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關鍵字： 模具加工；自適應；電源；單片機 摘　要： 電火花加工是當前模具加工的重要方法，電火花加工機床的電源已經成為現(xiàn)階段加工質量和效率提高的一個瓶頸問題。本文對目前國內外研究的各種自適應脈沖電火花電源的原理和方法進行了介紹，分析了其優(yōu)點和缺陷。并介紹了一種基于C8051單片機的新型電火花線切割自適應電源的設計方法。該系統(tǒng)能夠適應模具加工過程中加工條件的劇烈變化，大大提高線切割加工過程的穩(wěn)定性和模具加工質量。

電火花加工（EDM）作為模具制造的重要加工方法，已得到廣泛應用，并有著其它加工方法無可替代的優(yōu)點。其中電火花成型加工主要是用于各種型腔模，而電火花線切割則適用于加工各種形狀的沖模[1]。脈沖電源作為電火花加工機床的主要組成部分，提供擊穿加工介質所需要的電壓，并在間隙擊穿后提供能量以蝕除金屬�，F(xiàn)在常規(guī)的電火花脈沖電源大多采用簡單的機械操作，這種加工方式既對機床操作人員要求極高，又容易引起及其電氣故障。而采用自適應控制系統(tǒng)的脈沖電源，可以根據(jù)加工電流或間隙電壓的狀態(tài)自動調節(jié)加工電流脈沖波形，為機床操作提供方便，也有利于延長機床的使用壽命。脈沖電源的設計采用了模塊化處理，利于調試，又加強了抗干擾與可靠性設計[2]。傳統(tǒng)形式的電火花加工脈沖電源雖然在某些場合有應用，但是已不能完全滿足加工的一些要求，隨著計算機控制技術的發(fā)展以及復合加工技術的應用，對脈沖電源技術的要求也越來越高，隨之也涌現(xiàn)出了許多新型的自適應脈沖電源[3]

1 目前的幾種自適應電源的設計思路。

近來，電火花加工機床的發(fā)展方向和熱點是自適應的、智能化的和綠色的電源。目前有多所大學和研究所的科技人員都在研究和開發(fā)自適應電源，并且也取得了一定的成果。他們的設計思路主要有兩種：

1.1自適應加工精度規(guī)準的脈沖電源，電源能夠根據(jù)不同的加工規(guī)準，自動選擇機床的參數(shù)，如進給速度，脈沖寬度，脈沖間隔和脈沖電壓，原理如下：

線切割加工是一種技術性很強的工作，加工出的零件質量的好壞，在很大程度上依賴于操作者的技術水平。此種自適應加工脈沖電源通過建立線切割加工的工藝數(shù)據(jù)庫，使線切割工業(yè)實現(xiàn)資源共享，還可降低對操作人員的要求，盡量排除加工中的人為因素對加工零件的質量的影響，以提高加工零件的質量及加工自動化程度，為電火花加工的CAM，F(xiàn)MS打下基礎[4]。但是建立加工數(shù)據(jù)庫是一個工作量龐大的工作，需要大量的實驗數(shù)據(jù)，目前還沒有可靠的符合各種生產條件的穩(wěn)定數(shù)據(jù)庫。

1.2自適應控制機床伺服系統(tǒng)的脈沖電源，原理如圖2所示

系統(tǒng)對線切割機床電極絲間隙狀態(tài)進行檢測，然后反饋給控制器，然后控制機床的進給，以得到一個比較理想的加工間隙，如此來防止電弧和短路的產生。此方法可以提高加工表面的質量，但是缺陷在于放電間隙的放電狀態(tài)極其復雜，與放電間隙、工作液、工件的加工面積等等諸多因素有關。加工過程中如果由于瞬間排屑條件不好，或者工件本身有缺陷，間隙檢測系統(tǒng)檢測反饋后會給控制系統(tǒng)一個假象，誤以為是進給過多或者太少。然后系統(tǒng)會前進或者后退，這種進給的不連貫性導致加工表面質量變壞，加工效率降低。由于脈間必須保證消電離和排屑的需要，而微細電加工中加工介質和加工材料的不同導致了不同的加工條件，需要的脈間時間也各不相同^[5]。所以電源發(fā)出的脈沖信號的占空比必須可調，滿足高精度和高速的電加工要求。

2 自適應控制PWM輸出的脈沖電源

為了提高線切割自適應系統(tǒng)的控制精度，降低發(fā)生誤判斷的概率，提高加工質量和效率，本試驗室提出了一種基于C8051單片機的新型數(shù)控電火花脈沖電源設計方法。由單片機控制高速A/D采集放電電壓數(shù)值，根據(jù)電壓閾值判斷放電間隙狀態(tài)，按需求調整PWM輸出，調節(jié)放電間隙大小，從而有效提高了放電間隙的控制精度，減少了電弧和短路現(xiàn)象，提高加工表面的表面質量。

數(shù)控電火花脈沖電源的組成如圖3所示。由單片機控制器、信號調理模塊、功率放大模塊和鍵盤及顯示模塊幾個部分組成。單片機控制器為系統(tǒng)的控制及數(shù)據(jù)運算核心，完成數(shù)據(jù)采集和反饋信號生成等功能；信號調理模塊在放電間隙電壓輸出與脈沖電源之間構造光電隔離電路并將輸出電壓調整到系統(tǒng)A/D可接受范圍；信號放大模塊用于將單片機的PWM輸出放大并送線切割機床；鍵盤及顯示模塊用于人機交互。

2.1系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)的工作流程如軟件流程圖如圖4所示：

系統(tǒng)啟動后，根據(jù)被加工工件的材料與厚度（不規(guī)則工件取其最大厚度）以及需要達到的表面粗糙度，由鍵盤輸入推薦最優(yōu)脈寬和脈間，系統(tǒng)自動載入V1、V2閾值電壓的值，系統(tǒng)開始工作。同時，單片機控制A/D連續(xù)對放電電壓采樣、比較大小，然后判斷系統(tǒng)處于何種狀態(tài)，然后根據(jù)需求不斷調整PWM的輸出參數(shù)，使加工處于理想的火花放電狀態(tài)，直至加工結束。

3 結束語

高頻、脈寬脈間任意可調的自適應電源是提高模具電火花加工機床加工效率和質量的關鍵性技術。本文通過對一種基于新型的C8051Fxxx系列單片機的高效自適應電源的結構進行設計，設計出了能滿足要求的電源。經過實驗，獲得了滿意的工藝效果。證明了自適應電源研究方向的可行性，也證明了單片機控制的自適應電源是一種很有發(fā)展前景的脈沖電源技術。

參考文獻

[1]南歡.電火花加工變質層對模具成型表面的影響.模具制造技術，2006（7）：70～73.

[2]徐健，葉漢民，蔣存波，職燕.電火花加工中數(shù)控脈沖電源的設計.設計與研究，2006（10）：39～41.

[3]狄士春，王弢，于濱，趙萬生. 電火花加工脈沖電源研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].機械工程師，2002（10）：6～9.

4]朱琳生，趙建民. 電火花加工用自適應型高頻脈沖電源 微電子學與計算機，1995（5）：47~49.

[5] Fuzhu Han , Shinya Wachi , Masanori Kunied . Improvement of machining characteristics of micro-EDM using transistor type isopulse generator and servo feed control [J]. Precision Engineering, 2004,28：378~385.