專利名稱：節(jié)能型電火花穿孔機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電火花加工裝置，尤其是節(jié)能型電火花穿孔機。
背景技術(shù)：
電火花穿孔機是利用電火花腐蝕工件來進行工件加工的，加工時電極與被加工工件并不接觸，要保持一定的放電間隙，這就需要在工件與電極之間加一個比較高的電壓 (一般80V)以擊穿間隙間的絕緣層。在放電初始階段，間隙的絕緣強度大，脈沖電壓較高， 電流較小，當間隙間的絕緣被擊穿后，間隙間的介質(zhì)(冷卻水)被電離，電極與工件之間的電阻迅速下降，間隙之間的電壓也迅速下降(約為15V-30V之間)，形成一個穩(wěn)定的電弧，燒蝕掉工件上欲去除的內(nèi)孔材料。針對不同的材料和電極直徑，每個火花脈沖的能量密度是不同的，這就必須要控制每個火花脈沖的電流。現(xiàn)在國內(nèi)的電火花穿孔機普遍采用在放電回路上串聯(lián)限流電阻來控制火花脈沖的電流，這樣不僅在限流電阻上消耗了 2/3以上的電能，同時還增加了設(shè)備散熱的負擔。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服傳統(tǒng)技術(shù)的缺陷，采用一種電子控制線路取代傳統(tǒng)的限流電阻，既能控制高速電火花穿孔機的工作脈沖電流，同時又能大幅度地降低設(shè)備的電能消耗。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用了一種先進的脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)來控制脈沖電流。為了提高可靠性和簡化電路，電路采用了嵌入系統(tǒng)，以單片機為核心來控制整個設(shè)備的運行。這種火花脈沖控制電路包括取樣單元、控制單元和調(diào)整單元三大部分。取樣單元包括霍爾電流傳感器和比較器，把檢測到的工作電流信號送至控制單兀?？刂茊卧蓡纹瑱C和外圍電路組成，根據(jù)電流取樣送來的反饋信號和預(yù)先設(shè)定的控制電流值進行比較，其輸出至調(diào)整單元內(nèi)二個場效應(yīng)管的控制極，通過調(diào)整控制信號的占空比，用來控制火花脈沖電流。本實用新型進一步設(shè)置為調(diào)整單元設(shè)計了一個以電感L為核心的持續(xù)恒流源電路，包括濾波電容Cl、場效應(yīng)管Q1、Q2，二極管D1、D2和霍爾電流傳感器LHall，控制單元的輸入分別接Q1、Q2的控制極。
圖1是本實用新型的原理方框圖。圖2是本實用新型調(diào)整單元的電路原理圖。
具體實施方式
通過具體實施例，對本實用新型作進一步說明。電火花穿孔機工作時有電極與工件開路、電極與工件短路和電極與工件間隙放電三種情況。下面分三種情況進行分析說明1、當電極與工件開路時，如圖2，電極上沒有電流，場效應(yīng)管Q2始終處在導(dǎo)通、截止的交替過程中(SPWM2始終加到Q2柵極)。當場效應(yīng)管Ql和Q2都導(dǎo)通時，DC80V電壓直接加在電感L 二端，電感中的電流逐漸增大，霍爾電流傳感器檢測到電感中輸出電流大于設(shè)定值時，控制單元輸出SPWMl即為零，Ql關(guān)斷，此時電感L中的電流通過Dl續(xù)流，形成Dl — L — Q2 — Dl電流回路，電感中電流維持恒定；霍爾電流傳感器檢測到電感中電流小于設(shè)定值時，控制單元輸出控制信號 SPWMl打開Ql，此時電感中的電流逐漸增大。當Q2截止時，電感L中的電流通過D2返回到80V電源。Ql導(dǎo)通時，形成 Ql — L — D2 — Ql電流回路，電感中電流維持恒定；Ql截止時電感通過Dl、D2反向給80V 電源充電，電感L中的能量返還給電源，此時電感L中的電流逐漸減小。因為SPWM2頻率很高，一般為幾十千赫，所以電感中電流減小的時間很短，一般為幾十微秒，電感中電流的減小量Δ I也很小，這樣也可以認為電感中的電流是恒定的。2、當電極與工件短路時，此時Q2完全不起作用。當Ql導(dǎo)通時，DC80V電壓直接加在電感L 二端，電感L中的電流逐漸增大?；魻栯娏鱾鞲衅鱈Hal 1檢測到電感L中電流大于設(shè)定值時，控制單元信號輸出SPWMl為零，關(guān)斷Ql，此時電感L中的電流通過D2續(xù)流，形成D2 — L —電極一工件一D2電流回路，電感L中電流維持恒定；霍爾電流傳感器LHal 1 檢測到電感L中電流小于設(shè)定值時，控制單元輸出SPWMl信號，打開Q1，此時電感中的電流逐漸增大。以上二種狀態(tài)(在電極與工件短路、開路)中，因為沒有形成功率消耗，DC80V直流電源幾乎不輸出功率，只提供一些線路損耗。3.在電極與工件間隙放電時，當Q2導(dǎo)通時和前面分析的完全一樣，不再贅述。在 Q2不導(dǎo)通時，電感L中的電流通過工件與電極進行放電，此時又分Ql導(dǎo)通與截止二種情況。 Ql導(dǎo)通時，DC80V電源電壓大于放電電壓(15V-30V)，電感L中電流繼續(xù)增大，此時電源消耗能量；Ql不導(dǎo)通時，電感中的電流通過D2續(xù)流，形成D2 — L —電極一工件一D2電流回路，因工件與電極間有15V-30V的放電電壓，電感中電流逐漸減小，等待Ql導(dǎo)通時電源給電感L補充電流。以上三種情況中，只有在火花放電時電源對外輸出功率，消耗電能，且全部用于火花脈沖穿孔電流中(除線路損耗外)；在開路和短路時只提供一些線路損耗。
權(quán)利要求1.一種節(jié)能型電火花穿孔機，其火花脈沖控制電路包括電流取樣單元、控制單元和調(diào)整單元，其特征在于電流取樣單元包括霍爾電流傳感器和比較器，電流取樣信號輸出至控制單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型電火花穿孔機，其特征在于控制單元包括單片機和外圍電路，根據(jù)電流取樣單元送來的反饋信號和預(yù)先設(shè)定的控制電流值進行比較，輸出二控制信號至調(diào)整單元內(nèi)二個場效應(yīng)管的控制極用以控制火花脈沖的工作電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的節(jié)能型電火花穿孔機，其特征在于調(diào)整單元設(shè)計了一個以電感L為核心的持續(xù)恒流源電路，包括濾波電容Cl、場效應(yīng)管Q1、Q2，二極管D1、D2和霍爾電流傳感器LHall，控制單元的輸入分別接Q1、Q2的控制極。
專利摘要本實用新型涉及一種節(jié)能型電火花穿孔機，它采用了一種先進的脈寬調(diào)制PWM技術(shù)來控制脈沖電流，其控制電路包括取樣單元、控制單元和調(diào)整單元。取樣單元包括霍爾電流傳感器和比較器，它把檢測到的電流信號送至控制單元。控制單元由單片機和外圍電路組成，根據(jù)電流取樣送來的反饋信號和預(yù)先設(shè)定的控制電流值進行比較，輸出至調(diào)整單元內(nèi)二個場效應(yīng)管的控制極，用來控制火花脈沖電流的大小。這種節(jié)能型電火花穿孔機，以先進的脈寬調(diào)制技術(shù)取代了傳統(tǒng)的用限流電阻來控制脈沖工作電流，起到了很好的節(jié)能效果。
文檔編號B23H1/02GK202006326SQ201020665540
公開日2011年10月12日 申請日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者吳小肖, 張晶 申請人:樂清市樂川機床廠