專利名稱：一種數(shù)字脈沖電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源，尤其是一種應(yīng)用于電火花加工領(lǐng)域的數(shù)字 脈沖電源。
技術(shù)背景電火花加工是一種極為復(fù)雜的隨機過程。多種因素綜合影響、制 約著整個放電加工過程的進行。間隙電壓、放電電流、脈沖參數(shù)、工 件厚度、深度、電蝕物的排除以及工具進給的速度等眾多因素，都會 使加工狀態(tài)發(fā)生改變，使整個電火花放電加工過程在正常放電、拉弧、短路和空載4種基本狀態(tài)的變化之中進行。就單個脈沖而言，也存在 上述狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化。準(zhǔn)確檢測、識別放電狀態(tài)加以處理，是保證電 火花放電加工過程順利進行的必要環(huán)節(jié)。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的電加工機床，放電狀態(tài)的檢測主要采用間隙平 均電壓檢測法，它是通過R C電阻電容的低通濾波作用得到間隙電壓的 平均值，這個平均電壓值的高低大體反映間隙的放電狀態(tài)，這種方法 是模擬的檢測方法，存在實時性、準(zhǔn)確性、可靠性差等固有缺點。而 且機床的脈沖電源對于加工狀態(tài)的改變不能立即做出相應(yīng)的調(diào)整，使 得加工狀態(tài)持續(xù)惡化，出現(xiàn)斷絲，電極嚴重?zé)齻搪冯娏鬟^大導(dǎo)致 工件報廢等現(xiàn)象。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種加工狀態(tài)的監(jiān)測實時性、準(zhǔn)確性和可 靠性好的、能夠隨加工狀態(tài)的改變而調(diào)整的數(shù)字脈沖電源。 為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種數(shù)字脈沖電源，它包括通訊模塊，接收來自PC機的電參數(shù)信號，并對上述電參數(shù)信號編碼，產(chǎn)生能夠被下位的接收模塊識別的至少一組控制信號碼流；加工狀態(tài)采集模塊，對加工區(qū)進行加工狀態(tài)采 樣，將采樣值轉(zhuǎn)換成用數(shù)字量表示的加工狀態(tài)信號輸出；運算控制模 塊，它包括一個用于貯存多組脈沖發(fā)生控制信號的寄存器單元，運算 控制模塊的一個輸入端與通信模塊的輸出端相連接，其另一個輸入端 與加工狀態(tài)采集模塊的輸出端相連接，運算控制模塊對來自通信模塊 的第一組控制信號碼流和來自加工狀態(tài)采集模塊的加工狀態(tài)信號進行 運算和處理，根據(jù)處理結(jié)果，輸出從寄存器單元中提取的相應(yīng)的脈沖 發(fā)生控制信號；和脈沖發(fā)生模塊，脈沖發(fā)生模塊的輸入端與運算控制 模塊的輸出端相連接，用于接收來自運算控制模塊的脈沖發(fā)生控制信 號，生成電脈沖輸出至加工區(qū)。加工狀態(tài)采集模塊包括 一 個電流判斷模塊，接收來自加工區(qū)的電 流采樣值，判斷加工區(qū)是否具有加工電流，輸出相應(yīng)的數(shù)字量至運算 控制模塊。加工狀態(tài)采集模塊包括還一個電壓比較模塊，接收來自加 工區(qū)的電壓采樣值和來自通訊模塊的第二組控制信號碼流，比較上述 電壓采樣值和上述第二組控制信號碼流，輸出比較結(jié)果相對應(yīng)的數(shù)字 量至運算控制模塊。加工狀態(tài)采集模塊還包括一個前處理模塊，用于處理采樣自加工 區(qū)的電壓和電流值，將上述電壓值轉(zhuǎn)換成電壓比較模塊能夠處理的電 壓采樣值，將上述電流值轉(zhuǎn)換成電流判斷模塊能夠處理的電流采樣值。運算控制模塊還包括狀態(tài)判斷模塊，根據(jù)加工狀態(tài)采集模塊輸入 的加工狀態(tài)信號，判斷加工區(qū)的當(dāng)前所在的加工狀態(tài)，輸出單位采樣周期內(nèi)每種加工狀態(tài)的統(tǒng)計數(shù)量至中央處理單元。運算控制模塊還包 括一個中央處理單元，中央處理單元根據(jù)每種加工狀態(tài)的統(tǒng)計數(shù)量值， 計算每種加工狀態(tài)的相對時間比率值。通訊模塊、加工狀態(tài)采集模塊、運算控制模塊和脈沖發(fā)生模塊至少集成在一片CPLD上。由于上述技術(shù)方案的采用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點采用相對時間比率檢測的方式，避免了原有檢測方法中由于加工 過程的隨機性而引起的對當(dāng)前加工狀態(tài)的誤判；增加了經(jīng)驗型專家數(shù)據(jù)庫，中央處理單元根據(jù)采樣值分析當(dāng)前的 加工狀態(tài)，根據(jù)分析結(jié)果從寄存器單元取出相應(yīng)的處理結(jié)果。這樣， 減小了加工過程中對操作人員加工經(jīng)驗的要求；根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)的采樣結(jié)果自動對加工波形進行實時控制，改善加工狀態(tài)， 形成加工狀態(tài)的閉環(huán)控制，使得加工過程保持高效、穩(wěn)定；本發(fā)明所提供的脈沖電源具有對加工狀態(tài)監(jiān)測實時性、準(zhǔn)確性和 可靠性好的特點，并且能夠隨加工狀態(tài)的改變而自動的調(diào)整加工波形；本發(fā)明所涉及的數(shù)字脈沖電源集成在至少一片CPLD上，將CPLD 自身的優(yōu)點通過硬件編程語言與加工實際需求相結(jié)合，增加了加工狀 態(tài)的采集頻率，同時也使該數(shù)字脈沖電源具有穩(wěn)定性好、升級方便的 優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；其中1、 PC機；2、通訊模塊；3、加工狀態(tài)采集模塊；31、電流判斷模塊；32、電壓比較模塊；33、前處理模塊；4、加工區(qū)；5、 運算控制模塊；51、寄存器單元；52、狀態(tài)判斷模塊；53、中央處理 單元；54、高頻計數(shù)器；6、脈沖發(fā)生模塊。
具體實施方式
如圖l所示的數(shù)字脈沖電源，它包括通訊模塊2，接收來自PC機 1的電參數(shù)信號，并對上述電參數(shù)信號編碼，產(chǎn)生能夠被下位的接收 模塊識別的至少 一 組控制信號碼流；加工狀態(tài)采集模塊3，對加工區(qū)4進行加工狀態(tài)采樣，將采樣值 轉(zhuǎn)換成用數(shù)字量表示的加工狀態(tài)信號輸出；運算控制模塊5,它包括一個用于貯存多組脈沖發(fā)生控制信號的 寄存器單元51和一個中央處理單元53，運算控制模塊5的一個輸入 端與通信模塊2的輸出端相連接，其另一個輸入端與加工狀態(tài)采集模 塊3的輸出端相連接，運算控制模塊3對來自通信模塊2的第一組控 制信號碼流和來自加工狀態(tài)采集模塊3的加工狀態(tài)信號進行運算和處 理，根據(jù)處理結(jié)果，輸出從寄存器單元51中提取的相應(yīng)的脈沖發(fā)生控 制信號；和脈沖發(fā)生模塊6,脈沖發(fā)生模塊6的輸入端與運算控制模塊5的 輸出端相連接，用于接收來自運算控制模塊5的脈沖發(fā)生控制信號， 生成電脈沖輸出至加工區(qū)4。具體的加工狀態(tài)采集模塊3包括一個電流判斷模塊31，接收來自加工區(qū) 4的電流采樣值，判斷加工區(qū)4是否具有加工電流，輸出相應(yīng)的數(shù)字 量至運算控制模塊5。加工狀態(tài)采集模塊3還包括一個電壓比較模塊32,接收來自加工區(qū)4的電壓采樣值和來自通訊模塊2的第二組控制 信號碼流，比較上述電壓采樣值和上述第二組控制信號碼流，輸出比 較結(jié)果相對應(yīng)的數(shù)字量至運算控制模塊5。此外，加工狀態(tài)采集模塊3還包括一個前處理模塊33，前處理模 塊33的輸出端分別與電壓比較模塊32和電流判斷模塊31的輸入端相 連接，前處理模塊33用于處理采樣自加工區(qū)4的電壓值轉(zhuǎn)換成電壓比 較模塊32能夠處理的電壓采樣值，將采樣自加工區(qū)4的電流值轉(zhuǎn)換成 電流判斷模塊31能夠處理的電流采樣值。運算控制模塊5還包括狀態(tài)判斷模塊52，根據(jù)加工狀態(tài)采集模塊 3輸入的加工狀態(tài)信號，判斷加工區(qū)4的當(dāng)前所在的加工狀態(tài)，輸出 單位采樣周期內(nèi)每種加工狀態(tài)的統(tǒng)計數(shù)量至中央處理單元53。狀態(tài)判 斷模塊52的輸入端分別與電流判斷模塊31和電壓比較模塊32的輸出 端相連接。中央處理單元53根據(jù)每種加工狀態(tài)的統(tǒng)計數(shù)量值，計算每 種加工狀態(tài)的相對時間比率值。其中，上述每種加工狀態(tài)的統(tǒng)計數(shù)量 值由設(shè)置在中央處理單元53中的多個高頻計數(shù)器54實現(xiàn)，每個高頻 計數(shù)器54用于計算一個加工狀態(tài)的統(tǒng)計數(shù)量值。具體的上述加工狀態(tài)是指電火花加工過程中的開路狀態(tài)、正常加工狀態(tài) 和短路狀態(tài)，相對時間比率檢測法即計算上述三種狀態(tài)的相對時間比 率值，這樣，避免了由于發(fā)電過程的隨機性而引起的對當(dāng)前加工狀態(tài) 的誤判。計算公式如下<formula>formula see original document page 8</formula>Ms = Ts/Top+Te+Ts XlOO% ;其中，Top為單個采樣周期內(nèi)的開路狀態(tài)時間(包括放電延時時 間)；Te為單個采樣周期內(nèi)的正常放電狀態(tài)時間；Ts為當(dāng)個采樣周期 內(nèi)的短路狀態(tài)時間。Mop、 Me、 Ms分別為開路比率、正常i文電狀態(tài)相 對時間比率和短路比率。狀態(tài)判斷模塊52根據(jù)電流判斷模塊31和電壓比較模塊32的輸出 結(jié)果判斷當(dāng)前所處加工狀態(tài)，并根據(jù)判斷結(jié)果，增加相應(yīng)的高頻計數(shù) 器54的計數(shù)值(Te、 Top或者Ts )，中央處理單元5 3根據(jù)高頻計數(shù) 器54在一個單位采樣周期內(nèi)的各個計數(shù)值，計算Ms、 Mop和Me數(shù)值。 運算控制模塊5根據(jù)Ms、 Mop和Me值和來自通訊模塊2的第一組控 制信號碼流從寄存器單元51提取相應(yīng)的脈沖發(fā)生控制信號，輸出改組 脈沖發(fā)生控制信號至脈沖發(fā)生模塊6，產(chǎn)生脈沖輸出值加工區(qū)4。上述的通訊模塊2、加工狀態(tài)采集模塊3、運算控制模塊5和脈沖 發(fā)生模塊6至少集成在一片CPLD上。
權(quán)利要求
1、一種數(shù)字脈沖電源，其特征在于它包括通訊模塊(2)，接收來自PC機(1)的電參數(shù)信號，并對上述電參數(shù)信號編碼，產(chǎn)生能夠被下位的接收模塊識別的至少一組控制信號碼流；加工狀態(tài)采集模塊(3)，對加工區(qū)(4)進行加工狀態(tài)采樣，將采樣值轉(zhuǎn)換成用數(shù)字量表示的加工狀態(tài)信號輸出；運算控制模塊(5)，它包括一個用于貯存多組脈沖發(fā)生控制信號的寄存器單元(51)，所述的運算控制模塊(5)的一個輸入端與所述的通信模塊(2)的輸出端相連接，其另一個輸入端與所述的加工狀態(tài)采集模塊(3)的輸出端相連接，所述的運算控制模塊(5)對來自所述的通信模塊(2)的第一組控制信號碼流和來自所述的加工狀態(tài)采集模塊(3)的加工狀態(tài)信號進行運算和處理，根據(jù)處理結(jié)果，輸出從所述的寄存器單元(51)中提取的相應(yīng)的脈沖發(fā)生控制信號；脈沖發(fā)生模塊(6)，所述的脈沖發(fā)生模塊(6)的輸入端與所述的運算控制模塊(5)的輸出端相連接，用于接收來自所述的運算控制模塊(5)的脈沖發(fā)生控制信號，生成電脈沖輸出至所述的加工區(qū)(4)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字脈沖電源，其特征在于所述的加 工狀態(tài)采集模塊(3)包括一個電流判斷模塊(31 ),接收來自所述的 加工區(qū)(4)的電流采樣值，判斷所述的加工區(qū)(4)是否具有加工電 流，輸出相應(yīng)的數(shù)字量至所述的運算控制模塊(5 )。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字脈沖電源，其特征在于所述的加 工狀態(tài)采集模塊(3)包括一個電壓比較模塊(32)，接收來自所述的 加工區(qū)(4)的電壓采樣值和來自所述的通訊模塊(2)的第二組控制信號碼流，比較上述電壓采樣值和上述第二組控制信號碼流，輸出比較結(jié)果相對應(yīng)的數(shù)字量至所述的運算控制模塊(5)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2和3所述的數(shù)字脈沖電源，其特征在于所述 的加工狀態(tài)釆集模塊(3)包括一個前處理模塊(33)，所述的前處理 模塊(33)的輸出端分別與所述的電壓比較模塊(32)和所述的電流 判斷模塊(31 )的輸入端相連接，所述的前處理模塊(33 )用于處理 采樣自所述的加工區(qū)(4 )的電壓值轉(zhuǎn)換成所述的電壓比較模塊(32 ) 能夠處理的電壓采樣值，將采樣自所述的加工區(qū)(4)的電流值轉(zhuǎn)換成 所述的電流判斷模塊(31)能夠處理的電流采樣值。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字脈沖電源，其特征在于所述的運 算控制模塊(5)還包括狀態(tài)判斷模塊(52)，所述的狀態(tài)判斷模塊(52) 的輸入端分別與所述的電流判斷模塊(31)和電壓比較模塊(32)的 輸出端相連接，用于判斷所述的加工區(qū)(4)的當(dāng)前所在的加工狀態(tài)， 輸出單位采樣周期內(nèi)每種加工狀態(tài)的統(tǒng)計數(shù)量至所述的中央處理單元(53)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)字脈沖電源，其特征在于所述的運 算控制模塊(5)還包括一個中央處理單元(53)，所述的中央處理單 元(53)根據(jù)所述的每種加工狀態(tài)的統(tǒng)計數(shù)量值，計算每種加工狀態(tài) 的相對時間比率值。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字脈沖電源，其特征在于所述的通 訊模塊(2)、所述的加工狀態(tài)采集模塊(3)、所述的運算控制模塊(5) 和所述的脈沖發(fā)生模塊(6)至少集成在一片CPLD上。
全文摘要
數(shù)字脈沖電源，包括通訊模塊，接收來自PC機的電參數(shù)信號，并對上述電參數(shù)信號編碼，產(chǎn)生能夠被下位的接收模塊識別的至少一組控制信號碼流；加工狀態(tài)采集模塊，對加工區(qū)進行加工狀態(tài)采樣，將采樣值轉(zhuǎn)換成用數(shù)字量表示的加工狀態(tài)信號輸出；運算控制模塊，包括一個用于貯存多組脈沖發(fā)生控制信號的寄存器單元，該模塊用于對來自通信模塊的第一組控制信號碼流和加工狀態(tài)采集模塊的加工狀態(tài)信號進行運算和處理，根據(jù)處理結(jié)果，輸出從寄存器單元中提取的相應(yīng)的脈沖發(fā)生控制信號；和脈沖發(fā)生模塊，用于接收來自運算控制模塊的脈沖發(fā)生控制信號，生成電脈沖輸出至加工區(qū)。本發(fā)明避免了原有檢測方法中由于加工過程的隨機性而引起的對當(dāng)前加工狀態(tài)的誤判。
文檔編號B23H1/02GK101229599SQ200810018539
公開日2008年7月30日 申請日期2008年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月22日
發(fā)明者侯智武, 俊 李, 顏國華, 高堅強, 麻長平 申請人:蘇州新火花機床有限公司