一种往复走丝电火花线切割加工中脉冲电源能量传输回路的制作方法

本发明属于往复走丝电火花线切割加工领域，提出了一种往复走丝电火花线切割加工中脉冲电源能量传输回路，用于降低低功率加工时工件表面腰鼓度误差。

背景技术：

高速往复走丝电火花线切割加工是一种由脉冲电源提供能量、利用电极丝与加工工件之间形成火花放电来蚀除工件的加工技术，电极丝受机床丝筒控制进行上下往复运动。当前大多数脉冲电源传输能量的方式为：脉冲电源的正极连接加工工件，脉冲电源的负极连接机床上的上、下两个导电块，导电块连接高速运动的电极丝，电极丝与工件之间形成放电点，从而蚀除工件表面的材料，达到加工的目的。此方式加工的工件存在严重的腰鼓问题，原因如下：

此方式下上下两个导电块的导电方式为同时导电，放电点与导电块之间由上下两段并联的电极丝连接。在进行大厚度工件加工时，当放电点在切缝入丝边缘和出丝边缘时，并联在放电回路里的电极丝等效阻抗小，导致放电能量大，材料去除量大；在切缝中间，电极丝等效阻抗大，导致放电能量小，材料去除量小。因此整体上看被加工工件上下两端材料去除量大，中部材料去除量小，中部凸出，出现腰鼓；同时，放电能量较大时使电极丝发生振动，也会带来腰鼓度误差问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种往复走丝电火花线切割加工中脉冲电源能量传输回路。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种往复走丝电火花线切割加工中脉冲电源能量传输回路，包括脉冲电源、上导电块、下导电块、电极丝、工件、上位机，所述脉冲电源的负极与上导电块之间加设第一继电器，在脉冲电源的负极与下导电块之间加设第二继电器，所述上导电块、下导电块分别连接电极丝，脉冲电源的正极直接连接工件，上位机通过控制第一继电器和第二继电器使上导电块、下导电块和对应的电极丝交替加入电路。

进一步的，所述上位机产生控制电极丝进丝方向的信号，电极丝从上往下进丝时电极丝进丝方向信号为高电平，电极丝从下向上进丝时电极丝进丝方向信号为低电平，该信号接入第一继电器、第二继电器，控制第一继电器和第二继电器使上下上导电块、下导电块交错接入电路。

进一步的，所述第一继电器、第二继电器为单刀单掷常开型信号继电器或单刀单掷常闭型信号继电器。

更进一步的，所述第一继电器使用单刀单掷常开型信号继电器，第二继电器使用单刀单掷常闭型信号继电器时，构成进丝端导电块导电回路，电极丝走丝时，靠近进丝端的导电块和电极丝接入电路工作。

再进一步的，所述进丝端导电块导电回路的能量传输过程为：

当电极丝的走丝方向切换为从上向下时，上位机发出的电极丝走丝方向信号为高电平，使得第一继电器触点闭合、第二继电器触点断开，此时上导电块导电、下导电块不导电，电流从脉冲电源正极流入加工工件，经过放电间隙中的某一个放电点，传送至电极丝，又沿着电极丝流入上导电块，最后流向脉冲电源负极，此时工作液由进丝端喷入加工间隙，即工作液从上向下喷入；

当电极丝的走丝方向切换为从下向上时，上位机发出的电极丝走丝方向信号为低电平，使得第一继电器触点断开、第二继电器触点闭合，此时上导电块不导电、下导电块导电，电流从脉冲电源正极流入加工工件，经过放电间隙中的某一个放电点，传送至电极丝，又沿着电极丝流入下导电块，最后流向脉冲电源负极，此时工作液由进丝端喷入加工间隙，即工作液从下向上喷入。

更进一步的，所述第一继电器使用单刀单掷常闭型信号继电器，第二继电器使用单刀单掷常开型信号继电器时，构成出丝端导电块导电回路，电极丝走丝时，靠近出丝端的导电块和电极丝接入电路工作。

再进一步的，所述出丝端导电块导电回路的能量传输过程为：

当电极丝的走丝方向为从上向下时，上位机发出的电极丝走丝方向信号为高电平，使得第一继电器触点断开、第二继电器触点闭合，此时上导电块不导电、下导电块导电，电流从脉冲电源正极流入加工工件，经过放电间隙中的某一个放电点，传送至电极丝，又沿着电极丝流入下导电块，最后流向脉冲电源负极，此时工作液由进丝端喷入加工间隙，即工作液从上向下喷入；

当电极丝的走丝方向为从下向上时，上位机发出的电极丝走丝方向信号为低电平，使得第一继电器触点闭合、第二继电器触点断开，此时上导电块导电、下导电块不导电，电流从脉冲电源正极流入加工工件，经过放电间隙中的某一个放电点，传送至电极丝，又沿着电极丝流入上导电块，最后流向脉冲电源负极，此时工作液由进丝端喷入加工间隙，即工作液从下向上喷入。

进一步的，所述脉冲电源为ac/dc脉冲电源、dc/dc脉冲电源、ac/ac双极性脉冲电源或dc/ac双极性脉冲电源，用于输出三角波、锯齿波、矩形波、阶梯波中一种或多种电流波形。

进一步的，所述电极丝采用半径为0.09毫米的钼丝。

一种往复走丝电火花线切割加工方法，基于上述脉冲电源能量传输回路进行往复走丝电火花线切割加工。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1）在脉冲电源和上、下导电块之间加入继电器，通过上位机发出的电极丝进丝方向信号控制继电器输出侧的通断，以此增大接入电路中电极丝等效电阻阻值的大小，可以降低放电点的放电能量，减轻电极丝振动，使工件表面各处放电概率均衡，降低加工误差；此外，降低了工件上下两端的平均放电能量与工件中部的平均放电能量差异，从而降低了工件上下两端与工件中部的蚀除量差异，减小了腰鼓度误差；2）基于出丝端导电块导电回路，平衡了不同放电点的电极丝等效电阻与工作液浓度的关系，使得瞬时放电能量大的放电点工作液浓度低，不利于材料蚀除，瞬时放电能量小的放电点工作液浓度高，更利于材料蚀除，进一步降低了工件各处的材料蚀除量差异，从而减小腰鼓度误差。

附图说明

图1为本发明脉冲电源能量传输回路示意图。

图2为本发明进丝端导电块导电回路上进丝加工示意图。

图3为本发明进丝端导电块导电回路下进丝加工示意图。

图4为本发明出丝端导电块导电回路上进丝加工示意图。

图5为本发明出丝端导电块导电回路下进丝加工示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本发明一种往复走丝电火花线切割加工中脉冲电源能量传输回路，通过将机床的上、下导电块交替接入电路，提高各处放电点的电极丝等效电阻，降低工件表面各处放电点的放电能量，以及不同放电点的能量差异，实现放电时工件表面各处放电点能量均衡，以缓解中部腰鼓误差问题。

如图1所示，往复走丝电火花线切割加工中脉冲电源能量传输回路，它的组成包括：脉冲电源，继电器k1、k2，上导电块d1，下导电块d2，电极丝，工件，上位机，其中继电器k1加装在脉冲电源的负极与上导电块d1之间，继电器k2加装在脉冲电源的负极与下导电块d2之间，上导电块d1、下导电块d2分别连接电极丝，脉冲电源的正极直接连接工件。本发明通过继电器来控制上下两个导电块交替加入电路，实现放电时工件表面各处放电点能量均衡，材料去除量均衡，缓解中部腰鼓度误差问题。

作为一种优选实施方式，所述的脉冲电源为能够输出包括三角波、锯齿波、矩形波、阶梯波等一种或几种电流波形的ac/dc脉冲电源、dc/dc脉冲电源ac/ac双极性脉冲电源或dc/ac双极性脉冲电源，为电火花线切割加工提供能量，其中输出正向电压击穿间隙的为脉冲电源正极，另一侧为脉冲电源负极。

所述的上位机能够产生表示电极丝进丝方向的信号，当电极丝从上往下进丝时，上位机发出的电极丝进丝方向信号为高电平；当电极丝从下向上进丝时，上位机发出的电极丝进丝方向信号为低电平。由上位机发出的电极丝走丝方向信号接入两个继电器的输入侧，继电器k1的输出触点接在脉冲电源负极与上导电块d1之间，继电器k2的输出触点接在脉冲电源负极与下导电块d2之间，继电器k1、k2，在接入信号的控制下，使上下上导电块d1、下导电块d2交错接入电路。

所述的电极丝采用半径为0.09毫米的钼丝。

所述的往复走丝电火花线切割加工中脉冲电源能量传输回路，可以形成进丝端导电块导电回路和出丝端导电块导电回路。下面对两种导电回路分别进行介绍：

（一）进丝端导电块导电回路

所述的进丝端导电块导电回路，是指电极丝走丝时，靠近进丝端的导电块和电极丝接入电路工作，此时继电器k1使用单刀单掷常开型信号继电器，继电器k2使用单刀单掷常闭型信号继电器。

基于所述的进丝端导电块导电回路，具体能量传输如下：

步骤1，如图2所示，当电极丝的走丝方向v切换为从上向下时，上位机发出的电极丝走丝方向信号为高电平，使k1继电器触点闭合、k2继电器触点断开，此时上导电块d1导电，下导电块d2不导电，电流从脉冲电源正极流入加工工件，经过放电间隙中的某一个放电点，传送至电极丝，又沿着电极丝ac段流入上导电块d1，最后流向脉冲电源负极。作为一种优选实施方式，此时工作液优选由进丝端喷入加工间隙，即工作液从上向下喷入。

步骤2，如图3所示，当电极丝的走丝方向v切换为从下向上时，上位机发出的电极丝走丝方向信号为低电平，使k1继电器触点断开、k2继电器触点闭合，此时上导电块d1不导电，下导电块d2导电，电流从脉冲电源正极流入加工工件，经过放电间隙中的某一个放电点，传送至电极丝，又沿着电极丝bc段流入下导电块d2，最后流向脉冲电源负极。作为一种优选实施方式，此时工作液优选由进丝端喷入加工间隙，即工作液从下向上喷入。

步骤3，重复上述两个过程，完成往复走丝电火花线切割加工过程。

基于所述的进丝端导电块导电回路，无论电极丝从上向下走丝还是从下向上走丝，与不加继电器的能量传输回路相比，电极丝等效电阻更大，因此总电流更小，在间隙维持电压不变的情况下，放电点的瞬时放电能量更小，减轻电极丝振动，进而降低电极丝振动带来的加工误差。在电极丝反复改变方向进丝时，步骤1和步骤2这两种情况交替出现，导电块交替接入电路工作。单位时间内，步骤1和步骤2的作用时间相同。基于交替工作的进丝端导电块导电回路，工件表面各处平均放电能量更小，可以减少腰鼓度；进丝处或出丝处的平均放电能量与工件中点处平均放电能量的差值更小，工件上下两端与工件中部的蚀除量差异更小，进而降低腰鼓度误差。

（二）出丝端导电块导电回路

所述的出丝端导电块导电回路，是指电极丝走丝时，靠近出丝端的导电块和电极丝接入电路工作，此时继电器k1使用单刀单掷常闭型信号继电器，继电器k2使用单刀单掷常开型信号继电器。

基于所述的出丝端导电块导电回路，能量传输包括以下具体步骤：

步骤1：如图4所示，当电极丝的走丝方向v为从上向下时，上位机发出的电极丝走丝方向信号为高电平，使k1继电器触点断开、k2继电器触点闭合，此时上导电块d1不导电，下导电块d2导电，电流从脉冲电源正极流入加工工件，经过放电间隙中的某一个放电点，传送至电极丝，又沿着电极丝bc段流入下导电块d2，最后流向脉冲电源负极。此时工作液由进丝端喷入加工间隙，即工作液从上向下喷入。

步骤2：如图5所示，当电极丝的走丝方向v为从下向上时，上位机发出的电极丝走丝方向信号为低电平，使k1继电器触点闭合、k2继电器触点断开，所以上导电块d1导电，下导电块d2不导电，电流从脉冲电源正极流入加工工件，经过放电间隙中的某一个放电点，传送至电极丝，又沿着电极丝ac段流入上导电块d1，最后流向脉冲电源负极。作为一种优选实施方式，此时工作液优选由进丝端喷入加工间隙，即工作液从下向上喷入。

步骤3：重复步骤1-2，完成往复走丝电火花线切割加工过程。

基于所述的出丝端导电块导电回路，工作液浓度随着靠近工作导电块逐渐降低，促使放电效果逐渐减弱，因此使得瞬时放电能量大的放电点不利于材料蚀除，而瞬时放电能量小的放电点更利于材料蚀除，进一步降低了工件各处的材料蚀除量差异，从而降低腰鼓度误差。