本发明涉及电火花电源，具体而言，尤其涉及一种复合脉冲电火花加工喷爆电源、系统及方法。
背景技术
目前，电火花加工领域通常使用火花放电蚀除金属以实现金属材料形状加工。这种工艺方法弥补了机械加工领域加工设备复杂且灵活性差的不足，在模具工业、国防工业和精微制造业中的广泛推广。电火花电源作为电火花加工系统中重要的组成部份，通过火花放电提供加工过程中所需的脉冲能量，其性能对电火花加工精度、生产效率、工具电极损耗、电能利用率等指标有较大影响。但目前电火花加工系统在应用中存在能效比低、电蚀产物排出困难等技术问题，尤其是电火花电源能量耗散较为严重。
技术实现要素：
根据上述提出的现有火花电源能效比低下的技术问题，而提供一种复合脉冲电火花加工喷爆电源。本发明主要利用二级阶梯波型加工脉冲，从而利用合理的电参数实现能量利用率最大化和喷爆效果的最优化。
本发明采用的技术手段如下：
一种复合脉冲电火花加工喷爆电源，其特征在于，包括依次连接的波形发生电路、比较电路、放大电路及功率开关电路；
所述波形发生电路生成二级阶梯波原始脉冲，并将所述原始脉冲信号发送至比较电路；所述比较电路形采用一高一低两路不同阈值的比较电压分别与所述脉冲信号进行比较，形成相位相同、周期相同、占空比成比例关系的两路方波脉冲信号；所述两路方波信号经放大电路处理后分别控制高压开关管与低压开关管的导通与关断，从而生成二级阶梯波；所述二级阶梯波中前级为击穿脉冲，对放电间隙起到击穿熔蚀作用；后级为提供爆炸力脉冲。
进一步地，所述功率开关电路包括两路对电源进行导通与关断控制的功率开关管。
本发明还提供了一种复合脉冲电火花加工系统，其特征在于，系统包括工件系统及上述任一一项所述的电源装置。
进一步地，所述工件系统包括将工件夹紧浸没在注满工作液的工作液槽内的夹具；设置于工件上方、与电火花机头固接的工作电极；分别与电火花机头及工件通过导体介质连接的电火花电源箱；所述电火花电源箱内安装有电源装置；当系统监测到电极移动至与工件的距离达到间隙击穿距离时，所述电源装置进行击穿放电从而开始一个加工周期。
进一步地，所述电火花电源箱还包括间隙检测电路，所述间隙检测电路用以检测电极与工件的距离，当判断电极与工件的距离小于间隙击穿距离时，向电源装置发出触发信号，输出二级阶梯波。
本发明还提供了一种复合脉冲电火花加工方法，步骤包括：
步骤1、利用间隙检测电路判断电极与工件的距离是否小于间隙击穿距离，若是则执行步骤2，否则执行步骤1；
步骤2、利用复合脉冲电火花加工喷爆电源发出二级阶梯波，并利用所述二级阶梯波中的前级作为击穿脉冲对工作液进行击穿，并对工件放电使其处于熔融状态，然后利用述二级阶梯波中的后级为提供爆炸力脉冲，使加工产物抛出。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的复合脉冲电火花加工喷爆电源，通过脉冲发生装置实现二级阶梯波输出脉冲。并利用第一级阶梯波对放电间隙起到击穿熔蚀作用，通过缩短放电阶梯波第二级高峰脉冲前沿时间并增大峰值电流，获得较大的爆炸力，增强了电蚀产物的排除效果。
综上，应用本发明的技术方案利用合理的电参数实现能量利用率最大化和喷爆效果的最优化。可以广泛应用于各种难加工脆硬材料的微细加工中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明复合脉冲电火花加工喷爆电源结构示意图。
图2为本发明复合脉冲电火花加工系统结构图。
图3为本发明实施例中电源发生脉冲整形电路示意图。
图4为本发明实施例中功率放大电路示意图。
图中：
1、电火花机头，2、电极，3、工件，4、工作液，5、工作液槽，6、电火花电源箱，7、间隙检测电路，8、脉冲输出电源。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
本发明公开了一种复合脉冲电火花加工喷爆电源，如图1所示，包括依次连接的波形发生电路、比较电路、放大电路及功率开关电路；所述波形发生电路生成二级阶梯波原始脉冲，并将所述原始脉冲信号发送至比较电路；所述比较电路形采用一高一低两路不同阈值的比较电压分别与所述脉冲信号进行比较，形成相位相同、周期相同、占空比成比例关系的两路方波脉冲信号；所述两路方波信号经放大电路处理后分别控制高压开关管与低压开关管的导通与关断，从而生成二级阶梯波；所述二级阶梯波中前级为击穿脉冲，对放电间隙起到击穿熔蚀作用；后级为提供爆炸力脉冲。所述功率开关电路包括两路对电源进行导通与关断控制的功率开关管，功率开关管的型号可根据使用需求进行适应性选择。上述电源结构中，采用直接数字频率合成技术(dds)封装芯片作为发生的核心单元。使其发出一个二阶阶梯方波信号。
本发明的另一方面还提供了一种复合脉冲电火花加工系统，如图2-4所示，系统包括工件系统及上述任意一项所述的电源装置。具体地，工件系统包括将工件夹紧浸没在注满工作液的工作液槽内的夹具；设置于工件上方、与电火花机头固接的工作电极；分别与电火花机头及工件通过导体介质连接的电火花电源箱；所述电火花电源箱内安装有电源装置；当系统监测到电极移动至与工件的距离达到间隙击穿距离时，所述电源装置进行击穿放电从而开始一个加工周期。所述电火花电源箱还包括间隙检测电路，所述间隙检测电路用以检测电极与工件的距离，当判断电极与工件的距离小于间隙击穿距离时，向电源装置发出触发信号，输出二级阶梯波。
上述系统还包括工作液循环系统和冷却液循环系统，其作用除了冷却外还有辅助消电离作用。而且，冷却液在液槽的循环过程中，需要对其进行过滤回收，可以防止冲液中的加工残渣流入放电通道影响加工。此外，系统还包括非接触式电火花电能导入系统的信号测量采用示波器，同时对加工结果进行测量，通过两者的对应结果，进行优化参数处理。
本发明的另一方面还提供了一种复合脉冲电火花加工方法，步骤包括：
步骤1、利用间隙检测电路判断电极与工件的距离是否小于间隙击穿距离，若是则执行步骤2，否则执行步骤1；
步骤2、利用复合脉冲电火花加工喷爆电源发出二级阶梯波，并利用所述二级阶梯波中的前级作为击穿脉冲对工作液进行击穿，并对工件放电使其处于熔融状态，然后利用述二级阶梯波中的后级为提供爆炸力脉冲，使加工产物抛出。
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案做进一步解释：
实施例1
本实施例提供了一种复合脉冲电火花加工喷爆电源及应用该电源组成的金属及复合材料高效抛出电火花加工系统，在系统工作过程中，脉冲输出电源8将所发出的一高一低两路脉冲结合成一路二级阶梯方波。脉冲通过线路传输到工具电极2上，此时工具电极2在电火花机头1的带动下向加工工件3方向做出进给。当工具电极2与加工工件3达到一定距离时，首先由脉冲输出电源8所发出的二阶阶梯脉冲中的第一阶脉冲对间隙工作液4进行击穿，对加工工件3进行放电使其处于熔融状态，而后通过第二阶脉冲所发出的爆炸力，使其加工产物得以抛出。当电源对加工间隙进行一次放电后，通过间隙检测电路7对放电间隙进行判断，控制电火花机头1回退，准备下一轮放电加工。
上述系统根据电火花放电爆炸特性规律，利用脉冲发生装置实现二级阶梯波输出脉冲。利用第一级阶梯波对放电间隙起到击穿熔蚀作用，通过缩短放电阶梯波第二级高峰脉冲前沿时间并增大峰值电流，获得较大的爆炸力，增强了电蚀产物的排除效果。利用合理的电参数实现能量利用率最大化和喷爆效果的最优化。
作为本实施例的优选方案，如图2所的电源发生脉冲整形电路，经由dds芯片所发出的阶梯波形通过一高一低两路不同的阈值比较电压a1、a2进行比较。最终形成相位相同，周期相同，占空比成比例关系的两路方波脉冲信号。
作为本实施例的优选方案，如图3所示的功率放大电路，由图2中所获得的2路信号脉冲，经过两个功率驱动芯片的功率放大后，对功率mosfet进行关断与导通的控制，最终对得到的波形进行合成，从而获得增爆电源所需要的二阶阶梯方波脉冲。放大电路的形式，可以根据系统需求进行变换，此处不在赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。