电火花加工放电状态检测电路及方法技术

本发明专利技术提供了电火花加工放电状态检测电路及方法。该电火花加工放电状态检测电路可包括：第一比较电路，其接收电极与工件之间的极间电压，将极间电压与第一阈值电压作比较并输出第一比较信号，其中在电极上施加的电压由PWM脉冲来控制；以及控制器，该控制器从第一比较电路接收第一比较信号并根据第一比较信号的脉冲持续时间来确定电极与工件之间的间隙在该PWM脉冲期间的放电状态。

【技术实现步骤摘要】
电火花加工放电状态检测电路及方法
本专利技术涉及电火花加工领域，尤其涉及电火花加工放电状态检测电路及方法。
技术介绍
电火花加工通过向电极提供间歇性的电脉冲信号以击穿电极与金属工件之间的间隙并形成火花放电来腐蚀金属工件，从而实现金属加工。电火花加工是机械制造业中解决难加工材料和难加工形状的有效加工方法。这种加工的工艺方法弥补了机械加工的某些不足，已成为模具工业、国防工业和精微制造中的重要手段。在电火花加工过程中，控制工具电极和工件之间的放电间隔对电火花加工质量和效率有重大影响。但检测实际间隔值的大小对电火花放电间隔的控制没有实际意义，其原因在于随着加工的进行，电极与金属工件之间的间隙中填充的加工介质内的电蚀屑浓度等在不断变化，致使加工介质的介电性能不稳定。即使将当前放电间隔控制为其他稳定加工时刻的放电间隔值，也不能保证加工过程的稳定性。因此，对放电间隔的控制主要是通过工作状态检测来间接实现的。目前可采用的常规方法包括通过检测平均/峰值间隙电压/电流、放电火花数等来检测电火花加工放电状态。电火花放电脉冲一般可分为五种，空载脉冲、火花放电脉冲、稳定电弧放电脉冲、过渡电弧放电脉冲和短路脉冲。放电脉冲以空载为主，表明间隔偏大；以火花放电为主，表明间隔合适；以稳定电弧、过渡电弧及短路脉冲为主，则说明间隔偏小。在实际生产过程中发现，除以上5种放电状态外，还存在“漏电流”状态，其电压波形特征为脉冲电压峰值被拉低(例如，5-50V)、无击穿延时。“漏电流”状态无加工能力，其形成原因为间隙内杂质浓度较高，在电场的作用下形成杂质搭桥，使间隙失去绝缘特性而表现为电阻特性，此时间隙等效电阻与脉冲电源限流电阻分压，致使间隙的电压峰值被拉低。因此期望设计一种有效的电火花加工放电状态检测电路及方法。
技术实现思路
本专利技术属于电加工机床数控系统的一项放电状态识别技术，用于对电加工机床进行放电状态检测。本专利技术依据放电脉冲的电压波形的不同，设置电压阈值来识别放电状态，例如空载、火花放电、稳定电弧、过渡电弧、短路和漏电流状态，具有快速、准确度高的优点。此外，本专利技术还可任选地统计一段时间内的放电状态，根据预设算法调整加工参数。在根据本专利技术的一个实施例中，一种电火花加工放电状态检测电路包括：第一比较电路，其接收电极与工件之间的极间电压，将所述极间电压与第一阈值电压作比较并输出第一比较信号，其中在所述电极上施加的电压由PWM脉冲来控制；以及控制器，所述控制器从所述第一比较电路接收所述第一比较信号并根据所述第一比较信号的脉冲持续时间来确定所述电极与工件之间的间隙在所述PWM脉冲期间的放电状态。在一方面，若所述第一比较信号的脉冲持续时间Tp≥所述PWM脉冲的持续时间Ton，则确定所述间隙在所述PWM脉冲期间为空载；以及若Tp<Ton，则确定所述间隙在所述PWM脉冲期间为火花放电或过渡电弧放电。在一方面，若火花放电时间阈值Tth<Tp<Ton，则确定所述间隙在所述PWM脉冲期间为火花放电，否则若Tp≤Tth，则确定所述间隙在所述PWM脉冲期间为过渡电弧放电。在一方面，所述PWM脉冲的脉宽为10-1000微秒，脉冲间隔为40-1000微秒，所述火花放电时间阈值Tth为1.5-2.5微秒。在一方面，所述电火花加工放电状态检测电路还包括：第二比较电路，其接收所述极间电压，将所述极间电压与第二阈值电压作比较并输出第二比较信号，所述第二阈值电压小于所述第一阈值电压，其中所述控制器从所述第二比较电路接收所述第二比较信号，并在所述第一比较信号无脉冲且所述第二比较信号有脉冲时确定所述间隙在所述PWM脉冲期间为漏电流放电。在一方面，所述电火花加工放电状态检测电路还包括：第一锁存电路，其连接至所述第二比较电路以锁存在所述PWM脉冲期间的第二比较信号，并在所述PWM脉冲结束后将所述第二比较信号提供给所述控制器。在一方面，所述电火花加工放电状态检测电路还包括：第三比较电路，其接收所述极间电压，将所述极间电压与第三阈值电压作比较并输出第三比较信号，所述第三阈值电压小于所述第二阈值电压，其中所述控制器从所述第三比较电路接收所述第三比较信号，并在所述第二比较信号无脉冲且所述第三比较信号有脉冲时确定所述间隙在所述PWM脉冲期间为稳定电弧放电，在所述第二比较信号无脉冲且所述第三比较信号无脉冲时确定所述间隙在所述PWM脉冲期间为短路状态。在一方面，所述电火花加工放电状态检测电路还包括：第二锁存电路，其锁存在所述PWM脉冲期间的第三比较信号，并在所述PWM脉冲结束后将所述第三比较信号提供给所述控制器。在一方面，所述第一阈值电压为150-170V，所述第二阈值电压为90-130V，所述第三阈值电压为10-20V。在一方面，所述控制器进一步计算在指定时段内所述第一比较信号的脉冲持续时间的方差，若所述方差小于阈值则确定有积碳风险。在根据本专利技术的另一个实施例中，一种电火花加工装置包括：如上所述的电火花加工放电状态检测电路；电压源；加工槽，所述加工槽用于固定工件并在所述工件与所述电极之间形成间隙；以及耦合在所述电压源与所述电极之间的功放器件，其中所述PWM脉冲导通或关断所述功放器件以从所述电压源经由所述功放器件向所述电极提供电压信号，所述电压信号击穿所述电极与工件之间的间隙并建立放电通道。在根据本专利技术的另一个实施例中，一种电火花加工放电状态检测方法包括：接收电极与工件之间的极间电压，其中在所述电极上施加的电压由PWM脉冲来控制；将所述极间电压与第一阈值电压作比较并输出第一比较信号；以及根据所述第一比较信号的脉冲持续时间来确定所述电极与工件之间的间隙在所述PWM脉冲期间的放电状态。在一方面，该方法可以使用处理器、计算机等来实现。另一方面，该方法也可以结合上述电火花加工放电状态检测电路来实现。在一方面，若所述第一比较信号的脉冲持续时间Tp≥所述PWM脉冲的持续时间Ton，则确定所述间隙在所述PWM脉冲期间为空载；以及若Tp<Ton，则确定所述间隙在所述PWM脉冲期间为火花放电或过渡电弧放电。在一方面，若火花放电时间阈值Tth<Tp<Ton，则确定所述间隙在所述PWM脉冲期间为火花放电，否则若Tp≤Tth，则确定所述间隙在所述PWM脉冲期间为过渡电弧放电。在一方面，所述PWM脉冲的脉宽为10-1000微秒，脉冲间隔为40-1000微秒，所述火花放电时间阈值Tth为1.5-2.5微秒。在一方面，所述电火花加工放电状态检测方法还包括：将所述极间电压与第二阈值电压作比较并输出第二比较信号，所述第二阈值电压小于所述第一阈值电压；以及在所述第一比较信号无脉冲且所述第二比较信号有脉冲时确定所述间隙在所述PWM脉冲期间为漏电流放电。在一方面，所述电火花加工放电状态检测方法还包括：锁存在所述PWM脉冲期间的第二比较信号；以及在所述PWM脉冲结束后提供所述第二比较信号以进行处理。在一方面，所述电火花加工放电状态检测方法还包括：将所述极间电压与第三阈值电压作比较并输出第三比较信号，所述第三阈值电压小于所述第二阈值电压；在所述第二比较信号无脉冲且所述第三比较信号有脉冲时确定所述间隙在所述PWM脉冲期间为稳定电弧放电；以及在所述第二比较信号无脉冲且所述第三比较信号无脉冲时确定所述间隙在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电火花加工放电状态检测电路，其特征在于，包括：第一比较电路，其接收电极与工件之间的极间电压，将所述极间电压与第一阈值电压作比较并输出第一比较信号，其中在所述电极上施加的电压由PWM脉冲来控制；以及控制器，所述控制器从所述第一比较电路接收所述第一比较信号并根据所述第一比较信号的脉冲持续时间来确定所述电极与工件之间的间隙在所述PWM脉冲期间的放电状态。

【技术特征摘要】
1.一种电火花加工放电状态检测电路，其特征在于，包括：第一比较电路，其接收电极与工件之间的极间电压，将所述极间电压与第一阈值电压作比较并输出第一比较信号，其中在所述电极上施加的电压由PWM脉冲来控制；以及控制器，所述控制器从所述第一比较电路接收所述第一比较信号并根据所述第一比较信号的脉冲持续时间来确定所述电极与工件之间的间隙在所述PWM脉冲期间的放电状态。2.如权利要求1所述的电火花加工放电状态检测电路，其特征在于，若所述第一比较信号的脉冲持续时间Tp≥所述PWM脉冲的持续时间Ton，则确定所述间隙在所述PWM脉冲期间为空载；以及若Tp<Ton，则确定所述间隙在所述PWM脉冲期间为火花放电或过渡电弧放电。3.如权利要求2所述的电火花加工放电状态检测电路，其特征在于，若火花放电时间阈值Tth<Tp<Ton，则确定所述间隙在所述PWM脉冲期间为火花放电，否则若Tp≤Tth，则确定所述间隙在所述PWM脉冲期间为过渡电弧放电。4.如权利要求3所述的电火花加工放电状态检测电路，其特征在于，所述PWM脉冲的脉宽为10-1000微秒，脉冲间隔为40-1000微秒，所述火花放电时间阈值Tth为1.5-2.5微秒。5.如权利要求1所述的电火花加工放电状态检测电路，其特征在于，所述电火花加工放电状态检测电路还包括：第二比较电路，其接收所述极间电压，将所述极间电压与第二阈值电压作比较并输出第二比较信号，所述第二阈值电压小于所述第一阈值电压，其中所述控制器从所述第二比较电路接收所述第二比较信号，并在所述第一比较信号无脉冲且所述第二比较信号有脉冲时确定所述间隙在所述PWM脉冲期间为漏电流放电。6.如权利要求5所述的电火花加工放电状态检测电路，其特征在于，所述电火花加工放电状态检测电路还包括：第一锁存电路，其连接至所述第二比较电路以锁存在所述PWM脉冲期间的第二比较信号，并在所述PWM脉冲结束后将所述第二比较信号提供给所述控制器。7.如权利要求5所述的电火花加工放电状态检测电路，其特征在于，所述电火花加工放电状态检测电路还包括：第三比较电路，其接收所述极间电压，将所述极间电压与第三阈值电压作比较并输出第三比较信号，所述第三阈值电压小于所述第二阈值电压，其中所述控制器从所述第三比较电路接收所述第三比较信号，并在所述第二比较信号无脉冲且所述第三比较信号有脉冲时确定所述间隙在所述PWM脉冲期间为稳定电弧放电，在所述第二比较信号无脉冲且所述第三比较信号无脉冲时确定所述间隙在所述PWM脉冲期间为短路状态。8.如权利要求7所述的电火花加工放电状态检测电路，其特征在于，所述电火花加工放电状态检测电路还包括：第二锁存电路，其锁存在所述PWM脉冲期间的第三比较信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：王钦峰，徐慎敏，仪德忠，魏晓，王德友，
申请(专利权)人：山东豪迈机械科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37