专利名称：数控电火花线切割加工等电流脉冲电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种适用于数控电火花线切割机床用的节能型等电流脉冲电源 的无限流电阻电路设计。
背景技术：
在授权公告号CN1325215C中公开的"循环叠加斩波式节能电火花加工脉冲电 源"，该脉冲电源由主振电路、驱动电路、电流检测电路、直流电源以及功率放大电 路组成。
现有的电火花线切割脉冲电源中大多设计有限流电阻，该限流电阻使得电源提供 的大部分能量以热能形式消耗掉，导致能量利用率较低。另外，脉冲电源只能进行单 一的加工模式，较难同时满足粗、精加工的要求。
由于电火花线切割机床使用的工作液导电率高，使得脉冲电源很难实现等能量加 工，并且单脉宽放电凹坑不均匀，影响了工件加工效率和光洁度。传统脉冲电源有限 流电阻的存在，间隙电流为矩形波，上升沿较陡，电极丝损耗大。 发明 内容
本实用新型的目的是提供一种数控电火花线切割加工等电流脉冲电源，该脉冲电 源无限流电阻，减小了电源发热量，提高了电能的利用率。将击穿周期内的非正常火 花放电状态作为脉冲等待信号，使通道完全击穿，实现等能量加工，提高加工效率。 可以实现低压击穿、中压大电流火花放电加工模式，使放电通道小，工件蚀除量小， 加工效率高。具有粗、精加工模式切换功能，满足不同的加工要求。且通过功率开关 管的周期性交替式导通，实现三角形电流波，上升沿缓，下降沿陡，电极丝损耗小。
本实用新型的数控电火花线切割加工等电流脉冲电源，由主振电路、驱动回路、 检测回路、直流电源以及功率放大回路组成，所述检测回路用于实时在线检测间隙放 电状态，并将击穿时的空载信号作为主振回路的延时信号，通过控制第一功率开关管 管l的开、断时间，使大电流火花放电的加工电流脉宽相等。本实用新型等电流脉冲电源的优点在于(1)功率放大回路中采用无电阻设计， 节约了大量电能量；(2)单直流电源可以在一个脉宽中实现低压小电流击穿，高压 大电流加工，提高加工效率；(3)在检测回路与主振回路的控制下实现了等能量和 等周期切换加工；等能量加工时，由于单个放电脉冲能量相同，放电蚀除的凹坑大小 一致，加工的光洁度高；(4)实现粗加工、精加工切换；粗加工时，需要大电流的 高效加工，此时，可实现电流上升沿缓，大峰值电流高平均电流，高效的稳定加工； 精加工时，使峰值电流平均电流较小，实现稳定加工；在大电流粗加工时，钼丝损耗 小，因为第一电感M的存在使得大的峰值电流上升沿缓，下降沿陡。使钼丝慢慢加 热，快速冷却，减小钼丝损耗。
图1是本实用新型加工等电流脉冲电源的结构框图。
图2是本实用新型加工等电流脉冲电源的电路原理图。
图3是本实用新型另一种等电流脉冲电源的电路原理图。
图4是放电间隙等能量波形图。
图5是三角形电流波形图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。
本实用新型是一种适用于数控电火花线切割机床的等电流脉冲电源，该脉冲电源由 主振电路、驱动回路、检测回路、直流电源以及功率放大回路组成(参见图1所示)， 所述检测回路用于实时在线检测间隙放电状态，并将击穿时的空载信号作为主振回路的 延时信号，通过控制第一功率开关管1\的开、断时间，使大电流火花放电的加工电流脉 宽相等，实现等能量加工；通鹏制交流接触器KM的切换实^m、精加工。
在本实用新型中，功率放大回路中的功率开关管选取1MBH60D功率管，直流 电源E输出直流80V。参见图2所示的功率放大回路，该直流电源E的正极连接有 第二电感L2的l端、第二功率开关管T2的集电极、第四二极管D4的阴极，直流电 源E的负极连接有第二二极管D2的阳极、第三功率开关管T3的发射极；第三功率 开关管1的集电极与第四二极管D4的阳极连接；工件连接在第三功率开关管丁3的 集电极上；第二电感L2的1端与第五二极管D5的阴极连接，2端与第五二极管Ds
5的阳极连接，第二电感L2的2端与第一功率开关管^的集电极连接，第一功率开关 管T\的发射极与第一二极管Di的阳极连接，第一二极管D,的阴极与第一电感"的 1端连接，第一电感k的2端与交流接触器KM的1端连接，交流接触器KM的2 端、4端连接在电极丝上，且第一电感I^的1端与交流接触器KM的3端连接；第 二功率开关管T2的发射极与第三二极管D3的阳极连接，第三二极管D3的阴极与第 二二极管D2的阴极连接，且第三二极管D3的阴极与第一电感k的1端连接。
在本实用新型中，参见图3所示的另一种功率放大回路，由于电感与电阻均能 实现分压的作用，在击穿控制电路中也可以采用电阻R替代第二电感L2 。该直流电 源E的正极连接有电阻R的1端、第二功率开关管T2的集电极、第四二极管D4的 阴极，直流电源E的负极连接有第二二极管D2的阳极、第三功率开关管T3的发射 极；第三功率开关管T3的集电极与第四二极管D4的阳极连接；工件连接在第三功率 开关管1的集电极上；电阻R的1端与第五二极管D5的阴极连接，电阻R的2端 与第一功率开关管1\的集电极连接，第一功率开关管1\的发射极与第一二极管Di 的阳极连接，第一二极管Di的阴极与第一电感L,的1端连接，第一电感k的2端 与交流接触器KM的1端连接，交流接触器KM的2端、4端连接在电极丝上，且 第一电感M的1端与交流接触器KM的3端连接；第二功率开关管T2的发射极与 第三二极管D3的阳极连接，第三二极管D3的阴极与第二二极管D2的阴极连接，且 第三二极管D3的阴极与第一电感k的1端连接。
在本实用新型中，第二功率开关管T2 、第三功率开关管T3 、第二二极管D2 、第 三二极管D3 、第四二极管D4 、第一电感Li和交流接触器KM构成桥式功率放大回路。
在本实用新型中，第一功率开关管Tp第二电感L2、第五二极管Ds、第一二 极管Di构成击穿控制电路(参见图2所示)。第一功率开关管T。电阻R、第五二 极管Ds、第一二极管Di构成击穿控制电路(参见图3所示)。该击穿控制电路可以 在线切割的放电加工中实现低压击穿、高压火花放电功能，为后续火花放电提供较小 的放电通道，有效地提高了加工效率。
在本实用新型中，电极丝与工件组成放电间隙。当高频电压施加到放电间隙上， 实现火花放电加工。电火花线切割加工有三种基本的放电状态，即空载、火花和短路 上。在本实用新型中，第一电感、与交流接触器KM形成粗、精加工切换回路。交流接触器KM的1端与2端闭合、3端与4端断开实现精加工，交流接触器KM的 3端与4端闭合、1端与2端断开实现粗加工。
采用本实用新型的等能量脉冲电源，其放电加工状态下的工作流程为
(一) T\、 T3导通，T2截止
在第一功率开关管T\与第三功率开关管T3同时导通，第二功率开关管T2截止 时，直流电源E通过第二电感L2为间隙提供小电流(2A 8A)的击穿电压(35V~ 55V)，该击穿电压为后续的大电流火花放电提供击穿通道。
(二) T2、 T3导通，1\截止
当第二功率开关管T2与第三功率开关管T3同时导通，第一功率开关管1\截止 时，直流电源E给间隙提供大电流(5A 150A)的加工电压(60V 70V)，使间 隙发生火花放电加工。
参见图4所示，在等能量加工状态下将检测回路的空载信号作为主振回路的延 时信号，则当第一功率开关管Tp第三功率开关管T3导通时进行小电流低压击穿， 在击穿时间内，检测回路检测到空载信号；该空载信号经主振回路延时处理后，用于 控制功率放大回路中的功率开关管的开、断。在第一功率开关管1、第三功率开关 管T3持续导通，检测回路检测到火花电压时(图中B点，B点为延时结束信号)，延 时截止，即第一功率开关管1\关断，第二功率开关管TV第三功率开关管T3导通； 在第二功率开关管T2、第三功率开关管T3导通进行大电流火花放电，小电流击穿使 得后续脉宽(B脉宽)内无空载出现，持续火花放电，由于后续脉宽不进行延时处理， 设定的第二功率开关管T2、第三功率开关管T3同时导通时间恒定，大电流火花放电 时间相等。即,(1=^，实现每次放电能量相等，放电凹坑均匀，加工光洁度高。^表 示前一波形的电流脉宽，Q后一波形的电流脉宽。
在粗、精加工模式切换
交换接触器KM长闭，实现粗加工；KM长开，实现精加工。当交换接触器KM 的1端、2端闭合，3端、4端关断，进行粗加工模式，由于电感的电流不能突变的 特点，放电间隙的电流缓慢上升，抑制间隙电流峰值，有利于进行长脉宽大电流的粗 加工；当交流接触器l端、2端关断，3端、4端闭合，切换成精加工模式，由于此 脉冲电源无限流电阻，电流上升斜率大，可进行大电流窄脉宽的精加工，实现放电凹 坑小，加工表面光洁度高。等能量、等周期加工f莫式切换
当第一功率开关管Ti加工中一直断开，实现等周期加工，当第一功率开关管Ti 加工中击穿周期内导通，实现等能量加工。控制第二功率开关管A开断，实现等能 量和等周期加工模式的切换，适应不同的加工要求，当大脉宽大电流粗加工时，切换 到等能量加工模式，提高加工效率；当进行窄脉宽小电流精加工时，进给不稳时，可 切换到等周期模式。
电极丝损耗小
第二功率开关管T2、第三功率开关管T3交替导通和关断，实现三角波电流波形。 参见图5，此电流波形上升沿缓，下降沿陡，可以减小电极丝损耗；通过使第一功率 开关管L、第三功率开关管T3先导通，第二功率开关管T2、第三功率开关管T3后 导通，周期结束同时关断实现倒L形电流波形，先小电流预热，后大电流加工，降低 电极丝损耗。
能量利用率高由于脉冲电源没有限流电阻，电流提供的能量基本上都供给了放 电间隙，大大提高了能量利用率。
权利要求1、一种数控电火花线切割加工等电流脉冲电源，该脉冲电源由主振电路、驱动回路、检测回路、直流电源以及功率放大回路组成，其特征在于所述检测回路用于实时在线检测间隙放电状态，并将击穿时的空载信号作为主振回路的延时信号，通过控制第一功率开关管(T1)的开、断时间，使大电流火花放电的加工电流脉宽相等。
2、 根据权利要求1所述的等电流脉冲电源，其特征在于该直流电源(E)询正极 连接有第二电感(L2)的1端、第二功率开关管(T2)的集电极、第四二极管(D4) 的阴极，直流电源(E)的负极连接有第二二极管(D2)的阳极、第三功率开关 管(T3)的发射极；第三功率幵关管(T3)的集电极与第四二极管(D4)的阳极 连接；工件连接在第三功率开关管(T3)的集电极上；第二电感(L2)的1端与 第五二极管(D5)的阴极连接，2端与第五二极管(D5)的阳极连接，第二电感(L2)的2端与第一功率开关管(T\)的集电极连接，第一功率开关管(TO的 发射极与第一二极管(DJ的阳极连接，第一二极管(D。的阴极与第一电感(L。 的1端连接，第一电感(L》的2端与交流接触器(KM)的l端连接，交流接 触器(KM)的2端、4端连接在电极丝上，且第一电感(LJ的1端与交流接 触器(KM)的3端连接；第二功率开关管(T2)的发射极与第三二极管(D3) 的阳极连接，第三二极管(D3)的阴极与第二二极管(D2)的阴极连接，且第三 二极管(D3)的阴极与第一电感(L》的1端连接。
3、 根据权利要求1所述的等电流脉冲电源，其特征在于该直流电源(E)的正极 连接有电阻(R)的1端、第二功率开关管(T2)的集电极、第四二极管(D4) 的阴极，直流电源(E)的负极连接有第二二极管(D2)的阳极、第三功率开关 管(T3)的发射极；第三功率开关管(T3)的集电极与第四二极管(D4)的阳极 连接；工件连接在第三功率开关管(T3)的集电极上；电阻(R)的1端与第五 二极管(D5)的阴极连接，电阻(R)的2端与第一功率开关管(T\)的集电极 连接，第一功率开关管(T》的发射极与第一二极管(DJ的阳极连接，第一二 极管(Dj的阴极与第一电感(LJ的1端连接，第一电感(LJ的2端与交流 接触器(KM)的1端连接，交流接触器(KM)的2端、4端连接在电极丝上，且第一电感(L》的1端与交流接触器(KM)的3端连接；第二功率开关管(T2) 的发射极与第三二极管(D3)的阳极连接，第三二极管(D3)的阴极与第二二极 管(D2)的阴极连接，且第三二极管(D3)的阴极与第一电感(L》的l端连接。
4、 根据权利要求2或3所述的等电流脉冲电源,其特征在于:第二功率开关管(12)、 第三功率开关管(T3)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、 第一电感(k)和交流接触器(KM)构成桥式功率放大回路。
5、 根据权利要求2所述的等电流脉冲电源，其特征在于第一功率开关管(T\)、 第二电感(L2)、第五二极管(D5)、第一二极管(DJ构成击穿控制电路。
6、 根据权利要求3所述的等电流脉冲电源，其特征在于第一功率开关管(TJ、 电阻(R)、第五二极管(D5)、第一二极管(D》构成击穿控制电路。
专利摘要本实用新型公开了一种数控电火花线切割加工等电流脉冲电源，该脉冲电源由主振电路、驱动回路、检测回路、直流电源以及功率放大回路组成，所述检测回路用于实时在线检测间隙放电状态，并将击穿时的空载信号作为主振回路的延时信号，通过控制第一功率开关管(T<sub>1</sub>)的开、断时间，使大电流火花放电的加工电流脉宽相等，实现等能量加工；通过控制交流接触器(KM)的切换实现粗、精加工。
文档编号B23H7/00GK201235432SQ200820107228
公开日2009年5月13日 申请日期2008年4月8日 优先权日2008年4月8日
发明者华 刘, 诗 李, 李冬庆, 李朝将, 李立青, 白俊磊, 白基成, 郭永丰 申请人:哈尔滨工业大学;江苏冬庆数控机床有限公司