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电火花线切割脉冲电源的作用
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电火花线切割脉冲电源的作用

作者:admin   发布日期:2018-11-21 21:15   信息来源:/

 电火花线切割机(Wire cut Electrical Discharge Machining简称WEDM),属电加工范畴,是由前苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时,发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉,从而开创和发明了电火花加工方法。线切割机也于1960年发明于前苏联,我国是第一个用于工业生产的国家。
  电火花线切割脉冲电源是数控电火花线切割机床的重要组成部分,本文所设计脉冲电源主要应用于快走丝电火花线切割机。
  为了满足电火花线切割加工条件和工艺指标的需要,对脉冲电源要求如下:1)脉冲峰值电流要适当并便于调整;2)脉冲宽度要能在一定范围内分档调宽或调窄;3)脉冲间隙在脉冲宽度确定后,一定范围内可分档调节;4)只能输出单向脉冲;5)功放管输出的脉冲波形前沿和后沿以陡些为好;6)使用稳定可靠,易于制造和便于维修。
  整个开发过程分成四个步骤:
  第一步:绘制电路原理图。这一步主要是对电路硬件加以全面认识,为后面的编程做好准备。在这个环节上感觉一些基础的电子安装和维修很有必要,模电和数电的相关基础知识也要具备,当然单片机知识也要扎实。
  电源部分电路元件包括:整流二极管、滤波电容、7805、7815、LM317等。电路左侧两路交流低压AC10V、AC18V经连接插座输入两个桥式整流电路,再经过滤波、稳压(7805和7815)、调压(LM317)后分别输出+5V、+15V、+18V三路直流电压给板上其它部分供电。这里尤其要注意+5V电源部分的地线(GND1)与另外两组直流电源的地线(GND2)是分开的。RP1用于调整LM317的输出电压。
  数码管显示部分电路包括:共阳数码管3只、9012三极管3只、限流电阻等。PNP型三极管9012受AT89S51单片机的P0.1、P0.6、P0.7引脚控制,低电平有效接通共阳极数码管公共端电源,分时接通三只数码管可实现动态扫描显示。R9、R10、R11是基极控制电阻,R20-R27是各段限流电阻。
  单片机最小系统及按钮、数据存储部分。该部分电路元件包括:AT89S51单片机、脉冲参数调整按钮、X5045EEPROM芯片等。X5045是一种集看门狗、电压监控和串行EEPROM三种功能于一身的可编程芯片,共有八个引脚,各引脚的功能及连接描述如下:
  CS:芯片选择端,低电平有效。在规定的看门狗定时时间内给CS端一个上升沿,即可复位看门狗定时器,本电路将其与AT89S51的P1.4相连。
  SO:串行数据输出端,在此与AT89S851的P1.6相连。
  WP:写保护输入端,低电平有效,在此将其与5V电源正极相连,不加保护,可随时通过按钮对X5045中的脉冲参数进行修改。
  GND:接地端。
  SI:串行数据输入端,在此与AT89S51的P1.5相连。
  SCK:串行时钟输入端,在此与AT89S51的P1.7相连。
  RST:复位输出端,通过上拉电阻R8与AT89S51的RST相连实现看门狗复位,即在规定时间(此电路设定为1.4秒)内单片机没有喂狗操作,X5045将给单片机一个高电平复位信号,使其从头开始执行程序。
  VCC:电源正端,接+5V。
  第二步:查找相关元件资料及驱动程序。在这个电路中主要是查找X5045芯片资料及驱动程序,回想查找过程,上网是必不可少的,但网上的驱动程序通常要加以改动才能适用于自己的电路,还有些网站的程序是有错误的,这点在查找其它资料时也要注意加以辨识。
  第三步:加工工艺对脉冲电源要求脉冲宽度与脉冲间隙二者均要可调,但脉冲间隙档位所对应的时间与脉冲宽度档位有关,简单的说,脉冲宽度档位调定后,调整脉冲间隙档位时,脉宽档位及其所对应的时间均保持不变,但脉冲间隙档位调定后,调整脉宽档位时,脉冲间隙档位不变,但该档位对应的时间会随着脉宽档位的调整而相应变化。两个参数示意如图1所示,此波形是脉宽和脉间均为1档时的波形。这里特别说明,此处的脉冲波形是测量的单片机P3.1引脚输出的脉冲波形,它还要经过HP3120光耦的反相放大后才加到功率放大管,所以我们看到此处的波形是高电平时间(脉冲间隙)比低电平时间(脉冲宽度)长,实际经HP3120反相后加到电极丝上的高电平时间比低电平时间短。
  第四步:编写程序并调整直至达到要求。经过前面三个步骤,到这里就可以着手进行程序编写了,我的做法是先局部再整体,即先编写各个局部的驱动程序,再将它们进行组合调试。第一个写的是数码管显示程序,使之能实现正常的查表显示;第二个写的是按钮检测程序,用数码管显示出各个按钮的调整状态;第三个写的是脉冲输出程序,用两个定时器轮流工作实现不同的脉宽和脉间维持时间;第四个写的是X5045的读取程序,能够用单片机对它的指定单元进行数据读取和写入;第五个是进行整体组合调试,由脉冲参数表格可见,所有的脉冲输出状态分支较多,共有9*9=81个分支状态,要根据按钮的调整档位进行对应的查询,输出对应参数的脉冲。我的做法是先假定脉宽和脉间都只有两个档位,再将脉冲输出、按钮、数码管、X5045芯片几个部件进行联合调试,这样做的好处是先将程序总体调通,再进行档位和分支参数的添加,最终达到要求。程序流程图如图2所示。在调试过程中最大的问题在于,用延时程序进行按钮去抖动时,脉冲会消失,数码管也会失去显示,这在实际当中是不允许的,脉冲的瞬时有无会给电极丝很大的冲击,严重时会烧断电极丝,可见一般的延时程序是不可取的,经过尝试,我将脉冲输出、数码管显示部分进行子程序包装,利用若干次调用这个子程序实现一定时间的延时,较好地解决了按钮延时去抖动的问题。由此可见教学编程与工程应用编程还是有区别的。
  总结整个开发过程,感受很多。语言方面我是用的是汇编语言,对于这个课题,我认为汇编是比较合适的,可以较准确地实现微秒级的定时控制。电路方面我感受到工程应用的电路与实验实习板上的电路是不一样的,这里的所有输出都有光耦进行隔离,接地也是分开的,这样可以有效的抑制外部干扰,当然看门狗也是必不可少的,因为总有些难以预料的原因会导致单片机死机。程序方面我根据一些资料的介绍,在各处添加了NOP空指令陷井,效果如何要等到一定时间的试机后才能知道。
 

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