[发明专利]高瞬时能量密度电火花高速铣削加工用电源装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是高瞬时能量密度电火花高速铣削加工用电源装置，属于机械加工领域。

背景技术

实现对具有高硬度、高强度、高韧性以及高脆性材料的高速、高效加工一直是材料加工领域的努力目标。传统的加工方法很难对其进行高效加工，且加工成本普遍较高。放电加工为以上材料的加工提供了一种有效的方法，相对于昂贵的高速铣削加工设备以及加工成本，电加工方法体现了其良好的经济性。电火花加工是一种通过电极与被加工工件之间的连续火花放电来去除材料的加工方法。由于工具电极与工件之间没有直接接触，所以电火花加工具有宏观作用力小，对机床刚性要求低以及容易实现精密加工等优点。但是目前的电加工设备普遍存在材料去除效率低的缺点。

脉冲电源是电火花加工系统中的一个重要组成部分，其性能对生产效率、工件表面质量、电极损耗都有很大的影响。目前国内外的脉冲电源普遍存在放电能量小和功率小的缺点，限制了电火花加工材料去除效率的进一步提高。

本发明人通过实验发现，采用大能量、高瞬时能量密度的火花放电，可以从很大程度上提高加工效率；并且适当提高放电间隙的击穿电压，可以大大降低工具电极的相对损耗。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种“高瞬时能量密度电火花高速铣削加工用电源装置”，该电源装置在很大幅度上提高放电能量，从而提高加工效率。

本发明的原理：所发明的高瞬时能量密度电火花高速铣削加工用电源装置主要由大功率整流滤波电路1、击穿电压调节电路2、大功率低电压脉冲变换电路3、隔离器4、电流及电压检测电路6、控制电路7等组成。击穿电压调节电路2提供间隙击穿所需的较高的直流脉冲电压，保证击穿发生在一个较大的放电间隙上；大功率低电压脉冲变换电路3提供放电蚀除所需的绝大部分能量；隔离器4将击穿电压调节电路2与大功率低电压脉冲变换电路3进行隔离，保证其互不影响；电流及电压检测电路6把所检测到的电压和电流信号传送给控制电路7；控制电路7在对所接收到的电流及电压信号进行分析处理的基础上，一路向击穿电压调节电路2发送控制信号，来控制其输出的直流脉冲的峰值电压、峰值电流、脉宽以及占空比，另一路向大功率低电压脉冲变换电路3发送控制信号，来控制其输出的直流脉冲的峰值电压、峰值电流、脉宽以及占空比。

击穿电压调节电路2可提供较高的间隙击穿电压，从而有效增大放电间隙，以便于加工碎屑的及时排除；另一方面，较大的放电间隙还可以减少加工碎屑与工具电极接触与碰撞的次数，可在很大程度上降低工具电极的相对损耗。

大功率低电压脉冲变换电路3可提供高瞬时能量密度火花放电所需的绝大部分能量，保证了放电通道作用在工件表面上的能量密度，可大幅提高加工效率。

本发明与目前常用的电火花加工脉冲电源相比具有以下优点：增大的间隙击穿电压，从而增大了放电间隙，降低工具电极的相对损耗，增大了放电通道的能量密度，提高了加工效率。

附图说明

图1是本发明的高瞬时能量密度电火花高速铣削加工用电源装置的组成框图。

图2是本发明的高瞬时能量密度电火花高速铣削加工用电源装置的电路结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明的高瞬时能量密度电火花高速铣削加工用电源装置包括大功率整流滤波电路1、击穿电压调节电路2、大功率低电压脉冲变换电路3、隔离器4、电流及电压检测电路6、控制电路7。大功率整流滤波电路1将交流电转变成直流电，并提供给击穿电压调节电路2和大功率低电压脉冲变换电路3；击穿电压调节电路2根据控制电路7的控制信号，提供脉冲峰值电压可调的击穿电压，用于击穿放电间隙；通过调节击穿电压可以调节放电间隙；大功率低电压脉冲变换电路3根据控制电路7的信号，将大功率整流滤波电路1提供的直流电变换成峰值电流、频率和占空比均可调的低电压大功率直流脉冲，以提供在蚀除加工过程中所需要的能量；隔离器4将击穿电压调节电路2和大功率低电压脉冲变换电路3进行隔离，消除两者之间的相互影响；电流及电压检测电路6采集放电间隙的电流和电压信号，并反馈给控制电路7；控制电路7根据电流及电压检测电路6的信号，控制击穿电压调节电路2的电压值和占空比，并控制大功率低电压变换电路3的峰值电流、频率和占空比。

参见图2，本发明的高瞬时能量密度电火花高速铣削加工用电源装置电路中的功率开关元件M1、M2、M3、电感L和电容C构成击穿电压调节电路。电压检测电路9与由工具电极10和工件11构成的放电间隙并联，采集电压信号，并反馈给控制电路7。控制电路7根据电压检测电路9的检测信号，控制功率开关元件M1和M2的开关，经电感L和电容C滤波，控制电容C的电压达到所需要的击穿电压，功率开关元件M3根据控制电路7传送过来的控制信号来开关电容C两端的电压，经由二极管D1构成的隔离器和限流电阻R输出到工具电极10和工件11组成的放电间隙。电流检测电路8串联在主放电回路中采集电流信号，并反馈给控制电路7；控制电路7根据电流检测电路8的检测信号，发送控制信号给大功率低电压脉冲变换电路3，以调节其输出的低电压大功率直流脉冲的峰值电流、频率和占空比；大功率低电压脉冲变换电路3输出的低电压大功率直流脉冲经过由二极管D2构成的隔离器施加在由工具电极10和工件11组成的放电间隙上。