电火花线切割高频脉冲电源及运动控制系统研制

摘要

电火花线切割机床包括:高频脉冲电源、丝筒、机床床身、工作液循环系统、运动控制等部分。其中高频脉冲电源与运动控制部分对整个机床而言是最为关键的，脉冲电源性能的好坏直接影响加工表面的质量，不同的电参数加工出的工件的表面粗糙度是完全不同的。
　　脉冲电源的发展有些年代了，经过了几代发展，现已非常成熟。从晶体管脉冲电源到可控硅脉冲电源再到GRT脉冲电源，直到现在和各种开关电源的出现，电火花线切割机床的高频脉冲电源无不伴随着电力电子技术的发展而进步，如果没有电力电子技术的飞速发展，脉冲电源要想快速发展那是很难想像的。脉冲电源的形式也有多种，有多组脉冲电源、高低压复合脉冲电源、矩形脉冲电源等。本文所采用的是矩形脉冲电源，所采用的开关元件是IGBT功率开关器件，实现了控制简单，电源体积小，设计周期短的优点。
　　运动控制部分关系到加工精度的影响，如果运动不能达到所要求的功能，那就不能加工出所设定的零件，因此，必须重视运动控制部分的研究。运动控制部分包括直线插补、圆弧插补，间隙电压检测，以及工作台的快进快退，原点复位等功能。直线插补、圆弧插补的算法有多种，如逐点比较法、DDA法等。
　　储丝筒的转速控制在上丝时是相当必要的，上丝时要求转速很慢，而正常运转时又要求速度比较快，这就要求丝筒电机要能实现速度可调。储丝筒在换向时，脉冲电源必须关断，因换向瞬间，钼丝与工件相当于短路状态，电流会很大，非常容易熔断钼丝，因此换向时要断高频电源。
　　除了硬件之外，良好的人机交互也是设计时需要考虑的。因为人与机器的对话本来就不方便，如果能改善人机对话，使操作机床更加人性化，将提高生产率。触摸屏的使用使得控制不再像以前的机床一样那么多的按钮，那么多的接线，触摸屏将各种开关量统一集成在一个界面里，操作起来既方便又有良好的人机交互效果。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 本课题研究背景与意义

1．2 电火花线切割机床国内外研究现状

1．3 电火花线切割加工技术状况与应用

1．4 课题研究内容

第二章 高频脉冲电源

2．1 脉冲电源方案设计

2．2 主电路的设计

2．2．1 电路结构的确定

2．2．2 输入电路的设计

2．3 半桥电路

2．3．1 IGBT的选型

2．3．2 IGBT吸收电路的设计

2．3．3 偏磁现象及其防止方法

2．3．4 IGBT的开关特性

2．4 脉冲信号发生器

2．4．1 SG3525的引脚功能

2．4．2 SG3525的内部结构

2．4．3 SG3525的外围电路

2．5 半桥驱动电路的设计

2．5．1 M57962AL引脚功能

2．5．2 M57962AL内部结构

2．5．3 M57962AL外围电路

2．6 斩波电路的设计

2．6．1 KA101内部结构

2．6．2 KA101引脚功能

2．6．3 KA101外围电路

2．7 脉冲电源程序设计

2．7．1．芯片功能

2．7．2 PWM模块子程序

2．8 电源实物图

2．9 本章小结

第三章 运动控制系统

3．1 运动控制系统方案设计

3．2 控制系统的设计

3．2．1 引脚接法

3．2．2 限位开关

3．2．3 超程开关

3．2．4 丝筒的控制

3．2．5 水泵的控制

3．2．6 开关高频控制

3．3 插补

3．3．1 直线插补

3．3．2 圆弧插补

3．4 间隙电压检测

3．4．1 间隙电压检测电路设计

3．4．2 输出频率处理

3．4．3 频率处理程序

3．5 步进电机的特性

3．6 本章小结

第四章 人机交互系统

4．1 触摸屏的选择

4．2 人机通讯

4．2．1 通讯协议

4．2．2 串口通讯程序

4．3 电平转换

4．4 本章小结

第五章 实验

5．1 实验平台的搭建

5．2 电源的验证

5．2．1 试验方案

5．2．2 试验样品

5．2．3 加工电压波形

5．2．4 表面质量检测

5．2．5 数据分析

5．3 插补验证

5．4 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士期间发表论文

声明

致谢

附录1

附录2

附录3