專利名稱：電火花毛化系統(tǒng)高頻脈沖電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電火花毛化系統(tǒng)高頻脈沖電源，屬于機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電火花毛化工藝是將軋輥?zhàn)鳛楣ぜ姌O，以銅或石墨等材料作為工具電極，工具電極與工件電極的火花放電過程在絕緣性工作液中進(jìn)行，由伺服機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)控制兩者的放電間隙。當(dāng)工具電極與工件電極間隙達(dá)到0.01 0.20 mm時(shí)，電場強(qiáng)度增強(qiáng)，形成電橋，工作液介質(zhì)擊穿發(fā)生電火花放電，帶電粒子以很高的能量密度相對撞擊，在為時(shí)10 50 ii s內(nèi)局部溫度高達(dá)10000 0C以上，導(dǎo)致軋輥表面金屬氣化，氣泡爆裂將熔化的金屬拋出使軋輥表面形成放電凹坑。周而復(fù)始，加上軋輥的旋轉(zhuǎn)和軸向擺動(dòng)，使得軋輥表面形成一系列由隨機(jī)無序凹坑組成的軋輥毛化形貌。研究電火花加工機(jī)床高效率低損耗加工的技術(shù)要解決很多問題，但其中的關(guān)鍵問題是脈沖電源，脈沖電源是電火花加工機(jī)床中至關(guān)重要的組成部分，它的電壓電流輸出特性直接決定著電火花加工的生產(chǎn)率、表面質(zhì)量、加工速度的穩(wěn)定性和工具電極的損耗情況等經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，在電火花加工機(jī)床當(dāng)中占據(jù)極其重要的地位。國內(nèi)大多數(shù)傳統(tǒng)電火花加工脈沖電源點(diǎn)火回路和功率回路共用，其工作方式單一、控制精度低且電能利用率普遍不高，只有20% 25%，這主要是因?yàn)橹绷麟娫措妷?大約80V)與火花間隙維持電壓(20 25V)之間的電壓差全部降在限流電阻上，而限流電阻和加工間隙又通過相同的電流，致使75% 80%的電能消耗在限流電阻上，這顯然與當(dāng)前所提倡的節(jié)約能源、高效利用能源相矛盾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種能耗相對較低、控制精準(zhǔn)、工作方式靈活多樣的電火花毛化系統(tǒng)高頻脈沖電源。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的電火花毛化系統(tǒng)高頻脈沖電源，包括380V的三相交流市電、點(diǎn)火回路、功率回路、副邊與所述點(diǎn)火回路相連的第一高頻變壓器和副邊與所述功率回路相連的第二高頻變壓器，所述第一高頻變壓器的原邊和第二高頻變壓器的原邊分別與所述三相交流市電電連接；所述第二高頻變壓器的副邊和所述功率回路之間還串聯(lián)有第一切換開關(guān)，所述第二高頻變壓器的副邊還引出有中心抽頭，中心抽頭的出線端連接有第二切換開關(guān)；所述第一切換開關(guān)和第二切換開關(guān)的出線端分別與所述功率回路的三相橋式整流電路的輸入端電連接；所述點(diǎn)火回路和功率回路分別包括三相橋式整流電路、濾波電容、阻值可選的電阻網(wǎng)絡(luò)、MOS管和二極管，所述三相橋式整流電路的輸出端與所述濾波電容并聯(lián)連接，所述三相橋式整流電路與濾波電容之間還串聯(lián)有防止所述濾波電容擊穿的軟充電電路；所述濾波電容的輸出端與所述電阻網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)連接，電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出端與所述MOS管的漏極電連接，MOS管的源極與所述二極管的正極電連接，MOS管的柵極還連接有控制所述MOS管通斷的脈沖驅(qū)動(dòng)電路；所述功率回路的二極管負(fù)極和點(diǎn)火回路的二極管負(fù)極電連接后還并聯(lián)有電容值可選的電容網(wǎng)絡(luò)，所述電容網(wǎng)絡(luò)的輸出端兩極分別連接有工具電極和工件電極。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明取得以下有益效果本發(fā)明將點(diǎn)火回路和功率回路分開設(shè)置，構(gòu)成了脈沖電源加工、電容電源加工和虛脈沖加工三種不同的工作模式，三種工作模式靈活多樣、可自由切換選擇，以滿足不同工件加工需求；與第二高頻變壓器相連的功率回路設(shè)有兩個(gè)切換開關(guān)，降低了電阻網(wǎng)絡(luò)的能耗；功率回路點(diǎn)火回路和功率回路的通斷時(shí)間均可以通過各自MOS管的開關(guān)來控制，實(shí)現(xiàn)了脈沖寬度、脈沖間隔時(shí)間的高頻精確控制，克服了傳統(tǒng)RC電路晶體管脈沖電源不能精確控制脈寬、低電平大小的缺點(diǎn)。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述軟充電電路由晶閘管和限流電阻并聯(lián)構(gòu)成。點(diǎn)火回路或功率回路導(dǎo)通時(shí)，首先使晶閘管處于關(guān)斷狀態(tài)，導(dǎo)通電流從限流電阻通過對濾波電容充電，當(dāng)剩余充電電壓低于濾波電容擊穿電壓時(shí)，在晶閘管的門極施加正向電壓，晶閘管導(dǎo)通，限流電阻被短路，防止濾波電容在較大的充電電流沖擊下?lián)舸p壞。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述可編程電容網(wǎng)絡(luò)的輸出端還連接有極性切換電路。極性切換電路的設(shè)置可滿足不同工件加工需求，選擇更為多樣化，使用范圍更靈活。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述極性切換電路由四個(gè)橋式連接的全控型電力電子開關(guān)器件構(gòu)成。全控型電力電子器件具有控制功率小、開關(guān)速度快、通態(tài)壓降低、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述電阻網(wǎng)絡(luò)由若干個(gè)阻值不等的電阻并聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)電阻所在支路上均串聯(lián)有一個(gè)第一接觸器。當(dāng)三相橋式整流電路的輸出電壓相同時(shí)，則選擇不同的電阻，輸出電流不同。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述電容網(wǎng)絡(luò)由若干個(gè)電容值不同的電容并聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)電容所在支路上均串聯(lián)有一個(gè)第二接觸器。電容C的電壓波形在整個(gè)脈沖周期中是連續(xù)的，電容充放電的時(shí)間可以通過MOS管的開關(guān)來控制，只要一個(gè)容值合適的電容就可以實(shí)現(xiàn)不同的脈寬。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述第一高頻變壓器的副邊輸出電壓為175V-195V。第一高頻變壓器的輸出電壓在經(jīng)過整流和濾波之后輸出電壓為250V左右，足以使工件電極和工具電極之間的工作液介質(zhì)迅速擊穿。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述第二高頻變壓器的副邊輸出電壓為70V-85V。工作液介質(zhì)在被擊穿之后，電火花間隙維持電壓為20 25V，為保證第二高頻變壓器切換至中間抽頭時(shí)，毛化工作仍能繼續(xù)進(jìn)行，輸出電壓最好為70-85V之間。


圖1為本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明脈沖電源加工方式的等效電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明電容電源加工方式的等效電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明虛脈沖加工方式的等效電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，為本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖，包括380V的三相交流市電13、點(diǎn)火回路1、功率回路2、副邊與點(diǎn)火回路I相連的第一高頻變壓器3和副邊與功率回路2相連的第二高頻變壓器4，第一高頻變壓器3的原邊和第二高頻變壓器4的原邊分別與三相交流市電13電連接；第二高頻變壓器4的副邊和功率回路2之間還串聯(lián)有第一切換開關(guān)401，第二高頻變壓器4的副邊還引出有中心抽頭，中心抽頭的出線端連接有第二切換開關(guān)402 ;第一切換開關(guān)401和第二切換開關(guān)402的出線端分別與功率回路2的三相橋式整流電路502的輸入端電連接；點(diǎn)火回路I包括三相橋式整流電路501，濾波電容701，阻值可選的電阻網(wǎng)絡(luò)801，MOS管901和二極管101，三相橋式整流電路501的輸出端與濾波電容701并聯(lián)連接，三相橋式整流電路501與濾波電容701之間還串聯(lián)有防止濾波電容701擊穿的軟充電電路610 ;濾波電容701的輸出端與電阻網(wǎng)絡(luò)801串聯(lián)連接，電阻網(wǎng)絡(luò)801的輸出端與MOS管901的漏極電連接，MOS管901的源極與二極管101的正極電連接，MOS管901的柵極還連接有控制MOS管901通斷的脈沖驅(qū)動(dòng)電路；功率回路2和點(diǎn)火回路I的構(gòu)成相同，但是功率回路2與點(diǎn)火回路I中各元器件的參數(shù)需根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要選擇。功率回路2分別包括三相橋式整流電路502，濾波電容702，阻值可選的電阻網(wǎng)絡(luò)802，M0S管902和二極管102，三相橋式整流電路502的輸出端分別與濾波電容702并聯(lián)連接，三相橋式整流電路502與濾波電容702之間還串聯(lián)有防止濾波電容702擊穿的軟充電電路620 ;濾波電容702的輸出端與電阻網(wǎng)絡(luò)802串聯(lián)連接，電阻網(wǎng)絡(luò)802的輸出端與MOS管902的漏極電連接，MOS管902的源極與二極管102的正極電連接，MOS管902的柵極還連接有控制MOS管902通斷的脈沖驅(qū)動(dòng)電路；功率回路2的二極管102負(fù)極和點(diǎn)火回路I的二極管101負(fù)極電連接后還并聯(lián)有電容值可選的電容網(wǎng)絡(luò)11，電容網(wǎng)絡(luò)11的輸出端兩極分別連接有工具電極和工件電極。二極管101、102用于避免點(diǎn)火回路I的輸出電壓高于功率回路2的輸出電壓時(shí)導(dǎo)致功率回路2反向?qū)?，從而造成線路短路的問題。其中，軟充電電路610、620分別由晶閘管和限流電阻并聯(lián)構(gòu)成，電路導(dǎo)通時(shí)電流先從限流電阻通過對濾波電容701、702充電，當(dāng)剩余充電電壓低于濾波電容701、702的擊穿電壓時(shí)，在晶閘管的門極施加正向電壓，晶閘管導(dǎo)通，限流電阻被短路。電阻網(wǎng)絡(luò)801、802由若干個(gè)阻值不等的電阻并聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)電阻所在支路上均串聯(lián)有一個(gè)第一接觸器，電容網(wǎng)絡(luò)11由若干個(gè)電容值不同的電容并聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)電容所在支路上均串聯(lián)有一個(gè)第二接觸器。為便于加工生產(chǎn)的選擇，滿足不同工件電火花毛化極性需求，可編程電容網(wǎng)絡(luò)11的輸出端還連接有極性切換電路12，極性切換電路12可由四個(gè)橋式連接的全控型電力電子開關(guān)器件構(gòu)成，如IGBT管、GTR管、GTO管等，其中，所在橋臂不相鄰的兩個(gè)全控型電力電子開關(guān)器件為一組，即KOl和K04為一組，K02和K03為輸出極性相反的另一組。全控型電力電子器件具有控制功率小、開關(guān)速度快、通態(tài)壓降低、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。第一高頻變壓器3的副邊輸出電壓優(yōu)選175V-195V，第一高頻變壓器3的輸出電壓在經(jīng)過整流和濾波之后輸出電壓為250V左右，足以使工件電極和工具電極之間的工作液介質(zhì)迅速擊穿。工作液介質(zhì)在被擊穿之后，電火花間隙維持電壓為20 25V，為保證第二高頻變壓器4切換至中間抽頭時(shí)，毛化工作仍能繼續(xù)進(jìn)行，第二高頻變壓器4的副邊輸出電壓最好為70V-85V。本發(fā)明將點(diǎn)火回路I和功率回路2分開設(shè)置，構(gòu)成了脈沖電源加工、電容電源加工和虛脈沖加工三種不同的工作模式，如圖2、圖3、圖4所示，圖中對濾波電容7的前序電路部分均采取了電路等效替換，點(diǎn)火回路I的濾波電容701前序電路用250V直流電源作為等效替換，功率回路2的濾波電容702前序電路用100V直流電源作為等效替換，當(dāng)?shù)诙哳l變壓器4選用中間抽頭時(shí)，功率回路2的濾波電容702前序電路用50V直流電源作為等效替換。下面結(jié)合附圖分別對本發(fā)明的三種工作模式的工作過程作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖2所示，為本發(fā)明脈沖電源加工方式的等效電路結(jié)構(gòu)示意圖，點(diǎn)火回路I和功率回路2的脈沖驅(qū)動(dòng)電路均采用周期相同的方波脈沖信號(hào)且信號(hào)的占空比為50%，此工作模式中，電容網(wǎng)絡(luò)11處于非工作狀態(tài)，點(diǎn)火回路I和功率回路2均根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要選擇各自電阻網(wǎng)絡(luò)801、802中的電阻值。當(dāng)點(diǎn)火回路I的脈沖驅(qū)動(dòng)電路輸出的脈沖信號(hào)為高電平時(shí)，點(diǎn)火回路I的MOS管901柵極電壓高于源極電壓，MOS管901導(dǎo)通，點(diǎn)火回路I開始投入運(yùn)行，380V三相交流市電13依次經(jīng)第一高頻變壓器3變壓、三相橋式整流電路501整流、濾波電容701濾波和電阻網(wǎng)絡(luò)801限流之后輸出至MOS管901，MOS管901處于導(dǎo)通狀態(tài)形成從漏極向源極的導(dǎo)通電流，最后經(jīng)二極管101輸出，輸出端的兩極分別加在工件電極和工具電極上，工具電極和工件電極之間的電場強(qiáng)度增強(qiáng)，形成電橋，工作液介質(zhì)擊穿，工具電極和工件電極之間的電流迅速增加，則點(diǎn)火回路I的電阻網(wǎng)絡(luò)801壓降增加，工具電極和工件電極之間的電壓降小于功率回路2的輸出電壓，則功率回路2的二極管102導(dǎo)通，功率回路2協(xié)同點(diǎn)火回路I完成電火花毛化工作，此時(shí)與第二高頻變壓器4相連的第一切換開關(guān)401保持打開，第二切換開關(guān)402閉合。如圖3所示，為本發(fā)明電容電源加工方式的等效電路結(jié)構(gòu)示意圖，此時(shí)，點(diǎn)火回路I的MOS管901處于關(guān)斷狀態(tài)，點(diǎn)火回路I不工作，根據(jù)實(shí)際工作需要從電容網(wǎng)絡(luò)11中選出合適的電容接通功率回路2，同時(shí)使與第二高頻變壓器4相連的第一切換開關(guān)401閉合，第二切換開關(guān)402保持打開，功率回路2的脈沖驅(qū)動(dòng)電路輸出脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使功率回路2的MOS管902處于間隔導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平時(shí)，功率回路2導(dǎo)通，電容網(wǎng)絡(luò)11中接通的電容開始儲(chǔ)能，同時(shí)控制工具電極和工件電極的放電間隙，電場強(qiáng)度增強(qiáng)，形成電橋，工作液介質(zhì)擊穿并開始對工件放電毛化，當(dāng)脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)為低電平時(shí)，已儲(chǔ)能的電容開始放電，維持工具電極和工件電極之間的放電電壓，使放電毛化繼續(xù)進(jìn)行直至下一個(gè)脈寬驅(qū)動(dòng)信號(hào)來臨，功率回路2再次導(dǎo)通，電容再次儲(chǔ)能，如此循環(huán)完成對工件的放電毛化；其中，電容C的電壓波形在整個(gè)脈沖周期中是連續(xù)的，電容充放電的時(shí)間可以通過MOS管902的開關(guān)來控制，只要一個(gè)容值合適的電容就可以實(shí)現(xiàn)不同的脈寬。由于MOS管902可以實(shí)現(xiàn)對脈沖寬度、脈沖間隔時(shí)間的精確控制，因此克服了傳統(tǒng)RC電路晶體管脈沖電源不能精確控制脈寬、低電平大小的缺點(diǎn)。如圖4所示，為本發(fā)明虛脈沖加工方式的等效電路結(jié)構(gòu)示意圖，點(diǎn)火回路I用于工作液介質(zhì)擊穿，當(dāng)工作液介質(zhì)被擊穿后，工件電極和工具電極之間的阻值急劇下降，電流迅速增加，電阻網(wǎng)絡(luò)801上的電壓降增加，功率回路2的輸出電壓高于工件電極和工具電極之間的電壓且脈沖驅(qū)動(dòng)電路輸出高電平時(shí)，功率回路2導(dǎo)通運(yùn)行，電容網(wǎng)絡(luò)11開始儲(chǔ)能，當(dāng)脈沖驅(qū)動(dòng)電路輸出低電平時(shí)，電容網(wǎng)絡(luò)11放電，維持毛化電壓，使電火花毛化工作繼續(xù)進(jìn)行。為節(jié)約電能，減少功率回路2在電阻網(wǎng)路802上的功率消耗，此時(shí)與第二高頻變壓器4相連的第一切換開關(guān)401應(yīng)保持打開，第二切換開關(guān)402閉合。本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，如電阻網(wǎng)絡(luò)801、802也可接于二極管101、102的負(fù)極，點(diǎn)火回路I的二極管101負(fù)極和功率回路2的二極管102負(fù)極連接后再接入同一組阻值可選的電阻網(wǎng)絡(luò)801、802，電阻網(wǎng)絡(luò)801、802可選用控制比較精確的數(shù)字電位器，在本發(fā)明公開的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)所公開的技術(shù)內(nèi)容，不需要?jiǎng)?chuàng)造性的勞動(dòng)就可以對其中的一些技術(shù)特征作出一些替換和變形，這些替換和變形均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.電火花毛化系統(tǒng)高頻脈沖電源，其特征在于包括380V的三相交流市電、點(diǎn)火回路、功率回路、副邊與所述點(diǎn)火回路相連的第一高頻變壓器和副邊與所述功率回路相連的第二高頻變壓器，所述第一高頻變壓器的原邊和第二高頻變壓器的原邊分別與所述三相交流市電電連接；所述第二高頻變壓器的副邊和所述功率回路之間還串聯(lián)有第一切換開關(guān)，所述第二高頻變壓器的副邊還引出有中心抽頭，中心抽頭的出線端連接有第二切換開關(guān)；所述第一切換開關(guān)和第二切換開關(guān)的出線端分別與所述功率回路的三相橋式整流電路的輸入端電連接； 所述點(diǎn)火回路和功率回路分別包括三相橋式整流電路、濾波電容、阻值可選的電阻網(wǎng)絡(luò)、MOS管和二極管，所述三相橋式整流電路的輸出端與所述濾波電容并聯(lián)連接，所述三相橋式整流電路與濾波電容之間還串聯(lián)有防止所述濾波電容擊穿的軟充電電路；所述濾波電容的輸出端與所述電阻網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)連接，電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出端與所述MOS管的漏極電連接，MOS管的源極與所述二極管的正極電連接，MOS管的柵極還連接有控制所述MOS管通斷的脈沖驅(qū)動(dòng)電路； 所述功率回路的二極管負(fù)極和點(diǎn)火回路的二極管負(fù)極電連接后還并聯(lián)有電容值可選的電容網(wǎng)絡(luò)，所述電容網(wǎng)絡(luò)的輸出端兩極分別連接有工具電極和工件電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電火花毛化系統(tǒng)高頻脈沖電源，其特征在于，所述軟充電電路由晶閘管和限流電阻并聯(lián)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電火花毛化系統(tǒng)高頻脈沖電源，其特征在于，所述可編程電容網(wǎng)絡(luò)的輸出端還連接有極性切換電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電火花毛化系統(tǒng)高頻脈沖電源，其特征在于，所述極性切換電路由四個(gè)橋式連接的全控型電力電子開關(guān)器件構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電火花毛化系統(tǒng)高頻脈沖電源，其特征在于，所述電阻網(wǎng)絡(luò)由若干個(gè)阻值不等的電阻并聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)電阻所在支路上均串聯(lián)有一個(gè)第一接觸器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電火花毛化系統(tǒng)高頻脈沖電源，其特征在于，所述電容網(wǎng)絡(luò)由若干個(gè)電容值不同的電容并聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)電容所在支路上均串聯(lián)有一個(gè)第二接觸器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電火花毛化系統(tǒng)高頻脈沖電源，其特征在于，所述第一高頻變壓器的副邊輸出電壓為175V-195V。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電火花毛化系統(tǒng)高頻脈沖電源，其特征在于，所述第二高頻變壓器的副邊輸出電壓為70V-85V。
全文摘要
本發(fā)明公開了機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的一種電火花毛化系統(tǒng)高頻脈沖電源，它包括述點(diǎn)火回路和功率回路，兩回路分別包括三相橋式整流電路、濾波電容、阻值可選的電阻網(wǎng)絡(luò)、MOS管和二極管，三相橋式整流電路的輸出端與濾波電容并聯(lián)連接，三相橋式整流電路與濾波電容之間串聯(lián)有軟充電電路；濾波電容的輸出端與電阻網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)連接，電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出端與MOS管的漏極電連接，MOS管的源極與二極管的正極電連接，MOS管的柵極連接有控制MOS管通斷的脈沖驅(qū)動(dòng)電路；功率回路的二極管負(fù)極和點(diǎn)火回路的二極管負(fù)極電連接后還并聯(lián)有電容值可選的電容網(wǎng)絡(luò)，電容網(wǎng)絡(luò)的輸出端兩極分別連接有工具電極和工件電極。本發(fā)明工作方式靈活多樣，可自由切換選擇。
文檔編號(hào)B23H1/02GK103056461SQ201210573028
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者戴明生, 楊振宇, 李俊, 王長來 申請人:揚(yáng)州博爾特電氣技術(shù)有限公司