线切割放电加工脉冲放电能量自适应控制方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种线切割放电加工脉冲放电能量自适应控制方法及其装置，其特征在于，它包括了下述步骤：在线电极放电间隙发生微短路、微电弧状态时，取消本次的主脉冲能量；或发生异常放电时，减少主脉冲能量；或在连续发生异常放电状态时，逐步减少单个脉冲能量和单位时间内脉冲能量；在线电极放电间隙恢复正常放电状态时，恢复主脉冲能量；或在连续恢复正常放电状态时，逐步地恢复正常的主脉冲能量，直至达到正常预设定的主脉冲的脉冲能量。采用本发明专利技术可减少线切割机在高效率放电加工时瞬态断丝故障的发生。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电火花线切割机高频脉冲电源的一种放电能量控制方法及其装置，尤其涉及到在异常放电状态下，防止线电极瞬态断丝，对脉冲能量进行实时自适应控制的方法及其装置。
技术介绍
在电火花线切割机放电加工中，在工件与匀速、恒张力运动的线电极间，分别施加上脉冲电源的正极和负极，在去离子水或油为介质的环境下，在狭长的区域内发生脉冲放电现象，利用其电蚀效应来对工件进行切割加工。图1为普通电火花线切割放电加工的装置。参照图1，普通线切割放电加工的工作情况22’代表线电极(又称为电极丝)。21’代表工件，它固定在工作台20’上。工作台20’分别由X向伺服电机13’和Y向伺服电机12’驱动，按照数控编程的要求进行运动。19’为线电极与工件间的放电间隙。18’为储存电极丝的圆筒。三只电极丝换向轮17’改变了电极丝的运动方向。16’为一对收丝轮，它们驱动电极丝作均速运动。14’、15’分别为上下钻石导向器，它保证电极丝能长时间作高精度运动。10’、11’分别代表上下导电块，它们把脉冲电源的负极电流传送到线电极22’上。脉冲电源的正极接到工作台20’上，传至工件21’上。部件1’为脉冲放电检测器，它能检测脉冲火花放电的开始。部件5’为脉冲参数(Ton脉宽，Toff脉冲停歇时间)控制器。部件6A’为低电压引燃脉冲功率放大器，部件6B’为高压大电流主脉冲功率输出极。部件0’为控制计算机。经机床操作工数控编程决定工作台20’的运动轨迹，并输入放电加工的脉冲参数Ton、Toff的长短，伺服进给和线电极运动等参数。部件7’为伺服采样电路，它能对加工间隙的平均电压进行采样检测。部件8’为V/F转换电路，它发出时钟脉冲输入计算机0’作为工作台伺服进给的速度信号。计算机0’根据NC编程，把X、Y方向的进给指令输送到伺服电机驱动器9’。进而传送到对应的伺服电机，完成工件的图形轮廓切割，并使线电极与工件间的电火花放电加工持续进行下去。首先，脉冲参数控制器5’输出一个引燃脉冲控制信号，至低压引燃脉冲功率放大器6A’。低压引燃脉冲功率放大器6A’输出一个低压限流的引燃脉冲至工件与线电极之间。一旦放电间隙发生电火花放电，脉冲放电检测器1’经导电块10’、11’和工作台20’正极进电处获得信号，检测到间隙开始放电，即发出一个信号给脉冲参数控制器5’。脉冲参数控制器5’即发信号给高压大电流主脉冲功率放大器6B’，高压大电流主脉冲功率放大器6B’输出的高压大电流脉冲电流施加到工件与线电极之间，加入到电火花放电加工，从而完成一次脉冲放电的过程。在脉冲火花放电结束后，进入脉冲停歇(Toff)时间，放电间隙进入绝缘恢复状态，为下一次引燃脉冲的到来做准备。线电极放电是以“电子轰击”为主来进行电蚀加工的，主脉冲宽度一般小于1.5μS.由于在放电回路中存在电感和分布电容，在脉冲放电开始后脉冲电流波形呈指数曲线上升。为此在普通线切割机的脉冲电源中是以控制主脉冲宽度来控制加工电流的。加工参数中的加工电流是用主脉冲宽度来表示的。用数字存储示波器测试放电间隙电压，用高频霍尔电流测头同时测试间隙脉冲放电电流。图2描述了所测得的三种不同放电状态曲线A曲线为间隙放电的电压曲线；B曲线为间隙放电的电流曲线；C经示波器A、B两通道，即测得的放电电压曲线和电流曲线逐点相乘后获得的放电功率曲线。I区域描述了一个正常的脉冲放电波形。在低压限流的引燃脉冲施加到放电间隙后，有一个适当长度的“击穿延时”时间后开始放电。间隙电压从80V空载电压跌到22V左右的放电电压。然后高压大电流主脉冲施加到放电间隙，完成一个脉冲宽度(Ton)的放电过程。此时，脉冲的电流与功率曲线都正常。II区域描述了第一种异常放电波形。在低压限流的引燃脉冲施加到放电间隙后，经很短的“击穿延时”时间就开始放电；或引燃脉冲一旦加上，立即放电。此时放电电压略低于正常放电电压，但电流比正常放电电流增加许多。功率曲线C显示其放电功率远大于正常放电功率。III区域描述了第二种异常放电波形，其特征在于放电间隙击穿后，放电电压仅为11V左右，间隙的峰值电流为最大，计算所得的脉冲功率也为最大。现有的脉冲能量控制方法在检测到上述二种异常脉冲放电状态后，脉冲参数控制器就判断加工间隙处于故障状态，就将原定的主脉冲宽度改为发一个较之短的主脉冲宽度，即减小了单个脉冲的放电能量，以防止断丝情况的出现。此大小脉冲宽度都由机床操作者在加工前编程时按照厂方提供的工艺手册上的建议，一次输入主控计算机0’，在加工中无法再进行改变。日本三菱公司在专利号为ZL95115769，专利技术名称为“线切割放电加工装置及其控制方法”的中国专利中，公开了一种在上述能量控制方法的基础上，用以一个预定时间段为单位进行脉冲能量控制。它用一个脉冲串来代表脉冲放量能量。脉冲宽度长，则脉冲串的脉冲个数多；脉冲宽度短，则脉冲串的脉冲个数少。在一个预定时间段内，这些脉冲串的脉冲个数的总量，反映此时间段输入放电间隙脉冲总能量的大小。根据加工工艺试验来判别此能量总值是否过大或过小。然后通过改变主脉冲的参数(如延长或缩短脉冲停歇时间)的设定值来减小或增加下一个预定时间段内脉冲放电的总能量，实现对脉冲放电能量的适应控制。此方案虽然能在以一个预定时间段为时间测量单位，对单位时间内输入放电间隙的总脉冲能量进行适应控制，还不能做到在更宽的范围内，实时控制每个脉冲能量的大小和最小基本单位时间内脉冲能量的大小。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种新的在异常放电状态下，防止线电极瞬态断丝，对脉冲能量进行实时自适应控制的方法及其装置。本申请人对线电极放电加工过程进行了长期的测试和分析，尤其对发生瞬态断丝前的放电波形进行了大量的记录和研究。发现在每次断丝前放电间隙基本上都处于连续的异常放电状态中。即放电间隙出现了连续地异常放电，虽然中间也插进几个脉冲属正常放电，但在断丝前，放电间隙总体上是处在一个以异常放电为主的电火花放电环境中。有时甚至在连续十个左右脉冲放电属异常放电后，虽然进行简单的脉冲能量控制措施，还是发生了瞬态断丝现象。从放电机理上来分析上述现象第一种异常放电情况，在引燃脉冲施加到放电间隙的两极后，如果发生放电的地点就在上一次放电地点附近，或在同一个地点上，或上一次放电后，间隙消电离状况不好，不充分。则往往就不需要“放电点转移时间”就立即放电。从示波器上测得在间隙电压波形表述为引燃脉冲施加到放电间隙后，只有一个很短的“击穿延时”时间，或无“击穿延时”时间就开始放电。第二种异常放电情况产生的原因是由于线电极与工件的间隙过小，或处于微接触状态，或者因为上一次脉冲放电能量过大，或放电点较集中，从放电坑穴中抛除出来的物质堆得过高触及或接近触及线电极时。在这样的情况下，线电极与工件常处于微电弧放电状态，间隙电压为10～11V左右。此时加工效率不高，脉冲能量基本上以热的形式释放。由于常用的线电极是黄铜丝或表面镀锌的黄铜丝，其熔点不高；线电极的直径又细，一般是0.1～0.3mm；线电极的运丝速度仅为5～15m/min，对于毫秒级时间来看，可看为一个静止的线电极与工件之间的放电。如果连续发生异常放电，并放电都集中在某一个小段线电极附近，这一小段的线电极急剧损耗，并在极短时间内，这小段线电极的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种线切割放电加工脉冲放电能量自适应控制方法，其特征在于，它包括了下述步骤：在线电极放电间隙发生微短路、微电弧状态时，取消本次的主脉冲能量；或发生异常放电时，减少主脉冲能量；或在连续发生异常放电状态时，逐步减少单个脉 冲能量和单位时间内脉冲能量；在线电极放电间隙恢复正常放电状态时，恢复主脉冲能量；或在连续恢复正常放电状态时，逐步地恢复正常的主脉冲能量，直至达到正常预设定的主脉冲的脉冲能量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：顾元章，
申请(专利权)人：顾元章，
类型：发明
国别省市：97[中国|宁波]