《自适应数字化脉冲电源系统及中走丝线切割机床技术简介》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自适应数字化脉冲电源系统及中走丝线切割机床技术简介（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2008年数控电火花线切割加工发展研讨会交流文集自适应数字化脉冲电源系统及中走丝线切割机床技术简介1 系统基本技术性能指标高坚强苏州新火花机床有限公司数控往复走丝电火花线切割加工技术，自上世纪六七十年代末研制成功，实际证明它不仅是在我国目前应用最广泛的电加工设备，而且也是数控机床中，我国所独有，具有完全自主知识产权，唯一应用最广泛和最好的一种产品。但与国外(欧美、日本等)研究发展的采用交(直)流伺服控制系统的数控单向走丝线切割机相比，在精度和动态性能上还有不少的差距，但是单向走丝线切割机床的高价格及高使用成本，限制了线切割机床的大规模推广运用。当前，更面临国际范围的原材料价格上涨，企业生存、发
2、展环境受压，高性能价格比产品的社会需求必将大为增长。本公司2005年着手研发，2006年初推向市场的“数字化脉冲电源系统中走丝线切割机床”即具有多次切割功能的往复走丝线切割机床，单次稳定切割效率180mn12rain；3次切割能稳定获得Ra曼_121an的表面粗糙度，平均加工速度50mm2min，加工工件表面光泽，无切割条纹；4次切割最高能达到Ra冬-0869m，基本趋近于上世纪90年代国内数控单向走丝线切割机的水平。目前又经过2年多时间的技术改进及几百家客户的实际使用，我们的中速走丝线切割机床的技术更趋成熟，采用单脉冲放电监测，多特征量采样反馈，脉冲宽度自适应调节等技术和功能，实现了往复走丝
3、线切割机床系统真正的自适应控制，使此产品达到了更高的技术水平。单次稳定切割效率200mm2min；3次切割稳定获得RaS_121xrn的表面粗糙度，平均加工速度50mmZmim加工工件表面光泽，无切割条纹；4次切割最高能达到脚6邮1；500mm大厚度工件加工，连续48小时切割，无短路现象发生，平均切割效率80mrrl2rain。同时积累了广泛的应用经验，完全实现了产品的产业化推广及应用。2系统技术特征及特点21 已拥有的技术要点本系统技术目前已申请国家专利四项，其中国家发明专利二项，企业拥有完全自主知识产权。其主要技术要点及特征如下：(1)基于多CPU并联运行的高速智能系统。主芯片目前采用二块
4、CPLD为中央处理核心单元，担负与PC机的通信和信号处理及信号分析、波形生成。并有多重可靠性电路设计，保证系统的可靠运行。(2)采用新式高速数字采样电路(建立在CPLD芯片上)，对放电状态进行实时检测、并进行控制，自动调整脉冲主要参数，能在微秒级时间内做出响应。(3)具有九种形式脉冲信号。即连续脉冲、分组脉冲、高压引燃，低压放电的复合脉冲、梳状脉冲等。九种形式脉冲的占空比任意可调，适应范围大，频率稳定好，电参数可重复性强。脉冲宽度及脉冲间歇在losloooos范围内可调，基本覆盖了目前各类电加工机床放电加工的需要。一2】一2008年数控电火花线切割加工发展研讨会交流文集(4)突破微秒级脉冲电源
5、功率级输出，并达到成熟应用，正向纳秒级脉冲电源方向研究。(5)功能模块化，通用化，并在硬件基础上软件化，便于升级。每个模块都可单独出来作为一个部件，便于功能移植。(6)加工工艺模块及数据库。根据加工对象的主要特征或要求，查询加工工艺参数，自动组合脉冲参数及提供优化参数组合，无须人工干预，大大方便了产品的操控性能，降低了加工产品质量对操作人员的技术水平的依赖程度。22正在开发或已经取得实质性进展的技术课题我们基于多CPU并联运行的高速智能系统作为主要研究内容，打造真正的高性能，高精度的中走丝线切割电火花机床。本系统的关键技术及技术指标如下：(1)放电间隙高速采样模块。能检测出短路、预短路、正常加
6、工、预开路、开路等基本信号，单脉冲检测及处理速度达到微秒级，争取往纳秒级水平迈进。这是关键技术，重中之重。这是最能体现出机床产品技术含量和质量水平的指标，也是我国之所以落后国外技术的主要原因之一。我公司已经掌握了此技术并应用于批量生产。(2)自适应电源模块。根据采样结果，对加工波形自动进行调整，使加工达到最佳状态。正常稳定加工时间达到80传统的脉冲电源多为等频的矩形和分组脉冲信号，放电信号不随放电加工中的间隙状态而自适应变化，加工效果差。虽然目前我公司研究成功的多功能数字电源系统，覆盖了几乎所有的电加工波形，但依然还无法弥补其他机械因素和加工条件带来的不良影响，加工过程中必须依靠人的经验调节，
7、而往往很难做到真正的不短路情况。因此研制数字自适应脉冲电源的意义重大，该电源可直接与PC相连接，获得放电间隙状态的信息，并根据一定的算法进行自适应控制。由于考虑到速度问题，因此，真正脉冲调整部分用CPLD芯片进行，PC机作为显示。目前我公司已经掌握了自适应控制系统的算法等核心技术，但仍然需进一步的完善。(3)专家型数据库及加工工艺优化模块。具有工艺效果预测，工艺参数优化，工艺规律研究，工艺数据管理等功能。我国的高速走丝电火花线切割加工取得了长足进步，但高速走丝线切割的工艺数据库和加工参数优选功能为国内机床制造商所忽略，所以造成了工艺落后的局面。长久以来，高速走丝线切割机的工艺参数优化，自动选取
8、的数据库软件将是新一代中走丝线切割机必备的：同时基于PC的数控系统可十分容易地将此软件模块进行集成。总结多年来高速走丝线切割加工工艺研究成果，建立相应的知识库和专家系统，降低机床的操作难度是十分必要的。瑞士及日本等先进国家产品的专家系统，其智能化功能只需规定一些有关加工工件的性能和加工要求即可。加工工序是自动生成，且自动连接各道工序，无须人工干预，大大降低了机床操作人员的工作强度。我们可以借鉴，并应用在中速走丝机床上。这是一项长期并需要不断完善的工作。(4)无电阻驱动模块。替代RC脉冲电源和以功率开关管串联限流电阻结构的驱动。采用电感元件替代限流电阻进行限流和储能，从而可使电能利用率提高一倍以
9、上，达70左右。(5)数字伺服控制。为了更进一步提高机床伺服驱动对放电加工状态的直接动态响应速度，我们还探索性地进行了数字化伺服电机驱动技术的自主研究。相对于模拟伺服电机控制系统，数字化同服具有参数便于调节、动态响应速度快、抗干扰能力强、集成化程度高、易于接收数控箱数字信号等特点。应用于中走丝机床上后，能进一步提高机床切割表面的光洁度。我公司已完成新型“中走丝”全闭环数字化交流伺服系统的原理性研究。(6)往复走丝线切割机床主体。我们采用自动变频控制，自动调节运丝速度，并设计采用双向恒张力机构和导丝嘴稳丝装置。可以有效控制电极丝空间形位变化，降低电极丝的抖动幅度，解决往复走丝系统的电极丝空间稳定
10、问题。为改善高速走丝线切割机的加工精度，必须进一步改进机床的结构，使其更为合理。目前机床的整体结构多为音叉式，此种结构的刚度差，固有频率低，易发生振动，且放电加工将产生大量的热，使机床的本体发生较大的热变形，这都在一定程度上影响了高速走丝线切一222008年数控电火花线切割加工发展研讨会交流文集割机的加工精度。因此，在设计机床整体结构时，必须充分利用先进的技术手段进行分析以提高机床结构的合理性。我们的新型中走丝线切割机床，整体采用c型机床结构，提高机床整体刚性及精度稳定性。外型采用全防护装置，加强环保及安全防护。运动导轨采用整体式线性导轨，提高运动精度及精度稳定性。驱动系统采用伺服电机，闭环或
11、半闭环反馈，提高机床的响应速度，运动精度及运动平稳性。冷却液系统全过滤，保证放电加工区工况稳定。(7)制定中走丝线切割机床企业内部标准。3未来展望目前，传统往复走丝线切割机床的市场累计拥有量在20万台以上，年均销售量在4万台左右。主要应用于冲模、挤压模、拉伸模、塑料模以及直接用于一些复杂形状零件加工、超硬导电材料的切割加工。由于本电源系统具有“一次切割高效率，多次切割高表面粗糙度”的特性，系统稳定可靠，产品成本并不高，具有良好的性能价格比，产品市场竞争力强。在今年全行业产品市场下滑的大环境下，我公司的中走丝产品销售依然旺盛，上半年销售同比增长在40左右。同时我们进行了系统与机床联机的标准化设计
12、，使本系统可以很方便地控制大多数传统往复走丝线切割机床。因此本系统也可以应用于此类机床的升级改造。本机床良好的性能价格比；同时可以大幅度提升下游产品的市场竞争力此外，在国外市场，特别是发展中国家和地区，我国电加工机床产品的出口还是有潜力的。一是在价格方面，具有明显的优势；二是我国的电加工机床还具有明显的特色，就中走丝机而言，除了性价比及运行成本低外，在加工大厚度、大锥度、大型工件及难加工材料方面具有明显技术优势。近年来，国外用户的认可度在增大，出口量也在增加。因此，具有多次切割功能的往复走丝线切割机床的开发具有很大的技术及市场前景。一23自适应数字化脉冲电源系统及中走丝线切割机床技术简介作者： 高坚强作者单位： 苏州新火花机床有限公司本文链接：http:/
