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1、电火花脉冲电源研究现状及发展趋势摘 要：随着电加工技术应用于模具、汽车、航空航天等领域，对加工精度、速度和效率的要求越来越高，而电火花脉冲电源作为其核心部件之一，其性能优劣直接影响是电火花加工技术的各项指标。文章主要介绍了电火花脉冲电源分类，关键技术和展望。 关键词：电火花；脉冲电源；发展趋势 1 概述 电火花加工技术，俗称电加工，即 EDA（Electrical Discharge Machining） ，是国家装备制造业“十二五”发展规划提出的能够推动制造业发展，需要调整转型、创新升级的技术之一1。电加工技术原理是利用脉冲放电对被加工工件进行处理，具有无须接触、可精确控制，能够保证工件具有
2、较好的加工表面质量和精度，既可用于加工质地较硬、较脆和韧性材料，又可加工各种表面复杂、具有窄缝及低刚度零件，现已广泛应用于模具、汽车、航空航天等领域。电火花加工技术，起源于 20 世纪中期，主要包括脉冲电源部分、机械系统部分。 电火花脉冲电源，由于其优劣不仅决定着电火花线切割加工表面质量和加工精度，而且决定了生产加工效率、稳定性和电能的利用率及电极丝的损耗等指标，可称为电火花线切割机床的“心脏”部分，一直是电火花线切割技术领域研究的热点。随着能源的日益枯竭和社会智能化的加剧，节能、高效和智能型产品的研发越来越重要，故而高效、节能、智能的脉冲电源成为电加工行业研究的重中之重2。 2 电火花脉冲电
3、源的分类及关键技术 根据电火花加工过程中电极的放电状态和电源电路的结构可将脉冲电源分为独立式和非独立式两种类型的脉冲电源电路。非独立式使用 RC 式脉冲电源较多，而独立式电源使用功率晶体管作为主回路的控制元件独立供电3。 2.1 RC 式脉冲电源 RC 式脉冲电源，其工作工程相当于电容和电阻充放电过程。电源正脉冲来临，则储能电容通过电阻充电，当电容电压升高到击穿电压，通过电极瞬间放电从而形成电火花来对金属进行加工。此?脉冲电源有设计简单、成本低廉和工作相对可靠等优点，具有可产生脉冲宽度较小的特点，可用于微细电火花加工中。存在的问题有： （1）由于电容充放电时间随机性较强，故而单次放电能量不可控
4、。 （2）充放电回路通过电阻组成，造成能量损耗。 （3）消电离不完整，易出现电弧放电。 针对上述问题的改进措施有： （1）可在 RC 脉冲电源的电源与电容之间、电容与放电电极之间放置开关元器件，形成可控 RC 脉冲电源，既可防止了电源电流回注入放电通道，又可控制单个脉冲能量，并且由于开关元件具有斩波性，从而使得输出的放电脉冲波形与能量能够较好的一致。 （2）将 RC 式脉冲电源中的电阻 R 替换为电感元件 L，可减少充电回路中的电阻消耗的热能。 2.2 独立式脉冲电源 独立式脉冲电源，其工作原理通过电路中晶体管的通断来控制电路中直流电的通断，由于晶体管的斩波功能，故而形成放电脉冲的击穿加工间隙
5、，从而能过电火花对工件进行加工，以达到腐蚀工件和消电离的功能。具有容易设置、修改加工参数、能量可控制、方便实现自动加工模式。 2.3 电火花脉冲电源的关键技术 目前，电火花加工中，从工件的加工质量、加工速度和能量和器材的消耗等方面考虑，电加工脉冲电源的关键技术有： （1）电极丝低损耗技术，指降低电极及钼丝的损耗。由于电加工过程中，电极丝较多为往复走丝，造成电极丝的损耗较为常见。一旦电极丝损耗较为严重，将会影响加工质量，甚至断丝，从而对加工过程造成较为严重的影响。故而希望通过研究电极丝的材料与温度、电流等关系，控制脉冲电源放电时间和放电能量以达到有效降低电极丝损耗的目的。 （2）智能自适应控制技
6、术，不仅指加工前能够根据事先设定的参数在无人参与的情况下进行工件加工，而且包括在加工过程中能够与上位机进行实时通信，同时希望通过脉冲电源反馈系统，自动检测放电状态、动态调节脉冲电源参数。其中准确放电状态检测技术是动态调节脉冲电源参数的前提，具有较为合理的脉冲电源参数调节算法是快速动态调节脉冲电源参数的根本。放电状态检测方法主要有间隙电压平均值检测法、间隙平均脉宽电压检测法、间隙脉宽电压数字平均法、阈值调节法放电状态检测法和基于人工神经网络的间隙状态识别技术。 （3）功率管开关低损耗及能量快速回馈技术，指脉冲电源电路中使用开关功率管的开关要尽可能低。由于电火花电源采用的是脉冲电源，必然设计到电源
7、电流的开和关两种状态，所以在开关过程中不仅需要开关速度尽可能快，而且希望在需要开关过程中为低耗能状态，同时希望电路关断后电路中的能量能够尽快回退到电源。 3 电火花脉冲电源的研究展望 半个多世纪以来，随着电加工技术的不断发展，制造工业的加工精度和加工速度不断地提高，人们的生产和生活也因此不断改善。近年来，随着智慧地球的提出，智能、高效、环保已经成为各行各业发展的趋势。目前而言，虽然智能脉冲电源已经成为许多研究者研究的目标，但由于脉冲电源的智能、自适应、环保和节能等技术方面的研究还不够成熟，尚未很好地应用于机床，造成电火花线切割机床的电能利用率较差、能量浪费较多和加工效率较低及加工质量较粗糙等问题。所以，脉冲电源在智能、自适应和节能等方面急需改进，从而提高电火花线切割机床的自动化程度、改善加工效率和提高产品质量。因此，随着全球各行各业向着智慧、智能、绿色、环保等方向发展，电火花线切割脉冲电源的智能、自适应、节能便是该领域研究的重中之重。 参考文献 1凡银生.电火花线切割自适应节能脉冲电源发展需解决的关键技术J.电加工与模具，2015，1：1-6 2黄瑞宁.节能型电火花加工脉冲电源的研究J.中国机械工程. 2016（18）：2520-2532. 3高煜.基于 CPLD 的节能型电火花脉冲电源设计D.苏州大学，2014，11.
