專利名稱：高頻編碼振蕩板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種高頻編碼振蕩板。
背景技術(shù)：
線切割高頻電源性能好與壞是決定線切割加工效率的重要因素。目前大多數(shù)線切割機(jī)床都是用傳統(tǒng)的數(shù)字電路配合開關(guān)或電位器產(chǎn)生高頻脈沖波切割工件的。而傳統(tǒng)的高頻振蕩板由于調(diào)節(jié)頻率沒(méi)法達(dá)到旋轉(zhuǎn)編碼器所調(diào)的精確度，所以切割不同種類的工件受到高頻精度的限制，特別是在切割密度高的材料銅時(shí)，容易斷絲。由于普通高頻電源的脈間調(diào)節(jié)不精確，如脈間大于弧隙放電下降沿會(huì)導(dǎo)致線割效率低下，還有當(dāng)脈寬小于電弧上升沿時(shí)也會(huì)導(dǎo)致高頻電反蝕鉬絲現(xiàn)象，造成經(jīng)常斷絲現(xiàn)象，加大電流時(shí)斷絲更快?；趤?lái)自不同材料的工件，因其材料的內(nèi)阻不同，高頻與工件間的放電弧隙也不同。如果電弧放電沒(méi)有完成后馬上進(jìn)入下一個(gè)脈沖周期容易產(chǎn)生“花絲”現(xiàn)象，黑點(diǎn)就是鉬絲燒壞部分，這樣極容易斷絲。但如果電弧放電完成后過(guò)一段時(shí)間才進(jìn)入下一個(gè)脈沖周期，則效率會(huì)大大降低。這都是由于傳統(tǒng)的高頻振蕩板沒(méi)法達(dá)到與工件適合的高頻脈沖精度。工作液長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作帶來(lái)大量金屬粉塵積聚，不能反饋停機(jī)而造成斷絲。目前市場(chǎng)上存在的普通線切割機(jī)床由于切割工件時(shí)，高頻電源一直輸出高電平，大量切割下來(lái)的金屬粉塵由于鉬絲與工件間還存在高溫而未被冷卻液沖下，容易造成工件與鉬絲短路現(xiàn)象導(dǎo)致燒毀鉬絲。所以線割用戶往往不敢選擇脈寬較大的檔位切割，這樣做的話會(huì)使鉬絲和工件在脈寬時(shí)間內(nèi)一直維持高溫， 容易斷絲，由于鉬絲經(jīng)常斷絲，那樣是以犧牲鉬絲來(lái)實(shí)現(xiàn)切割工件的目的，便大大增加線割成本。用戶希望有一種在工件切割時(shí)能產(chǎn)生間歇性高頻脈沖的高頻振蕩板，這樣由于間歇性脈沖的作用，使鉬絲與工件在切割時(shí)不處于連續(xù)，而處于間歇狀態(tài)。金屬粉塵冷卻被工作液沖下的機(jī)會(huì)增大，斷絲機(jī)會(huì)減少。而線割用戶可以嘗試脈寬較大的間歇高頻脈沖波形來(lái)切割既增加效率，又不易斷絲。本實(shí)用新型就是在這樣的背景技術(shù)下而研制的。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種高頻編碼振蕩板，它采用了 PWM控制技術(shù)，它具有加工調(diào)節(jié)精度高、電源利用率高、不容易產(chǎn)生斷絲、制造成本低廉及電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔的優(yōu)點(diǎn)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用下列技術(shù)方案高頻編碼振蕩板，包括有直流電源、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、功率放大模塊、放電間隙及檢測(cè)電路及金屬粉塵傳感器，其特征在于所述的控制電路由單片機(jī)組成的主控制模塊、 顯示模塊電路、鍵盤模塊電路、旋轉(zhuǎn)編碼電路及網(wǎng)絡(luò)通信電路構(gòu)成；所述直流電源與主控制模塊連接；所述的驅(qū)動(dòng)電路包括有兩組，其中第一組驅(qū)動(dòng)電路連接功率放大模塊，功率放大模塊再連接放電間隙，第二組驅(qū)動(dòng)電路連接滅弧電路，滅弧電路再連接放電間隙；一組高頻分組模塊與所述的主控制模塊通過(guò)邏輯與和邏輯非分別連接第一、第二組驅(qū)動(dòng)電路；所述檢測(cè)電路包括有設(shè)置在滅弧電路與主控制模塊之間用于反饋滅弧信息的滅弧檢測(cè)模塊，還
3包括設(shè)置在放電間隙和主控制模塊之間用于反饋空載信號(hào)、短路信號(hào)及火花放電信號(hào)的檢測(cè)報(bào)警模塊。進(jìn)一步設(shè)計(jì)，所述滅弧電路包括有MOSFET管、功率電阻、低壓電源電池，其中， MOSFET管有兩個(gè)，第一個(gè)MOSFET管的柵極連接所述第一組驅(qū)動(dòng)電路，源極連接所述功率放大模塊，漏極與所述放電間隙相連；第二個(gè)MOSFET管的柵極連接所述第二組驅(qū)動(dòng)電路，源極與低壓電源電池的正極相連，漏極與所述放電間隙、功率電阻及低壓電源電池串聯(lián)。進(jìn)一步設(shè)計(jì)，所述的主控制模塊為占空比連續(xù)可調(diào)的PWM波形輸出模塊，所述的旋轉(zhuǎn)編碼電路包括有可連續(xù)調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的旋轉(zhuǎn)編碼器，旋轉(zhuǎn)編碼器與主控制模塊信號(hào)輸入端連接。進(jìn)一步設(shè)計(jì)，所述高頻分組模塊是用于產(chǎn)生占空比為50%的矩形波的高頻振蕩模塊，高頻分組模塊與所述的主控制模塊信號(hào)輸出端實(shí)現(xiàn)邏輯與連接。進(jìn)一步設(shè)計(jì)，所述直流電源為帶有反饋控制的智能節(jié)能電源。進(jìn)一步設(shè)計(jì)，所述主控制模塊所產(chǎn)生的脈沖數(shù)，采用位置式PID控制算法的遞推形式對(duì)脈寬、脈間進(jìn)行準(zhǔn)確地控制，其計(jì)算方式為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)為 k 時(shí)刻主控制模塊的輸出；e (k)為k時(shí)刻的偏差；Kp、Ki、Kd分別為位置式PID控制算法的比例系數(shù)、積分常數(shù)和微分常數(shù)。進(jìn)一步設(shè)計(jì)，所述主控制模塊所產(chǎn)生的脈沖分為粗、中、精三個(gè)檔位，其頻率范圍是粗可調(diào)脈間40 μ S 60 μ S、中可調(diào)脈間20 μ s 40 μ S、精可調(diào)脈間4 μ S 20 μ S。進(jìn)一步設(shè)計(jì)，所述主控制模塊所產(chǎn)生的脈沖頻率為薄脈間20 μ S，中脈間40 μ S、 厚脈間60 μ S。本實(shí)用新型的有益效果是首先，通過(guò)設(shè)置智能節(jié)能電源，在實(shí)用過(guò)程中，主控制模塊根據(jù)反饋信號(hào)調(diào)整直流電源的輸出，達(dá)到高效利用電能的要求，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的；其次，通過(guò)采用PWM技術(shù)， 使輸出脈沖的占空比連續(xù)可調(diào)，因此可適應(yīng)不同的加工材質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)粗加工、中加工及精加工，通用性好；第三，通過(guò)設(shè)置高頻分組模塊，可使工件加工表面更加精細(xì)平滑；第四，通過(guò)設(shè)置滅弧檢測(cè)電路，可有效防止產(chǎn)生電弧的現(xiàn)象，防止斷絲及防止產(chǎn)生燒結(jié)現(xiàn)象，同時(shí)可有效控制脈間放電時(shí)間，提高加工效率；通過(guò)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)通信電路，可與大型計(jì)算機(jī)工藝數(shù)據(jù)庫(kù)相連，使機(jī)床的加工更加智能化。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。


圖1是本實(shí)用新型的原理框架圖；圖2是本實(shí)用新型滅弧檢測(cè)電路與其它電路的連接關(guān)系示意圖；圖3是本實(shí)用新型主控制模塊及高頻分組模塊的波形疊加示意圖；圖4是滅弧檢測(cè)電路及空載、短路、火花放電檢測(cè)模塊電路示意圖。
具體實(shí)施方式
如
圖1至圖4所示，一種線切割用高頻編碼振蕩板，包括有主控制模塊，主控制模塊為占空比連續(xù)可調(diào)的PWM波形輸出模塊，本實(shí)用新型采用STC12LE5616AD芯片，主控制模塊上連接有顯示模塊電路、鍵盤模塊電路、旋轉(zhuǎn)編碼電路、網(wǎng)絡(luò)通信電路，其中，顯示模塊電路用于顯示線切割設(shè)備的當(dāng)前加工狀態(tài)，鍵盤模塊電路用于人工輸入相關(guān)加工參數(shù)，旋轉(zhuǎn)編碼電路上設(shè)有旋轉(zhuǎn)編碼器，可連續(xù)調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的占空比，可實(shí)現(xiàn)精細(xì)化加工，網(wǎng)絡(luò)通信電路用于連接大型計(jì)算機(jī)設(shè)備的工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)智能化加工，顯示模塊電路、鍵盤模塊電路、旋轉(zhuǎn)編碼電路及網(wǎng)絡(luò)通信電路均為傳統(tǒng)電路，在此不作詳細(xì)描述；還包括有放電間隙， 放電間隙與主控制模塊之間設(shè)有用于反饋空載信號(hào)、短路信號(hào)及火花放電信號(hào)的檢測(cè)模塊，還包括有金屬粉塵傳感器(未圖示)。直流電源與主控制模塊連接，直流電源為帶有反饋控制的智能節(jié)能電源，主控制模塊將加工過(guò)程中的信息反饋到智能節(jié)能電源，根據(jù)實(shí)際加工情況，實(shí)現(xiàn)電源功率的動(dòng)態(tài)輸出。主控制模塊與一高頻分組模塊實(shí)現(xiàn)邏輯與連接，高頻分組模塊為帶晶振的高精度多諧振蕩器，主控制模塊與高頻分組模塊分別連接到74HC00芯片的第一個(gè)與非門輸入端(第 1腳和第2腳)，74HC00芯片的第一個(gè)與非門輸出(第3腳)信號(hào)分為兩路，其中第一路信號(hào)與74HC00芯片的第二個(gè)與非門輸入端(第4腳和第5腳)相連，第二路信號(hào)與第一組光電隔離模塊相連，光電隔離模塊輸出給第一組驅(qū)動(dòng)電路，第一組驅(qū)動(dòng)電路再輸出給功率放大電路(驅(qū)動(dòng)電路、功率放大電路為傳統(tǒng)電路，在此不作詳細(xì)描述)，功率放大電路與放電間隙相連，功率放大電路的電源由智能節(jié)能電源提供，74HC00芯片的第二個(gè)與非門輸出端(第6 腳)連接第二組光電隔離模塊，第二組光電隔離模塊輸出給第二組驅(qū)動(dòng)電路，第二組驅(qū)動(dòng)電路連接一滅弧電路，滅弧電路關(guān)聯(lián)于放電間隙兩端。如圖2所示，滅弧電路1包括有MOSFET管、功率電阻R、低壓電源電池，其中， MOSFET管有兩個(gè)，本實(shí)用新型中，MOSFET管采用FR304管，第一個(gè)MOSFET管的柵極連接上述第一組驅(qū)動(dòng)電路，源極連接上述功率放大模塊，漏極與上述放電間隙相連；第二個(gè) MOSFET管的柵極連接上述第二組驅(qū)動(dòng)電路，源極與低壓電源電池的正極相連，漏極與上述放電間隙、功率電阻及低壓電源電池串聯(lián)。如圖3所示，電火花加工過(guò)程中，金屬工件和工具的局部加熱發(fā)生急劇熔化和汽化，被馀除下來(lái)的金屬顆粒在電化學(xué)的作用下，成為大量帶有正電和負(fù)電的帶電離子，當(dāng)一個(gè)加工過(guò)程完成后，在間歇時(shí)間內(nèi)這些粒子自動(dòng)移動(dòng)復(fù)合，以熱的形式散發(fā)，如不等這些離子復(fù)合完畢就加上第二個(gè)加工點(diǎn)脈沖，就極易形成短路，產(chǎn)生電弧，燒壞工件，使成品率下降，在加工的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的帶電離子，根據(jù)能量守恒定律，正負(fù)離子的數(shù)量是相等的，因?yàn)榭梢园验g隙的工作液看作是一化學(xué)電池，其能量的大小由加工電流，加工波形，加工材料決定。為了加快離子復(fù)合，可在放電間隙兩端并聯(lián)一滅弧電路，滅弧電路由低壓直流電源，大功率場(chǎng)效應(yīng)管M0SFET，功率電阻組成，在外加電場(chǎng)的作用下，正負(fù)離子迅速?gòu)?fù)合， 產(chǎn)生的熱能消耗在功率電阻上。用數(shù)字示波器測(cè)得主控制模塊、高頻分組模塊、邏輯與門輸出端的波形；圖3描述了三種不同輸出波形曲線，曲線A為占空比連續(xù)可調(diào)的PWM波形，曲線B為高頻分組波形，曲線C為疊加波形，即通過(guò)PWM波形與高頻分組波形邏輯與后的波形，T1為PWM波形的脈寬寬度，T2為PWM波形的脈間寬度，T3為高頻分組波形的脈寬寬度，T4高頻分組波形的脈間寬度。普通的線切割脈沖電源輸出波形為曲線A，在切割過(guò)程中，若T1選擇得過(guò)大會(huì)產(chǎn)生電弧，燒壞工件，使工件表面更粗糙；不光如此，更會(huì)產(chǎn)生斷絲現(xiàn)象；若T3選擇得過(guò)小會(huì)使離子復(fù)合得不完全，會(huì)產(chǎn)生電弧，燒壞工件，若選擇得過(guò)大會(huì)使放電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，大大影響加工效率。高頻分組模塊產(chǎn)生的高頻分組波形為曲線B，T3與T4的選擇應(yīng)相等，可根據(jù)工件所要的粗糙度來(lái)進(jìn)行選擇，即只要改變高頻分組模塊的晶振頻率大小即可。本實(shí)用新型中，主控制模塊所產(chǎn)生的脈沖數(shù)，采用位置式PID控制算法的遞推形式對(duì)脈寬、脈間進(jìn)行準(zhǔn)確地控制，其計(jì)算方式為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)為 k 時(shí)刻主控制模塊的輸出；e (k)為k時(shí)刻的偏差；Kp、Ki、Kd分別為位置式PID控制算法的比例系數(shù)、積分常數(shù)和微分常數(shù)。主控制模塊所產(chǎn)生的脈沖分為粗、中、精三個(gè)檔位，其頻率范圍是粗可調(diào)脈間40 μ s 60 μ S、中可調(diào)脈間20 μ s 40 μ S、精可調(diào)脈間4 μ S 20 μ S，優(yōu)選的頻率為薄脈間20 μ S，中脈間40 μ S、厚脈間60 μ S。經(jīng)過(guò)邏輯與疊加后的輸出波形為曲線C，曲線C與滅弧電路和滅弧檢測(cè)電路相配合可以克服斷絲、工件表面粗糙、加工效率低下等諸多毛??；其加工過(guò)程如下所述曲線C只有在曲線A的脈寬時(shí)才發(fā)生改變，變成和曲線B —樣，曲線C的脈間時(shí)依然是放電復(fù)合時(shí)間，此復(fù)合時(shí)間較小，由滅弧檢測(cè)電路的反饋量控制，以提高效率；曲線C 的脈寬時(shí)由于和曲線B —樣，所以這時(shí)可參考曲線B描述如下當(dāng)在T3時(shí)，線切割正常放電切割，此時(shí)滅弧電路關(guān)斷，當(dāng)在T4時(shí)，線切割處于放電間隙，停止切割，滅弧電路開始工作； 周而復(fù)始以上工作，滅弧檢測(cè)電路在整個(gè)加工始終處于加工狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到即使T4都不能完全復(fù)合帶電離子，并積累產(chǎn)生一定閥值電壓時(shí)，必須由T2來(lái)復(fù)合帶電離子；以上就是曲線 C的整個(gè)工作過(guò)程。
權(quán)利要求1.高頻編碼振蕩板，包括有直流電源、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、功率放大模塊、放電間隙及檢測(cè)電路及金屬粉塵傳感器，其特征在于所述的控制電路由單片機(jī)組成的主控制模塊、顯示模塊電路、鍵盤模塊電路、旋轉(zhuǎn)編碼電路及網(wǎng)絡(luò)通信電路構(gòu)成；所述直流電源與主控制模塊連接；所述的驅(qū)動(dòng)電路包括有兩組，其中第一組驅(qū)動(dòng)電路連接功率放大模塊，功率放大模塊再連接放電間隙，第二組驅(qū)動(dòng)電路連接滅弧電路，滅弧電路再連接放電間隙；一組高頻分組模塊與所述的主控制模塊通過(guò)邏輯與和邏輯非分別連接第一、第二組驅(qū)動(dòng)電路；所述檢測(cè)電路包括有設(shè)置在滅弧電路與主控制模塊之間用于反饋滅弧信息的滅弧檢測(cè)模塊，還包括設(shè)置在放電間隙和主控制模塊之間用于反饋空載信號(hào)、短路信號(hào)及火花放電信號(hào)的檢測(cè)報(bào)警模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高頻編碼振蕩板，其特征在于所述滅弧電路包括有 MOSFET管、功率電阻、低壓電源電池，其中，MOSFET管有兩個(gè)，第一個(gè)MOSFET管的柵極連接所述第一組驅(qū)動(dòng)電路，源極連接所述功率放大模塊，漏極與所述放電間隙相連；第二個(gè) MOSFET管的柵極連接所述第二組驅(qū)動(dòng)電路，源極與低壓電源電池的正極相連，漏極與所述放電間隙、功率電阻及低壓電源電池串聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高頻編碼振蕩板，其特征在于所述的主控制模塊為占空比連續(xù)可調(diào)的PWM波形輸出模塊，所述的旋轉(zhuǎn)編碼電路包括有可連續(xù)調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的旋轉(zhuǎn)編碼器，旋轉(zhuǎn)編碼器與主控制模塊信號(hào)輸入端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高頻編碼振蕩板，其特征在于所述高頻分組模塊是用于產(chǎn)生占空比為50%的矩形波的高頻振蕩模塊，高頻分組模塊與所述的主控制模塊信號(hào)輸出端實(shí)現(xiàn)邏輯與連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高頻編碼振蕩板，其特征在于所述直流電源為帶有反饋控制的智能節(jié)能電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高頻編碼振蕩板，其特征在于所述主控制模塊所產(chǎn)生的脈沖數(shù)，采用位置式PID控制算法的遞推形式對(duì)脈寬、脈間進(jìn)行準(zhǔn)確地控制，其計(jì)算方式為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)為k時(shí)刻主控制模塊的輸出；e (k)為k時(shí)刻的偏差；Kp、 Ki, Kd分別為位置式PID控制算法的比例系數(shù)、積分常數(shù)和微分常數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高頻編碼振蕩板，其特征在于所述主控制模塊所產(chǎn)生的脈沖分為粗、中、精三個(gè)檔位，其頻率范圍是粗可調(diào)脈間40μ s 60 μ S、中可調(diào)脈間 20μ s 40μ S、精可調(diào)脈間4 μ S 20 μ S。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高頻編碼振蕩板，其特征在于所述主控制模塊所產(chǎn)生的脈沖頻率為薄脈間20 μ S，中脈間40 μ S、厚脈間60 μ S。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種高頻編碼振蕩板，包括有直流電源、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、功率放大模塊、放電間隙及檢測(cè)電路，控制電路由單片機(jī)組成的主控制模塊、顯示模塊電路、鍵盤模塊電路、旋轉(zhuǎn)編碼電路及網(wǎng)絡(luò)通信電路構(gòu)成；直流電源與主控制模塊連接；驅(qū)動(dòng)電路包括有兩組，第一組通過(guò)功率放大模塊連接放電間隙，第二組通過(guò)滅弧電路連接放電間隙；一組高頻分組模塊與主控制模塊通過(guò)邏輯與和邏輯非分別連接第一、第二組驅(qū)動(dòng)電路；檢測(cè)電路包括有用于反饋滅弧信息的滅弧檢測(cè)模塊，還包括用于反饋空載信號(hào)、短路信號(hào)及火花放電信號(hào)的檢測(cè)模塊。本實(shí)用新型具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、制造成本低廉、加工調(diào)節(jié)精度高及不容易產(chǎn)生斷絲的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23H7/04GK202271058SQ20112038262
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月10日
發(fā)明者劉堯葵, 唐幸兒, 姜世芬, 梁季彝, 陳瑤, 黃鳳玲 申請(qǐng)人:江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院