專(zhuān)利名稱(chēng)：數(shù)控電火花線切割加工等電流脈沖電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種適用于數(shù)控電火花線切割機(jī)床用的節(jié)能型等電流脈沖電源 的無(wú)限流電阻電路設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
在授權(quán)公告號(hào)CN1325215C中公開(kāi)的"循環(huán)疊加斬波式節(jié)能電火花加工脈沖電 源"，該脈沖電源由主振電路、驅(qū)動(dòng)電路、電流檢測(cè)電路、直流電源以及功率放大電 路組成。
現(xiàn)有的電火花線切割脈沖電源中大多設(shè)計(jì)有限流電阻，該限流電阻使得電源提供 的大部分能量以熱能形式消耗掉，導(dǎo)致能量利用率較低。另外，脈沖電源只能進(jìn)行單 一的加工模式，較難同時(shí)滿(mǎn)足粗、精加工的要求。
由于電火花線切割機(jī)床使用的工作液導(dǎo)電率高，使得脈沖電源很難實(shí)現(xiàn)等能量加 工，并且單脈寬放電凹坑不均勻，影響了工件加工效率和光潔度。傳統(tǒng)脈沖電源有限 流電阻的存在，間隙電流為矩形波，上升沿較陡，電極絲損耗大。 發(fā)明 內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種數(shù)控電火花線切割加工等電流脈沖電源，該脈沖電 源無(wú)限流電阻，減小了電源發(fā)熱量，提高了電能的利用率。將擊穿周期內(nèi)的非正?；?花放電狀態(tài)作為脈沖等待信號(hào)，使通道完全擊穿，實(shí)現(xiàn)等能量加工，提高加工效率。 可以實(shí)現(xiàn)低壓擊穿、中壓大電流火花放電加工模式，使放電通道小，工件蝕除量小， 加工效率高。具有粗、精加工模式切換功能，滿(mǎn)足不同的加工要求。且通過(guò)功率開(kāi)關(guān) 管的周期性交替式導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)三角形電流波，上升沿緩，下降沿陡，電極絲損耗小。
本實(shí)用新型的數(shù)控電火花線切割加工等電流脈沖電源，由主振電路、驅(qū)動(dòng)回路、 檢測(cè)回路、直流電源以及功率放大回路組成，所述檢測(cè)回路用于實(shí)時(shí)在線檢測(cè)間隙放 電狀態(tài)，并將擊穿時(shí)的空載信號(hào)作為主振回路的延時(shí)信號(hào)，通過(guò)控制第一功率開(kāi)關(guān)管 管l的開(kāi)、斷時(shí)間，使大電流火花放電的加工電流脈寬相等。本實(shí)用新型等電流脈沖電源的優(yōu)點(diǎn)在于(1)功率放大回路中采用無(wú)電阻設(shè)計(jì)， 節(jié)約了大量電能量；(2)單直流電源可以在一個(gè)脈寬中實(shí)現(xiàn)低壓小電流擊穿，高壓 大電流加工，提高加工效率；(3)在檢測(cè)回路與主振回路的控制下實(shí)現(xiàn)了等能量和 等周期切換加工；等能量加工時(shí)，由于單個(gè)放電脈沖能量相同，放電蝕除的凹坑大小 一致，加工的光潔度高；(4)實(shí)現(xiàn)粗加工、精加工切換；粗加工時(shí)，需要大電流的 高效加工，此時(shí)，可實(shí)現(xiàn)電流上升沿緩，大峰值電流高平均電流，高效的穩(wěn)定加工； 精加工時(shí)，使峰值電流平均電流較小，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定加工；在大電流粗加工時(shí)，鉬絲損耗 小，因?yàn)榈谝浑姼蠱的存在使得大的峰值電流上升沿緩，下降沿陡。使鉬絲慢慢加 熱，快速冷卻，減小鉬絲損耗。

圖1是本實(shí)用新型加工等電流脈沖電源的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本實(shí)用新型加工等電流脈沖電源的電路原理圖。
圖3是本實(shí)用新型另一種等電流脈沖電源的電路原理圖。
圖4是放電間隙等能量波形圖。
圖5是三角形電流波形圖。
具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
本實(shí)用新型是一種適用于數(shù)控電火花線切割機(jī)床的等電流脈沖電源，該脈沖電源由 主振電路、驅(qū)動(dòng)回路、檢測(cè)回路、直流電源以及功率放大回路組成(參見(jiàn)圖1所示)， 所述檢測(cè)回路用于實(shí)時(shí)在線檢測(cè)間隙放電狀態(tài)，并將擊穿時(shí)的空載信號(hào)作為主振回路的 延時(shí)信號(hào)，通過(guò)控制第一功率開(kāi)關(guān)管1\的開(kāi)、斷時(shí)間，使大電流火花放電的加工電流脈 寬相等，實(shí)現(xiàn)等能量加工；通鵬制交流接觸器KM的切換實(shí)^m、精加工。
在本實(shí)用新型中，功率放大回路中的功率開(kāi)關(guān)管選取1MBH60D功率管，直流 電源E輸出直流80V。參見(jiàn)圖2所示的功率放大回路，該直流電源E的正極連接有 第二電感L2的l端、第二功率開(kāi)關(guān)管T2的集電極、第四二極管D4的陰極，直流電 源E的負(fù)極連接有第二二極管D2的陽(yáng)極、第三功率開(kāi)關(guān)管T3的發(fā)射極；第三功率 開(kāi)關(guān)管1的集電極與第四二極管D4的陽(yáng)極連接；工件連接在第三功率開(kāi)關(guān)管丁3的 集電極上；第二電感L2的1端與第五二極管D5的陰極連接，2端與第五二極管Ds
5的陽(yáng)極連接，第二電感L2的2端與第一功率開(kāi)關(guān)管^的集電極連接，第一功率開(kāi)關(guān) 管T\的發(fā)射極與第一二極管Di的陽(yáng)極連接，第一二極管D,的陰極與第一電感"的 1端連接，第一電感k的2端與交流接觸器KM的1端連接，交流接觸器KM的2 端、4端連接在電極絲上，且第一電感I^的1端與交流接觸器KM的3端連接；第 二功率開(kāi)關(guān)管T2的發(fā)射極與第三二極管D3的陽(yáng)極連接，第三二極管D3的陰極與第 二二極管D2的陰極連接，且第三二極管D3的陰極與第一電感k的1端連接。
在本實(shí)用新型中，參見(jiàn)圖3所示的另一種功率放大回路，由于電感與電阻均能 實(shí)現(xiàn)分壓的作用，在擊穿控制電路中也可以采用電阻R替代第二電感L2 。該直流電 源E的正極連接有電阻R的1端、第二功率開(kāi)關(guān)管T2的集電極、第四二極管D4的 陰極，直流電源E的負(fù)極連接有第二二極管D2的陽(yáng)極、第三功率開(kāi)關(guān)管T3的發(fā)射 極；第三功率開(kāi)關(guān)管T3的集電極與第四二極管D4的陽(yáng)極連接；工件連接在第三功率 開(kāi)關(guān)管1的集電極上；電阻R的1端與第五二極管D5的陰極連接，電阻R的2端 與第一功率開(kāi)關(guān)管1\的集電極連接，第一功率開(kāi)關(guān)管1\的發(fā)射極與第一二極管Di 的陽(yáng)極連接，第一二極管Di的陰極與第一電感L,的1端連接，第一電感k的2端 與交流接觸器KM的1端連接，交流接觸器KM的2端、4端連接在電極絲上，且 第一電感M的1端與交流接觸器KM的3端連接；第二功率開(kāi)關(guān)管T2的發(fā)射極與 第三二極管D3的陽(yáng)極連接，第三二極管D3的陰極與第二二極管D2的陰極連接，且 第三二極管D3的陰極與第一電感k的1端連接。
在本實(shí)用新型中，第二功率開(kāi)關(guān)管T2 、第三功率開(kāi)關(guān)管T3 、第二二極管D2 、第 三二極管D3 、第四二極管D4 、第一電感Li和交流接觸器KM構(gòu)成橋式功率放大回路。
在本實(shí)用新型中，第一功率開(kāi)關(guān)管Tp第二電感L2、第五二極管Ds、第一二 極管Di構(gòu)成擊穿控制電路(參見(jiàn)圖2所示)。第一功率開(kāi)關(guān)管T。電阻R、第五二 極管Ds、第一二極管Di構(gòu)成擊穿控制電路(參見(jiàn)圖3所示)。該擊穿控制電路可以 在線切割的放電加工中實(shí)現(xiàn)低壓擊穿、高壓火花放電功能，為后續(xù)火花放電提供較小 的放電通道，有效地提高了加工效率。
在本實(shí)用新型中，電極絲與工件組成放電間隙。當(dāng)高頻電壓施加到放電間隙上， 實(shí)現(xiàn)火花放電加工。電火花線切割加工有三種基本的放電狀態(tài)，即空載、火花和短路 上。在本實(shí)用新型中，第一電感、與交流接觸器KM形成粗、精加工切換回路。交流接觸器KM的1端與2端閉合、3端與4端斷開(kāi)實(shí)現(xiàn)精加工，交流接觸器KM的 3端與4端閉合、1端與2端斷開(kāi)實(shí)現(xiàn)粗加工。
采用本實(shí)用新型的等能量脈沖電源，其放電加工狀態(tài)下的工作流程為
(一) T\、 T3導(dǎo)通，T2截止
在第一功率開(kāi)關(guān)管T\與第三功率開(kāi)關(guān)管T3同時(shí)導(dǎo)通，第二功率開(kāi)關(guān)管T2截止 時(shí)，直流電源E通過(guò)第二電感L2為間隙提供小電流(2A 8A)的擊穿電壓(35V~ 55V)，該擊穿電壓為后續(xù)的大電流火花放電提供擊穿通道。
(二) T2、 T3導(dǎo)通，1\截止
當(dāng)?shù)诙β书_(kāi)關(guān)管T2與第三功率開(kāi)關(guān)管T3同時(shí)導(dǎo)通，第一功率開(kāi)關(guān)管1\截止 時(shí)，直流電源E給間隙提供大電流(5A 150A)的加工電壓(60V 70V)，使間 隙發(fā)生火花放電加工。
參見(jiàn)圖4所示，在等能量加工狀態(tài)下將檢測(cè)回路的空載信號(hào)作為主振回路的延 時(shí)信號(hào)，則當(dāng)?shù)谝还β书_(kāi)關(guān)管Tp第三功率開(kāi)關(guān)管T3導(dǎo)通時(shí)進(jìn)行小電流低壓擊穿， 在擊穿時(shí)間內(nèi)，檢測(cè)回路檢測(cè)到空載信號(hào)；該空載信號(hào)經(jīng)主振回路延時(shí)處理后，用于 控制功率放大回路中的功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)、斷。在第一功率開(kāi)關(guān)管1、第三功率開(kāi)關(guān) 管T3持續(xù)導(dǎo)通，檢測(cè)回路檢測(cè)到火花電壓時(shí)(圖中B點(diǎn)，B點(diǎn)為延時(shí)結(jié)束信號(hào))，延 時(shí)截止，即第一功率開(kāi)關(guān)管1\關(guān)斷，第二功率開(kāi)關(guān)管TV第三功率開(kāi)關(guān)管T3導(dǎo)通； 在第二功率開(kāi)關(guān)管T2、第三功率開(kāi)關(guān)管T3導(dǎo)通進(jìn)行大電流火花放電，小電流擊穿使 得后續(xù)脈寬(B脈寬)內(nèi)無(wú)空載出現(xiàn)，持續(xù)火花放電，由于后續(xù)脈寬不進(jìn)行延時(shí)處理， 設(shè)定的第二功率開(kāi)關(guān)管T2、第三功率開(kāi)關(guān)管T3同時(shí)導(dǎo)通時(shí)間恒定，大電流火花放電 時(shí)間相等。即,(1=^，實(shí)現(xiàn)每次放電能量相等，放電凹坑均勻，加工光潔度高。^表 示前一波形的電流脈寬，Q后一波形的電流脈寬。
在粗、精加工模式切換
交換接觸器KM長(zhǎng)閉，實(shí)現(xiàn)粗加工；KM長(zhǎng)開(kāi)，實(shí)現(xiàn)精加工。當(dāng)交換接觸器KM 的1端、2端閉合，3端、4端關(guān)斷，進(jìn)行粗加工模式，由于電感的電流不能突變的 特點(diǎn)，放電間隙的電流緩慢上升，抑制間隙電流峰值，有利于進(jìn)行長(zhǎng)脈寬大電流的粗 加工；當(dāng)交流接觸器l端、2端關(guān)斷，3端、4端閉合，切換成精加工模式，由于此 脈沖電源無(wú)限流電阻，電流上升斜率大，可進(jìn)行大電流窄脈寬的精加工，實(shí)現(xiàn)放電凹 坑小，加工表面光潔度高。等能量、等周期加工f莫式切換
當(dāng)?shù)谝还β书_(kāi)關(guān)管Ti加工中一直斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)等周期加工，當(dāng)?shù)谝还β书_(kāi)關(guān)管Ti 加工中擊穿周期內(nèi)導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)等能量加工?？刂频诙β书_(kāi)關(guān)管A開(kāi)斷，實(shí)現(xiàn)等能 量和等周期加工模式的切換，適應(yīng)不同的加工要求，當(dāng)大脈寬大電流粗加工時(shí)，切換 到等能量加工模式，提高加工效率；當(dāng)進(jìn)行窄脈寬小電流精加工時(shí)，進(jìn)給不穩(wěn)時(shí)，可 切換到等周期模式。
電極絲損耗小
第二功率開(kāi)關(guān)管T2、第三功率開(kāi)關(guān)管T3交替導(dǎo)通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)三角波電流波形。 參見(jiàn)圖5，此電流波形上升沿緩，下降沿陡，可以減小電極絲損耗；通過(guò)使第一功率 開(kāi)關(guān)管L、第三功率開(kāi)關(guān)管T3先導(dǎo)通，第二功率開(kāi)關(guān)管T2、第三功率開(kāi)關(guān)管T3后 導(dǎo)通，周期結(jié)束同時(shí)關(guān)斷實(shí)現(xiàn)倒L形電流波形，先小電流預(yù)熱，后大電流加工，降低 電極絲損耗。
能量利用率高由于脈沖電源沒(méi)有限流電阻，電流提供的能量基本上都供給了放 電間隙，大大提高了能量利用率。
權(quán)利要求1、一種數(shù)控電火花線切割加工等電流脈沖電源，該脈沖電源由主振電路、驅(qū)動(dòng)回路、檢測(cè)回路、直流電源以及功率放大回路組成，其特征在于所述檢測(cè)回路用于實(shí)時(shí)在線檢測(cè)間隙放電狀態(tài)，并將擊穿時(shí)的空載信號(hào)作為主振回路的延時(shí)信號(hào)，通過(guò)控制第一功率開(kāi)關(guān)管(T1)的開(kāi)、斷時(shí)間，使大電流火花放電的加工電流脈寬相等。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等電流脈沖電源，其特征在于該直流電源(E)詢(xún)正極 連接有第二電感(L2)的1端、第二功率開(kāi)關(guān)管(T2)的集電極、第四二極管(D4) 的陰極，直流電源(E)的負(fù)極連接有第二二極管(D2)的陽(yáng)極、第三功率開(kāi)關(guān) 管(T3)的發(fā)射極；第三功率幵關(guān)管(T3)的集電極與第四二極管(D4)的陽(yáng)極 連接；工件連接在第三功率開(kāi)關(guān)管(T3)的集電極上；第二電感(L2)的1端與 第五二極管(D5)的陰極連接，2端與第五二極管(D5)的陽(yáng)極連接，第二電感(L2)的2端與第一功率開(kāi)關(guān)管(T\)的集電極連接，第一功率開(kāi)關(guān)管(TO的 發(fā)射極與第一二極管(DJ的陽(yáng)極連接，第一二極管(D。的陰極與第一電感(L。 的1端連接，第一電感(L》的2端與交流接觸器(KM)的l端連接，交流接 觸器(KM)的2端、4端連接在電極絲上，且第一電感(LJ的1端與交流接 觸器(KM)的3端連接；第二功率開(kāi)關(guān)管(T2)的發(fā)射極與第三二極管(D3) 的陽(yáng)極連接，第三二極管(D3)的陰極與第二二極管(D2)的陰極連接，且第三 二極管(D3)的陰極與第一電感(L》的1端連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等電流脈沖電源，其特征在于該直流電源(E)的正極 連接有電阻(R)的1端、第二功率開(kāi)關(guān)管(T2)的集電極、第四二極管(D4) 的陰極，直流電源(E)的負(fù)極連接有第二二極管(D2)的陽(yáng)極、第三功率開(kāi)關(guān) 管(T3)的發(fā)射極；第三功率開(kāi)關(guān)管(T3)的集電極與第四二極管(D4)的陽(yáng)極 連接；工件連接在第三功率開(kāi)關(guān)管(T3)的集電極上；電阻(R)的1端與第五 二極管(D5)的陰極連接，電阻(R)的2端與第一功率開(kāi)關(guān)管(T\)的集電極 連接，第一功率開(kāi)關(guān)管(T》的發(fā)射極與第一二極管(DJ的陽(yáng)極連接，第一二 極管(Dj的陰極與第一電感(LJ的1端連接，第一電感(LJ的2端與交流 接觸器(KM)的1端連接，交流接觸器(KM)的2端、4端連接在電極絲上，且第一電感(L》的1端與交流接觸器(KM)的3端連接；第二功率開(kāi)關(guān)管(T2) 的發(fā)射極與第三二極管(D3)的陽(yáng)極連接，第三二極管(D3)的陰極與第二二極 管(D2)的陰極連接，且第三二極管(D3)的陰極與第一電感(L》的l端連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的等電流脈沖電源,其特征在于:第二功率開(kāi)關(guān)管(12)、 第三功率開(kāi)關(guān)管(T3)、第二二極管(D2)、第三二極管(D3)、第四二極管(D4)、 第一電感(k)和交流接觸器(KM)構(gòu)成橋式功率放大回路。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的等電流脈沖電源，其特征在于第一功率開(kāi)關(guān)管(T\)、 第二電感(L2)、第五二極管(D5)、第一二極管(DJ構(gòu)成擊穿控制電路。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的等電流脈沖電源，其特征在于第一功率開(kāi)關(guān)管(TJ、 電阻(R)、第五二極管(D5)、第一二極管(D》構(gòu)成擊穿控制電路。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種數(shù)控電火花線切割加工等電流脈沖電源，該脈沖電源由主振電路、驅(qū)動(dòng)回路、檢測(cè)回路、直流電源以及功率放大回路組成，所述檢測(cè)回路用于實(shí)時(shí)在線檢測(cè)間隙放電狀態(tài)，并將擊穿時(shí)的空載信號(hào)作為主振回路的延時(shí)信號(hào)，通過(guò)控制第一功率開(kāi)關(guān)管(T₁)的開(kāi)、斷時(shí)間，使大電流火花放電的加工電流脈寬相等，實(shí)現(xiàn)等能量加工；通過(guò)控制交流接觸器(KM)的切換實(shí)現(xiàn)粗、精加工。
文檔編號(hào)B23H7/00GK201235432SQ200820107228
公開(kāi)日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2008年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月8日
發(fā)明者華 劉, 詩(shī) 李, 李冬慶, 李朝將, 李立青, 白俊磊, 白基成, 郭永豐 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué);江蘇冬慶數(shù)控機(jī)床有限公司