一种电火花加工设备放电间隙控制方法

yzwindos

额。。这个。。改不了坏习惯。。一想问题就又深入了。。不自觉的又申请了一个发明专利。 现在公布出来。这下算开源了吧？有能力的自己使用欢迎。希望造福坛友。请勿用于商业。谢谢。

    本方法涉及一种电火花加工设备放电间隙控制方法，尤其是一种可应用于线切割机床、电火花穿孔机、电火花成型机等电火花加工设备的放电间隙控制方法。本发明的方法为电火花加工设备工件与电极之间的放电间隙控制提供了一种简单、廉价、精确、主动高效、有自适应性、有容错性、广泛实用于各种工作要求的解决方法。

传统方法


本方法


[0016] 电火花间隙控制的根本目的就是控制间隙。虽然我们探测到的是放电状态，但这只是一个表面现象，间隙才是导致不同放电状态的本质。如果有5种放电状态，必定存在5种放-电间隙范围。按经典的理论来划分，间隙范围对应5种放电状态分别为：“开路间隙范围”、“正常放电间隙范围”、“过渡电弧间隙范围”、“电弧放电间隙范围”、“短路间隙范围”。
[0017] 开路间隙范围：开路状态对应的间隙范围。
[0018] 正常放电间隙范围：正常放电状态对应的间隙范围。
[0019] 过渡电弧间隙范围：过渡电弧状态对应的间隙范围。
[0020] 电弧放电间隙范围：电弧放电状态对应的间隙范围。
[0021] 短路间隙范围：短路状态对应的间隙范围。
[0022] 开路和正常放电间隙的分界位置为“开路放电分界面”。
[0023] 从“开路放电分界面”到工件的这段范围统称为“放电间隙范围”。
[0024] 从工件表面开始以上的所有空间统称为“间隙范围”。
[0025] 电状态我们称为“开路”、“放电”、“短路”。
[0026] 电火花设备的电极与工件之间的电火花放电状态我们称为“开路状态”、“放电状态”、“短路状态”。
[0027]
其实多少种放电间隙范围并不重要。那要取决于人类定义多少种放电状态。必定放电间隙才是产生放电状态的本质。如果以间隙范围来考虑问题事情就变的简单了。从理论上讲，我们只要知道了“开路放电分界面”，“正常放电间隙范围”自然就在它的旁边。当然这样是不够严谨的。这样我们没有办法，精确的控制电极所在的间隙范围。必定要知道“短路”的位子才能知道整个“放电间隙范围”的宽度。才能依靠实验经验知道“放电间隙范围”的大体分布位置。这样我就能随心所欲的控制电极所在的深度以达到我们想要的效果。这种理论下，对于“过渡电弧”和“电弧放电”的放电状态的判定变得透明。我们不用去判定它们，然而它们仍然存在。
[0028] 我们怎样才能探测到“开路放电分界面”和“短路”的位子呢。我们只需要探测“开路”“放电”“短路”3种电状态。然而由于电火花放电都是脉冲的特殊情况。自然要引入“开路状态”“放电状态”“短路状态”3种电火花放电状态。
[0029] 那电火花放电状态和电状态有什么关系呢？我们必须要以现实应用的角度，判定“开路状态”和“放电状态”的区别。脉冲之间的间隙从电状态来讲都是“开路”。那么脉冲之间的间隙要怎样判定为“开路状态”还是“放电状态”呢？RC震荡器中的每一个脉冲都是有电流流过的。而脉冲电源呢？当电极在“正常放电间隙范围”内时并不是有100个脉冲。就会有100个放电的。无效脉冲总是有可能的。工作介质稍微恶劣一点无效脉冲率还可能比较高。甚至还会有干扰和错误元素的影响。所以检查每一个脉冲是否为“开路”或“放电”状态也不合适。不管有没有无效脉冲率，使用真实发生了“放电”的脉冲间隔时间长短来判定是否为“开路状态”或“放电状态”都更加合适一点。总体上来说“开路状态”和“放电状态”在时间上有一定的关联，无法分别下定义。那让我们讨论一下“放电状态“和“开路状态”的区分吧。“放电状态”必定是一连串发生了“放电”电状态的脉冲，这是“放电状态”的本质。当检测到“放电”发生的时刻，在Δt的时间内必定再次发生“放电”。“放电状态”的起始时间是起于检测到“放电”发生的时间点的。在检测到“放电”发生的时间点之前，是“开路状态”。“放电状态”期间，如果在Δt之内没有发生放电，在Δt的结束时刻，状态就转化为“开路状态”。“开路状态”的起始时刻也正是“放电状态”的结束时刻。这个Δt因不同的设计而不同，但总能找到一个很宽的范围。Δt的最小值无限接近于现实中发生两个“放电”脉冲的时间间隔。Δt的数值最大值可以到无穷大。只是说越接近最小值，效率越高。但略略提高这个值可以增加容错能力，使加工更稳定。现实生活中是不可能取无穷大的。而“短路状态”在脉冲电源中必定是一连串的脉冲都发生了“短路”现象或是RC震荡器中的一个连续的“短路”现象。当检测到一个脉冲为“短路”时或一个短路的开始前沿时，为“短路状态”的开始时间。一般这时的操作是快速回退。当下一次检测到“开路”的时刻。即为“短路状态”的结束时刻，也是“开路状态”的开始时刻。下一次检测到“开路”的时刻，在脉冲电源和RC震荡器中也有些不同。一般来说，再脉冲电源中，扫描检测总是和时钟同步的，当一个脉冲为“开路”即为“开路状态”的开始。而RC振荡器。要保持和放电同步。一般是以放电前沿信号作为同步信号的。然而短路期间没有触发信号了，这个“开路状态”怎样检测呢？自然需要在同步之外，还有一个检测“开路”的程序。可以是一个循环程序，当然也可以是以“短路”的后延作为触发信号的程序。不论如何只要能有效的检测到“开路”电状态就行。
[0030] 下面我们讨论一下电状态、电火花放电状态、“间隙范围”以及“开路放电分界面”的关系。我们一般认为当电极由“开路间隙范围”慢慢靠近工件的过程中。当发生“放电”时也就是“放电状态”的起始时刻，即到达非常接近“正常放电间隙范围”的最远端，非常接近“开路放电分界面”的位子，这样也就探测到“开路放电分界面”在那一时刻的位置了。在目前的科技状况下，无论步进电机还是伺服电机乃至光标等记录这一位置都是很简单的事情。知道了“开路放电分界面”的位置只要再知道“短路”位置自然就知道了整个“放电间隙范围”的宽度。再加上实验经验也就了解“间隙范围”的分层情况了。只是“短路”会留下一个热点。但是如果探测到“开路放电分界面”后。立刻切换为小电流，去探测“短路”位置。自然就不会留下有害的热点了。当然无害的“短路”位置测试方法也许还有很多，这只是一种方法。当电压一定，工作介质一定。“放电间隙范围”的宽度就基本上没有多大变化。当然如果工作中介质或电压会变化的情况。也可以根据情况择机测试。所以检测“短路”的次数即使必要时也是很少的。这样把电极放在“放电间隙范围”内的任何深度在目前的科技状态下都是能做到的。


只是公布的部分数据。    具体数据将在1年之后。专利网上会全部公布。具体效果请看在下设计的东东。 呵呵。很多人看了我的那个帖子。但却没有注意到一个很大的不同。几乎所有便携是点火花都有一个电位器调节旋钮。这个是为了当工件更换时调节。采集电压用的。但是在下的没有。这是传说中电火花设备的适应能力。包括在快速走丝机上都有这个调节旋钮。高级一点的成型机。即慢走丝线切割也有这个功能。但它们付出的代价是巨大的。社么“模糊控制"  "小波分析”什么的。   模糊控制出来时，宣传词有“超级的模糊”
这种控制方式怎样说呢？“正常的清醒” 具体制造过程请看以下链接：

http://bbs.5imx.com/bbs/viewthread.php?tid=520724&highlight=%B5%E7%BB%F0%BB%A8

2012年 7月25  发布简化版视频讲解。微微恶搞。大家见笑了。



请大家拍砖。

[ 本帖最后由 yzwindos 于 2012-7-25 21:40 编辑 ]

耶路撒岭

电路图呢?

yzwindos

恭喜您做上沙发了。呵呵。  授之以鱼  不如授之以渔。   方法都有了  还要什么？   要了电路图还要  程序源代码   要了源代码  肯定想要原理。   原理都公布了。   有能力的人应该没问题了吧？？何况在下思维比较奇怪。表达方式比较抽象。学校学习时记录的笔记只有自己能看懂呵呵。。。算了嘛。。还是吧电路图公布一下嘛。。。希望有用。应该还是有很多有用信息。不过目前电路图还没有定版。没办法要对自己的 设计负责。还有很多细节要落实。  还有里面的电阻的阻值都是乱的。因为目前在结构的审核阶段。还没有到落实数据的阶段。也就是说各个模块都在测试。稳定性干扰性。目的不是稳定  而是更稳定。



[ 本帖最后由 yzwindos 于 2012-2-28 10:14 编辑 ]

兔子

这么复杂啊,

yzwindos

:em17: 哎一不小心就搞复杂了。。。。。。。:em25:    改不了的坏习惯呀。。。。

天天搞实验板  程序呵呵。。过段时间就搞。。车床铣床搞零件了。。。哎。。






[ 本帖最后由 yzwindos 于 2012-2-28 10:22 编辑 ]

seibu

火花机？我们厂有，自从玩上模型，模具加工机器全学会了:em15:

fuwz88

公开了，就不错:em26:

快捷修理

电火花加工放电状态,到目前为止,业界通常把它分为：
开路、正常火花放电、过渡电弧放电、稳定电弧放电和短路五种状态

(一) 开路，介质没有被击穿，电压最高，电流最小，
(二) 正常火花放电，电压波形上有高频杂波分量出现，峰值大，有击穿延时现象。
     而在形成火花放电过程中电压电流波形平直规律性整齐。
(三) 过渡电弧放电，波形上高频杂波分量几乎没有，击穿延时也不明显，波形无规律。
     这种波形可通过伺服控制恢复为正常火花放电，也可因间隙状态变化而自行恢复为
     正常火花放电，因此它是作为理论研究提出的，实际加工控制过程中不需要专门测量。
(四) 稳定电弧放电，电压波形及电流波形都很平滑，容易烧伤工件及电极，
     由于对工件没有蚀除作用，如果继续进给，很快就会演变为短路
     对于大功率稳定电弧烧伤形成的黑斑，如果不擦除，有时候加工无法继续进行，
(五) 短路，电压很低，电流很大，波形光滑。虽然短路本身不蚀除工件，也不损伤电极，
     但在短路处造成了一个热点，当短路消除时易引发拉弧。
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由于开路和短路状态识别非常简单一般无需讨论，
而过渡电弧放电既可以归为有效状态，也可以归为无效状态，
由于过渡电弧放电仍然具有蚀除能力，因此一般不做专门测量和控制

所以重点就在：正常火花放电和稳定电弧放电的判断，
实现手段，从古老的全分立电路，到集成电路，到单片机电路，
判断方法，有高频检测法，击穿延时法，间隙电压(电流)的检测法等，
分析模式有专家法，小波分析法，模糊法，神经网络法等等
系统控制的范围，从伺服跟踪扩大到脉冲电源，即所谓的自适应脉冲电源，

tan128

:em26:

快捷修理

感觉楼主的脉冲放大推动级有问题啊,我仿真了一下,
输入脉宽10US/间隔50US,峰值12V的矩形波,
首先出来的形波已经反相,变成脉宽50US,间隔10US了,
而且形波在7.5-12V之间变化,也就是说,末级功率管未完全关断啊,
这样的电路实际工作时应该混有直流成分,很容易拉弧,
而且也很容易烧功率管,对你的设计来说,还容易烧变压器

yzwindos

原帖由 快捷修理 于 2012-3-7 11:56 发表
感觉楼主的脉冲放大推动级有问题啊,我仿真了一下,
输入脉宽10US/间隔50US,峰值12V的矩形波,
首先出来的形波已经反相,变成脉宽50US,间隔10US了,
而且形波在7.5-12V之间变化,也就是说,末级功率管未完全关断啊,
这样 ...

很高兴  您能回复。。。   就算我的帖子还是有用。。。本来以为大家都不会看的呵呵。。。

我不知道您用的是什么仿真软件。。但我是一个很严格的人。。这个场效应驱动是。。通过工业验证的。。是电动自行车。。的场效应驱动完全版。  仿真  和  真实测试。。我都做过。。全部通过。工作稳定。场效应管温度有效的控制。


跟您讨论很高兴。。。还有这个电路图我已经声明了。。只有有限信息。。。不 保证正确。。没进过严格审核。这个电路的供电是 14V-20V。。再次修正。

我们都是搞研究的人。。。看到您很亲切。。。谢谢顶贴。。。欢迎再顶贴。。。

ysq000

不是一般的复杂

快捷修理

仿真软件用的是Multisim.V10,
再仔细看了一下电路,原来是我看错了,把Q2看成了NPN管,
修正后,仿真通过了,性能确实不错,提高VCC就能提高输出峰值,
我原来用的是这款电路,提高VCC不能提高输出峰值,还是你这个先进

yzwindos

原帖由 快捷修理 于 2012-3-7 19:28 发表
仿真软件用的是Multisim.V10,
再仔细看了一下电路,原来是我看错了,把Q2看成了NPN管,
修正后,仿真通过了,性能确实不错,提高VCC就能提高输出峰值,
我原来用的是这款电路,提高VCC不能提高输出峰值,还是你这个先进

呵呵。。。欢迎您继续关注。。。Multisim.V10   很不错。
其实最重要的不止是电压峰值，因为场效应管电流很大。节电容比较大。在高频的工况下。驱动电路 上升和下降时的电流也能很重要。不然频率越高。上升和下降的斜率都很大。会使功率管负荷很重。容易烧毁。所以有两只三级管。即负责给场效应管上的分布电容大电流快速充电和大电流快速放电。保证电路的高效和稳定性。

当然也有利用斜率的。减少电极消耗。但在下几经考虑，在这一款设计中还是决定以稳定至上。使用了这个电路结构。  其实实验中主要电流放大只用一颗场效应管就能稳定的工作了。。在设计中，提升了3倍的安全性。使用了3可场效应管。所以设计中花的时间很多。从考虑结构，到仿真，到真实电路的测试。以及反复思考漏洞。  消耗了相当多的时间。但我希望我的设计对得起自己。因为是按自己以后研发其他东西设计的。以后自己也要用。以一个使用者来看待整个设计的平衡性。希望设计不错，复制出来的机器也不错。


还希望广大坛友，多提意见。毕竟一个人的脑袋是有局限的。在这里也向 “快捷修理” 表示感谢。 有什么问题大家多讨论，大家共同进步。呵呵。。。:em00:   

“快捷修理”兄看了在下的间隙控制理论没？？也多提意见哈。。。。不过目前实验。。自适应性能不错。进给积极主动。   谢谢。。。

[ 本帖最后由 yzwindos 于 2012-3-7 20:35 编辑 ]

阿尔法

不错，我前段时间也研究了一下，检测电流的状态是比较直接的，就是楼主说的放电的3个状态不是很好分辨出来。

阿尔法

我的想法是检测电流，反馈控制电极给进，用电位器控制放电状态。所以楼主说的那3种放电状态需要操持者经验来判断。
不过可以选择合适的电路，把放电电流调节范围放大，把3个放电状态中有用的那部分提取出来，用电位器控制，作为加工速度调节。

[ 本帖最后由 阿尔法 于 2012-3-7 21:55 编辑 ]

水平凹

:em00:

快捷修理

yzwindos兄的间隙控制理论篇幅太大,没有突出中心思想,我暂时只能这样理解,
先探测到“开路放电分界面”的位置,再立刻切换为小电流，去探测“短路”位置,
然后把电极放在“放电间隙范围”内的合适深度,
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而我原来的思路是直接利用间隙电压控制马达的转速与方向,让进给速度尽量接近蚀除速度,
由于采用开关量控制，马达的启停都非常迅速，效果类似于脉宽调制的PWM调速，
从而保证在间隙空载时有较快的进给速度，在开始放电后又有稳定的低速微动性能，
目前实际使用中感觉性能也不错,系统造价比较便宜,

快捷修理

我感觉在高频脉冲电源中检测电流的状态并不简单,
因为目前主流的高频电源中虽然也有限流电阻,
但是由于有多路功放管,限流电阻相应也多达4-9个,
如果只从一个限流电阻取样,显然误差太大,
如果每个限流电阻都单独取样,显然电路很复杂,
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不知道能不能用微型高频电流互感器直接从输出线来取样

阿尔法

实际应该不需要探测短路位置，只是电路上应该设计短路控制，防止意外造成短路。