专利名称：高速钢刀具电解强化电源的制作方法
技术领域：
本发明属于刀具加工设备领域，尤其涉及一种通过高频脉冲进行电解加工的高速钢刀具电解强化电源。
背景技术：
高速钢由于具有极高的硬度、热稳定性和热硬性，已大量应用于制造各种切削加工工具。高速工具钢在切削过程中，刀刃本身不仅要承受弯曲、扭转、剪切应力和冲击、振动负荷，同时还要受到工件和切屑的强烈摩擦作用。导致刀具在使用过程中经常出现磨损、卷刃、崩刃或折断等现象，缩短了刀具的使用寿命，降低了生产效率，同时增加了生产成本。因此，提高刀具的使用寿命至关重要，应用电解强化对金属刀具进行加工是一种新的尝试。人们通过大量的试验和研究发现，采用脉冲电解加工的效果好于一般直流电解加工，并在实践中，证实了应用高频脉冲电源进行电解加工的可行性和优越性。而当前所采用电解加工的脉冲电源一般为IOOHz 20kHz，电流一般为100A以下，且成本高、笨重，不易于搬运。
发明内容
本发明目的在于提供一种输出脉冲频率、电流和电压可调范围大且结构简单的高速钢刀具电解强化电源。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括调压器，其结构要点是调压器、变压器、整流滤波电路、绝缘栅双极型晶体管IGBT依次连接，IGBT分别与电流控制电路和驱动电路连接，驱动电路与脉冲控制电路连接，直流供电电路分别与驱动电路和脉冲控制电路连接。
作为一种优选方案，本发明所述电流控制电路采用IGBT栅源电压控制方式。
作为另一种优选方案，本发明所述栅源电压控制方式采用稳压管来实现。
进一步地，本发明所述驱动电路采用芯片EXB841。
更进一步地，本发明所述脉冲控制电路采用双555电路结构，一个用于调节频率， 另一个用于调节占空比。
另外，本发明所述IGBT旁设置有温度继电器。
其次，本发明所述稳压管采用CM400HA-12H型号。
本发明结构简单、使用元器件少、成本低，体积小、重量轻。本发明可按加工要求提供分档可调电流，可达200A以上；频率和占空比在大范围内连续可调，且互不影响。本发明输出脉冲在IOOHz 40kHz范围内可调，电流从0 200A范围可调，电压在5V 25V范围内可调。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。
图1为本发明基本构成框图2为本发明脉冲控制电路原理图3为本发明电流控制电路示意图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明包括调压器，其结构要点是调压器、变压器、整流滤波电路、绝缘栅双极型晶体管IGBT依次连接，IGBT分别与电流控制电路和驱动电路连接，驱动电路与脉冲控制电路连接，直流供电电路分别与驱动电路和脉冲控制电路连接。
所述电流控制电路采用IGBT栅源电压控制方式。
所述栅源电压控制方式采用稳压管来实现。
所述驱动电路采用芯片EXB841。
所述脉冲控制电路采用双555电路结构，一个用于调节频率，另一个用于调节占空比。
所述IGBT旁设置有温度继电器。
所述稳压管采用CM400HA-12H型号。
本发明实质上是在直流电源的基础上加上一个开关器件组成，直流电经开关器件的斩波，形成输出单向高频脉冲直流电。对高速钢刀具电解强化电源有以下几个要求①电源电压、电流在大范围内可调；②输出频率从IOOHz 40kHz或更高范围可调、占空比能在大范围内可调的矩形波。
本发明直流电源部分分主电路直流电源和脉冲驱动直流供电部分。主电路直流电源和脉冲直流供电部分一样均采用传统的直流电源组成原理，先将市电变压，后经整流滤波得到所需的直流电。为实现电压的连续可调.可采用调压器输出与变压器的初级线圈连接方式，只要旋转调压器的手柄，即可改变变压器的初级电压，从而实现输出电压的连续可调。而脉冲驱动直流供电部分是将市电变压整流滤波后采用三端7815稳压器即可得到所需的直流电压。
本发明斩波器件是实现直流与高频脉冲转化的核心部分。经变压、整流、滤波后的稳定直流电直接加在开关器件上，通过脉冲驱动电路控制开关器件的通断，从而实现对直流电的斩波。为实现电源的大容量，采用大功率、大容量的开关器件是关键，而目前广泛使用的新型器件绝缘栅双极型晶体管IGBT是我们的首选。这种器件的特点是集MOSFET与GTR 的优点于一身，其输入阻抗高、速度快、热稳定性好、电流容量大。它的电流密度比MOSFET 大，芯片面积只有MOSFET的40 %。根据电源输出电压和电流以及频率大小的要求为电源选择合适的IGBT来达到高效斩波。对高频IGBT模块，一般都有内置过电压保护二极管.只要在其与驱动电路之间连接合适的外围元件，在保证输入电压电流在额定范围情况下即可正常工作。
本发明应用中，直流电加在IGBT的漏极，栅极接驱动电路。由驱动电路控制栅极的通断，从而利用高频将直流斩波，输出高频脉冲信号。根据IGBT的驱动特性，可采用TTL 门极直接驱动和隔离驱动。隔离驱动具有传输速度快、强弱电隔离的功能，但一般制作工艺复杂。由于IGBT的驱动电路应具有很强的抗于扰能力，并应具备对IGBT的保护功能，因此我们一般采用内置保护电路的专用集成驱动电路。日本的富士公司专为驱动IGBT而设计的集成驱动芯片EXB841具有单电源、正负偏压、过流检测、保护、软关断等主要特性，当4IOV 15V的正向触发控制脉冲电压施加予EXB841的信号输入端时，在IGBT的栅源极两端产生约16V的IGBT开通电压；当触发控制脉冲电压撤消时，在栅源极两端产生约-5. IV的 IGBT关断电压。但EXB841的存在会导致IGBT的误导通或误关断以及电源在极小电流时的虚假过流保护误动作等问题，为此人们已经研究设计了 EXB841的优化驱动电路。进一步提高了 EXB841驱动的可靠性。但需注意的是EXB841目前的工作频率最大只能达到40kHz。本发明所述脉冲控制电路产生的频率决定功率开关管的工作频率，目前常用的是 555定时器。为实现输出频率和占空比均可调的矩形波，且两者互不影响，本发明采用两片 555来实现。整个脉冲控制电路见图2。其中右边的555构成多谐振荡器，其频率可变，通过调节R2来实现；左边的555构成单稳态电路，其占空比可调，通过调节R5来实现。当Rl = IkQ，R2为790k Ω可调电阻，R3 = 2k Ω , C2 = 9nF时，其频率调节范围为 IOOHz 40kHz ；当 R6 = Ik Ω，R5 为 17k Ω 可调电阻，R7 = 2k Ω , C5 = 9nF 时，其占空比可调范围为1/10 19/20。通过分析开关管IGBT的伏安特性可知，栅源电压越大，其输出电流越大。因此可以利用控制栅源电压来控制输出电流的大小。由于前面的驱动芯片EXB841在IOV 15V 的正向触发控制脉冲电压施加于EXB841的信号输入端，在IGBT的栅源极两端产生多个约 16V的IGBT开通电压，所以可以采用稳压管来控制IGBT栅源电压。使它在IGBT安全工作条件下可调变化。其电路示意图见图3。当然，我们要根据所选用的IGBT管的伏安特性曲线和输出电流大小的要求来选择合适的稳压二极管。因此本发明选用三菱的CM400HA-12H作为斩波器件，根据厂家提供的伏安曲线图，其稳压二极管选择范围为5V 12V。实现电源的安全工作是一个非常重要的问题。在大电流工作状态下，随着元器件的温度上升，会引起电源整机的温度过高，将影响电源的工作可靠性。一般情况下流过IGBT 的电流较大，开关频率较高，故而器件的损耗也比较大，如果热量不能及时散掉，使得器件的结温过高，则会损坏IGBT管或者爆炸，因此做好散热措施是保证本发明的重要因素。而受设备的体积和重量等的限制以及性价比的考虑.散热系统也不可能无限制地扩大。可在靠近IGBT处加装一温度继电器等用来检测IGBT的工作温度。控制执行机构在发生异常时切断IGBT的输人.保护其安全。对于整机散热，一般采用的散热方式有风冷和水冷，考虑到整机的重量和体积，宜采用风冷方式，以散热器加风扇来散热。另外在本发明制作过程中， 应将大功率部分与小功率部分分开，以免器件损坏。
权利要求
1.高速钢刀具电解强化电源包括调压器，其特征在于调压器、变压器、整流滤波电路、 绝缘栅双极型晶体管IGBT依次连接，IGBT分别与电流控制电路和驱动电路连接，驱动电路与脉冲控制电路连接，直流供电电路分别与驱动电路和脉冲控制电路连接。
2.根据权利要求1所述高速钢刀具电解强化电源，其特征在于电流控制电路采用IGBT 栅源电压控制方式。
3.根据权利要求2所述高速钢刀具电解强化电源，其特征在于所述栅源电压控制方式采用稳压管来实现。
4.根据权利要求1所述高速钢刀具电解强化电源，其特征在于所述驱动电路采用芯片 EXB841。
5.根据权利要求1所述高速钢刀具电解强化电源，其特征在于所述脉冲控制电路采用双555电路结构，一个用于调节频率，另一个用于调节占空比。
6.根据权利要求1所述高速钢刀具电解强化电源，其特征在于所述IGBT旁设置有温度继电器。
7.根据权利要求3所述高速钢刀具电解强化电源，其特征在于所述稳压管采用 CM400HA-12H 型号。
全文摘要
高速钢刀具电解强化电源属于刀具加工设备领域，尤其涉及一种通过高频脉冲进行电解加工的高速钢刀具电解强化电源。本发明提供一种输出脉冲频率、电流和电压可调范围大且结构简单的高速钢刀具电解强化电源。本发明包括调压器，其结构要点是调压器、变压器、整流滤波电路、绝缘栅双极型晶体管IGBT依次连接，IGBT分别与电流控制电路和驱动电路连接，驱动电路与脉冲控制电路连接，直流供电电路分别与驱动电路和脉冲控制电路连接。
文档编号H02M7/217GK102480238SQ20101055226
公开日2012年5月30日 申请日期2010年11月22日 优先权日2010年11月22日
发明者周佳妮 申请人:周佳妮