CN1113722C - 放电加工电源及放电加工方法 - Google Patents

Abstract

通过将电流脉冲反复提供到形成在工具电极(1)和工件(2)之间的加工间隙(3)进行放电加工的电源(100)，包括直流电源(E)、连接在直流电源和加工间隙之间的第一切换元件(Tr1-Trn)、与所述加工间隙并联连接的电容器(C1-C8)、用于控制从电容器流到加工间隙的电流的第二切换元件(67)、用于检测放电开始的检测器(50)、和用于响应检测器控制第一切换元件和第二切换元件的控制器(20)。从放电开始仅在第一时间(τON)电流从直流电源通过第一切换元件提供到加工间隙，以及从放电开始仅在第二时间(T)电流从电容器通过第二切换元件提供到加工间隙，所述第二时间比从放电开始的第一时间短。

Description

放电加工电源及放电加工方法

本发明涉及一种通过在工具电极和工件之间形成的加工间隙中产生放电来加工工件的放电加工机械。本发明特别涉及一种利用电容器给所述加工间隙反复提供电流脉冲的放电加工电源。

如果由直流电源给所述加工间隙供电，可减少该加工间隙中介电液体的电阻，其中加工间隙是在放电加工机械的工具电极和导电工件之间形成的微间隙。如果介电液体的绝缘特性破坏，则出现放电且接通时间开始。在被控制的接通时间期间，放电加工电流流过加工间隙，结果工件材料蒸发或熔化。一旦接通时间结束，为了恢复介电液体的绝缘特性，在被控制的关断时间期间，暂停供电。这样，可将具有被控制的接通时间和被控制的关断时间的电流脉冲反复地提供到加工间隙。已公知电流脉冲波形的陡峭上升边有助于提供加工速度。图4是示出了现有技术的放电加工电源的电路图。工件2放置在填充有例如煤油这样的介电液体的加工槽中。将工具电极1定位为使得微小的加工间隙3形成在工具电极和工件2之间。由开关晶体管Tr1-Trn和限流电阻器R1-Rn构成的N个串联组合并联连接在直流电源E和加工间隙3之间。为了简化该图，仅示出了两个串联组合，图中省略了其他的串联组合。由门脉冲信号GP控制开关晶体管Tr1-Tr2的接通/关断切换操作。用于产生门脉冲信号GP的单元例如直流电源E、开关晶体管Tr1-Trn和限流电阻器R1这样的电子器件通常容纳在机壳内。这样的机壳必然布置得与机械部件如用于支持工件的部件和用于使得工具电极移动的部件具有物理距离。为了电连接直流电源  E和加工间隙3，将例如同轴电缆CC这样的适当的导体设置在机壳和机械部件之间。图4的电源还包括与加工间隙3并联连接的电容器C。开关SW连接在电容器C和加工间隙3之间，可选择使用电容器C。电容器的静电电容可设定在例如0.0068-1.6μF的范围内。电容器C和开关SW的组合布置得尽可能接近加工间隙3。电容器C和开关SW容纳在例如附着在加工槽侧壁的小盒中。如果接通开关晶体管Tr1-Trn中的至少一个同时开关SW处于闭合状态，则电容器C开始充电。如果电容器C的充电电压超过特定值，则放电电流l流过加工间隙3。此时，同时将电流从直流电源E通过开关晶体管提供到加工间隙3。从电容器C提供到加工间隙3的电流脉冲波形的特征在于陡峭的上升边。陡峭上升边可提高加工速度。图4的电路尤其用在如使用铜电极从而加工完的钢件表面的表面粗糙度为3μmRy或更小的情况，或当加工硬质金属工件时使用铜钨电极的情况中。

接通开关晶体管后开始放电所用的时间根据加工间隙3的状况而改变。结果，存在从电容器C提供到加工间隙3的电流不恒定的缺点。例如，有在完成充足充电之前，就在加工间隙中开始放电的可能。并且，即使开关晶体管被关断，由于存储在电容器C中的电荷也有在加工间隙3中出现意外放电的危险。

本发明的一个目的是提供一种放电加工电源，其能控制从电容器提供到加工间隙的单个电脉冲能量的恒定性。

本发明的另一个目的是提供一种放电加工电源，其能充分保证能存储电容器的电荷的时间。本发明的再一个目的将在下面的说明中给出，对于本领域普通技术人员而言，一旦实施本发明该目的将很明显。

为了实现上述目的，本发明的一个方面为反复地将电流脉冲提供到形成在工具电极和工件之间的加工间隙的放电加工电源，包括直流电源、连接在直流电源和加工间隙之间的第一切换元件、与所述加工间隙并联连接的电容器、用于控制从电容器到加工间隙的电流的第二切换元件、用于检测放电开始的检测器、和控制器，用于响应检测器控制第一切换元件和第二切换元件，使得从放电开始仅在第一时间电流从直流电源通过第一切换元件提供到加工间隙，以及从放电开始仅在第二时间电流从电容器通过第二切换元件提供到加工间隙，所述第二时间比从放电开始的第一时间短。

根据本发明的另一方面，提供一种反复地将电流脉冲提供到形成在工具电极和工件之间的加工间隙的放电加工电源，包括直流电源、连接在直流电源和加工间隙之间的第一切换元件、用于通过第一切换元件将电流从直流电源引到所述加工间隙的第一线路、与所述加工间隙并联连接的电容器、用于将充电电流从直流电源引到所述电容器的第二线路、用于控制从电容器流到加工间隙的充电电流的第二切换元件、和用于控制第一切换元件和第二切换元件的控制器。

图1是表示本发明的放电加工电源的电路图；

图2是表示图1的校正电流源电路的电路图；

图3A、3B、3C、3D和3E是表示图1的放电加工电源的操作的时序图；以及

图4是表示现有技术的放电加工电源的电路图。

现在，参考图1和图2将描述本发明的放电加工电源。与图4中相同的参考标号表示相同的结构元件，在此省略对这些元件的描述。

与图4的电源相似，放电加工电源100包括直流电源E和由n个限流电阻器R1-Rn和开关晶体管Tr1-Trn构成的切换电路10。用于检测施加到加工间隙3上的电压的电阻器41和42的串联组合与加工间隙3并联连接。将表示在电阻器41和42之间的接点43处检测到的电压的信号DS提供到放电检测器50。放电检测器50将该电压信号DS与参考电压比较，如果断定在间隙3中已开始放电，则将一个脉冲信号DP提供到门脉冲发生器20。用于产生陡峭的脉冲放电加工电流I的波形上升缘的校正电流源电路60设在加工间隙3附近。如图2中所示，校正电流源电路60包括电容器电路61，其由多个由电源E充电的电容器C1-C8和连接到这些电容器上的开关SW-SW8构成。利用开关SW1-SW8可将电容器61的静电电容设定在0.0068-1.6μF的范围内。校正电流源电路60的充电端子60A和60B通过低感同轴电缆CC连接到直流电源E上，而将输出端子60C和60D连接到加工间隙3。通过限流电阻器63和二极管64将直流电源E提供的充电电流提供到电容器电路61上。充电时间由时间常数RC确定。例如，当使用15Ω的电阻器R63，并在电容器电路61中选择1.6μF的电容器时，充电时间约为24μs。参考标号65代表加速(accelerating)电容器。如果在加工间隙3上开始放电，电流从电容器电路61通过二极管66和开关晶体管67流到加工间隙3。为了使该电流不受由电感造成的不需要的影响，电容器电路61布置得尽可能接近加工间隙3。开关晶体管67的接通/关断切换操作由门脉冲发生器20提供的门脉冲GP2控制。

下面，参考图3A、3B、3C、3D和3E将描述放电加工电源100的操作。

如图3A中所示，当门脉冲信号GP1变为“H”电平的时刻t1，电压从直流电源E提供到加工间隙3上，如图3D中所示。如图3B中所示，在t1时刻门脉冲信号GP2也变为“H”电平。当加工间隙3中开始放电的时刻t2，电流I流过加工间隙3，如图3E中所示，以及如图3D中所示，电压DS下降。放电检测器50检测该电压降，以及如图3C中所示，将代表放电开始的信号DP提供到门脉冲发生器20。从时刻t2直到经过了设定的时间段τON的时刻t4期间，门脉冲发生器20将门脉冲信号GP1保持在“H”电平。在时间段τON期间，电流i从直流电源E通过切换电路10流到加工间隙3，然而如图3B中所示，由于切换电路10中的限流电阻器，该电流i比较缓慢地上升。为了校正电流i的缓慢上升边，从时刻t2直到经过了设定的时间段T的时刻t3期间，门脉冲发生器20将门脉冲信号GP2保持在“H”电平。在时间段T期间，从电容器电路61通过开关晶体管67流到加工间隙3中的电流与电流i结合，其意味着在电流I的波形中产生陡峭上升边。时间段T设定为这样的值，其使得电流达到峰值，例如，5μs，比时间段τON短。由于在门脉冲发生器20中设定时间段T，所以由电容器电路61提供到加工间隙3中的能量在时间段τON期间是恒定的。从时刻t4直到经过了设定的时间段τOFF的时刻t5期间，门脉冲发生器20将门脉冲信号GP1保持在“ L”电平。从放电再次开始的时刻t6直到经过了时间段T的时刻t7期间，来自电容器电路61的电流流到加工间隙3中。从时刻t6直到经过了时间段τON的时刻t8期间，电流I流过加工间隙3。这样，门脉冲发生器20控制开关晶体管Tr1-Trn和67，从而时间段τON和时间段τOFF是恒定的，在时间段τON期间，用脉冲电流I加工工件2，而在时间段τOFF期间，恢复加工间隙3中发介电液体的绝缘特性。从时刻t3到时刻t5，门脉冲发生器20将门脉冲信号GP2保持在“L”电平，这意味着防止电流在时间段τOFF期间从电容器C流到加工间隙3。从时刻t1到时刻t3，电容器电路61充电，并确保比图4的电容器C更长的充电时间。

无意将本发明限定到所公开的具体形式上，很明显，根据上述记述可进行多种变形和各种改变。例如，这里使用直流电源E对电容器电路61充电，也可用其他直流电源给电容器电路61充电。所描述的实施例选择为能最好地解释本发明的原理及其实际应用。本发明的保护范围由后附的权利要求书限定。

Claims (6)

1.一种放电加工电源，将电流脉冲反复地提供到形成在工具电极和工件之间的加工间隙中，其包括：

直流电源；

连接在直流电源和加工间隙之间的第一切换元件；

与所述加工间隙并联连接的电容器；

用于控制从电容器流到加工间隙的电流的第二切换元件；

用于检测放电开始的检测器；以及

控制器，用于响应检测器控制第一切换元件和第二切换元件，使得从放电开始仅在第一时间电流从直流电源通过第一切换元件提供到加工间隙，以及从放电开始仅在第二时间电流从电容器通过第二切换元件提供到加工间隙，所述第二时间比从放电开始的第一时间短。

2.如权利要求1所述的放电加工电源，其特征在于，电容器和第二切换元件设置在加工间隙附近。

3.如权利要求1所述的放电加工电源，其特征在于，由直流电源对电容器充电。

4.如权利要求1所述的放电加工电源，其特征在于，限流电阻器与第一切换元件串联连接。

5.一种放电加工电源，将电流脉冲反复地提供到形成在工具电极和工件之间的加工间隙上，其包括：

直流电源；

连接在直流电源和加工间隙之间的第一切换元件；

用于通过第一切换元件将电流从直流电源引到所述加工间隙的第一线路；

与所述加工间隙并联连接的电容器；

用于将充电电流从直流电源引到所述电容器的第二线路；

用于控制从电容器流到加工间隙的充电电流的第二切换元件；以及

用于控制第一切换元件和第二切换元件的控制器。

6.一种放电加工方法，通过在形成于工具电极和工件之间的加工间隙中反复地产生放电来加工工件，其包括步骤：

将电压施加到加工间隙上；

检测加工间隙上的放电开始；

从放电开始仅在第一时间将来自直流电源的电流通过限流电阻器提供到加工间隙上；以及

仅在第二时间将来自电容器的电流提供到加工间隙上，所述第二时间比从放电开始的所述第一时间短。

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