[发明专利]一种微细电火花脉冲电源的恒频等能量控制方法

说明书

本发明公开了一种微细电火花脉冲电源的恒频等能量控制方法，根据加工场合和间隙负载特性，设置脉冲电源控制参数，确定施加脉冲时间和消电离时间；在施加脉冲阶段，采样间隙电压信号和电流信号，分别放大后进行求和，再对求和结果进行闭环控制，使其与参考信号一致；当间隙被击穿后，进入电流放电阶段，记录对应的击穿时间，并根据击穿时间更新参考信号，对相加的结果进行闭环控制，使其与更新后的参考信号一致；电流放电完成后，进行消电离，之后进行下一个加工周期。本发明方法将间隙电压和间隙电流的和作为反馈闭环控制的唯一控制量，在维持间隙上电压脉冲频率恒定的同时，保证单次放电能量一致。

技术领域

本发明属于微细电火花加工用高频脉冲电源控制领域，特别是涉及一种微细电火花脉冲电源的恒频等能量控制方法。

背景技术

电火花加工是用可控电能在电极和工具间形成火花放电来移除被加工材料的非传统加工技术。现有电火花加工用脉冲电源一般有非独立式脉冲电源和独立式脉冲电源。非独立式脉冲电源通过调节放电电容的大小和加在其上的充电电压值，控制单次放电的最大能量。当采用小放电电容和低充电电压时，非独立脉冲电源可提供极低的放电能量，现仍广泛应用于微细电火花加工，但其存在加工效率低、放电能量一致性差等问题。独立式脉冲电源可以较好的控制脉冲时间、脉冲频率、放电电流等放电脉冲参数，进而控制放电能量和加工速度，现主要运用于中大功率电火花加工。

对于微细电火花加工，为了提高加工精度和工件表面质量，需尽量减小并精确控制单次火花放电能量；同时，为了提高加工速度和材料去除率，在单次材料去除量较低的情况下，又需要提高火花放电的频率。而以上要求在现有的脉冲电源中很难同时实现。传统微细电火花脉冲电源单次脉冲放电过程和放电能量的控制，一般有恒定脉冲频率控制和恒定放电能量控制两种典型控制方式，如图3和图4所示。前者在间隙施加脉冲时间T_on和消电离时间T_off内均保持固定的脉冲电压v_p，其脉冲电压宽度和放电频率1/T_s固定，类似开环控制，但由于实际加工中放电间隙的情况多变，击穿延迟时间不同，导致真正的放电时间t_on不固定，即单次放电能量的一致性难以保证。后者控制放电间隙击穿后的放电时间T_on和消电离时间T_off保持固定，实现对单次放电能量的控制，放电一致性较好，但是此控制策略需要检测电路来识别放电间隙的状态，而且实际放电间隙的击穿时刻并不固定，因此实际放电脉冲v_p的频率1/t_s将不断变化。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种新型微细电火花脉冲电源的恒频等能量控制方法，在维持间隙上电压脉冲频率恒定的同时，保证单次放电能量一致。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种微细电火花脉冲电源的恒频等能量控制方法，将间隙电压和间隙电流的和作为反馈闭环控制的唯一控制量，在维持间隙上电压脉冲频率恒定的同时，保证单次放电能量一致，具体包括如下步骤：

步骤1：根据加工场合和间隙负载特性，设置脉冲电源的加工频率f_m、占空比D、电压采样倍率k_v、电流采样倍率k_i、单次放电能量w₁、PID控制参数、参考信号v_ref，间隙击穿电压阈值V_gap和间隙击穿电流阈值I_gap；

步骤2：根据加工频率f_m和占空比D确定施加脉冲时间T_on和消电离时间T_off；

步骤3：在施加脉冲阶段，采样间隙的电压信号和电流信号，分别进行AD转换得到间隙电压和间隙电流的数字信号，将间隙电压数字信号放大k_v倍，将间隙电流数字信号放大k_i倍，将放大后的电压和电流信号相加；