分组式微细电火花加工脉冲电源制造技术

本发明专利技术公开了一种分组式微细电火花加工脉冲电源，在传统RC式脉冲电源的基础上，该电源采用反激电路向多组储能电容进行同步充电，通过使用FPGA控制副边侧开关管与继电器的通断实现不同放电回路的选通，配合调整原边侧开关管的导通时长能够提供多个等级的能量输出。本发明专利技术有效解决传统RC式脉冲电源充电时间长、电阻耗能大、放电能量不可控的问题，在提高微细电火花加工效率的同时兼顾加工质量与精度要求。要求。要求。

【技术实现步骤摘要】
分组式微细电火花加工脉冲电源


[0001]本专利技术涉及电火花加工用脉冲电源领域，尤其是涉及一种分组式微细电火花加工脉冲电源。

技术介绍

[0002]随着我国近年来机加工行业的发展，机加工行业市场需求对于微机械加工尺寸、精度和加工效率等提出了更高的要求。微细电火花加工作为一种新型非接触式加工制造方法，因其适用于复杂形状、难切削材料特殊零件等特种加工的场合，具有低应力、无毛刺、可加工高硬度材料等优点，在微细轴孔、型腔等加工中得以广泛运用。
[0003]随着微细电火花加工的发展，在满足其基本应用场合的条件下，机加工行业更加注重加工精度、质量和加工效率。首先，放电凹坑的大小是决定微细电火花加工精度和质量的重要因素，为了使加工时产生的放电凹坑更小，必须在保证电火花脉冲电源能够产生电火花的同时尽量减小单个脉冲的放电能量，通常其单个脉冲能量在10
‑7～10
‑6J，一般减小单个脉冲放电能量的主要方法为降低放电电压和减小脉冲宽度，但由于在进行电火花加工时间隙上需要存在一定的维持电压，因此在保证放电电压的基础上，减小脉冲宽度是目前提高加工精度和质量最主要的技术手段。另外，由于微细加工时脉冲能量较小，因此加工效率相较大功率电火花加工而言普遍偏低。
[0004]目前，RC式脉冲电源常用于微细电火花加工，这种电源结构简单，易于调整单脉冲放电能量，充放电频率高。但RC式脉冲电源进行微细加工时，存在充电时间长、能量耗损大、脉冲参数不稳定、加工效率低等问题，无法满足工业应用的要求。因此，通过对传统RC式脉冲电源进行不断改进产生新型电路拓扑，在实现提高加工精度和质量的同时进一步提高细电火花加工脉冲电源的加工效率，具有重要研究和应用的价值。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
的缺陷，提供一种分组式微细电火花加工脉冲电源,相较于传统RC式脉冲电源，在提高微细电火花加工效率的同时兼顾加工质量与精度要求。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0007]一种分组式微细电火花加工脉冲电源，包括直流源，脉冲电源主电路，间隙电压电流采样电路，FPGA控制器，驱动电路；其中，脉冲电源主电路为间隙输出能量，采样电路分别对间隙两端电压和间隙电流进行采样，将采样信号输入至FPGA控制模块，按照加工要求产生控制信号经过驱动电路分别驱动脉冲电源主电路中原边侧开关管Q、各路放电开关管Q1～Q
n
、各路储能电容选通继电器J1～J
n
，最终控制各储能电容C
1a
～C
na
和C
1b
～C
nb
充放电，从而实现在放电间隙中连续产生的多个能量精确可控的分组脉冲进行微细加工。
[0008]基于此种分组式微细电火花加工脉冲电源，其特征以及工作过程，包括如下步骤：
[0009]步骤一：加工前根据加工需求和实际工况，由FPGA产生继电器控制信号，通过驱动
电路驱动各路储能电容选通继电器J1～J
n
，选择各路参与工作的电容组别，对各路工作电容容值进行选择。
[0010]步骤二：由FPGA控制器产生控制信号，通过驱动电路使原边侧开关管Q导通，直流源V
in
为原边侧电感L
p
充电，原边侧电感L
p
开始储能，此时副边侧主二极管D处于断态，副边侧无电流通过。
[0011]步骤三：当储能时间达到预设值后，由FPGA控制器产生控制信号，通过驱动电路使原边侧开关管Q关断，此时副边侧主二极管D处于通态，变压器T中的磁场能量通过副边侧电感L
s
和副边侧主二极管D，以及各路充电二极管D
1i
～D
ni
，向各路工作电容进行充电。
[0012]步骤四：当电容充电时间达到预设值后，由FPGA控制器产生各路控制信号驱动各路放电开关管Q1～Q
n
依次导通和截止，使各路工作电容通过各路放电二极管D
1o
～D
no
和各路放电开关管Q1～Q
n
依次向间隙放电，在放电间隙中连续产生多个分组脉冲进行微细加工，全部电容放电结束后进入下一加工周期。
[0013]步骤五：或在所需加工能量较大的场合，也可由FPGA控制器产生控制信号驱动多个放电开关管同时导通和截止，使得多个电容作为一组同时向间隙放电，然后再控制多组电容依次向间隙放电，直至全部电容放电结束进入下一加工周期，实现在放电间隙中连续产生多个大能量的分组脉冲进行电火花加工。
[0014]步骤六：重复上述步骤二至步骤五，实现加工周期的循环。
[0015]本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0016]1.分组放电回路并联式分布，放电回路独立性好，各分组储能电容电压与分组放电电流一致性高，放电能量精确可控；
[0017]2.可根据加工需求和实际工况，通过继电器选通储能电容及多组储能电容组合放电，提供了多种能量等级；
[0018]3.通过控制直流源输入电压和原边侧开关管占空比，输出电压灵活可调，可以为间隙提供适合加工的开路电压；
[0019]4.变换器输入输出电气隔离，有效避免了原边开关管的开关动作对放电间隙造成影响，提高了加工稳定性。
附图说明
[0020]图1为本专利技术分组式微细电火花加工脉冲电源的系统框架图。
[0021]图2为本专利技术脉冲电源主电路的拓扑图。
[0022]图3为基于本专利技术分组式微细电火花加工脉冲电源的加工波形示意图。
[0023]图4为本专利技术采样电路所使用的模数转换芯片的应用原理图。
[0024]图5为本专利技术驱动电路所用双端隔离的栅极驱动芯片的应用原理图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图对本专利技术方案作进一步详细描述。
[0026]本专利技术可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本专利技术的范围。
[0027]如图1所示，本专利技术分组式微细电火花加工脉冲电源包括直流源，脉冲电源主电路，间隙电压电流采样电路，FPGA控制器，驱动电路；其中，脉冲电源主电路为间隙输出能量，采样电路分别对间隙两端电压和间隙电流进行采样，将采样信号输入至FPGA控制模块，按照加工要求产生控制信号经过驱动电路分别驱动脉冲电源主电路中原边侧开关管Q、各路放电开关管Q1～Q
n
、各路储能电容选通继电器J1～J
n
，最终控制各储能电容C
1a
～C
na
和C
1b
～C
nb
充放电，从而实现在放电间隙中连续产生的多个能量精确可控的分组脉冲进行微细加工。
[0028]如图2所示，脉冲电源主电路包括输入电容C
in...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分组式微细电火花加工脉冲电源，其特征在于，包括直流源，脉冲电源主电路，采样电路，FPGA控制器，驱动电路；其中，脉冲电源主电路为间隙输出能量，采样电路分别对间隙两端电压和间隙电流进行采样，将采样信号输入至FPGA控制模块，按照加工要求产生控制信号经过驱动电路分别驱动脉冲电源主电路中各开关管和继电器，最终控制各储能电容充放电，从而实现在放电间隙中连续产生的多个能量精确可控的分组脉冲进行微细加工。2.根据权利要求1所述的分组式微细电火花加工脉冲电源，其特征在于，所述电路包括输入电容C
in
、钳位电路电容C
σ
、钳位电路电阻R
σ
、钳位电路二极管D
σ
、原边侧开关管Q、原边侧电感L
p
、变压器T、副边侧电感L
s
、副边侧主二极管D、假负载电阻R、a组各路储能电容C
1a
～C
na
、b组各路储能电容C
1b
～C
nb
、各路储能电容选通继电器J1～J
n
、各路放电开关管Q1～Q
n
、各路充电二极管D
1i
～D
ni
、各路放电二极管D
1o
～D
no
；其中，原边侧电感L
p
一端与原边侧开关管Q漏极相连，原边侧开关管源极和输入电容C
in
负极一同与直流源V
in
阴极相连，输入电容正极和原边侧电感另一端则一同与直流源阳极连接；钳位电路电阻R
σ
与钳位电路电容C
σ
并联，一端连接直流直流源阳极，另一端连接钳位电路二极管D
σ
的阴极，钳位电路二极管D
σ
的阳极连接到原边侧开关管漏极，构成RCD钳位电路；副边侧电感L
s
通过变压器T与原边侧电感L
p
与进行耦合，副边侧主二极管D阳极与副边侧电感一端相连接，副边侧主二极管阴极为反激输出正极，副边侧电感另一端为反激输出负极，假负载电阻R两端分别与反激输出正负极相连；在反激输出正负极之间有n条结构相同的回路，其中第k条回路由充电二极管D
ki
、放电二极管D
ko
、放电开关管Q
k
、储能电容选通继电器J
k
、储能电容C
ka
和C
kb
构成，充电二极管D
ki
阳极与反激输出正极相连，放电二极管D
ko
阳极与充电二极管阴极相连，放电开关管Q
k
漏极与放电二极管阴极相连，储能电容选通继电器J
k
一端与放电二极管阳极相连，另一端与储能电容C
ka
和C
ka
的正极相连，储能电容的负极与反激输出负极相连；放电开关管源极为放电间隙正极，反激输出负极为放电间隙负极。3.根据权利要求2所述的分组式微细电火花加工脉冲电源，其特征在于，所述电路包括原边侧开关管Q、各路放电开关管Q1～Q
n
采用金属
‑
氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，其材料为Si、SiC或GaN；钳位电路二极管D
σ
、副边侧主二极管D、各路充电二极管D
1i
～D
ni
、各路放电二极管D
1o
～D
no
使用肖特基二极管；输入电容C
in
、a组各路储能电容C
1a
～C
na
、b组各路储能电容C
1b

【专利技术属性】
技术研发人员：杨飞，张开翔，陈希岩，张建超，李玉坤，王新鹏，李磊，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：