电火花线切割加工智能脉冲电源的研究

摘要

电火花线切割加工(WiredElectricalDischargeMachining，WEDM)简称线切割，是在电火花加工的基础上发展起来的一种新的加工方法。它是利用连续移动的细金属丝(钼丝或铜丝)作为工具电极，当把高频脉冲电压加在电极丝(接高频脉冲电源的负极)与工件(接高频脉冲电源的正极)之间后，对工件进行火花放电来蚀除金属、切割成型的。目前，电火花线切割加工是我国应用最为广泛的特种加工方法之一。“中走丝”线切割，即是具有多次切割功能的往复走丝电火花线切割。“中走丝”电火花线切割是在继承高速走丝电火花线切割机床的基础上，通过配置新一代脉冲电源，改进机床电气系统，提高机床机械精度，改善运丝机构，实现多次切割来提高线切割加工精度的。
　　 本文在分析研究电火花线切割加工脉冲电源的国内外现状及发展趋势基础上，对电火花线切割加工的基本原理、火花放电机理进行理论研究，对线切割脉冲放电能量对线切割加工质量及切割速度的影响进行了分析研究。研究表明，切割速度随着加工平均电流的增加而提高；加工表面粗糙度值随着加工电流峰值、脉冲宽度及开路电压的减小而减小；在电流峰值一定的情况下，开路电压的增大，有利于提高加工稳定性和脉冲利用率。
　　 论文提出了基于PWM控制的DC/DC变换主电路结构。对本设计中的重要电力变换技术-DC/DC变换技术，高频PWM技术等进行了详细分析。在此基础上，对DC/DC变换调压型脉冲电源主电路进行了设计仿真，主要包括AD转换模块、微处理器、开关器件、功率驱动器件等。仿真结果表明：PWM控制DC/DC变换调压型脉冲电源可实现空载电压、击穿电压、加工维持电压大范围独立可调，根据不同厚度的加工工件，采用与之适应的加工电压，可大大提高加工精度；调压型脉冲电源具有较高的调压精度，能够满足本课题要求。
　　 脉冲电源系统采用主从式两级控制结构--上位PC机加下位89C51单片机控制模块。单片机作为脉冲波形发生器，同时实现脉冲宽度与脉冲间隔控制、连接数码显示电路等。采用RS232C串口来实现PC机与下位机的通讯。上位控制软件采用VisualBasic高级语言开发，实现了数据预处理及人机交互等功能，达到了进一步智能化。
　　 通过仿真研究，确定了主电路供电回路和控制电路的设计方案。在原理图设计的基础上，制作了实物电路，并对脉冲电源电路进行了实验测试，得出了该电路的输出波形。经测试检验，本文设计的电源输出波形稳定性较好，达到了预期的设计目的。