[發明專利]一種兩級限脈寬的精密放電加工脈沖電源

有效

• 申請號: 200910059236.1
• 申請日: 2009-05-07
• 公開（公告）號: CN101579761A
• 公開（公告）日: 2009-11-18
• 發明（設計）人: 張勇斌;劉廣民;吉方;何建國;張連新
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院機械制造工藝研究所
• 主分類號: B23H1/02
• 分類號: B23H1/02
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心
• 代理人: 翟長明;韓志英

技術領域

本發明屬于精密放電加工脈沖電源，具體涉及一種兩級限脈寬的精密放電加工脈沖電源。采用本發明可以獲得脈沖脈寬窄、放電能量微小的電源。

背景技術

在精密電火花加工、精密電解加工等精密制造領域，通常需要一種微能脈沖電源，它是實現精密電加工的一個關鍵單元。它能夠在正、負電極之間高頻釋放電能，從而產生瞬間的高溫、高壓，可熔化甚至氣化零件的微小局部材料，達到對零件進行精密微細去除加工的目的。材料最小去除量與單脈沖的能量有關，單脈沖能量越小，其放電去除材料的量就越少，即放電痕越小，熱影響區域也越小。無數單脈沖放電痕的累加就形成了零件被加工去除的表面。在一定的脈沖電壓下，脈寬越窄，則單脈沖的能量越小，單脈沖放電的時間越短，在零件表面產生的放電痕就會更小。這樣，縮短脈寬，就可降低脈沖能量，實現表面粗糙度值更低、變質層更薄、顯微裂紋更少、表面質量更高的電加工。

現有的脈沖電加工電源中，主要分為RC馳張式脈沖電源和晶體管獨立式脈沖電源。前者雖然可獲得幾十納秒脈寬的窄脈沖，但由于其放電回路向電容器充電需要時間而不能得到很高的放電頻率，這嚴重地影響著電加工的效率；另外，RC馳張式脈沖電源輸出的能量不易控制，因為放電回路無法控制脈沖間隙的時間，當相繼兩次脈沖的間隙時間特別短時，前次放電的電弧沒有完全消電離即發生下次放電，就會導致向電容器充電的電流直接流向正負電極之間，形成異常放電而使正常放電無法進行下去，不利于加工出高質量的零件表面。晶體管獨立式脈沖電源是通過開通和關閉開關元件來實現脈沖放電的。由于晶體管獨立式脈沖電源無需向電容器充電而花費時間，所以它能實現高頻放電從而達到很高的加工效率，且由于其放電可通過控制開關元件來實現，所以可通過對極間放電狀態的檢測，實現對放電過程的自適應控制。然而，由于開關元件的開關速度以及控制電路元件的延時，傳統的晶體管獨立式脈沖電源還很難實現微細電加工所需的脈寬為數十納秒的脈沖，電壓脈寬通常在0.1μs以上，為了實現更精密、更高質量的電加工，甚至納米級尺寸精度的電加工，需要脈寬更窄、能量更小的脈沖電源。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種兩級限脈寬的精密放電加工脈沖電源，使單脈寬縮小到納秒級，以減小單脈沖能量。

一種兩級限脈寬的精密放電加工脈沖電源，包括直流可調恒壓源E1，電阻陣列選擇開關SR1～SRn，電容陣列選擇開關SC1～SCn，高功率并聯電阻陣列R1～Rn，并聯加工電容陣列C1～Cn，測量電阻R22，測量電容C22，前級場效應管Q1，后級場效應管Q2，二極管D1，放電電極正極P+，放電電極負極P-，驅動電路I，驅動電路II，可編程邏輯器件，下位單片機，上位計算機，AD電路；直流可調恒壓源E1經過電阻陣列選擇開關SR1～SRn與高功率電阻R1～Rn一一對應電連接，再依次經過前級場效應管Q1，二極管D1，放電電極正極P+，放電電極負極P-，形成脈沖上升沿限制電路；二極管D1第一路接后級場效應管Q2，形成脈沖下降沿限制電路；前級場效應管Q1接電容陣列選擇開關SC1～SCn與加工電容陣列C1～Cn，形成放電能量輔助電路；二極管D1第二路接電阻R22，C22及AD電路，形成放電狀態檢測電路；上位計算機依次與下位單片機、可編程邏輯器件、驅動電路I及場效應管Q1電連接，形成脈沖上升沿控制電路；上位計算機依次與下位單片機、可編程邏輯器件、驅動電路II及場效應管Q2電連接，形成脈沖下降沿控制電路；下位單片機再分別與電阻陣列選擇開關SR1～SRn和電容陣列選擇開關SC1～SCn電連接，分別形成電阻阻值選擇電路和電容容值選擇電路。

本發明的特點是：前級場效應管Q1和后級場效應管Q2串聯，且后級場效應管Q2與放電正極P+和放電負極P-并聯，構成對脈寬的兩級限制，當脈沖電源處于工作狀態時，前后兩級場效應管Q1和Q2被反相驅動，前級場效應管Q1導通時，后級場效應管Q2關斷，恒壓源E1輸出的電能經過高功率并聯電阻陣列R1～Rn被直接送到正負放電電極P+和P-之間，開路時引發脈沖的上升沿，前級場效應管Q1關斷時，后級場效應管Q2導通，正負放電電極P+和P-之間的電能被直接釋放到負極P-，開路時引發脈沖的下降沿。

所述下位單片機采用單片機或DSP，可編程邏輯器件采用CPLD或FPGA芯片。

所述下位單片機為C8051F單片機，可編程邏輯器件采用MAX7000A芯片。