专利名称：节能型电火花穿孔机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电火花加工装置，尤其是节能型电火花穿孔机。
背景技术：
电火花穿孔机是利用电火花腐蚀工件来进行工件加工的，加工时电极与被加工工件并不接触，要保持一定的放电间隙，这就需要在工件与电极之间加一个比较高的电压 (一般80V)以击穿间隙间的绝缘层。在放电初始阶段，间隙的绝缘强度大，脉冲电压较高， 电流较小，当间隙间的绝缘被击穿后，间隙间的介质(冷却水)被电离，电极与工件之间的电阻迅速下降，间隙之间的电压也迅速下降(约为15V-30V之间)，形成一个稳定的电弧，烧蚀掉工件上欲去除的内孔材料。针对不同的材料和电极直径，每个火花脉冲的能量密度是不同的，这就必须要控制每个火花脉冲的电流。现在国内的电火花穿孔机普遍采用在放电回路上串联限流电阻来控制火花脉冲的电流，这样不仅在限流电阻上消耗了 2/3以上的电能，同时还增加了设备散热的负担。
发明内容本实用新型的目的在于克服传统技术的缺陷，采用一种电子控制线路取代传统的限流电阻，既能控制高速电火花穿孔机的工作脉冲电流，同时又能大幅度地降低设备的电能消耗。为实现上述目的，本实用新型采用了一种先进的脉宽调制(PWM)技术来控制脉冲电流。为了提高可靠性和简化电路，电路采用了嵌入系统，以单片机为核心来控制整个设备的运行。这种火花脉冲控制电路包括取样单元、控制单元和调整单元三大部分。取样单元包括霍尔电流传感器和比较器，把检测到的工作电流信号送至控制单兀。控制单元由单片机和外围电路组成，根据电流取样送来的反馈信号和预先设定的控制电流值进行比较，其输出至调整单元内二个场效应管的控制极，通过调整控制信号的占空比，用来控制火花脉冲电流。本实用新型进一步设置为调整单元设计了一个以电感L为核心的持续恒流源电路，包括滤波电容Cl、场效应管Q1、Q2，二极管D1、D2和霍尔电流传感器LHall，控制单元的输入分别接Q1、Q2的控制极。
图1是本实用新型的原理方框图。图2是本实用新型调整单元的电路原理图。
具体实施方式
通过具体实施例，对本实用新型作进一步说明。电火花穿孔机工作时有电极与工件开路、电极与工件短路和电极与工件间隙放电三种情况。下面分三种情况进行分析说明1、当电极与工件开路时，如图2，电极上没有电流，场效应管Q2始终处在导通、截止的交替过程中(SPWM2始终加到Q2栅极)。当场效应管Ql和Q2都导通时，DC80V电压直接加在电感L 二端，电感中的电流逐渐增大，霍尔电流传感器检测到电感中输出电流大于设定值时，控制单元输出SPWMl即为零，Ql关断，此时电感L中的电流通过Dl续流，形成Dl — L — Q2 — Dl电流回路，电感中电流维持恒定；霍尔电流传感器检测到电感中电流小于设定值时，控制单元输出控制信号 SPWMl打开Ql，此时电感中的电流逐渐增大。当Q2截止时，电感L中的电流通过D2返回到80V电源。Ql导通时，形成 Ql — L — D2 — Ql电流回路，电感中电流维持恒定；Ql截止时电感通过Dl、D2反向给80V 电源充电，电感L中的能量返还给电源，此时电感L中的电流逐渐减小。因为SPWM2频率很高，一般为几十千赫，所以电感中电流减小的时间很短，一般为几十微秒，电感中电流的减小量Δ I也很小，这样也可以认为电感中的电流是恒定的。2、当电极与工件短路时，此时Q2完全不起作用。当Ql导通时，DC80V电压直接加在电感L 二端，电感L中的电流逐渐增大。霍尔电流传感器LHal 1检测到电感L中电流大于设定值时，控制单元信号输出SPWMl为零，关断Ql，此时电感L中的电流通过D2续流，形成D2 — L —电极一工件一D2电流回路，电感L中电流维持恒定；霍尔电流传感器LHal 1 检测到电感L中电流小于设定值时，控制单元输出SPWMl信号，打开Q1，此时电感中的电流逐渐增大。以上二种状态(在电极与工件短路、开路)中，因为没有形成功率消耗，DC80V直流电源几乎不输出功率，只提供一些线路损耗。3.在电极与工件间隙放电时，当Q2导通时和前面分析的完全一样，不再赘述。在 Q2不导通时，电感L中的电流通过工件与电极进行放电，此时又分Ql导通与截止二种情况。 Ql导通时，DC80V电源电压大于放电电压(15V-30V)，电感L中电流继续增大，此时电源消耗能量；Ql不导通时，电感中的电流通过D2续流，形成D2 — L —电极一工件一D2电流回路，因工件与电极间有15V-30V的放电电压，电感中电流逐渐减小，等待Ql导通时电源给电感L补充电流。以上三种情况中，只有在火花放电时电源对外输出功率，消耗电能，且全部用于火花脉冲穿孔电流中(除线路损耗外)；在开路和短路时只提供一些线路损耗。
权利要求1.一种节能型电火花穿孔机，其火花脉冲控制电路包括电流取样单元、控制单元和调整单元，其特征在于电流取样单元包括霍尔电流传感器和比较器，电流取样信号输出至控制单元。
2.根据权利要求1所述的节能型电火花穿孔机，其特征在于控制单元包括单片机和外围电路，根据电流取样单元送来的反馈信号和预先设定的控制电流值进行比较，输出二控制信号至调整单元内二个场效应管的控制极用以控制火花脉冲的工作电流。
3.根据权利要求1或2所述的节能型电火花穿孔机，其特征在于调整单元设计了一个以电感L为核心的持续恒流源电路，包括滤波电容Cl、场效应管Q1、Q2，二极管D1、D2和霍尔电流传感器LHall，控制单元的输入分别接Q1、Q2的控制极。
专利摘要本实用新型涉及一种节能型电火花穿孔机，它采用了一种先进的脉宽调制PWM技术来控制脉冲电流，其控制电路包括取样单元、控制单元和调整单元。取样单元包括霍尔电流传感器和比较器，它把检测到的电流信号送至控制单元。控制单元由单片机和外围电路组成，根据电流取样送来的反馈信号和预先设定的控制电流值进行比较，输出至调整单元内二个场效应管的控制极，用来控制火花脉冲电流的大小。这种节能型电火花穿孔机，以先进的脉宽调制技术取代了传统的用限流电阻来控制脉冲工作电流，起到了很好的节能效果。
文档编号B23H1/02GK202006326SQ201020665540
公开日2011年10月12日 申请日期2010年12月8日 优先权日2010年12月8日
发明者吴小肖, 张晶 申请人:乐清市乐川机床厂