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1、线路分析改进 电火花加工与脉冲电源浅述苏州新华机床厂顾水方摘要电火花加工机床的社会拥有量将越来越大,与其它机床相比,其故障率相对为高,而故障基本集中于电源部分。本文通过对电潭的工作原理,特别是 电路构成作一介绍,并列举了线路实例,阐述各单元电路的特点和性能参数对电源可靠性的影响关链词电蚀存储效应场效应管输出扇区扇出能力开关电源一引言电火花加工机床 包括 电火花线切割机床、电火花成型加工机床和电火花穿孔机床等,是一种技术含量较高 的机电一体化加工机床,在金属加工和机械制造行业,特别是模具工业得到 了极为广泛的应 用。尤其是与计算机技术的有机结合后,其生产自动化程度大为提高,有效地提高了劳动生产率
2、,因而深受人们的青睐。其核心部分是一高频脉冲开关 电源,在整套设备中其故 障率为最高,而 国 内大 多数 生 产厂家均较保守,都不愿将其电源技术作出公开介绍,使电火花加工这门技术的进一步应 用和发展,以及设备 的使用和维修受到 了制约。本文意在对其工作原理和电路结构 作一 介绍,期望 能对广大用户于设备的使用和维修起到帮助作用。厂二 工作原理图为其工作原理方框图。由图可见其主要由高频脉冲信号发生器和模拟功率开关电路等部分 电路组成。由交流 电网通过降压整流功 率率牛牛牛牛卜夫夫电电源源图高频脉冲电源方框图后获得 约左右的直流电源,然后 通过 由高频脉冲发生器和功率开关电路组成 的变换电路,转换
3、成为音频,超音频高频脉冲直 流 电,再通过电极与工件之 间的间隙放 电,利用放 电时产生的火花电蚀,蚀除工件进行加工。其 电压幅度、频率以及占空比等参数,都与生产率加工速度和工件表面最低粗糙度等工艺参数 密切相关,适 当提高脉冲电压幅值,压缩占空比,适当增加脉冲宽度,提高脉冲重复频率,增加单个脉冲能量,能有效地提高生产率。占空比最小可至,左右,频率最高时可达上下,一般加工频率在几 几十范 围即可。选择合适的频率和占空比,以及电压幅度能获得最理想的加工特性,这亦是正确使用电加工机床、减少故障率的重要途径。对电源的基本要求是 具有足够的输出功率,脉冲波形方度要好,漏电流要小,各项参数的调节范围要宽
4、而方便,脉冲上升和下降时间要短,这对功率开关元 件及电源的可靠 性和使用寿命是十分 有利的,。三基本参数根据实践经验及产品剖析,高频脉冲电源的基本参数在如下范围时,便能满足一般加工对 最高生 产率和 最 低表面粗 糙度的基本要求,最小脉冲宽度泌梳形脉冲陌。最大脉冲宽度四左右。占空比连续可调。脉冲幅度士。输出电流可灵活选择。不 同的加工机械和生产厂家,在实际设计和生产制造时会略有 出入,但参数在此范围之外时,其加工速度和最低粗糙度是一对矛盾,两者之间不能兼顾。机床电器年第期四电路结构脉冲信号 发生器图是一款高频脉冲电源的组成之一高频脉冲信号发生器 的 电气原理 图,采 用时基电路作振 荡元件,具
5、有电路 结构 简单,外围元子主少,安 装、调试和维修均较方便 造价低 调节场效应管,具有开关速度快,上升和下降沿 较陡,波形方度好,输出功率大,管压降小,关断状态漏电流小,热稳定性好等特饭、。对于功率开触发输入电源“之汤少生州耀图功率开关电路原理图信号输日眨眨油油 豪豪豪豪】卜卜芝芝。冬膏膏邃邃为为为为为为为梦梦梦梦梦梦梦梦梦梦梦梦梦梦乒乒份份一,习甲林林叩迎迎迎迎创创创 李李擎擎军二伞刁刁刁刁刁即厅厅厅 日日日日日日口口口口一一一一一一【包源“一,图脉冲信号发生器原理图范围宽,精度高,耗电省,输出扇区大等特点。频率和占空比分别可调,频率由波段开关选择不同的定时电容来决定,图示电路共分五档,第
6、一第四档供粗加工或对最低粗糙度要求不太高,而生产率要求高时选 用,结合占空比调节电位器的调节,可 对脉冲宽度和间隔进行 方便灵 活的选择,以获得最佳的加工工艺参数,第五档专为对最低粗糙度要求比较高时的精加工选用,脉冲波形为间断 的梳状脉冲,其间隔比例连续可调,脉冲信号的电性能参数为脉冲周期、梳状件川占空比吃连续可调输出脉冲幅度方波电源电压一电路属数字型电路,其适 用频率范围宽,定时 精 度高,应 用方 便灵活,目前国内大多数生 产单位采用电路作信号发生器 电路的振荡元件。功率开关和驱动电路在整个脉冲开关电源 电路 中,功率开关包括驱动 电路是最关键 的单元电路,对电源整体的性能影响最大。图是一
7、种脉冲电源的功率开关 电路实例,其功率开关元件采用功率关电路来说,如果上升和下降沿不够陡,则将使功率管 的管耗严重增加,于电源的可靠性不利 关断时的漏 电流是 决定电极损耗 的主要制约 因素,漏电流大 会使电极损耗增加,因此,对于功率开关的关断状态漏电流应尽可能小管压降大则于电源利用率不利,应尽可能小些输出功率不足,则加工速度难以提高,用功率场效应管构成的功率开关 电路与普通的功率晶体管相比,前者比较容易满足上述条件,由于场效应管为电压型器件,其所需的驱动功率不需要很大,而普通功率管就不同了,其输出功率 电流与输入信号功率成一定的比例的关系。而所有的功 率开关 电路均存在一个 存储效应问题,要
8、使开关速度很高,波形方度好,管耗低,首先必须 解决的问题是 消除存储效应的影响而 这一因素在用普通功率管作开关元件时要比用功率场效应管时强得多,因此采用功率场效应管为开关元 件有利干提高开关频率改 良脉冲波形参数简化电路结构因此功率场效应管成为众多生 产厂家的首选元件。山于触发信号发生电路为共用,其输出信号漪被分成若干支路,再加上传输路径等因素产生的波形失真,因此 必须将信号进行放大和整形以后才能驱动功率元件,以保证功率元件输出波形良好 的脉冲直流 电压,最有效 简单的方案是采用数字 门电路施密特触发器作前级驱动电路,施密特触发器能对失真 的输入信号 非方波 进行 整形川,输出良好的方波信号,
9、其扇机床电器年第期出能力可保证输出较大 的驱动功率,可直接驱动功率场效应管,且还具有抗干扰能力强、噪声容限大等特点,电路的安装,调试和维修方便、造价低、一致性好等。因此同样为大多数生产单位所接受。当用普通功率管作功率开关时,可再用一级开关 中功率管将驱动信号进一步放大后作驱动,只是电路特性与前者相比略有不如但有时普通 功率管 的价格较场效应管为低,因此在一 定前提下对造价有利。供电电源电路图是供 电电源电气原理图,采用三相供电,与单相供电相比,电源纹波系数一一一一一茱茱尸飞飞 反反端端入二甲甲甲甲百 夕夕夕夕夕尸气气汁、二流容量的电流选择开关电路,防止电极间短路引起 电源故障的短路保护电路,以
10、及 产生进给触发信号的压控振荡电路等,所有这些电路在整个 电源 电路中属于辅助电路,这里不作叙述。结束语与国外一些先进 国家如日本、瑞士等相比,电火花加工技术机床的应用,在我国还较落后,尽管该技术已有几十年的历史,但由于多方面因素的制约,一直未能得到 良好的推广和应用。随着我国改革开放和经济的进一步深化发展,各行各业对其技术和产品的需求,将会直线上升,近几年国家将电火花加工机械列入“高新技术产品”行列,作为支持和发展的重点项目之一,其产 品的社会拥有量在短期内将会成倍增长。尽管其 电源 电路会因生产厂家的不同而有所不同,但基本原理和方式还是一致的,本文有助于对其结构原理 的了解,对用 户使用和
11、维修该产品起帮助作用。图供电电源原理图可得到有效改善 特别是在大 电流输出时。供 电电源的特点是有足够的功率余量,内阻小,瞬时特性好,一般还有高低压可供选择,电源功率一般为最大额定容量加范 围,次级电压一般为两档。其他电路上述几部分 电路是组成高频脉冲电源的基本组成部分,在实际线路中还设有选择输出电参考文献【上海交通大学奚绍申等,特种加工,机械工程师进修大学教材中国科学院电工研究所电火花线切割加工,机械工人杂志。【池原典利日,晶体管 电路设计,国防工业出版社。叼俞鹤飞,数字 电路应用,无线电杂志。【 隋经 义主编,低频 电路原理,电子工业出版社。机床电器现行标准汇编征订启事为使广大机床电器生产厂家和使用单位在产 品开发、生产制造、质量检测等工作中,更好地掌握和 应 用机床电器产 品现行标准,我所根据 机械科号文“关于机械工 业 现行国家标准和行业标准清理 整顿结果 的通报”精神,组织力量将编印清理整顿后机床电器行业国家标准、行业标准及内部 使用标准的正式文本及废止标准 目录。本汇编为开本,共搜集现行标准多个,是最系统、最完整、最实用的标准汇编。估计月底将付印完毕。望有需要者,函告预 订册数,并请寄成都水碾河,成都机床电器研究所行业部,蒋小明收,邮编码。机床电器年第期
