CN2257507Y - 有检测和控制功能的线切割机床加工电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型线切割机床加工电源，包括直流电压源和振荡电路，其特征是有一个由检测用开关三极管构成的检测电路和可逆记数器共同组成的检测回路，一个由功率开关三极管和控制电路组成的功率回路，和一个由极间短路用开关三极管及隔离电路组成的短路回路。本加工电源具有自动检测和控制功能，它根据对放电间隙状态的检测结果，控制放电加工能量和工件的进给速度，可以在大能量下进行加工并极大地减少了断丝，提高了加工速度和质量。

Description

有检测和控制功能的线切割机床加工电源

本实用新型提供的是专用于电火花线电极切割机床(简称线切割机床)加工的脉冲电源。

线切割机床加工电源是这种机床的重要部件，它连接电极丝(阴极)和工件(阳极)组成的放电回路，向阴极和阳极间的放电间隙提供电火花放电加工能量。我国的线切割机床多采用快速走丝工艺，作为阴极的电极丝运动速度高，加工生产率也高。较高的加工速度，必然要求加工电源提供较大的能量。这时，当放电间隙的状态不好时，容易发生断丝现象，以致加工中断，加工质量也大受影响。如果在放电加工过程中对放电间隙状态进行检测，以便对加工电源输出的放电能量进行控制显然是很有必要的。然而，现有技术的快速走丝线切割机床的加工电源没有这种功能，一般只能按预选参数向放电间隙提供能量，而不能根据放电间隙状态的变化自动调节其输出能量，因而在大能量加工时容易发生断丝现象，机床的加工速度(生产率)也必然受到限制。

线切割机床工作时工件的进给速度要与加工速度适应配合。现有技术加工电源上的采样变频电路，采集的是放电间隙中的平均间隙电压，将其作为系统的进给参考电压。但是，平均间隙电压并不能准确地反映放电间隙状态，由其决定的进给速度也不能适应加工参数的变化，所以加工时工件的进给不够稳定，还需要人工调节反馈，加工速度和加工质量自然也受到影响。

另外，现有的加工电源的输出端与放电间隙的连线在高频信号下可以视为感性负载，其电感特性影响脉冲放电结束后的“消电离”过程，使工件和电极之间介质恢复到不导电状态(简称消电离)所需时间延长。虽然缩短上面所述的连线或改进连线的材质都可以减小这种影响，但是都不够彻底。还有，放电结束瞬间电极间的残余电荷也会影响消电离，也使消电离时间延长，对这种残余电荷的影响，也应予以消除。

本实用新型的目的，是针对现有技术加工电源的缺点加以重大改进和创新，提供具有自动检测和控制功能的线切割机床用加工电源，从而大大减少断丝现象，并且提高加工速度和加工质量。

本实用新型提供的线切割机床加工电源包括直流电压源和振荡电路，其特点是有一个由检测用开关三极管(简称检测管)构成的检测电路和可逆记数器共同组成的检测回路，有一个由功率开关三极管(简称功率管)和控制电路组成的功率回路，还有一个由极间短路用开关三极管(简称短路管)及隔离电路组成的短路回路。

为了详细地说明本实用新型加工电源的结构和工作原理，以下要说明包括检测管、功率管、短路管等上述电路中各元件、器件的连接关系，以及本加工电源工作时的接线关系。这些说明必然涉及线切割机床中的线电极、工件、进给控制系统等。这里要强调指出的是，本申请文件中提到的线电极、工件、进给控制系统等都不是本实用新型加工电源的组成部分。

在本加工电源中，检测管输出的一端与直流电压源的负极直接相连，另一端通过一个限流电阻与线电极相连；功率管输出通过一个限流电阻与检测管的输出回路并联在线电极和直流电压源负极之间；短路管的输出直接连接在工件与线电极之间；检测管和功率管的输入端分别连接到控制电路，短路管的输入端连接到隔离电路；检测电路的输入端连接工件和线电极，输出接到控制电路和可逆记数器；振荡电路的输出分别与控制电路、隔离电路和可逆记数器相连；可逆记数器的输出接到进给控制系统。

本实用新型加工电源的工作过程简述如下。由振荡电路产生所需的矩形检测脉冲送到检测管，检测管导通时，放电能量送到工件和线电极之间。由放电回路中的工件、线电极和工作液介质等组成放电间隙，工作时，放电间隙的状态决定了放电的电压波形，可以分为以下二种情况：

(1)当放电起始电压高时，说明间隙状态良好(已恢复绝缘)，可以投入大能量进行放电加工，这时检测电路将高起始电压信号送到控制电路，控制功率管导通，放电加工按预设参数进行，完成一次脉冲放电后再重新检测放电间隙状态；

(2)当起始电压低时，说明放电间隙状态不好(尚未恢复绝缘)，不能投入大能量，检测电路没有信号反馈给控制电路，功率管将保持截止状态。

同时检测电路还将电压更高的空载信号单独采出，并送可逆记数器使其作加记数，而由振荡电路产生的脉冲信号也送可逆记数器使其作减记数，当记数结果达到预设值时，记数器送出进给脉冲信号至进给控制系统，同时将记数器清零，重新开始记数。

还要说明的是，当检测回路发出检测脉冲和功率回路发出放电加工脉冲期间，短路管是截止的，而在两脉冲停歇期间，短路管导通，工件与线电极之间短路，由线上电感等引起的两极残余电荷迅速被中和，放电间隙很快消电离，从而使工件和线电极之间的工作液介质迅速恢复绝缘状态。

本实用新型线切割机床加工电源除了具有一般这种电源的功能之外，还具有以下突出的优点：

(1)具有放电间隙状态检测功能，可以根据检测结果控制脉冲电源输出的放电加工能量，有效地避免了因非正常放电和放电集中现象造成的断丝现象，从而可以在大能量下进行加工，提高了加工速度，采用本加工电源最高加工速度可达200毫米²/分；

(2)可以根据放电间隙检测结果对机床进给控制系统提供准确的反映放电间隙状态的进给信号，因而使进给及时，平稳，加工中无须人工调整，在保证高加工速度条件下，加工质量也得到提高；

(3)本加工电源可以在脉冲停歇期间将工件与线电极短路，迅速中和两极的残余电荷，减小了线上电感对消电离的影响，缩短了消电离所需时间，为提高放电频率(即提高切割速度)提供了较好的间隙条件。

(4)本加工电源的检测电路和隔离电路中，使用快速光电耦合器将放电间隙与主回路隔离，在满足信号传输速度要求的情况下；减小了极间大能量信号对主回路的干扰，避免了因高压信号串入主回路对器件的损坏。

(5)本实用新型加工电源利用检波电路直接采集极间脉冲信号，并利用脉冲前沿(即放电的起始电压)触发D型触发器，电路简单，反应速度快，实时性好。

图1本实用新型线切割机床加工电源工作原理线路图。

图2本加工电源中检测电路的实施例。

图3本加工电源中控制电路的实施例。

图4本加工电源中隔离电路的实施例。

以下结合附图所示实施例，详细说明本实用新型的发明内容。

如图1所示，本实用新型加工电源包括直流电压源18、振荡电路5、可逆记数器6等。与加工有关的还有进给控制系统7、以及由线电极16和工件17组成的放电间隙。本加工电源的特别是其中有检测开关三极管V11控制电路3、检测电路2和可逆记数器6组成的检测回路110，其中检测管V11输出的一端与直流电压源18的负极直接相连，另一端通过一个限流电阻R15与线电极16相连；有一个功率管V12(功率开关三极管)和控制电路3组成的功率回路120，其中功率管V12的输出端通过限流电阻R14与检测管V11的输出回路并联在线电极16和直流电压源18的负极之间，有一个由短路管V13(开关三极管)和其隔离电路4组成的短路回路130，短路管V13的输出直接接在工件17和线电极16之间；在该电源中，检测管V11和功率管V12的输入分别与控制电路3相连接，短路管V13的输入回路连接到隔离电路4；检测电路2的输入接到工件17和线电极16，输出接到控制电路3和可逆记数器6；振荡电路5的输出分别与控制电路3、隔离电路4、和可逆记数器6相连；可逆记数器6的输出接到进给控制系统7。

振荡电路5由典型的晶体振荡器和分频电路导组成，它提供二组脉冲P1、P2。

图2是本加工电源检测电路2的一个实施例。该检测电路2由结构相同的二部分组成，第一部分包括稳压二极管V21，电阻R21、R23，光电耦合器D21及反相器D27；反相器D27的输出端接控制电路3；稳压二极管V21、电阻R21和光电耦合管D21的输入端顺序串联于工件17与线电极16之间组成检波回路，将放电间隙中高于稳压管V21稳压值的检测信号S1通过反相器D27后送到控制电路3；。电阻R23的一端接在D21的输出端和D27的输入连接点上，另一端接直流电压源正端VDD，D21的另一输出端接地。

该检测电路2的第二部分的结构与第一部分相同，由稳压二极管V22，电阻R22，R24，光电耦合器D22及反相器D28组成，反相器D28的输出端接可逆记数器6。和上述第一部分一样，第二部分中的稳压二极管V22，电阻R22，光电耦合器D22的输入端顺序串联在工件17与线电极16之间，组成检波电路，将放电间隙里高于稳压二极管V22稳压值的检测信号通过反相器D28后作为空载信号S2送入可逆记数器6。图中电阻R24的连接与第一部分中的R23相同，此处不再赘述。

图3是本实用新型控制电路3的一个实施例，其主要构成元件有二只D型触发器D31和D32，二只与非门D35和D36，以及推动级D37和D38，另外还有一只电阻R31。D型触发器D31的CLK端313和CD端311各与振荡电路5相连，D端312接直流电压源正极VDD；Q端316接到与非门D36的输入端362，SD端314接到D型触发器D32的Q端326。D型触发器D32的CLK端323接检测电路2，CD端321接振荡电路5，SD端324通过电阻R31与直流电压源正极VDD端相连接，D端322直接连接到直流电压源正极VDD端；Q端325连接到与非门D35的输入端351，与非门D35的另一输入端352接到振荡电路5，输出接到推动级D37的输入。与非门D36的输入端361和362分别接到振荡电路5和D触发器D31的Q端316。

图3所示控制电路工作时，振荡电路5提供一组脉冲P1，脉冲P1的上升沿使触发器D31触发，Q端316由高变低，由振荡电路5提供的另一组脉冲P2的低电平信号使触发器复位，Q端由低变高，由此产生的信号与P2信号经与非门D36后输出一个检测脉冲，再经推动级D38放大后使检测管V11(图1)工作。由检测电路2送来的信号S1触发D触发器D32，触发器的Q端325由低变高，允许S2信号经与非门D35输出，经推动级D37放大后送功率管V12(图1)。

图4是图1中隔离电路4的一个实施例。该电路由光电耦合器D42，反相器D41，推动级D43，直流电压源(包括VCC端和0V端)和电阻R44组成。在这里，以光电耦合器D42作为光电隔离元件。D41、D42、D43、顺序串联连接在振荡电路5和短路管V13(图1)之间，电阻R44接在光电耦合器D4的输出端424和直流电压源VCC端之间，D42的423脚接直流电压源的0V(零伏)端并与短路管V13(图1)的输出及线电极16相连接。本隔离电路的作用是为V13提供P1的反相信号，同时将由V13和放电间隙组成的后级电路与振荡电路5隔离，避免极间信号串入振荡电路5中。隔离电路由单独的直流电压源驱动推动级D43使短路管V13(图1)工作。

Claims (5)

1、一种线切割机床加工电源，包括直流电压源和振荡电路，其特征是有一个由检测用开关三极管(简称检测管)构成的检测电路和可逆记数器共同组成的检测回路，有一个由功率开关三极管(简称功率管)和控制电路组成的功率回路，还有一个由极间短路用开关三极管(简称短路管)及隔离电路组成短路回路。

2、如权利要求1所述的线切割机床加工电源，其特征是检测管输出的一端与直流电压源的负极直接连接，另一端通过一个限流电阻与线电极相连，功率管输出通过一个限流电阻与检测管的输出回路并联在线电极和直流电压源负极之间；短路管的输出直接连接在工件与线电极之间；检测管和功率管的输入端分别连接到控制电路，短路管的输入端连接到隔离电路；检测电路的输入端连接工件和线电极，输出接到控制电路和可逆记数器；振荡电路的输出分别与控制电路、隔离电路和可逆记数器相连；可逆记数器的输出接到进给控制系统。

3、如权利要求2所述的线切割机床加工电源，其特征是其中的检测电路由结构相同的二部分组成，第一部分包括稳压二极管V21、电阻R21、R23，光电耦合器D21及反相器D27；反相器D27的输出端接控制电路3，稳压二极管V21、电阻R21和光电耦合器D21的输入端顺序串联于工件17与线电极16之间组成检波回路；电阻R23的一端接在光电耦合器D21的输出端和反相器D27的输入连接点上，另一端接直流电压源正端VDD，光电耦合器D21另一输出端接地；该检测电路的第二部分的结构与上述第一部分相同，由稳压二极管V22、电阻R22、R24，光电耦合器D22及反相器D28组成；反相器D28的输出端接可逆记数器6，稳压二极管V22、电阻R22和光电耦合器D22的输入端顺序串联在工件17与线电极16之间，组成检波电路，电阻R24的一端接在光电耦合器D22的输出端和反相器D28的输入连接点上，另一端接直流电压源正端VDD，光电耦合器D22的另一输出端接地。

4、如权利要求2或3所述的线切割机床加工电源，其特征是其中的控制电路中有二只D型触发器D31和D32，二只与非门D35和D36，一只电阻R31以及推动级D37和D38；其中D型触发器D31的CLK端313和CD端311各与振荡电路5相连，D端312接直流电压源正端VDD，Q端316接到与非门D36的输入端362，SD端314接到D型触发器D32的Q端326，D型触发器D32的CLK端323接检测电路2，CD端321接振荡电路，SD端324通过电阻R31与直流电压源正端VDD相连接，D端322直接连接到直流电压源正端VDD，Q端325连接到与非门D35的输入端351，与非门D35的另一输入端352接到振荡电路5，输出接到推动级D37的输入；与非门D36的输入端361和362分别接到振荡电路5和D触发器D31的Q端316。

5、如权利要求4所述的线切割机床加工电源，其特征是其中的隔离电路4由光电隔离器D42，反相器D41，推动级D43，直流电压源(包括VCC端和OV端)和电阻R44组成；反相器D41、光电隔离器D42和推动级D43顺序串联连接在振荡电路5和短路管V13之间，电阻R44接在光电隔离器D42的输出端424脚和直流电压源VCC端之间，光电隔离器D42的输出端423脚接直流电压源OV端并与短路管V13的输出及线电极16相连接。

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