趙衍青

（泉州信息工程學(xué)院機電工程系，福建 泉州362000）

0 引言

電火花加工是把兩電極浸泡在工作液中，在其兩極間施加高頻脈沖電壓，通過每次放電時形成的瞬時、局部高溫，逐次微量地把金屬材料蝕除下來，從而切割成形的一種特種加工方法，又稱電蝕加工或放電加工［1－2］。作為電火花加工機床的核心組成部分，脈沖電源提供擊穿加工介質(zhì)所需要的能量，同時為間隙擊穿后蝕除金屬提供能量，其特性的好壞直接影響生產(chǎn)效率的高低和設(shè)備加工的穩(wěn)定性［3－4］。近年來，電火花加工技術(shù)在機械制造業(yè)中得到不斷發(fā)展，隨之對脈沖電源技術(shù)的研究也越來越深入。

1 電火花脈沖電源的電路結(jié)構(gòu)

本脈沖電源由脈沖信號發(fā)生器獲得高頻脈沖信號，該信號通過功率放大后，再控制功率開關(guān)管MOSFET的通斷，為加工間隙提供需要的脈沖電源，同時對加工放電狀態(tài)進行檢測并反饋給脈沖信號發(fā)生電路，獲得最佳的加工放電脈沖。電源結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 脈沖電源結(jié)構(gòu)框圖

該脈沖電源的最關(guān)鍵部分為脈沖信號發(fā)生電路，它以CPLD與MCU為控制核心，能夠產(chǎn)生脈寬窄頻率高的脈沖信號，且脈沖信號的脈寬能夠在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)并在線設(shè)置，可處理由檢測反饋回的放電狀態(tài)信號。脈沖信號發(fā)生器的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 脈沖信號發(fā)生電路結(jié)構(gòu)圖

其結(jié)構(gòu)主要包括CPLD脈沖信號發(fā)生模塊和單片機控制模塊。單片機控制模塊的功能：一是負責(zé)與上位機的通訊；二是對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換與處理；三是給CPLD置入上位機設(shè)定的參數(shù)。CPLD采用EPM570T1003N芯片，并應(yīng)用VHDL高速硬件描述語言編寫放電脈沖控制程序。其作用是：根據(jù)單片機產(chǎn)生的控制信號及由上位機置入的脈沖參數(shù)產(chǎn)生脈沖信號，并及時處理由放電狀態(tài)檢測電路反饋回的信號［5－6］。

2 脈沖電源軟件設(shè)計的基本結(jié)構(gòu)

圖3是脈沖電源軟件設(shè)計的基本結(jié)構(gòu)，它以P89LV51RD2單片機芯片為硬件載體。為提高程序的可讀性和移植性，采用C語言編寫單片機程序［7］。

圖3 脈沖電源系統(tǒng)軟件基本架構(gòu)框圖

3 脈沖電源的脈沖波形測試與分析

3.1 測試連接

把接口線的一端連接到計算機的打印機，另一側(cè)連接測試板的JPGA口。各設(shè)備按圖4所示進行連接。

圖4 測試系統(tǒng)連接圖

3.2 不同參數(shù)波形的對比分析

在電火花加工中，單個脈沖寬度和能量的大小影響加工質(zhì)量的好壞，它們的值越小，加工出來的工件質(zhì)量越高。該測試電路板分別測試了脈沖寬度為1μs和0.2μs、占空比都為0.5時的脈沖波形。其波形圖如圖5、圖6所示。

通過測得的波形圖可以看出，在脈沖寬度為1μs和0.2μs時，該脈沖電源模塊都能得到比較穩(wěn)定的脈沖信號，即說明其能夠得到脈寬小、頻率高、能量小的單個脈沖電源，滿足電火花加工的要求。

4 結(jié)語

圖6 脈沖寬度為!.#μ?時的輸出波形

采用CPLD器件設(shè)計的脈沖電源可獲得性能穩(wěn)定、脈沖頻率高、單個脈沖能量小的放電脈沖。另外，在電火花脈沖電源中應(yīng)用CPLD器件，可減小脈沖電源體積，增強設(shè)計靈活性，提高電源可靠性，縮小產(chǎn)品開發(fā)周期，降低成本，可滿足電加工對日趨復(fù)雜的加工技術(shù)需求。

［1］劉晉春，白基成，郭永豐.特種加工［M］.第5版.北京：機械工業(yè)出版社，2008

［2］趙衍青.微細電火花加工微能脈沖電源模塊的研究［D］.南昌：華東交通大學(xué)，2011

［3］趙亞利，郭烈恩，楊閃閃，等.電火花微細加工微能脈沖電源模塊的研究［J］.機械工程師，2009（3）

［4］徐揚帆，李彬，譚明波.基于CPLD的高頻窄脈寬脈沖電源的設(shè)計［J］.船電技術(shù)，2012（S1）

［5］廖裕評，陸瑞強.CPLD數(shù)字電路設(shè)計［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2001

［6］吳強，盧智良，朱寧.CPLD器件在電火花加工脈沖電源中的應(yīng)用［J］.電加工與模具，2009（4）

［7］徐愛鈞，彭秀華.單片機高級語言C51應(yīng)用程序設(shè)計［M］.北京：電子工業(yè)出版社，1998