CN215698616U - 一种放电电源和运动控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种放电电源和运动控制装置，包括控制装置以及控制方法，所述控制装置包括：上位机控制系统、放电和运动控制系统、以及执行机构，所述控制方法为用户编辑好所述图形文件并选定加工指标后，所述上位机控制系统中的所述高频放电模块将加工参数对应的组号发送给所述智能加工参数控制板，所述智能加工参数控制板生成加工所需要的电参数，随后通过特定通讯协议发送给所述智能高频振荡板，所述高频振荡板振荡出高频加工需要的波形，然后将振荡完成的高频加工信号发送至所述高频放大功率板，最终在金属丝电极和工件形成加工需要的电压。通过本实用新型中得到的工件表面粗糙度更好，工件的加工效率更高，同时具备更智能的报警功能。

Description

一种放电电源和运动控制装置

技术领域

本实用新型涉及放电加工机床技术领域，具体为一种放电电源和运动控制装置。

背景技术

一般情况下，为了提高放电加工所制成成品的表面粗糙度，会执行加工条件不同的多个步骤，首先，在工件上大概形成所期望的轮廓，然后高精度的从切割面去除多余的材料，最后再次精加工来提高切割面的粗糙度。粗加工时候放电加工机床的电源系统提供给金属丝电极和工件之间的加工间隙的脉冲电源宽度在几十个到一百个微秒之间，电压峰值大约在60V到100V之间，占空比在1:5到1:10之间。精加工时候放电加工机床的电源系统提供给金属丝电极和工件之间的加工间隙的脉冲电源宽度在几百纳秒到十个微秒之间，电压峰值大约在60V到100V之间，占空比在1:10到1:15之间。放电加工机床中的放电检测装置的作用就是将上述电压脉冲信号进行采集，通过采集的电压脉冲信号来实时判断金属丝电机和工件之间是否发生了放电现象。放电检测装置将采集处理后的电压脉冲信号通过V/F变换电路转化成频率信号输送给放电加工机床的伺服进给系统，机床的伺服进给系统通过上述频率信号来决定放电加工过程中机床进给轴运动的快慢，进给轴运动过快可能会导致工件和金属丝电机短路并发生断丝，进给轴运动过慢又会降低加工工件的效率。由此可见，放电检测装置的性能不但直接影响到整个放电加工过程的效率，同时还决定了放电加工机床能否在不发生短路断丝的前提下长期可靠的工作。放电电压数字化精确调节可以让加工过程更可控，更贴合工艺的要求，粗加工注重效率，需要的能量较高，精加工注重表面质量，因此需要精细控制放电能量输出。放电电压数字化精确可调节，让同时满足高效和高质量成为了可能，也可以将加工需要的非规则电压波形快速精准的释放出来。

传统放电电源和运动控制装置如图1所示，图中包含上位机控制系统、放电和运动控制系统和执行机构。用户编辑好图形文件并选定加工指标后，上位机控制系统中的高频放电模块调用数据库里面的放电参数，并通过板卡振荡出高频加工需要的波形，将高频加工的信号发送高频方大功率板，最终在金属丝电极和工件之间形成加工需要的脉冲电压；同时，上位机控制系统接收来自采样板的采样信号，该采样信号将加工过程中的正常放电、短路、空载等状态反馈给上位机控制系统，基于采样信号，上位机将运动进给的脉冲信号发送给伺服电机控制器，从而驱动运动模块进给；上位机控制系统还会根据加工的设定，驱动切削液循环系统开启和关闭，并控制走丝电机的转向和频率，进而保证加工过程的顺利进行。

如上所述，传统的放电电源和运动控制装置无法做到放电电压可调，导致无法将理想的加工参数波形通过高频方大功率板加载到金属丝电极和工件之间，从而限制了加工质量上限。另外，传统的放电检测装置对实时是否发生放电过程的判断不准确，从而影响加工效率和工件被加工面的粗糙度。高频加工需要的波形是通过卡板振荡出来，实时性欠缺，并且存在传输距离远而导致的信号衰减和失真，进一步影响加工质量。同时对Z轴的位置控制欠缺，没有定位和自动归位，会影响到锥度加工的准确性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种放电电源和运动控制装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种放电电源和运动控制装置，包括控制装置，所述控制装置包括：上位机控制系统、放电和运动控制系统、以及执行机构，所述上位机控制系统包括：图形文件、轴进给驱动模块、以及高频放电模块，所述放电和运动控制系统包括：智能加工参数控制板、智能高频振荡板、高频放大功率板、高频放电电源板、驱动板、高频精细采样板、切削液循环系统、伺服电机控制器、以及走丝电机控制器，所述执行机构包括：轴进给运动模块、走丝机构、电子脉冲手轮、放电机构。

实现上述技术方案，用户编辑好所述图形文件并选定加工指标后，所述上位机控制系统中的所述高频放电模块将加工参数对应的组号发送给所述智能加工参数控制板，所述智能加工参数控制板生成加工所需要的电参数，随后通过特定通讯协议发送给所述智能高频振荡板，所述高频振荡板振荡出高频加工需要的波形，然后将振荡完成的高频加工信号发送至所述高频放大功率板，最终在金属丝电极和工件形成加工需要的电压，采用升级优化后的高频精细采样板可以区别采集粗、精加工的加工电压信号，对加工间隙是否发生放电过程的判断更加准确，特别是对1us以下脉宽的放电脉冲采样更加精确，可以提升精加工阶段的加工速度，避免因为对短路等的误判而导致的轴进给停滞不前；智能高频振荡板可以提升振荡波形的实时性，高频放电电源板可以使放电加工的电压可以精确可调，并且提升了放电的频率，可以使得金属丝电极和工件之间按照理论的波形进行放电加工，因此得到的工件表面粗糙度更好，工件的加工效率更高，同时具备更智能的报警功能。

作为本实用新型的一种优选方案，所述高频精细采样板包括：粗加工取样电路、精加工取样电路、取样电压切换电路、V/F变换电路1、V/F变换电路2、驱动进给脉冲切换电路、状态监控及处理电路。

实现上述技术方案，粗加工和精加工采用两组不同的取样电路以及V/F转换电路来完成对输入取样电压信号的处理和V/F转换，两组取样电路以及V/F转换电路所对应的合适处理的输入取样电压的频率范围不同，粗加工取样电路以及V/F转换电路1适合处理脉冲电源宽度在几十个到一百个微秒之间的脉冲信号，精加工取样电路以及V/F转换电路2适合处理脉冲电源宽度在几百纳秒到十个微秒之间的脉冲信号，两组取样电路内部的取样电压范围可以通过智能高频振荡板发出的取样电压切换指令来调整，两组取样电路的选择切换通过智能高频振荡板发出的粗精取样切换指令来完成，高频精细采样板输出的驱动进给脉冲分别发送给智能高频振荡板、驱动板来实现对放电过程的监控以及生成伺服进给需要的脉冲信号，另外，高频精细采样板还具有断丝检测及报警、对中等功能。

作为本实用新型的一种优选方案，所述高频放电电源板包括：可调输出电压值切换电路、60V到100V可调直流稳压电源电路、+12V稳压电源电路、状态监控及处理电路。

实现上述技术方案，输入是三相200V交流电源，输出为一路电压范围在60V到100V范围内有限可调的直流稳压电源，直流稳压电源输出功率最大可达1.5KW，工作频率70KHz，高频放电电源板输出的稳压电源电压值可以根据智能高频振荡板输出的可调电源电压切换指令输入信号进行调整，确保提供给高频放大功率板的电源能够满足不同类型工件的加工需求，使得金属丝电极和工件之间能够按照理想的波形进行放电加工，从而提升加工的表面质量，高频放电电源板内部产生有一路+12V的直流稳压电源用于自身控制电路部分使用，高频放电电源板还可以对输出给高频放大功率板的可调直流稳压电源的实时状态进行监控并将过温、过流、过压报警信号输出给智能高频振荡板。

作为本实用新型的一种优选方案，所述高频放大功率板包括：粗加工功率放大单元、以及精加工功率放大单元。

实现上述技术方案，高频放电电源板输出的可调直流稳压电源分别连接到粗加工功率放大单元和精加工功率放大单元，智能高频震荡版输出的粗加工控制信号、精加工控制信号分别连接到粗加工功率放大单元和精加工功率放大单元用于控制功率放大单元内部对应的MOS管，根据加工条件的不同，可以通过智能高频振荡板输出的控制信号对同时打开的MOS管的数量进行控制，从而实现对加工过程更加精细的控制，经过MOS管控制后生成的加工脉冲电源信号分别连接到工件端和钼丝端用于产生加工需要的放电过程。

作为本实用新型的一种优选方案，所述智能加工参数控制板包括：供电接口、422通信接口、上位机接口、ARM核心处理单元、人机交互接口。

实现上述技术方案，外部+12V的电源通过供电接口提供到智能加工参数控制板，422通信接口主要用于将智能加工参数控制板生成的相关电参数提供给智能高频振荡板，上位机接口主要实现智能加工参数控制板和上位机之间的状态信息交互，人机交互接口通过LCD触摸显示屏来实现相关加工参数的输入及显示，输入的相关信息经过板块内部的AEM核心处理单元处理后再通过上述相关接口与其他板卡进行信息的交互。

作为本实用新型的一种优选方案，所述智能高频振荡板包括：422通信接口、I/O信号输入接口、以及FPGA。

实现上述技术方案，智能加工参数控制板通过422通信接口将生成的电加工参数输入到智能高频振荡板内的FPGA核心处理单元，FPGA核心处理单元在结合了I/O信号输入接口接收到的相关按键、限位、换向等信号后进行逻辑处理并生成加工需要的相关水泵变频信号、运丝变频信号、取样电压切换信号、粗加工脉冲信号、粗加工开关信号组、精加工脉冲信号以及精加工开关信号组，并将上述加工信号分别输送到水泵变频器、运丝变频器、高频放电电源板、高频放大功率板用于控制对应执行电机或设备的动作，从而实现期望的加工效果。

作为本实用新型的一种优选方案，所述驱动板包括：核心处理单元、内部隔离电源管理单元、上位机信息交互接口、Z轴记忆及定位功能处理单元、Z轴驱动器接口、X轴驱动器接口、Y轴驱动器接口、U/V轴驱动器接口、手轮信号处理单元、取样信号输入处理单元、限位及五轴报警信号处理单元、对中及断丝信号处理、急停及开运丝信号处理、其他I/O信号处理单元。

实现上述技术方案，单板内部需要的各路电源通过供电接口输入到内部隔离电源管理单元用于产生单板工作需要的相关二次电源，手轮脉冲及轴选等信号经过手轮信号处理单元隔离变换后发送到FPGA进行逻辑处理，高频精细采样板输出的取样脉冲信号经过取样信号处理单元隔离滤波处理后通过上位机信息交互接口转发到上位机用于生成轴进给脉冲信号，限位传感器及五轴伺服驱动器输出的限位及五个轴的相关报警信号、高频精细采样板输出的对中及断丝信号、机床输出的其余I/O信号等经过接口电路处理后发送到FPGA用于逻辑组合处理，由状态及报警信号逻辑组合后生成的急停及开运丝信号等又通过相应接口发送到智能高频振荡板，上位机发出的U/V轴驱动信号以及其他I/O信号通过上位机信息交互接口输入到核心处理单元，X、Y、Z、U、V轴的编码器位置信号及驱动脉冲信号分别通过图中的X轴驱动器接口、Y轴驱动器接口、Z轴驱动器接口、UV轴驱动器接口实现与核心处理单元的信息交互功能，Z轴记忆及定位功能实现相关的I/O信号与Z轴编码器信号一起输入到核心处理单元的DSP处理器中处理后再存储到单板内部的FLASH存储器中来实现Z轴相关位置信息的断电记忆功能。

综上所述，本实用新型具有如下有益效果：用户编辑好所述图形文件并选定加工指标后，所述上位机控制系统中的所述高频放电模块将加工参数对应的组号发送给所述智能加工参数控制板，所述智能加工参数控制板生成加工所需要的电参数，随后通过特定通讯协议发送给所述智能高频振荡板，所述高频振荡板振荡出高频加工需要的波形，然后将振荡完成的高频加工信号发送至所述高频放大功率板，最终在金属丝电极和工件形成加工需要的电压，采用升级优化后的高频精细采样板可以区别采集粗、精加工的加工电压信号，对加工间隙是否发生放电过程的判断更加准确，特别是对1us以下脉宽的放电脉冲采样更加精确，可以提升精加工阶段的加工速度，避免因为对短路等的误判而导致的轴进给停滞不前；智能高频振荡板可以提升振荡波形的实时性，高频放电电源板可以使放电加工的电压可以精确可调，并且提升了放电的频率，可以使得金属丝电极和工件之间按照理论的波形进行放电加工，因此得到的工件表面粗糙度更好，工件的加工效率更高，同时具备更智能的报警功能。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是传统的放电电源和运动控制装置的结构示意图；

图2是本实用新型整体的结构示意图；

图3是本实用新型中高频精细采样板的框图；

图4是本实用新型中高频放电电源板的框图；

图5是本实用新型中高频放大功率板的框图；

图6是本实用新型中智能加工参数控制板的框图；

图7是本实用新型中智能高频振荡板的框图；

图8是本实用新型中驱动板的框图；

图中：1图形文件；2轴进给驱动模块；3高频放电模块；5切削液循环系统；6伺服电机控制器；7走丝电机控制器；8高频放大功率板；9轴进给运动模块；10走丝机构；11电子脉冲手轮；12放电机构；13高频精细采样板；14驱动板；15智能加工参数控制板；16智能高频振荡板；17高频放电电源板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

请参阅图1-8，本实用新型提供一种放电电源和运动控制装置，包括控制装置，控制装置包括：上位机控制系统、放电和运动控制系统、以及执行机构，上位机控制系统包括：图形文件1、轴进给驱动模块2、以及高频放电模块3，放电和运动控制系统包括：智能加工参数控制板15、智能高频振荡板16、高频放大功率板8、高频放电电源板17、驱动板14、高频精细采样板13、切削液循环系统5、伺服电机控制器6、以及走丝电机控制器7，执行机构包括：轴进给运动模块9、走丝机构10、电子脉冲手轮11、放电机构12。

高频精细采样板13包括：粗加工取样电路、精加工取样电路、取样电压切换电路、V/F变换电路1、V/F变换电路2、驱动进给脉冲切换电路、状态监控及处理电路，粗加工和精加工采用两组不同的取样电路以及V/F转换电路来完成对输入取样电压信号的处理和V/F转换，两组取样电路以及V/F转换电路所对应的合适处理的输入取样电压的频率范围不同，粗加工取样电路以及V/F转换电路1适合处理脉冲电源宽度在几十个到一百个微秒之间的脉冲信号，精加工取样电路以及V/F转换电路2适合处理脉冲电源宽度在几百纳秒到十个微秒之间的脉冲信号，两组取样电路内部的取样电压范围可以通过智能高频振荡板16发出的取样电压切换指令来调整，两组取样电路的选择切换通过智能高频振荡板16发出的粗精取样切换指令来完成，高频精细采样板13输出的驱动进给脉冲分别发送给智能高频振荡板16、驱动板14来实现对放电过程的监控以及生成伺服进给需要的脉冲信号，另外，高频精细采样板13还具有断丝检测及报警、对中等功能。

高频放电电源板17包括：可调输出电压值切换电路、60V到100V可调直流稳压电源电路、+12V稳压电源电路、状态监控及处理电路，输入是三相200V交流电源，输出为一路电压范围在60V到100V范围内有限可调的直流稳压电源，直流稳压电源输出功率最大可达1.5KW，工作频率70KHz，高频放电电源板17输出的稳压电源电压值可以根据智能高频振荡板16输出的可调电源电压切换指令输入信号进行调整，确保提供给高频放大功率板8的电源能够满足不同类型工件的加工需求，使得金属丝电极和工件之间能够按照理想的波形进行放电加工，从而提升加工的表面质量，高频放电电源板17内部产生有一路+12V的直流稳压电源用于自身控制电路部分使用，高频放电电源板17还可以对输出给高频放大功率板8的可调直流稳压电源的实时状态进行监控并将过温、过流、过压报警信号输出给智能高频振荡板16。

高频放大功率板8包括：粗加工功率放大单元、以及精加工功率放大单元，高频放电电源板17输出的可调直流稳压电源分别连接到粗加工功率放大单元和精加工功率放大单元，智能高频震荡版输出的粗加工控制信号、精加工控制信号分别连接到粗加工功率放大单元和精加工功率放大单元用于控制功率放大单元内部对应的MOS管，根据加工条件的不同，可以通过智能高频振荡板16输出的控制信号对同时打开的MOS管的数量进行控制，从而实现对加工过程更加精细的控制，经过MOS管控制后生成的加工脉冲电源信号分别连接到工件端和钼丝端用于产生加工需要的放电过程。

智能加工参数控制板15包括：供电接口、422通信接口、上位机接口、ARM核心处理单元、人机交互接口，外部+12V的电源通过供电接口提供到智能加工参数控制板15，422通信接口主要用于将智能加工参数控制板15生成的相关电参数提供给智能高频振荡板16，上位机接口主要实现智能加工参数控制板15和上位机之间的状态信息交互，人机交互接口通过LCD触摸显示屏来实现相关加工参数的输入及显示，输入的相关信息经过板块内部的AEM核心处理单元处理后再通过上述相关接口与其他板卡进行信息的交互。

智能高频振荡板16包括：422通信接口、I/O信号输入接口、以及FPGA，智能加工参数控制板15通过422通信接口将生成的电加工参数输入到智能高频振荡板16内的FPGA核心处理单元，FPGA核心处理单元在结合了I/O信号输入接口接收到的相关按键、限位、换向等信号后进行逻辑处理并生成加工需要的相关水泵变频信号、运丝变频信号、取样电压切换信号、粗加工脉冲信号、粗加工开关信号组、精加工脉冲信号以及精加工开关信号组，并将上述加工信号分别输送到水泵变频器、运丝变频器、高频放电电源板17、高频放大功率板8用于控制对应执行电机或设备的动作，从而实现期望的加工效果。

驱动板14包括：核心处理单元、内部隔离电源管理单元、上位机信息交互接口、Z轴记忆及定位功能处理单元、Z轴驱动器接口、X轴驱动器接口、Y轴驱动器接口、U/V轴驱动器接口、手轮信号处理单元、取样信号输入处理单元、限位及五轴报警信号处理单元、对中及断丝信号处理、急停及开运丝信号处理、其他I/O信号处理单元，单板内部需要的各路电源通过供电接口输入到内部隔离电源管理单元用于产生单板工作需要的相关二次电源，手轮脉冲及轴选等信号经过手轮信号处理单元隔离变换后发送到FPGA进行逻辑处理，高频精细采样板13输出的取样脉冲信号经过取样信号处理单元隔离滤波处理后通过上位机信息交互接口转发到上位机用于生成轴进给脉冲信号，限位传感器及五轴伺服驱动器输出的限位及五个轴的相关报警信号、高频精细采样板13输出的对中及断丝信号、机床输出的其余I/O信号等经过接口电路处理后发送到FPGA用于逻辑组合处理，由状态及报警信号逻辑组合后生成的急停及开运丝信号等又通过相应接口发送到智能高频振荡板16，上位机发出的U/V轴驱动信号以及其他I/O信号通过上位机信息交互接口输入到核心处理单元，X、Y、Z、U、V轴的编码器位置信号及驱动脉冲信号分别通过图中的X轴驱动器接口、Y轴驱动器接口、Z轴驱动器接口、UV轴驱动器接口实现与核心处理单元的信息交互功能，Z轴记忆及定位功能实现相关的I/O信号与Z轴编码器信号一起输入到核心处理单元的DSP处理器中处理后再存储到单板内部的FLASH存储器中来实现Z轴相关位置信息的断电记忆功能。

在本实用新型实施例中，用户编辑好图形文件1并选定加工指标后，上位机控制系统中的高频放电模块3将加工参数对应的组号发送给智能加工参数控制板15，智能加工参数控制板15生成加工所需要的电参数，随后通过特定通讯协议发送给智能高频振荡板16，高频振荡板振荡出高频加工需要的波形，然后将振荡完成的高频加工信号发送至高频放大功率板8，最终在金属丝电极和工件形成加工需要的电压，采用升级优化后的高频精细采样板13可以区别采集粗、精加工的加工电压信号，对加工间隙是否发生放电过程的判断更加准确，特别是对1us以下脉宽的放电脉冲采样更加精确，可以提升精加工阶段的加工速度，避免因为对短路等的误判而导致的轴进给停滞不前；智能高频振荡板16可以提升振荡波形的实时性，高频放电电源板17可以使放电加工的电压可以精确可调，并且提升了放电的频率，可以使得金属丝电极和工件之间按照理论的波形进行放电加工，因此得到的工件表面粗糙度更好，工件的加工效率更高，同时具备更智能的报警功能。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种放电电源和运动控制装置，其特征在于，包括控制装置，所述控制装置包括：上位机控制系统、放电和运动控制系统、以及执行机构，所述上位机控制系统包括：图形文件、轴进给驱动模块、以及高频放电模块，所述放电和运动控制系统包括：智能加工参数控制板、智能高频振荡板、高频放大功率板、高频放电电源板、驱动板、高频精细采样板、切削液循环系统、伺服电机控制器、以及走丝电机控制器，所述执行机构包括：轴进给运动模块、走丝机构、电子脉冲手轮、放电机构。

2.根据权利要求1所述的一种放电电源和运动控制装置，其特征在于，所述高频精细采样板包括：粗加工取样电路、精加工取样电路、取样电压切换电路、V/F变换电路1、V/F变换电路2、驱动进给脉冲切换电路、状态监控及处理电路。

3.根据权利要求2所述的一种放电电源和运动控制装置，其特征在于，所述高频放电电源板包括：可调输出电压值切换电路、60V到100V可调直流稳压电源电路、+12V稳压电源电路、状态监控及处理电路。

4.根据权利要求3所述的一种放电电源和运动控制装置，其特征在于，所述高频放大功率板包括：粗加工功率放大单元、以及精加工功率放大单元。

5.根据权利要求4所述的一种放电电源和运动控制装置，其特征在于，所述智能加工参数控制板包括：供电接口、422通信接口、上位机接口、ARM核心处理单元、人机交互接口。

6.根据权利要求5所述的一种放电电源和运动控制装置，其特征在于，所述智能高频振荡板包括：422通信接口、I/O信号输入接口、以及FPGA。

7.根据权利要求6所述的一种放电电源和运动控制装置，其特征在于，所述驱动板包括：核心处理单元、内部隔离电源管理单元、上位机信息交互接口、Z轴记忆及定位功能处理单元、Z轴驱动器接口、X轴驱动器接口、Y轴驱动器接口、U/V轴驱动器接口、手轮信号处理单元、取样信号输入处理单元、限位及五轴报警信号处理单元、对中及断丝信号处理、急停及开运丝信号处理、其他I/O信号处理单元。

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