微细电加工脉冲电源的研究

摘要

微细电加工因具有非接触式加工、无宏观切削力等传统切削加工难于比拟的独特优势而在微细加工领域有着广阔应用前景，已广泛的运用于汽车、仪器仪表、模具、医疗器械、航空航天等众多领域。脉冲电源作为微细电加工装置中最重要的组成部分之一，其性能的好坏将直接影响到加工的各项工艺指标。随着对多种微细加工技术复合加工装置的研究日益深入，适用于多功能微细电加工的多功能脉冲电源的研究具有着重要意义，因此本文着力于研究一种既可进行微细电火花加工又可进行微细电化学加工的脉冲电源。
　　本文首先通过查阅大量文献对当前微细电加工以及微细电加工脉冲电源研究现状分别进行了研究。并在对脉冲电源参数对微细电加工的影响分析基础上，综合微细电火花和微细电化学的需求提出了一种多功能微细电加工脉冲电源的设计。
　　本文设计的微细电加工脉冲电源主要由放电主回路、驱动电路、间隙电压检测电路等硬件电路模块和上位机监控软件、单片机控制系统、CPLD功能模块构成的控制系统模块组成。脉冲电源以单片机和CPLD为双控制核心，CPLD为主振元件，单片机控制CPLD产生高频脉冲驱动功率开关管快速导通和关闭，从而控制脉冲放电主回路的通断。同时实时检测间隙电压，并传回给CPLD进行电压值平均，并输出对应频率的脉冲给运动控制卡(PMAC)实现工作台的运动速度控制。在间隙发生短路时CPLD切断脉冲输出，用软件方法实现电源短路保护。设计了不同的放电主回路，编制了上位机监控软件，实现了脉冲电源加工参数在线可调。最终可实现一种电源用于微细电火花和微细电化学两种加工中。
　　最后针对所研制的脉冲电源进行了性能测试。测试了微细电火花加工和微细电化学加工下不同脉宽的脉冲波形。测试结果表明所设计的电源是可行的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 微细电加工技术的研究现状

1．2 微细电加工脉冲电源研究现状

1．3 课题研究目的与意义

1．4 课题主要研究内容

第2章 脉冲电源基础理论的分析

2．1 微细电火花加工机理

2．2 脉冲电源参数对微细电火花加工影响分析

2．3 微细电化学加工机理

2．4 脉冲电源参数对微细电化学加工影响分析

2．5 微细电加工脉冲电源的设计要求

2．6 本章小结

第3章 脉冲电源硬件模块的设计

3．1 微细电加工脉冲电源的总体结构设计

3．2 放电主回路的设计

3．3 MOSFET驱动电路的设计

3．4 反馈控制回路的设计

3．5 电源干扰来源及抗干扰设计

3．6 本章小结

第4章 脉冲电源控制系统的设计

4．1 脉冲电源控制系统的总体方案设计

4．2 上位机监控软件的设计

4．3 单片机控制系统设计

4．4 CPLD高频脉冲产生单元的设计

4．5 本章小结

第5章 脉冲电源的调试

5．1 CPLD脉冲发生器输出波形测试

5．2 输出电压波形调试

5．3 电源调试过程中解决的问题

5．4 本章小结

总结与展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢