专利名称：线切割放电加工脉冲放电能量自适应控制方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电火花线切割机高频脉冲电源的一种放电能量控制方法及其装置，尤其涉及到在异常放电状态下，防止线电极瞬态断丝，对脉冲能量进行实时自适应控制的方法及其装置。
背景技术：
在电火花线切割机放电加工中，在工件与匀速、恒张力运动的线电极间，分别施加上脉冲电源的正极和负极，在去离子水或油为介质的环境下，在狭长的区域内发生脉冲放电现象，利用其电蚀效应来对工件进行切割加工。
图1为普通电火花线切割放电加工的装置。
参照图1，普通线切割放电加工的工作情况22’代表线电极(又称为电极丝)。21’代表工件，它固定在工作台20’上。工作台20’分别由X向伺服电机13’和Y向伺服电机12’驱动，按照数控编程的要求进行运动。19’为线电极与工件间的放电间隙。18’为储存电极丝的圆筒。三只电极丝换向轮17’改变了电极丝的运动方向。16’为一对收丝轮，它们驱动电极丝作均速运动。14’、15’分别为上下钻石导向器，它保证电极丝能长时间作高精度运动。10’、11’分别代表上下导电块，它们把脉冲电源的负极电流传送到线电极22’上。脉冲电源的正极接到工作台20’上，传至工件21’上。
部件1’为脉冲放电检测器，它能检测脉冲火花放电的开始。部件5’为脉冲参数(Ton脉宽，Toff脉冲停歇时间)控制器。部件6A’为低电压引燃脉冲功率放大器，部件6B’为高压大电流主脉冲功率输出极。部件0’为控制计算机。经机床操作工数控编程决定工作台20’的运动轨迹，并输入放电加工的脉冲参数Ton、Toff的长短，伺服进给和线电极运动等参数。部件7’为伺服采样电路，它能对加工间隙的平均电压进行采样检测。部件8’为V/F转换电路，它发出时钟脉冲输入计算机0’作为工作台伺服进给的速度信号。计算机0’根据NC编程，把X、Y方向的进给指令输送到伺服电机驱动器9’。进而传送到对应的伺服电机，完成工件的图形轮廓切割，并使线电极与工件间的电火花放电加工持续进行下去。
首先，脉冲参数控制器5’输出一个引燃脉冲控制信号，至低压引燃脉冲功率放大器6A’。低压引燃脉冲功率放大器6A’输出一个低压限流的引燃脉冲至工件与线电极之间。一旦放电间隙发生电火花放电，脉冲放电检测器1’经导电块10’、11’和工作台20’正极进电处获得信号，检测到间隙开始放电，即发出一个信号给脉冲参数控制器5’。脉冲参数控制器5’即发信号给高压大电流主脉冲功率放大器6B’，高压大电流主脉冲功率放大器6B’输出的高压大电流脉冲电流施加到工件与线电极之间，加入到电火花放电加工，从而完成一次脉冲放电的过程。在脉冲火花放电结束后，进入脉冲停歇(Toff)时间，放电间隙进入绝缘恢复状态，为下一次引燃脉冲的到来做准备。
线电极放电是以“电子轰击”为主来进行电蚀加工的，主脉冲宽度一般小于1.5μS.由于在放电回路中存在电感和分布电容，在脉冲放电开始后脉冲电流波形呈指数曲线上升。为此在普通线切割机的脉冲电源中是以控制主脉冲宽度来控制加工电流的。加工参数中的加工电流是用主脉冲宽度来表示的。
用数字存储示波器测试放电间隙电压，用高频霍尔电流测头同时测试间隙脉冲放电电流。图2描述了所测得的三种不同放电状态曲线A曲线为间隙放电的电压曲线；B曲线为间隙放电的电流曲线；C经示波器A、B两通道，即测得的放电电压曲线和电流曲线逐点相乘后获得的放电功率曲线。
I区域描述了一个正常的脉冲放电波形。在低压限流的引燃脉冲施加到放电间隙后，有一个适当长度的“击穿延时”时间后开始放电。间隙电压从80V空载电压跌到22V左右的放电电压。然后高压大电流主脉冲施加到放电间隙，完成一个脉冲宽度(Ton)的放电过程。此时，脉冲的电流与功率曲线都正常。
II区域描述了第一种异常放电波形。在低压限流的引燃脉冲施加到放电间隙后，经很短的“击穿延时”时间就开始放电；或引燃脉冲一旦加上，立即放电。此时放电电压略低于正常放电电压，但电流比正常放电电流增加许多。功率曲线C显示其放电功率远大于正常放电功率。
III区域描述了第二种异常放电波形，其特征在于放电间隙击穿后，放电电压仅为11V左右，间隙的峰值电流为最大，计算所得的脉冲功率也为最大。
现有的脉冲能量控制方法在检测到上述二种异常脉冲放电状态后，脉冲参数控制器就判断加工间隙处于故障状态，就将原定的主脉冲宽度改为发一个较之短的主脉冲宽度，即减小了单个脉冲的放电能量，以防止断丝情况的出现。此大小脉冲宽度都由机床操作者在加工前编程时按照厂方提供的工艺手册上的建议，一次输入主控计算机0’，在加工中无法再进行改变。
日本三菱公司在专利号为ZL95115769，发明名称为“线切割放电加工装置及其控制方法”的中国专利中，公开了一种在上述能量控制方法的基础上，用以一个预定时间段为单位进行脉冲能量控制。它用一个脉冲串来代表脉冲放量能量。脉冲宽度长，则脉冲串的脉冲个数多；脉冲宽度短，则脉冲串的脉冲个数少。在一个预定时间段内，这些脉冲串的脉冲个数的总量，反映此时间段输入放电间隙脉冲总能量的大小。根据加工工艺试验来判别此能量总值是否过大或过小。然后通过改变主脉冲的参数(如延长或缩短脉冲停歇时间)的设定值来减小或增加下一个预定时间段内脉冲放电的总能量，实现对脉冲放电能量的适应控制。此方案虽然能在以一个预定时间段为时间测量单位，对单位时间内输入放电间隙的总脉冲能量进行适应控制，还不能做到在更宽的范围内，实时控制每个脉冲能量的大小和最小基本单位时间内脉冲能量的大小。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种新的在异常放电状态下，防止线电极瞬态断丝，对脉冲能量进行实时自适应控制的方法及其装置。
本申请人对线电极放电加工过程进行了长期的测试和分析，尤其对发生瞬态断丝前的放电波形进行了大量的记录和研究。发现在每次断丝前放电间隙基本上都处于连续的异常放电状态中。即放电间隙出现了连续地异常放电，虽然中间也插进几个脉冲属正常放电，但在断丝前，放电间隙总体上是处在一个以异常放电为主的电火花放电环境中。有时甚至在连续十个左右脉冲放电属异常放电后，虽然进行简单的脉冲能量控制措施，还是发生了瞬态断丝现象。
从放电机理上来分析上述现象第一种异常放电情况，在引燃脉冲施加到放电间隙的两极后，如果发生放电的地点就在上一次放电地点附近，或在同一个地点上，或上一次放电后，间隙消电离状况不好，不充分。则往往就不需要“放电点转移时间”就立即放电。从示波器上测得在间隙电压波形表述为引燃脉冲施加到放电间隙后，只有一个很短的“击穿延时”时间，或无“击穿延时”时间就开始放电。
第二种异常放电情况产生的原因是由于线电极与工件的间隙过小，或处于微接触状态，或者因为上一次脉冲放电能量过大，或放电点较集中，从放电坑穴中抛除出来的物质堆得过高触及或接近触及线电极时。在这样的情况下，线电极与工件常处于微电弧放电状态，间隙电压为10～11V左右。此时加工效率不高，脉冲能量基本上以热的形式释放。
由于常用的线电极是黄铜丝或表面镀锌的黄铜丝，其熔点不高；线电极的直径又细，一般是0.1～0.3mm；线电极的运丝速度仅为5～15m/min，对于毫秒级时间来看，可看为一个静止的线电极与工件之间的放电。如果连续发生异常放电，并放电都集中在某一个小段线电极附近，这一小段的线电极急剧损耗，并在极短时间内，这小段线电极的温度急剧升高，在线电极张力的共同作用下，造成了瞬间断丝的现象。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种线切割放电加工脉冲放电能量自适应控制方法，其特征在于，它包括了下述步骤在线电极放电间隙发生微短路、微电弧状态时，取消本次的主脉冲能量；或发生异常放电时，减少主脉冲能量；或在连续发生异常放电状态时，逐步减少单个脉冲能量和单位时间内脉冲能量；在线电极放电间隙恢复正常放电状态时，恢复主脉冲能量；或在连续恢复正常放电状态时，逐步地恢复正常的主脉冲能量，直至达到正常预设定的主脉冲的脉冲能量。
一种线切割放电加工脉冲放电能量自适应控制装置，其特征在于，包括微短路判别器、脉冲击穿延时检测器、异常放电情况统计和处理器、N个脉冲功率输出单元和一个具有对每个放电脉冲进行检测和能量控制的工作平台。
本发明解决上述技术问题可以采用的进一步的技术方案为其特征在于，在脉冲“击穿延时”检测器3检测到放电间隙处于第一种异常放电状态时，异常放电情况统计和处理器4发出A类指令，减少本次脉冲宽度的时间；如果连续发生第一种异常放电状态，则再次减小脉冲宽度时间来继续减小单次放电脉冲的能量；上述减小脉冲宽度的过程，可以在连续发生异常放电时，连续逐次减小脉宽，也可以连续二、三次异常放电后，再减小一级脉宽；在脉冲“击穿延时”检测器(3)检测到放电间隙处于第一种异常放电状态时，异常放电情况统计和处理器(4)发出C类指令，减少参加本次主脉冲放电加工的脉冲功率输出单元的数量的过程；如果连续发生第一种异常放电，则再次减小参加主脉冲放电脉冲功率输出单元的数量，直到减少到仅有一个单元参加主脉冲放电为止；所述减小参加主脉冲放电脉冲功率输出单元数量，可以为连续发生第一种异常放电时，连续逐次减少单元数量；也可以连续二或三次发生异常放电现象后，再减少一个脉冲功率输出单元。
在脉冲“击穿延时”检测器3检测到放电间隙处于第一种异常放电状态时，异常放电情况统计和处理器4发出B类指令，把本次主脉冲放电结束后的脉冲停歇时间延长一倍；如果连续发生第一种异常放电情况，把停歇时间再延长一倍；如还没有能消除异常放电，再次连续发生异常放电，则再次延长脉冲停歇时间，所述的延长脉冲停歇可以每次发生异常放电就延长一倍，也可以连续发生n次异常放电后，再延长一倍。
在发生连续第一种异常放电状态时，先发出A类指令；在不见效果的情况时，接着在保持A指令的情况下，进而发出C类指令；再不能消除异常放电状态时，在保持A、C类指令输出的情况下，最后发出B类指令了；或将几个指令交替逐级发出，如先发A2，然后发C1、B1、C2、B2……；或连续发生异常放电情况后，可以在连续发生几次异常放电后，发出一项指令，可以在一次异常放电时同时发出二或三项指令。
在出现异常放电情况后，出现正常放电状态，可以恢复和增大脉冲宽度，可以随着正常放电状态的连续出现逐步恢复增大脉冲宽度，可以跳跃地恢复增大脉冲宽度，也可以一次恢复到操作者预置的脉冲宽度。
在出现异常放电情况后，出现正常放电状态，可以恢复增加参加主脉冲放电加工的脉冲功率输出单元的数量；可以随着正常放电状态的连续出现逐步恢复增加脉冲输出单元的数量，可以跳跃式地恢复增加脉冲输出单元的数量，也可以一次恢复到操作者预置的脉冲功率输出单元的数量。
在出现异常放电情况后，出现正常的放电状态，应恢复缩小脉冲停歇时间，可以是随着正常放电的连续出现逐次缩短脉冲停歇，可以跳跃式恢复缩小脉冲停歇时间，也可以一次恢复到操作者预置的脉冲停歇时间。
在出现连续异常放电情况后，出现正常的放电状态，可以将上述的在恢复到操作者预置的脉宽、脉冲停歇时间和参加主脉冲放电加工的脉冲功率输出单元数量的方法，结合起来实施。
在脉冲参数控制5与各脉冲功率输出单元6B1、6B2、……、6Bn之间，增加了一个移位电路23。
图1是普通电火花线切割放电加工装置的结构示意图；图2是所测得的间隙脉冲放电电流三种不同放电状态曲线图；图3是本发明的结构示意图；图4是本发明微短路判别器电路示意图；图5是本发明脉冲击穿延时检测器的方框图；图6是本发明异常放电情况统计和处理器的方框图；图7是普通脉冲功率放大器的电路示意图；
图8是本发明的一个脉冲功率输出单元的电路示意图；图9是本发明对脉冲功率输出单元移位电路的方框图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明作进一步详细描述。
参照附图，与图1普通线切割放电加工装置相比较，增加以下部分微短路判别器2，脉冲击穿延时检测器3，异常放电情况统计和处理器4。把原高压大电流脉冲功率放大器6B分解为N个小单元，即6B1，6B2，……6Bn。
图4微短路判别器2它由一个施密特比较器组成，U1为超高速精密比较器。12为衰减器，它把从工件与上、下进电块处采样后的高电压信号衰减为Vin，衰减系数为K。比较器的基准电压Vref1＝K*11V。22为超高速光电耦合器，当引燃脉冲施加到放电间隙后，如空载或正常放电时，U1输出低电平，经超高速光电耦合器22光耦输出高电平信号；当放电间隙处于第二种异常放电状态时，比较器快速翻转，输出高电平，则光耦就立即输出低电平信号。此信号将传送至异常放电情况统计和处理器42的I1输入口。
图5脉冲击穿延时检测器3图中13、衰减器23、比较器33、超高速光电耦合器43、晶体振荡器53、计时器63、反相器73、触发器从工件与上下导电块获得的采样间隙电压信号，经衰减器13，衰减后输入比较器23的输入端Vin，衰减系数为K。比较器23的基准电压Vref2≥K*30V。当引燃脉冲施加到放电间隙两极时，从脉冲参数控制器输出的引燃脉冲Ton＝1信号传送到计时器5后，计时器53开始计时，其时钟信号由晶体振荡器43输出供给。预定时间由计算机根据工艺试验要求给出。如果在预定时间内不放电，则比较器23一直输出低电平。经光耦，光耦输出高电平，则计时器的输出(Vout)一直为低电平。一旦计算机设定的预定时间到，计时器停止计数，其输出锁定在低电平状态。并对其后的间隙放电，计时器不予理会。如果在预定时间内，间隙开始放电，经衰减后Vin电压＜Vref2，比较器23输出高电平，光耦输出低电平，计时器输出一个高电平信号，并锁定输出，同时停止计时。在脉冲停歇(Toff＝0)时间，计时器进行复位，计时器输出为低电平，为下一次放电击穿延时的检测做准备。
光耦输出的另一路信号经反相器63反相，输入触发器73。一旦放电间隙发生火花放电，触发器73输入端收到反相器63送的高电平信号，在高电平信号的上升沿，触发器发生翻转，输出高电平信号。此信号为允许主脉冲输出的EN信号(EN＝1)。一旦引燃脉冲进入停歇状态(Toff＝0)，触发器复位(EN＝0)，为下一次脉冲放电状态的检测做准备。
图6，异常放电情况统计和处理器4图中14、反相器24、或门电路34、放电状态记忆电路44、可控的串行输入多位并行输出电路54、由计算机控制的多路复用器/分配器电路微短路判别器的输出接到In1输入口，当引燃脉冲施加到放电间隙后产生第二种异常放电情况时，判别器24输出一个低电平信号，本处理器经反相器14反相后，一路立即输出A1信号，另一路进入或门24输入端。或门24立即输出一个高电平信号，至放电状态记忆电路34的In1输入口。
脉冲击穿延时检测器输出接到本电路I2输入口。当发生第一种异常放电情况后，I2接到一个上升沿信号(高电平)，经或门24输入至放电状态记忆电路34。
放电状态记忆电路34，当放电间隙输入引燃脉冲的同时，记忆电路34In3端收到引燃脉冲高电平信号(Ton＝1)，和In2收到EN信号之前，这一段时间内记忆电路开始接收来自或门24的信号(输入口为In1)。如果放电间隙发生第一、二种异常放电情况，或门24输出一个高电平信号。记忆电路输出口如上次引燃脉冲施加后，放电间隙为异常放电，输出口已经为高电平，现在则继续维持高电平输出；如果上次为正常放电，输出口为低电平，现在则改为高电平输出。在输出口为高电平的情况下，In3端收到引燃脉冲和In2端收到EN的信号为低电平(Toff＝0)信号时，输出口维持高电平输出。
如果在记忆电路34的In3端收到引燃脉冲信号高电平(Ton＝1)信号，而到另一个输入端In2收到EN信号(主脉冲Ton＝1)的信号之间，记忆电路34输入口In1没有收到或门电路24发来的高电平的上升沿信号，则记忆电路在收到EN信号主脉冲Ton＝1上升沿的同时，对其输出口进行清零，并从此时开始至下次引燃脉冲Ton＝1之前锁定输出为低电平，输出低电平信号给可控串行输入多位并行输出电路44。
部分54为由计算机控制的多路分配器。它可根据计算机输入的指令，控制“可控串行输入多位并行输出电路44”的工作。在间隙发生异常放电时，它决定A、B、C类指令的发出，减少单个主脉冲的脉冲能量和单位时间的脉冲能量；当经异常放电后转入正常放电时，它又决定着脉冲能量增大的方式。
可控串行输入多位并行输出电路44，它从输入口In3(Ton＝1/Toff＝0)和输入口In2的信号的上升沿和下降沿知道每一次放电间隙开始施加电压进行火花放电(Ton＝1)，或结束放电进入脉冲停歇(Toff＝0)，放电间隙消电离。在每一次输入口In3收到高电平信号(引燃脉冲Ton＝1)和输入口In2收到EN信号为高电平(主脉冲Ton＝1)之前这一段时间内，如果输入口In1收到放电状态记忆电路输送来的高电平信号上升沿信号，或输入口In1输入电平一直维持高电平，则表示这次间隙放电为异常放电，电路44则在输入口In2收到主脉冲信号EN＝1时，根据多路分配器(部分54)的指令并行输出口的高电平向下移一位，则再减少一级放电的能量，如连续发生异常放电情况，并行输出电路44将在多路分配器的控制下逐级下移，不断减小放电的脉冲能量。
如果在一次输入口In3收到Ton＝1和输入口In2收到EN信号＝1之间，此电路44输入口In3收到放电记忆电路34送来的信号为低电平，则反映本次放电为正常的火花放电。在输入口In2收到主脉冲信号EN＝1时，本电路44将按操作者预置的放电参数进行电火花放电。或根据多路分配器的指令逐级恢复本次主脉冲放电脉冲能量，直至达到操作者预置的放电参数进行电火花放电加工。
脉冲参数控制器也作了局部改进，把原来发出的6B信号，经一组与门控制后发出。原来输出至6B的信号输入各只与门的一个输入端，各只与门的另一个输入端由反相后的C类指令来控制。各与门的相应输出分别为5-1，5-2，……5-n。分别控制对应的脉冲功率输出单元。
图7脉冲功率放大器示意图为了实现电子轰击为主电火花加工，主脉冲宽度一般小于1.5μS，峰值电流最高达近千安培，为此对脉冲功率放大器的供电电源提出了很高的要求。电源输入为三相50HZ的交流电源，经三相整流和滤波供给。作为滤波使用的大容量电解电容的高频特性很差，目前生产质量较好10000μF/400VDC的电解电容，快速输出的电流仅30A左右。为了达到窄脉宽大电流加工的要求，在输入经整流滤波后的直流电源上，再并上10～20只无感脉冲电容。例如使用高频ESR低、dv/dt高，能承受高脉冲充放电流的金属化聚丙烯电容。实际上脉冲能量主要是由这些并联起来的脉冲电容供给，而大容量的电解滤波电容主要起到持续给无感脉冲电容充电的作用。另外，为了开、关如此大的脉冲电流，目前都使用几十只大功率VMOS开关管并联工作。
图7中，21代表工件，22代表线电极，10、11代表上下导电块。5代表脉冲参数控制器，E代表三相整流、滤波供电电源，RE代表供电电源的阻抗(高频状态时)，RL代表脉冲功率传输线阻抗，C1、2……n代表高频无感脉冲电容组，RC1、2……n代表电容高频ESR，RV1、2……n代表VMOS管导通内阻。V1、V2……Vn代表用于高频开关的VMOS功率管组。
为了实现在更宽的范围内对单个脉冲能量进行实时控制。本发明把普通脉冲功率放大器，分解为N个脉冲功率输出单元。即把用于脉冲储能用的无感电容和作为开关并联使用的VMOS功率管组，分解为N个单元。通过开、关各单元VMOS管栅极驱动脉冲信号来切换各个单元参加主脉冲放电的数量，从而达到实时控制单个主脉冲放电能量的目的。
图8为其中一个脉冲功率输出单元的示意图，原来n组并联无感脉冲电容和n组并联VMOS功率开关分解为n个脉冲功率输出单元。在异常放电情况统计和处理器4输出的C类指令的控制下，脉冲参数控制器5控制5-1，5-2，……5-n信号的发出，进而控制各单元VMOS管脚栅极来控制其单元是否参加本次主脉冲放电加工。通过控制储存脉冲能量的无感脉冲电容组和其开关VMOS管组数量的增减，来达到控制每个主脉冲放电能量的增、减。
实施例1(第二种异常放电状态处理方法)由于第二种异常放电状态，即微短路放电状态的加工效率很低，主脉冲的能量在放电间隙区主要以热量方式释放。为此，一旦微短路判别器2检测到开始放电的间隙电压小于等于11V，属微短路状态时，微短路判别器2发出脉冲信号传送给异常放电情况统计和处理器4。统计和处理器4立即发出A1信号给脉冲参数控制器5，立即结束引燃脉冲并取消本次高压大电流主脉冲的发出，提前进入脉冲停歇状态。第二种异常放电情况发生后，异常放电情况统计和处理器4把此次第二种异常放电情况作为一次异常放电情况记忆下来，根据异常放电情况累计，同时发出控制脉冲停歇时间的B类信号，分别延长脉冲停歇(Toff)时间来减小单位时间内输入放电间隙的能量；或发出控制加工电流的C类信号，给脉冲参数控制器5。减小N个功率单元中参加下次放电加工时的数量，来减少下次放电时单个脉冲的能量。
实施例2在脉冲“击穿延时”检测器3检测到放电间隙处于第一种异常放电状态时，异常放电情况统计和处理器4发出A类指令，减少本次脉冲宽度的时间。如果连续发生第一种异常放电状态，则再次减小脉冲宽度时间来继续减小单次放电脉冲的能量。上述减小脉冲宽度的过程，可以在连续发生异常放电时，连续逐次减小脉宽，也可以连续二、三次异常放电后，再减小一级脉宽。通过减小脉冲宽度时间来达到减小主脉冲的放电能量。
实施例3
在脉冲“击穿延时”检测器3检测到放电间隙处于第一种异常放电状态时，异常放电情况统计和处理器4发出C类指令，减少参加本次主脉冲放电加工的脉冲功率输出单元的数量。如果连续发生第一种异常放电，则再次减小参加主脉冲放电脉冲功率输出单元的数量，直到减少到仅有一个单元参加主脉冲放电为止。上述减小参加主脉冲放电脉冲功率输出单元数量的过程，可以为连续发生第一种异常放电时，连续逐次减少单元数量；也可以连续二或三次发生异常放电现象后，再减少一个脉冲功率输出单元。通过减小参加主脉冲放电的脉冲功率输出单元的数量来减少峰值加工电流，来达到减小单个脉冲的放电能量。
实施例4在脉冲“击穿延时”检测器3检测到放电间隙处于第一种异常放电状态时，异常放电情况统计和处理器4发出B类指令，把本次主脉冲放电结束后的脉冲停歇时间延长一倍。如果连续发生第一种异常放电情况，把停歇时间再延长一倍(即为原来操作者设定的脉冲停歇时间的4倍)；如还没有能消除异常放电，再次连续发生异常放电，则再次延长脉冲停歇时间到操作者设定的Toff8倍长的时间……，上述的延长脉冲停歇的过程可以每次发生异常放电就延长一倍，也可以连续发生n次异常放电后，再延长一倍。通过延长脉冲停歇时间能减小单位时间输入放电间隙的脉冲能量，减小断丝故障的发生。
实施例5把实施例2、实施例3、实施例4结合起来实施。
例如在发生连续第一种异常放电状态时，先发出部分A类指令；在不见效果的情况时，接着在保持A指令的情况下，进而发出C类指令；再不能消除异常放电状态时，在保持A、C类指令输出的情况下，最后发出B类指令；或将n个指令交替逐级发出，如先发A2，然后发C1、B1、C2、B2……；或连续发生异常放电情况后，可以连续发生几次异常放电后发出一项指令，也可以在一次异常放电时同时发出二或三项指令。随着单个脉冲能量的减小，和单位时间内脉冲能量的减小，实际上在连续发生异常放电状态时，只要合理发出A、B、C指令情况下，已很难再会发生瞬态烧丝的现象。
实施例6在出现异常放电情况后，出现正常放电状态，可以恢复和增大脉冲宽度，可以随着正常放电状态的连续出现逐步恢复增大脉冲宽度，可以跳跃地恢复增大脉冲宽度，直至恢复到操作者正常预设定的脉冲宽度(Ton)值为止。也可以一次恢复到操作者预置的脉冲宽度。以在减小“瞬态断丝”的情况下，尽量保持一个较高的切割效率。
实施例7在出现异常放电情况后，出现正常放电状态，可以恢复增加参加主脉冲放电加工的脉冲功率输出单元的数量。可以随着正常放电状态的连续出现逐步恢复增加脉冲输出单元的数量，可以跳跃式地恢复增加脉冲输出单元的数量，直至恢复到操作者正常预设定参加放电加工的脉冲功率输出单元的数量；也可以一次恢复到操作者预置的脉冲功率输出单元的数量。以在减小“瞬态断丝”的情况下，尽量保持一个较高的切割效率。
实施例8在出现异常放电情况后，出现正常的放电状态，应恢复缩小脉冲停歇时间，可以是随着正常放电的连续出现逐次缩短脉冲停歇，可以跳跃式恢复缩小脉冲停歇时间，直至恢复到操作者正常预设定参加放电加工的脉冲停歇(Toff)的时间为止；也可以一次恢复到操作者预置的脉冲停歇时间。以在减小“瞬态断丝”的情况下，尽量保持一个较高的切割效率。
实施例9在出现连续异常放电情况后，出现正常的放电状态。在恢复到操作者预置的脉宽、脉冲停歇时间和参加主脉冲放电加工的脉冲功率输出单元数量的方法，可以将上述的实施例6、实施例7、实施例8结合起来实施。
例如出现正常放电状态后，先执行实施例8，缩小脉冲停歇时间，如连续正常放电，再增加参加主脉冲放电的脉冲功率输出单元的数量，或增加恢复脉冲宽度；可以逐次增加放电能量，也可以跳跃式地增加放电能量；可以每发生一次正常放电后，恢复上述实施例的一种，也可以同时恢复实施例的二种，也可以一次全部恢复到操作者预置的各脉冲参数。所有实施例，最终恢复到操作者预置的各脉冲参数的设定值为止。
通过上述实施例6～9，可以在间隙连续发生异常放电，中间夹几个正常放电脉冲时，有一个合理的放电能量的恢复过程。防止因放电能量恢复过快，但此时放电间隙状况尚未好转情况下，出现瞬间断丝故障的发生。
实施例10在实施例3和实施例5中，在间隙发生异常放电时，随着C指令的逐个发出，参加主脉冲放电的脉冲功率输出单元逐个减少；实施例7和实施例9中，间隙转入正常放电，随着C指令改变，参加主脉冲放电的脉冲功率输出单元数的增加。如果脉冲功率输出单元的序号不变，则会发生各个序号的脉冲功率输出单元的工作负载的大小不一，第一次就禁止参加主脉冲加工的单元负载最轻，而最后序号的单元，因为始终参加放电加工，尤其在参加第一种异常放电状态的主脉冲时，功率单元输出的脉冲电流较大，造成最后序号单元负载过重，从而造成整机平均无故障时间的降低。
参照图9，为了均衡各脉冲功率输出单元的工作负载，在脉冲参数控制5与各脉冲功率输出单元6B1、6B2、……6Bn之间，增加了一个移位电路23。这是一个多位移位电路。在每完成一次脉冲放电后，进入脉冲停歇状态(Toff＝0)时，各个输出口就移位一次。例如5-1的数据从6B1单元转移输入6B2单元，5-2的数据从6B2单元转移输入6B3单元，5-n的数据从6Bn单元转移输入6B1单元……，即各输入口分别向下移一位。经这样的脉冲功率输出单元驱动信号的连续移动，使得在一段时间内各单元中的元件负载是均衡，从而大大提高了整个脉冲电源工作的可靠性。
权利要求
1.一种线切割放电加工脉冲放电能量自适应控制方法，其特征在于，它包括了下述步骤在线电极放电间隙发生微短路、微电弧状态时，取消本次的主脉冲能量；或发生异常放电时，减少主脉冲能量；或在连续发生异常放电状态时，逐步减少单个脉冲能量和单位时间内脉冲能量；在线电极放电间隙恢复正常放电状态时，恢复主脉冲能量；或在连续恢复正常放电状态时，逐步地恢复正常的主脉冲能量，直至达到正常预设定的主脉冲的脉冲能量。
2.根据权利要求1所述的线切割放电加工脉冲放电能量自适应控制方法，其特征在于，在脉冲“击穿延时”检测器(3)检测到放电间隙处于第一种异常放电状态时，异常放电情况统计和处理器(4)发出A类指令，减少本次脉冲宽度的时间；如果连续发生第一种异常放电状态，则再次减小脉冲宽度时间来继续减小单次放电脉冲的能量；上述减小脉冲宽度的过程，可以在连续发生异常放电时，连续逐次减小脉宽，也可以连续二、三次异常放电后，再减小一级脉宽；在脉冲“击穿延时”检测器(3)检测到放电间隙处于第一种异常放电状态时，异常放电情况统计和处理器(4)发出C类指令，减少参加本次主脉冲放电加工的脉冲功率输出单元的数量；如果连续发生第一种异常放电，则再次减小参加主脉冲放电脉冲功率输出单元的数量，直到减少到仅有一个单元参加主脉冲放电为止；所述减小参加主脉冲放电脉冲功率输出单元数量，可以为连续发生第一种异常放电时，连续逐次减少单元数量；也可以连续二或三次发生异常放电现象后，再减少一个脉冲功率输出单元。
3.根据权利要求1所述的线切割放电加工脉冲放电能量自适应控制方法，其特征在于，在脉冲“击穿延时”检测器(3)检测到放电间隙处于第一种异常放电状态时，异常放电情况统计和处理器(4)发出B类指令，把本次主脉冲放电结束的脉冲停歇时间延长一倍；如果连续发生第一种异常放电情况，把停歇时间再延长一倍；如还没有能消除异常放电，再次连续发生异常放电，则再次延长脉冲停歇时间，所述的延长脉冲停歇可以每次发生异常放电就延长一倍，也可以连续发生n次异常放电后，再延长一倍。
4.根据权利要求1所述的线切割放电加工脉冲放电能量自适应控制方法，其特征在于，在连续发生第一种异常放电状态时，先发出A类指令；在不见效果的情况时，接着在保持A指令的情况下，进而发出C类指令；再不能消除异常放电状态时，在保持A、C类指令输出的情况下，最后发出B类指令；也可以将几个指令交替逐级发出，如先发A2，然后发C1、B1、C2、B2……；或连续发生异常放电情况后，可以连续发生几次异常放电后发出一项指令，也可以在一次异常放电时同时发出二或三项指令。
5.根据权利要求1所述的线切割放电加工脉冲放电能量自适应控制方法，其特征在于，在出现异常放电情况后，出现正常放电状态，可以恢复和增大脉冲宽度，可以随着正常放电状态的连续出现逐步恢复增大脉冲宽度，可以跳跃地恢复增大脉冲宽度，也可以一次恢复到操作者预置的脉冲宽度。
6.根据权利要求1所述的线切割放电加工脉冲放电能量自适应控制方法，其特征在于，在出现异常放电情况后，出现正常放电状态，可以恢复增加参加主脉冲放电加工的脉冲功率输出单元的数量；可以随着正常放电状态的连续出现逐步恢复增加脉冲输出单元的数量，可以跳跃式地恢复增加脉冲输出单元的数量，也可以一次恢复到操作者预置的脉冲功率输出单元的数量。
7.根据权利要求1所述的线切割放电加工脉冲放电能量自适应控制方法，其特征在于，在出现异常放电情况后，出现正常的放电状态，应恢复缩小脉冲停歇时间，可以是随着正常放电的连续出现逐次缩短脉冲停歇，可以跳跃式恢复缩小脉冲停歇时间，也可以一次恢复到操作者预置的脉冲停歇时间。
8.根据权利要求1所述的线切割放电加工脉冲放电能量自适应控制方法，其特征在于，在出现连续异常放电情况后，出现正常的放电状态，可以将在恢复到操作者预置的脉宽、脉冲停歇时间和参加主脉冲放电加工的脉冲功率输出单元数量的方法，结合起来实施。
9.根据权利要求2、4、6、8所述的线切割放电加工脉冲放电能量自适应控制方法，其特征在于，在脉冲参数控制5与各脉冲功率输出单元6B1、6B2、……6Bn之间，增加了一个移位电路23。
10.一种线切割放电加工脉冲放电能量自适应控制装置，其特征在于，包括微短路判别器、脉冲击穿延时检测器、异常放电情况统计和处理器、N个脉冲功率输出单元和一个具有对每个放电脉冲进行检测和能量控制的工作平台。
全文摘要
本发明公开了一种线切割放电加工脉冲放电能量自适应控制方法及其装置，其特征在于，它包括了下述步骤在线电极放电间隙发生微短路、微电弧状态时，取消本次的主脉冲能量；或发生异常放电时，减少主脉冲能量；或在连续发生异常放电状态时，逐步减少单个脉冲能量和单位时间内脉冲能量；在线电极放电间隙恢复正常放电状态时，恢复主脉冲能量；或在连续恢复正常放电状态时，逐步地恢复正常的主脉冲能量，直至达到正常预设定的主脉冲的脉冲能量。采用本发明可减少线切割机在高效率放电加工时瞬态断丝故障的发生。
文档编号B23H7/00GK1712165SQ20051005089
公开日2005年12月28日 申请日期2005年7月28日 优先权日2005年7月28日
发明者顾元章 申请人:顾元章