电极的第一电压信号，所述第一电压信号击穿所述电极与工件之间的间隙并建立放电通道，并且其中所述控制电路根据所述第三脉冲信号控制所述第二电压源向所述电极提供第二电压信号。

在一方面，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第一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可调节的周期性脉冲信号，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第一电感的充电。

在一方面，所述第一脉冲信号包括5us—500us的可调节的周期性脉冲信号。

在一方面，所述第一电源电路进一步包括耦合在所述工件与所述第一电感之间的晶体管，并且所述第二脉冲信号在所述触发脉冲信号结束后延迟指定时间之后结束。

在一方面，所述第二电源电路中的所述控制电路包括第三功放器件，并且所述第三脉冲信号导通或关断所述第三功放器件。

在一方面，所述第二电源电路还包括耦合至所述第二电压源的第四功放器件、耦合在所述第三功放器件和所述第四功放器件之间的第二电感，并且所述第二PWM控制器还根据所述触发脉冲信号生成第四脉冲信号，所述第四脉冲信号导通或关断所述第四功放器件。

在一方面，所述第四脉冲信号包括5us—500us的可调节的周期性脉冲信号。

在一方面，所述第三脉冲信号和所述第四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。

在一方面，所述第三脉冲信号和所述第四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。

在一方面，所述第一电感为空心电感。

在一方面，所述触发脉冲信号为20us—1000us的可调节触发脉冲信号。

在一方面，所述第一电压源的电压高于所述第二电压源的电压。

在一方面，所述第一电压源的电压为160V-190V，所述第二电压源的电压为30-90V。

在本发明的另一实施例中，一种电火花加工装置包括如上所述的电火花加工电源。在一方面，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。

在本发明的另一实施例中，一种电火花加工电源控制方法包括：生成触发脉冲信号；根据所述触发脉冲信号生成第一脉冲信号、第二脉冲信号和第三脉冲信号；将所述第一脉冲信号和第二脉冲信号提供给第一电源电路，其中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第一电感、以及耦合在所述第一电感与电极之间的第二功放器件；将所述第三脉冲信号提供给第二电源电路，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控制电路；使用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第一电感的充电；使用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第一电感至所述电极的第一电压信号，所述第一电压信号击穿所述电极与工件之间的间隙并建立放电通道；以及所述控制电路根据所述第三脉冲信号控制所述第二电压源向所述电极提供第二电压信号。

在一方面，所述电火花加工电源控制方法还包括：检测所述第一电感至所述电极的电流并使用电流检测信号来调节所述第一脉冲信号的脉宽和脉冲间隔大小。

在一方面，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可调节的周期性脉冲信号，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第一电感的充电。

在一方面，所述第一脉冲信号包括5us—500us的可调节的周期性脉冲信号。

在一方面，所述第一电源电路进一步包括耦合在所述工件与所述第一电感之间的晶体管，并且所述第二脉冲信号在所述触发脉冲信号结束后延迟指定时间之后结束。

在一方面，所述第二电源电路中的所述控制电路包括第三功放器件，并且所述第三脉冲信号导通或关断所述第三功放器件。

在一方面，所述第二电源电路还包括耦合至所述第二电压源的第四功放器件、耦合在所述第三功放器件和所述第四功放器件之间的第二电感，并且所述方法还包括：根据所述触发脉冲信号生成第四脉冲信号，所述第四脉冲信号导通或关断所述第四功放器件。

在一方面，所述第四脉冲信号包括5us—500us的可调节的周期性脉冲信号。

在一方面，所述第三脉冲信号和所述第四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。

在一方面，所述第三脉冲信号和所述第四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。

在一方面，所述第一电压源的电压高于所述第二电压源的电压。

在一方面，所述第一电压源的电压为160V-190V，所述第二电压源的电压为30-90V。

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，可以使最大加工电流达到200A-600A，适用于利用大面积电极对工件表面进行粗加工，提高了电加工的效率。此外，本发明可以减少因电极与加工工件之间的漏电流现象而导致无法击穿放电间隙的几率。

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另一个实施例的电火花加工电源的电路示意图。

图3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另一个实施例的电火花加工信号波形示意图。

图7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、过热保护、防烧结电路等，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。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3-6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，例如CP1、CP2、CP3。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CP3。

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L1、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、控制电路144、以及晶体管D5。在一个实施例中，控制电路144可包括第三功放器件。第一功放器件G1、第二功放器件G2、控制电路144(例如，第三功放器件)可分别由控制信号生成器120生成的控制脉冲信号CP1、CP2、CP3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L1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L1至电极150的第一电压信号。控制电路144基于第三脉冲信号CP3来控制第二电压源142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L1或第二功放器件G2的电流I1，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L1和第二功放器件G2提供给电极150的电流大小。电感L1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L1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。

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时，第一电压源132对电感L1充电。当第二脉冲信号CP2导通第二功放器件G2时，电感L1经由第二功放器件G2向电极150提供第一电压信号，该第一电压信号可以击穿电极150与工件之间的间隙并建立放电通道，对工件进行电蚀加工。在根据本发明的一个实施例中，第一电压源132可以是高压直流电源。作为示例而非限定，第一电压源132的电压可为160V-190V。此外，如图1中所示，在电感L1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L1一端连接。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建立经由第二功放器件G2至电极150的回路。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。

在第二电源电路140中，当控制电路144基于第三脉冲信号CP3导通第二电源电路140向电极150提供的第二电压信号时，该第二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。例如，在第一电压源132对电极150施加第一电压信号时，第二电源电路140也可向电极150施加第二电压信号，由此第一电源电路130和第二电源电路140共同对电极150供电。替换地，在第一电源电路130中的第一功放器件G2关断，由此不向电极150供电时，第二电源电路140可向电极150提供第二电压信号以维持电极150与工件之间的稳定放电通道，对工件进行持续电蚀加工。此外，控制电路144可检测第二电源电路140中的参数，例如电流、电压等，并将该参数反馈给第二PWM控制器126以调整CP3的脉宽和脉冲间隔。作为示例而非限定，第二电压源142可以是低压直流电源。例如，第二电压源142的电压可为30-90V。如图1中可见，晶体管D5的正极端与控制电路144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、控制电路144(例如，第三功放器件)关断，电极150停止产生电火花。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(可选地，还耦合至第一电压源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。晶体管D2的正极端耦合至工件(可选地，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。

图2示出了根据本发明的另一个实施例的电火花加工电源200的电路示意图。该电火花加工电源200可包括脉冲发生器210、连接至脉冲发生器210的控制信号生成器220、第一电源电路230、第二电源电路240、以及连接至第一电源电路230和第二电源电路240的电极250。图2中的电火花加工电源200与图1中的电火花加工电源100相似的组件、操作、参数等将不再赘述。

参考图2，脉冲发生器210可以生成触发脉冲信号CP，该触发脉冲信号CP可被提供给控制信号生成器220。控制信号生成器220可包括CP信号隔离/整形模块222(可选)、第一PWM控制器224、和第二PWM控制器226。第一PWM控制器224和第二PWM控制器226可接收由CP信号隔离/整形模块222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222的情况下直接从脉冲发生器210接收触发脉冲信号CP。第一PWM控制器224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226基于触发脉冲信号CP生成第三脉冲信号CP3和第四脉冲信号CP4。

第一电源电路230可包括第一电压源232、第一功放器件G1、电感L1、电流反馈装置234、第二功放器件G2、以及晶体管D1-D4。如上所述，第一功放器件G1、第二功放器件G2可分别由控制信号生成器220生成的控制脉冲信号CP1、CP2来控制。具体地，当第一脉冲信号CP1导通第一功放器件G1时，第一电压源232对电感L1充电。当第二脉冲信号CP2导通第二功放器件G2时，电感L1经由第二功放器件G2向电极250提供第一电压信号，该第一电压信号可以击穿电极250与工件之间的间隙并建立放电通道，对工件进行电蚀加工。在根据本发明的一个实施例中，第一电压源232可以是高压直流电源。作为示例而非限定，第一电压源232的电压可为160V-190V。

此外，如图2中所示，在电感L1与第一电压源232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232的负极相连，晶体管D3负极端连接至电感L1与第一功放器件G1之间。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L1、第二功放器件G2至电极250的续流回路，可维持电极250与工件之间的放电通道并且将电感L1中储存的能量充分释放出来。图2中所示的第一电源电路230可与图1中所示的第一电源电路130交换使用。

第二电源电路240可包括第二电压源242、第四功放器件G4、电感L2、第三功放器件G3、电流反馈装置244、以及晶体管D5-D8。第三功放器件G3、第四功放器件G4可分别由控制信号生成器220生成的控制脉冲信号CP3、CP4来控制。具体地，第四脉冲信号CP4导通或关断第四功放器件G4以控制第二电压源242对电感L2的充电，第三脉冲信号CP3导通或关断第三功放器件G3以控制从电感L2至电极250的第二电压信号。电流反馈装置244可以检测在放电加工期间流经电感L2或第三功放器件G3的电流I2，并将电流检测信号提供给第二PWM控制器226以调节第四脉冲信号CP4的脉宽和脉冲间隔大小，从而控制从第二电压源242经电感L2和第三功放器件G3提供给电极250的电流大小。电感L2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L2可以是空心电感。功放器件G3、G4可以使用晶体管、闸晶管、场效应管、三极管等来实现。晶体管D5-D8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2仅示出了电火花加工电源200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D5-D8)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244的位置可与电感L2或第三功放器件G3的位置互换)。

如上所述，在加工期间(例如，触发脉冲信号CP有效时)，第一电源电路230向电极250提供第一电压信号，该第一电压信号可以击穿电极250与工件之间的间隙并建立放电通道。在第二电源电路240中，当第四脉冲信号CP4导通第四功放器件G4时，第二电压源242对电感L2充电；当第三脉冲信号CP3导通第三功放器件G3时，电感L2经第三功放器件G3和向电极250提供第二电压信号，该第二电压信号可以辅助维持电极250与工件之间的稳定放电通道，对工件进行电蚀加工。作为示例而非限定，第二电压源242可以是低压直流电源。例如，第二电压源242的电压可为30-90V。此外，如图2中所示，在电感L2与第二电压源242的负极(或接地)之间连接有晶体管D7，晶体管D7的正极端与工件及第二电压源242的负极相连，晶体管D7负极端与电感L2一端连接。当第四功放器件G4关断而第三功放器件G3导通时，晶体管D7可用于吸负压，通过晶体管D3建立经由电感L2、第三功放器件G3至电极250的续流回路，可维持电极250与工件之间的放电通道并且将电感L2中储存的能量充分释放出来。晶体管D5设在第三功放器件G3与电极250和第一电源电路230的连接点之间，可防止第一电源电路230的第一电压信号串入第二电源电路240。

在加工间隙中(例如，触发脉冲信号CP无效时)，功放器件G1、G2、G3、G4关断，电极250停止产生电火花。第一电压源232、晶体管D3、电感L1、晶体管D4可形成续流电路，以释放电感L1中的剩余能量。类似地，第二电压源242、晶体管D7、电感L2、晶体管D6可形成续流电路，以释放电感L2中的剩余能量。在一个优选实施例中，可通过从工件至电极250的放电通路(例如，经由晶体管D2和可选的晶体管D1、和/或经由晶体管D8和可选的晶体管D5)来释放电极250与工件之间存储的剩余能量。通过在加工间隙中释放电极250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。

图3示出了根据一个示例性实施例的与图1所示的电火花加工电源相对应的信号波形的示意图。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，并生成第三脉冲信号CP3。在一个方面，脉冲信号CP1、CP2、CP3可以在触发脉冲信号CP的有效时段内。在其他方面，脉冲信号CP1、CP2、和/或CP3可以相对于触发脉冲信号CP有所延迟。第一脉冲信号CP1可包括周期性脉冲信号。例如，第一PWM控制器124可产生5us—500us的可调节的第一触发脉冲信号CP1，脉间宽度可在5-500us之间。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、CP3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L1的充电，由此电感L1储存能量；触发脉冲信号CP2有效，第二功放器件G2导通，电感L1经由第二功放器件G2向电极150提供第一电压信号。初始由于电极150与工件之间的间隙尚未被击穿且电感L1具有磁滞效应，因此不存在电流通路，但电极150上的电压逐渐增大；在电极150上的电压达到击穿电压时，电极150与工件之间的间隙被击穿并建立放电通道。从图3的波形图中可见，电流I1比触发脉冲信号CP延迟一段时间之后开始。在触发脉冲信号CP的有效时段内，第三脉冲信号CP3有效，使得控制电路144导通第二电源电路140，第二电压源142向电极150提供第二电压信号，从而第二电压信号辅助维持电极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共同向电极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L1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L1充电，电流I1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L1充电，同时电感L1对电极150供电，导致电流I1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L1充电，电流I1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I1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I1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关断，控制电路144也关断第二电源电路140，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CP3可以使相应的电路导通以对电极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3中可以看出，电流I1在触发脉冲信号CP的无效时基本为0。

在将图1的第一电源电路130替换成如图2所示的第一电源电路230的结构时，第二脉冲信号CP2可以比触发脉冲信号CP或第一脉冲信号CP1延迟一段时间结束，由此在该延迟时段期间通过晶体管D3建立经由电感L1、第二功放器件G2至电极250的续流回路，可维持电极250与工件之间的放电通道并且将电感L1中储存的能量充分释放出来。

图4示出了根据另一个示例性实施例的与图1所示的电火花加工电源相对应的信号波形的示意图。图4所示的信号波形与图3所示的信号波形类似，不同之处在于第三脉冲信号CP3可相对于触发脉冲信号CP的有效时段开始(例如，上升沿)延迟指定时间后开始，第一脉冲信号CP1和第二脉冲信号CP2可相对于触发脉冲信号CP的有效时段开始(例如，上升沿)不延迟或延迟较少时间，由此使得第一脉冲信号CP1和第二脉冲信号CP2比第三脉冲信号CP3更早开始。作为示例而非限定，第三脉冲信号CP3可比触发脉冲信号CP或第二脉冲信号CP2的开始(例如，上升沿)延迟0-10us后开始。替换地，第三脉冲信号CP3可在第一电源电路130击穿电极250与工件之间的间隙并建立放电通道之前或之后开始。在其他方面，也可在需要增大放电电流时使第三脉冲信号CP3有效。第一脉冲信号CP1和第二脉冲信号CP2可与第三脉冲信号CP3同时结束(例如，在触发脉冲信号CP变为无效时结束)。

在将图1的第一电源电路130替换成如图2所示的第一电源电路230的结构时，第二脉冲信号CP2可以比触发脉冲信号CP或第一脉冲信号CP1延迟一段时间结束。在这种情况下，第三脉冲信号CP3可以与触发脉冲信号CP同时开始或与触发脉冲信号CP相比延迟一段时间之后开始，并且可与第二脉冲信号CP2同时结束。

图5示出了根据一个示例性实施例的与图2所示的电火花加工电源相对应的信号波形的示意图。图5与图3相比增加了第四脉冲信号CP4。参照图2，第三脉冲信号CP3可用于控制第三功放器件G3的导通/关断(例如，图1中的控制电路可包括第三功放器件G3)，第四脉冲信号CP4可用于控制第四功放器件G4的导通/关断。第四脉冲信号CP4可以与第一脉冲信号CP1相同。如上参照图2所描述的，第四脉冲信号CP4导通或关断第四功放器件G4以控制第二电压源242对电感L2的充电，第三脉冲信号CP3导通或关断第三功放器件G3以控制从电感L2至电极250的第一电压信号。

图6示出了根据另一个示例性实施例的与图2所示的电火花加工电源相对应的信号波形的示意图。图6所示的信号波形与图5所示的信号波形类似，不同之处在于第三脉冲信号CP3和第四脉冲信号CP4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。作为示例而非限定，第三脉冲信号CP3和第四脉冲信号CP4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。

另外，图6示出了第二脉冲信号CP2可以比触发脉冲信号CP或第一脉冲信号CP1延迟一段时间结束，由此在该延迟时段期间通过晶体管D3建立经由电感L1、第二功放器件G2至电极250的续流回路，可维持电极250与工件之间的放电通道并且将电感L1中储存的能量充分释放出来。从图6中可以看出，电流I1比触发脉冲信号CP的结束延迟续流时间之后结束。类似地，第三脉冲信号CP3也可以比触发脉冲信号CP延迟一段时间结束，由此在该延迟时段期间通过晶体管D7建立经由电感L2、第三功放器件G3至电极250的续流回路，可维持电极250与工件之间的放电通道并且将电感L2中储存的能量充分释放出来。

图7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或2所描述的电火花加工电源来执行。该方法可包括：

在步骤710：生成触发脉冲信号。例如参照图1和2，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。

在步骤720：根据触发脉冲信号生成第一脉冲信号、第二脉冲信号和第三脉冲信号。例如，第一PWM控制器124可根据触发脉冲信号CP生成第一脉冲信号、第二脉冲信号，第二PWM控制器126可根据触发脉冲信号CP生成第三脉冲信号。第一脉冲信号包括在触发脉冲信号的有效时段内的可调节的周期性脉冲信号，该周期性脉冲信号导通或关断第一功放器件以控制第一电压源对第一电感的充电。第一脉冲信号和第二脉冲信号可被提供给第一电源电路，其中第一电源电路包括第一电压源、耦合至第一电压源的第一功放器件、耦合至第一功放器件的第一电感、以及耦合在第一电感与电极之间的第二功放器件。第三脉冲信号可被提供给第二电源电路，第二电源电路包括第二电压源以及耦合在第二电压源与电极之间的控制电路。第一电压源的电压可高于第二电压源的电压。作为示例而非限定，第一电压源的电压可为160V-190V，第二电压源的电压可为30-90V

在步骤730：使用第一脉冲信号导通或关断第一功放器件以控制第一电压源对第一电感的充电。例如，第一脉冲信号可包括5us—500us的可调节的周期性脉冲信号。

在步骤740：使用第二脉冲信号导通或关断第二功放器件以控制从第一电感至电极的第一电压信号，第一电压信号可击穿电极与工件之间的间隙并建立放电通道。

在步骤750：控制电路根据第三脉冲信号控制第二电压源向电极提供第二电压信号。

在其他方面，该电火花加工电源控制方法还可包括检测第一电感至电极的电流并使用电流检测信号来调节第一脉冲信号的脉宽和脉冲间隔大小。在一方面，第一电源电路进一步包括耦合在工件与第一电感之间的晶体管，并且第二脉冲信号在触发脉冲信号结束后延迟指定时间之后结束。

在进一步的实施例中，第二电源电路中的控制电路包括第三功放器件，并且第三脉冲信号导通或关断第三功放器件。此外，第二电源电路还包括耦合至第二电压源的第四功放器件、耦合在第三功放器件和第四功放器件之间的第二电感，并且方法还包括：根据触发脉冲信号生成第四脉冲信号，第四脉冲信号导通或关断第四功放器件。作为示例而非限定，第四脉冲信号包括5us—500us的可调节的周期性脉冲信号。

在一个方面，第三脉冲信号和第四脉冲信号从触发脉冲信号的有效时段开始起延迟指定时间后开始。例如，第三脉冲信号和第四脉冲信号从触发脉冲信号的有效时段开始起延迟0-10us后开始。

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，可以使最大加工电流达到200A-600A，适用于利用大面积电极对工件表面进行粗加工，提高了电加工的效率。此外，本发明可以减少因电极与加工工件之间的漏电流现象而导致无法击穿放电间隙的几率，在电路布置合理、使用元器件合理的最佳情况下，能将漏电流导致无法击穿的几率降低80％以上。

本专利的第一电源电路(例如，高压电源)无需电阻，而是设有电感，电感不会消耗电压。这样即便是放电通道中由于金属颗粒的存在导致电压消耗，用于击穿的电压也会比传统的电源高，从而减少了因为漏电流而导致不能击穿的问题。

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 (20)

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，并生成第一脉冲信号和第二脉冲信号；

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，并生成第三脉冲信号；

第一电源电路，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第一电感、以及耦合在所述第一电感与电极之间的第二功放器件；

第二电源电路，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控制电路，

其中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第一电感的充电，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第一电感至所述电极的第一电压信号，所述第一电压信号击穿所述电极与工件之间的间隙并建立放电通道，并且

其中所述控制电路根据所述第三脉冲信号控制所述第二电压源向所述电极提供第二电压信号。

2.如权利要求1所述的电火花加工电源，其特征在于，所述第一电源电路还包括：

电流反馈装置，所述电流反馈装置检测所述第一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。

3.如权利要求1所述的电火花加工电源，其特征在于，所述第一脉冲信号包括在所述触发脉冲信号的有效时段内的可调节的周期性脉冲信号，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第一电感的充电。

4.如权利要求1所述的电火花加工电源，其特征在于，所述第一电源电路进一步包括耦合在所述工件与所述第一电感之间的晶体管，并且所述第二脉冲信号在所述触发脉冲信号结束后延迟指定时间之后结束。

5.如权利要求1至4中任一项所述的电火花加工电源，其特征在于，所述第二电源电路中的所述控制电路包括第三功放器件，并且所述第三脉冲信号导通或关断所述第三功放器件。

6.如权利要求5所述的电火花加工电源，其特征在于，所述第二电源电路还包括耦合至所述第二电压源的第四功放器件、耦合在所述第三功放器件和所述第四功放器件之间的第二电感，并且所述第二PWM控制器还根据所述触发脉冲信号生成第四脉冲信号，所述第四脉冲信号导通或关断所述第四功放器件。

7.如权利要求6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，所述第一脉冲信号和/或所述第四脉冲信号包括5us—500us的可调节的周期性脉冲信号，所述第一电压源的电压为160V-190V，所述第二电压源的电压为30-90V。

8.如权利要求6所述的电火花加工电源，其特征在于，所述第三脉冲信号和所述第四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。

9.如权利要求8所述的电火花加工电源，其特征在于，所述第三脉冲信号和所述第四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。

10.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。

11.如权利要求10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。

12.一种电火花加工装置，其特征在于，包括：

如权利要求1至11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。

13.一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；

根据所述触发脉冲信号生成第一脉冲信号、第二脉冲信号和第三脉冲信号；

将所述第一脉冲信号和第二脉冲信号提供给第一电源电路，其中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第一电感、以及耦合在所述第一电感与电极之间的第二功放器件；

将所述第三脉冲信号提供给第二电源电路，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控制电路；

使用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第一电感的充电；

使用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第一电感至所述电极的第一电压信号，所述第一电压信号击穿所述电极与工件之间的间隙并建立放电通道；以及

所述控制电路根据所述第三脉冲信号控制所述第二电压源向所述电极提供第二电压信号。

14.如权利要求13所述的电火花加工电源控制方法，其特征在于，还包括：

检测所述第一电感至所述电极的电流并使用电流检测信号来调节所述第一脉冲信号的脉宽和脉冲间隔大小。

15.如权利要求13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可调节的周期性脉冲信号，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第一电感的充电。

16.如权利要求13所述的电火花加工电源控制方法，其特征在于，所述第一电源电路进一步包括耦合在所述工件与所述第一电感之间的晶体管，并且所述第二脉冲信号在所述触发脉冲信号结束后延迟指定时间之后结束。

17.如权利要求13至16中任一项所述的电火花加工电源控制方法，其特征在于，所述第二电源电路中的所述控制电路包括第三功放器件，并且所述第三脉冲信号导通或关断所述第三功放器件。

18.如权利要求17所述的电火花加工电源控制方法，其特征在于，所述第二电源电路还包括耦合至所述第二电压源的第四功放器件、耦合在所述第三功放器件和所述第四功放器件之间的第二电感，并且所述方法还包括：

根据所述触发脉冲信号生成第四脉冲信号，所述第四脉冲信号导通或关断所述第四功放器件。

19.如权利要求18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/或所述第四脉冲信号包括5us—500us的可调节的周期性脉冲信号，所述第一电压源的电压为160V-190V，所述第二电压源的电压为30-90V。

20.如权利要求18所述的电火花加工电源控制方法，其特征在于，所述第三脉冲信号和所述第四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。