微细电解加工窄脉宽脉冲电源的设计与实现

摘要

微细电解加工是微细加工领域的一个重要研究方向，已经得到世界上许多国家的高度重视。应用于微细电解加工的脉冲电源是微细加工系统的重要组成部分，脉冲电源性能指标的好坏将直接影响微细电解加工工艺指标的优劣，因此研制出满足微细加工要求的脉冲电源具有重要的意义。国内外的大量研究实验表明：应用单个脉冲能量可控的高频窄脉宽脉冲电源是实现微米级的电化学加工精度的最有效途径之一。
　　 本文首先从微细电解加工脉冲电源的基本原理出发，对影响微细电解加工精度的脉冲电源指标参数和影响实现窄脉宽的技术因数进行理论分析和讨论，为窄脉宽的脉冲电源设计奠定理论基础。
　　 针对微细电解加工对脉冲电源的技术指标要求，给出了微细电解加工窄脉宽脉冲电源的硬件设计方案。以单片机和CPLD作为微控制器的核心，利用模块化的方法对放电主回路、控制回路和反馈控制回路进行了系统的设计。同时，运用ModelSimSE对高频脉冲产生单元各子模块进行了全面的仿真，验证了脉冲电源设计方案的可行性。
　　 以构建的窄脉宽脉冲电源的硬件系统为平台，基于微细电解加工的基本需求，完成了上位机操作界面和窄脉宽脉冲电源软件系统的设计，实现了数据通讯、一定范围内脉冲电源技术参数和加工参数的在线设定及放电间隙检测等控制任务。
　　 最后，应用本文设计的窄脉宽脉冲电源在不同的脉宽下，在微细加工装置上对镍片进行微细孔加工对比实验，并对脉冲电源关键模块输出的脉冲波形进行观察和分析。加工实验结果表明：加工出来的微细孔表面精度良好；且脉冲电源满足预期设计的窄脉宽要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题背景

1.2微细电解加工原理

1.3微细电解加工脉冲电源的研究现状

1.3.1微细电解加工微秒级脉冲电源

1.3.2微细脉冲电解加纳秒级脉冲电源

1.4课题研究的目的和意义

1.5课题主要研究的内容

第2章微细电解加工脉冲电源设计方案的选择

2.1脉冲电源参数对微加工技术的影响

2.1.1被加工工件工艺性的影响

2.1.2加工效率的影响

2.2微细电解加工脉冲电源的参数对加工间隙的影响

2.2.1加工电压对加工间隙的影响

2.2.2脉冲电源的频率对加工间隙的影响

2.3杂散电容充放电积聚能量的分析

2.4影响实现窄脉宽技术因素的分析

2.5微细电解加工脉冲电源设计要求

2.6本章小结

第3章微细电解加工窄脉宽脉冲电源的硬件设计

3.1微细电解加工窄脉宽脉冲电源的整体设计

3.2放电回路的设计

3.2.1工作调节电压模块的设计

3.2.1电流控制模块的设计

3.3控制回路的设计

3.3.1串行通信模块的设计

3.3.2下位机控制器

3.4高频脉冲产生单元的设计

3.4.1脉冲发生模块的整体设计

3.4.2数据锁存模块的设计

3.4.3脉冲发生子模块的设计

3.4.5脉冲切断模块的设计

3.5驱动放大模块的设计

3.5.1开关型器件的选择

3.5.2影响MOSFET开通关断的主要因素的分析

3.5.3驱动电路的设计

3.6反馈控制回路的设计

3.6.1电压比较模块的设计

3.6.2放电间隙检测模块的设计

3.7电源抗干扰设计

3.7.1干扰信号主要来源

3.7.2抑制干扰信号的措施

3.8本章小结

第4章微细电解加工窄脉宽脉冲电源的软件设计

4.1微细电解加工窄脉宽脉冲电源软件总体方案的设计

4.2上位机操作软件的开发

4.3主控程序的设计

4.3.1主程序的设计

4.3.2串行通讯子程序

4.4脉冲产生单元程序设计

4.5本章小结

第5章微细电解加工窄脉宽脉冲电源的实验研究

5.1微细电解加工窄脉宽脉冲电源的波形研究

5.1.1脉冲发生单元输出波形

5.1.2驱动放大电路输出波形

5.1.3 MOSFET输出波形

5.2微细电解加工窄脉宽脉冲电源的加工试验

5.2.1实验环境

5.2.2微细孔的加工试验

5.3本章小结

第6章总结及展望

6.1全文总结

6.2研究展望

参考文献

附 录

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢