专利名称：高频编码振荡板的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高频编码振荡板。
背景技术：
线切割高频电源性能好与坏是决定线切割加工效率的重要因素。目前大多数线切割机床都是用传统的数字电路配合开关或电位器产生高频脉冲波切割工件的。而传统的高频振荡板由于调节频率没法达到旋转编码器所调的精确度，所以切割不同种类的工件受到高频精度的限制，特别是在切割密度高的材料铜时，容易断丝。由于普通高频电源的脉间调节不精确，如脉间大于弧隙放电下降沿会导致线割效率低下，还有当脉宽小于电弧上升沿时也会导致高频电反蚀钼丝现象，造成经常断丝现象，加大电流时断丝更快。基于来自不同材料的工件，因其材料的内阻不同，高频与工件间的放电弧隙也不同。如果电弧放电没有完成后马上进入下一个脉冲周期容易产生“花丝”现象，黑点就是钼丝烧坏部分，这样极容易断丝。但如果电弧放电完成后过一段时间才进入下一个脉冲周期，则效率会大大降低。这都是由于传统的高频振荡板没法达到与工件适合的高频脉冲精度。工作液长时间运作带来大量金属粉尘积聚，不能反馈停机而造成断丝。目前市场上存在的普通线切割机床由于切割工件时，高频电源一直输出高电平，大量切割下来的金属粉尘由于钼丝与工件间还存在高温而未被冷却液冲下，容易造成工件与钼丝短路现象导致烧毁钼丝。所以线割用户往往不敢选择脉宽较大的档位切割，这样做的话会使钼丝和工件在脉宽时间内一直维持高温， 容易断丝，由于钼丝经常断丝，那样是以牺牲钼丝来实现切割工件的目的，便大大增加线割成本。用户希望有一种在工件切割时能产生间歇性高频脉冲的高频振荡板，这样由于间歇性脉冲的作用，使钼丝与工件在切割时不处于连续，而处于间歇状态。金属粉尘冷却被工作液冲下的机会增大，断丝机会减少。而线割用户可以尝试脉宽较大的间歇高频脉冲波形来切割既增加效率，又不易断丝。本实用新型就是在这样的背景技术下而研制的。
发明内容本实用新型的目的是为了解决上述技术问题，提供一种高频编码振荡板，它采用了 PWM控制技术，它具有加工调节精度高、电源利用率高、不容易产生断丝、制造成本低廉及电路结构简洁的优点。为解决上述技术问题，本实用新型采用下列技术方案高频编码振荡板，包括有直流电源、控制电路、驱动电路、功率放大模块、放电间隙及检测电路及金属粉尘传感器，其特征在于所述的控制电路由单片机组成的主控制模块、 显示模块电路、键盘模块电路、旋转编码电路及网络通信电路构成；所述直流电源与主控制模块连接；所述的驱动电路包括有两组，其中第一组驱动电路连接功率放大模块，功率放大模块再连接放电间隙，第二组驱动电路连接灭弧电路，灭弧电路再连接放电间隙；一组高频分组模块与所述的主控制模块通过逻辑与和逻辑非分别连接第一、第二组驱动电路；所述检测电路包括有设置在灭弧电路与主控制模块之间用于反馈灭弧信息的灭弧检测模块，还
3包括设置在放电间隙和主控制模块之间用于反馈空载信号、短路信号及火花放电信号的检测报警模块。进一步设计，所述灭弧电路包括有MOSFET管、功率电阻、低压电源电池，其中， MOSFET管有两个，第一个MOSFET管的栅极连接所述第一组驱动电路，源极连接所述功率放大模块，漏极与所述放电间隙相连；第二个MOSFET管的栅极连接所述第二组驱动电路，源极与低压电源电池的正极相连，漏极与所述放电间隙、功率电阻及低压电源电池串联。进一步设计，所述的主控制模块为占空比连续可调的PWM波形输出模块，所述的旋转编码电路包括有可连续调节输入信号的旋转编码器，旋转编码器与主控制模块信号输入端连接。进一步设计，所述高频分组模块是用于产生占空比为50%的矩形波的高频振荡模块，高频分组模块与所述的主控制模块信号输出端实现逻辑与连接。进一步设计，所述直流电源为带有反馈控制的智能节能电源。进一步设计，所述主控制模块所产生的脉冲数，采用位置式PID控制算法的递推形式对脉宽、脉间进行准确地控制，其计算方式为Δ ! (k) =Kp[e (k) -e (k_l)] +KiXe (k) +Kd[e (k) -2e (k-1) +e (k_2)]，u (k) =u (k_l) +Au (k)，式中 u (k)为 k 时刻主控制模块的输出；e (k)为k时刻的偏差；Kp、Ki、Kd分别为位置式PID控制算法的比例系数、积分常数和微分常数。进一步设计，所述主控制模块所产生的脉冲分为粗、中、精三个档位，其频率范围是粗可调脉间40 μ S 60 μ S、中可调脉间20 μ s 40 μ S、精可调脉间4 μ S 20 μ S。进一步设计，所述主控制模块所产生的脉冲频率为薄脉间20 μ S，中脉间40 μ S、 厚脉间60 μ S。本实用新型的有益效果是首先，通过设置智能节能电源，在实用过程中，主控制模块根据反馈信号调整直流电源的输出，达到高效利用电能的要求，实现节能环保的目的；其次，通过采用PWM技术， 使输出脉冲的占空比连续可调，因此可适应不同的加工材质，可实现粗加工、中加工及精加工，通用性好；第三，通过设置高频分组模块，可使工件加工表面更加精细平滑；第四，通过设置灭弧检测电路，可有效防止产生电弧的现象，防止断丝及防止产生烧结现象，同时可有效控制脉间放电时间，提高加工效率；通过设置网络通信电路，可与大型计算机工艺数据库相连，使机床的加工更加智能化。
以下结合附图和实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
图1是本实用新型的原理框架图；图2是本实用新型灭弧检测电路与其它电路的连接关系示意图；图3是本实用新型主控制模块及高频分组模块的波形叠加示意图；图4是灭弧检测电路及空载、短路、火花放电检测模块电路示意图。
具体实施方式
如
图1至图4所示，一种线切割用高频编码振荡板，包括有主控制模块，主控制模块为占空比连续可调的PWM波形输出模块，本实用新型采用STC12LE5616AD芯片，主控制模块上连接有显示模块电路、键盘模块电路、旋转编码电路、网络通信电路，其中，显示模块电路用于显示线切割设备的当前加工状态，键盘模块电路用于人工输入相关加工参数，旋转编码电路上设有旋转编码器，可连续调节输入信号的占空比，可实现精细化加工，网络通信电路用于连接大型计算机设备的工艺数据库，实现智能化加工，显示模块电路、键盘模块电路、旋转编码电路及网络通信电路均为传统电路，在此不作详细描述；还包括有放电间隙， 放电间隙与主控制模块之间设有用于反馈空载信号、短路信号及火花放电信号的检测模块，还包括有金属粉尘传感器(未图示)。直流电源与主控制模块连接，直流电源为带有反馈控制的智能节能电源，主控制模块将加工过程中的信息反馈到智能节能电源，根据实际加工情况，实现电源功率的动态输出。主控制模块与一高频分组模块实现逻辑与连接，高频分组模块为带晶振的高精度多谐振荡器，主控制模块与高频分组模块分别连接到74HC00芯片的第一个与非门输入端(第 1脚和第2脚)，74HC00芯片的第一个与非门输出(第3脚)信号分为两路，其中第一路信号与74HC00芯片的第二个与非门输入端(第4脚和第5脚)相连，第二路信号与第一组光电隔离模块相连，光电隔离模块输出给第一组驱动电路，第一组驱动电路再输出给功率放大电路(驱动电路、功率放大电路为传统电路，在此不作详细描述)，功率放大电路与放电间隙相连，功率放大电路的电源由智能节能电源提供，74HC00芯片的第二个与非门输出端(第6 脚)连接第二组光电隔离模块，第二组光电隔离模块输出给第二组驱动电路，第二组驱动电路连接一灭弧电路，灭弧电路关联于放电间隙两端。如图2所示，灭弧电路1包括有MOSFET管、功率电阻R、低压电源电池，其中， MOSFET管有两个，本实用新型中，MOSFET管采用FR304管，第一个MOSFET管的栅极连接上述第一组驱动电路，源极连接上述功率放大模块，漏极与上述放电间隙相连；第二个 MOSFET管的栅极连接上述第二组驱动电路，源极与低压电源电池的正极相连，漏极与上述放电间隙、功率电阻及低压电源电池串联。如图3所示，电火花加工过程中，金属工件和工具的局部加热发生急剧熔化和汽化，被馀除下来的金属颗粒在电化学的作用下，成为大量带有正电和负电的带电离子，当一个加工过程完成后，在间歇时间内这些粒子自动移动复合，以热的形式散发，如不等这些离子复合完毕就加上第二个加工点脉冲，就极易形成短路，产生电弧，烧坏工件，使成品率下降，在加工的过程中会产生大量的带电离子，根据能量守恒定律，正负离子的数量是相等的，因为可以把间隙的工作液看作是一化学电池，其能量的大小由加工电流，加工波形，加工材料决定。为了加快离子复合，可在放电间隙两端并联一灭弧电路，灭弧电路由低压直流电源，大功率场效应管M0SFET，功率电阻组成，在外加电场的作用下，正负离子迅速复合， 产生的热能消耗在功率电阻上。用数字示波器测得主控制模块、高频分组模块、逻辑与门输出端的波形；图3描述了三种不同输出波形曲线，曲线A为占空比连续可调的PWM波形，曲线B为高频分组波形，曲线C为叠加波形，即通过PWM波形与高频分组波形逻辑与后的波形，T1为PWM波形的脉宽宽度，T2为PWM波形的脉间宽度，T3为高频分组波形的脉宽宽度，T4高频分组波形的脉间宽度。普通的线切割脉冲电源输出波形为曲线A，在切割过程中，若T1选择得过大会产生电弧，烧坏工件，使工件表面更粗糙；不光如此，更会产生断丝现象；若T3选择得过小会使离子复合得不完全，会产生电弧，烧坏工件，若选择得过大会使放电时间过长，大大影响加工效率。高频分组模块产生的高频分组波形为曲线B，T3与T4的选择应相等，可根据工件所要的粗糙度来进行选择，即只要改变高频分组模块的晶振频率大小即可。本实用新型中，主控制模块所产生的脉冲数，采用位置式PID控制算法的递推形式对脉宽、脉间进行准确地控制，其计算方式为ΔιΚΙΟ =Kp[e(k) -e(k-l)] +KiXe (k) +Kd[e (k) -2e (k-1) +e (k_2)]，u (k) =u (k_l) +Au (k)，式中 u (k)为 k 时刻主控制模块的输出；e (k)为k时刻的偏差；Kp、Ki、Kd分别为位置式PID控制算法的比例系数、积分常数和微分常数。主控制模块所产生的脉冲分为粗、中、精三个档位，其频率范围是粗可调脉间40 μ s 60 μ S、中可调脉间20 μ s 40 μ S、精可调脉间4 μ S 20 μ S，优选的频率为薄脉间20 μ S，中脉间40 μ S、厚脉间60 μ S。经过逻辑与叠加后的输出波形为曲线C，曲线C与灭弧电路和灭弧检测电路相配合可以克服断丝、工件表面粗糙、加工效率低下等诸多毛病；其加工过程如下所述曲线C只有在曲线A的脉宽时才发生改变，变成和曲线B —样，曲线C的脉间时依然是放电复合时间，此复合时间较小，由灭弧检测电路的反馈量控制，以提高效率；曲线C 的脉宽时由于和曲线B —样，所以这时可参考曲线B描述如下当在T3时，线切割正常放电切割，此时灭弧电路关断，当在T4时，线切割处于放电间隙，停止切割，灭弧电路开始工作； 周而复始以上工作，灭弧检测电路在整个加工始终处于加工状态，当检测到即使T4都不能完全复合带电离子，并积累产生一定阀值电压时，必须由T2来复合带电离子；以上就是曲线 C的整个工作过程。
权利要求1.高频编码振荡板，包括有直流电源、控制电路、驱动电路、功率放大模块、放电间隙及检测电路及金属粉尘传感器，其特征在于所述的控制电路由单片机组成的主控制模块、显示模块电路、键盘模块电路、旋转编码电路及网络通信电路构成；所述直流电源与主控制模块连接；所述的驱动电路包括有两组，其中第一组驱动电路连接功率放大模块，功率放大模块再连接放电间隙，第二组驱动电路连接灭弧电路，灭弧电路再连接放电间隙；一组高频分组模块与所述的主控制模块通过逻辑与和逻辑非分别连接第一、第二组驱动电路；所述检测电路包括有设置在灭弧电路与主控制模块之间用于反馈灭弧信息的灭弧检测模块，还包括设置在放电间隙和主控制模块之间用于反馈空载信号、短路信号及火花放电信号的检测报警模块。
2.根据权利要求1所述的一种高频编码振荡板，其特征在于所述灭弧电路包括有 MOSFET管、功率电阻、低压电源电池，其中，MOSFET管有两个，第一个MOSFET管的栅极连接所述第一组驱动电路，源极连接所述功率放大模块，漏极与所述放电间隙相连；第二个 MOSFET管的栅极连接所述第二组驱动电路，源极与低压电源电池的正极相连，漏极与所述放电间隙、功率电阻及低压电源电池串联。
3.根据权利要求2所述的一种高频编码振荡板，其特征在于所述的主控制模块为占空比连续可调的PWM波形输出模块，所述的旋转编码电路包括有可连续调节输入信号的旋转编码器，旋转编码器与主控制模块信号输入端连接。
4.根据权利要求3所述的一种高频编码振荡板，其特征在于所述高频分组模块是用于产生占空比为50%的矩形波的高频振荡模块，高频分组模块与所述的主控制模块信号输出端实现逻辑与连接。
5.根据权利要求4所述的一种高频编码振荡板，其特征在于所述直流电源为带有反馈控制的智能节能电源。
6.根据权利要求5所述的一种高频编码振荡板，其特征在于所述主控制模块所产生的脉冲数，采用位置式PID控制算法的递推形式对脉宽、脉间进行准确地控制，其计算方式为Au (k) =Kp[e (k) _e (k_l)] +KiXe (k) +Kd[e (k) _2e (k_l) +e (k_2)]，u (k) =u (k-1) +Au (k)，式中u (k)为k时刻主控制模块的输出；e (k)为k时刻的偏差；Kp、 Ki, Kd分别为位置式PID控制算法的比例系数、积分常数和微分常数。
7.根据权利要求6所述的一种高频编码振荡板，其特征在于所述主控制模块所产生的脉冲分为粗、中、精三个档位，其频率范围是粗可调脉间40μ s 60 μ S、中可调脉间 20μ s 40μ S、精可调脉间4 μ S 20 μ S。
8.根据权利要求6所述的一种高频编码振荡板，其特征在于所述主控制模块所产生的脉冲频率为薄脉间20 μ S，中脉间40 μ S、厚脉间60 μ S。
专利摘要本实用新型公开了一种高频编码振荡板，包括有直流电源、控制电路、驱动电路、功率放大模块、放电间隙及检测电路，控制电路由单片机组成的主控制模块、显示模块电路、键盘模块电路、旋转编码电路及网络通信电路构成；直流电源与主控制模块连接；驱动电路包括有两组，第一组通过功率放大模块连接放电间隙，第二组通过灭弧电路连接放电间隙；一组高频分组模块与主控制模块通过逻辑与和逻辑非分别连接第一、第二组驱动电路；检测电路包括有用于反馈灭弧信息的灭弧检测模块，还包括用于反馈空载信号、短路信号及火花放电信号的检测模块。本实用新型具有电路结构简洁、制造成本低廉、加工调节精度高及不容易产生断丝的优点。
文档编号B23H7/04GK202271058SQ20112038262
公开日2012年6月13日 申请日期2011年10月10日 优先权日2011年10月10日
发明者刘尧葵, 唐幸儿, 姜世芬, 梁季彝, 陈瑶, 黄凤玲 申请人:江门职业技术学院