CN1025988C - 用于放电切削加工的电源电路 - Google Patents
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Abstract
一种用于放电切削加工的电源电路，包括第一开关装置，用于将直流电源电压供至放电切削电极与工件之间的放电间隙；第一能量消耗电路，其有设在第一开关装置输出侧上的第二开关装置，和第二能量消耗电路，它有并行设置于放电间隙附近的第三开关装置。所述第一能量消耗电路的第二开关装置和所述第二能量消耗电路的第三开关装置是在第一开关装置被断开之后导通的。
Description
概括地说，本发明涉及用于放电切削加工的电源电路，更具体地说，涉及如此结构的电源电路，即，在借助一开关装置将直流电源电压加到一放电切削加工电极和一工件之间的放电间隙，放电切削加工的速度是通过减少该开关装置的关断时间，很快地将开关装置关断后储存于导线中的能量释放掉而得以提高的。
为了迅速地排放储存在导线等的电感内的能量以及储存在寄生电容内的能量，美国专利4，450，337中提到发明了一种部件，这种部件相当于图4中所示的二极管42用一个晶体管来代替，但是这个晶体管位于工件1和放电电极2附近。
然而，上述美国专利4，450，337并没有在构成图4中所示的开关装置的晶体管4的附近处设置能量消耗电路。
图4表示一种传统型用于放电切削加工的电源电路的结构。图5是有助于说明图4所示电路所产生波形的示意图。
图4中，标号1代表工件，2代表放电电极;3代表一直流电源，该电源将直流电压施加于工件和放电电极2的两端。标号4代表构成一开关装置的晶体管，以便将电压加到工件1和放电电极2的两端。标号41代表电阻器，42代表二极管;符号Lo表示导线的电感;G1表示晶体管4的栅极电压;I表示电流;E表示电压;Rg表示间隙电阻。
首先，如图5所示G1的电压被加到晶体管4的栅极。一加上栅极电压G1，晶体管4便导通而使直流电压E3从直流电源3加到工件1和放电电极2上。此时，进行控制以使放电电极2逐渐接近工件1，并使工件
1和放电电极2上的电压E3在放电开始前维持高电平，而在放电开始后降低到某一较低电平。
当晶体管4截止时，贮存在导线电感Lo中的能量（由流入工件1和放电电极2之间的放电间隙的电流I1形式）变为电流I2，该电流又经由二极管42流过放电间隙中的间隙电阻Rg。该间隙电阻Rg是由工作液体、切屑、寄生电容等因素确定。虽然储存在导线电感Lo中的能量因存在二极管42，在通过间隙电阻R9时呈指数规律减小，但使晶体管4维持在截止状态的截止时间必须较长，因为需要等待电流I2变为零。也就是说，若由于储存于电感Lo中的能量或储存于寄生电容CO和CG中的能量，电压E3存在于放电间隙中，就会引起难于将切屑、自由碳和其它浮动物质从放电间隙清除出去的问题。在放电间隙中存在这些浮动物质情况下若将直流电压E3加在工件1和放电电极2之间时，放电则会是不希望有的集中放电，从而导致电弧放电。产生电弧放电会使工件表面粗糙，加速电极损耗或使放电切削中断。为解决这一问题，如前面已指出的，必须使晶体管4维持于截止状态的截止时间加长。然而较长的截止时间导致了一个不希望有的较低切屑速度问题。
本发明的目的在于提供一种结构成经由一开关装置将一直流电压施加到放电电极和一工件之间的用于放电切削的电源电路。
本发明的另一目的是提供一种通过在开关装置被判断后泄放积存在导线等电感中的能量而提高切削速度和改善切削加工表面的表面粗糙度的用于放电切削的电源电路。
本发明的又一目的是提供一种能对如小孔之类进行放电切屑加工的用于放电切削的电源电路。
本发明还有一个目的是提供一种通过缩短放电截止时间而减少电极的损耗的用于放电切削的电源电路。
本发明的目的是通过以下措施来达到的：
用于放电切削加工的电源电路，包括用于将一直流电源电压加至放电切削加工电极和工件间放电间隙的第一开关装置，一个有设置于所述第一开关装置输出侧之第二开关装置的第一能量消耗电路，和一个有与所述放电间隙并联设置的第三开关装置的第二能量消耗电路，其特征在于：
所述第一能消耗电路的所述第二开关装置和所述第二能量消耗电路的所述第三开关装置是在所述第一开关装置被关断之后导通的。
本发明的用于放电切削加工的电源电路，通过设置能量消耗电路而在所述开关装置被关断后快速泄放储存在导线等电感中的能量和积存在寄生电容中的能量，从而提高切削速度，以及有助于消除切屑、自由碳和其它浮动物质，且能防止电弧放电。
现参照附图，通过实例对本发明作详细的描述。
图1 是有助于说明本发明一个实施例的电路图。
图2 是有助于说明图1所示实施例所产生波形的一个示意图。
图3 是有助于说明本发明另一实施例的电路图。
图4 是说明先有技术结构的一个电路图。
图5 是有助于说明图4所示先有技术产生的波形的一个示意图。
图1是说明为实施本发明放电切削加工的电源电路结构的一个简图。该图中标号1表示工件;2表示放电电极;3表示直流电源;4至7表示晶体管;8表示电容器;9至12表示二极管;13至15表示电阻;16表示晶体管5的栅控电路。符号Lo表示导线电感;I表示电流;E表示电压;G表示各晶体管的栅压。
图1所示实施例具有如下结构，即，由栅压G1控制的晶体管4组成的第一开关装置，将电压E3加到工件1和放电电极2之间的放电间隙;在第一开关装置的输出侧还设有第一能量消耗电路，其中二极管10连到由第二开关装置组成的并联电路，第二开关装置具有电容器8和晶体管
5和电阻器14;此外对所述第一能量消耗电路还设有一栅控电路16，该电路根据电容器8的充电电压电平输出一栅压G2，以控制晶体管5;配置了一个由第三开关装置的晶体管6和二极管11组成的第二能量消耗电路，该第三开关装置与放电间隙并联并受栅压G3的控制;配置了一个由第4开关装置的晶体管7，电阻15和二极管12组成的第三能量消耗电路，其与第一能量消耗电路并联设置，并受栅压G4的控制。该实施例具有这样一种结构，以致在第一开关装置的晶体管4截止之后，使第二能量消耗电路的晶体管6导通，当至少加到放电间隙的电压E3降到预定电压以下时，使第三能量消耗电路的晶体管7导通。
图1中，在晶体管4截止的同时，晶体管6导通，由流过工件1和放电电极2的放电电流I1积聚在导线电感Lo中的能量通过第一能量消耗电路的电容器8放电。因此，电容器8被充电。电容器8的充电电流是由第一能量消耗电路的栅控电路16监测，以使电容器8的充电电流达到预定电压电平时，栅压G2被加到第一能量消耗电路的晶体管5的栅极。随之，晶体管5导通。结果，储存于电容器8的电荷在第一能量消耗电路的晶体管5上放电。因此，当电容器8上的电压维持在预定值时，储存于电感Lo中的能量经由第一能量消耗电路耗散。
当加到晶体管4的电压E2降到电容器8的电压以下时，与第一能量消耗电路并联设置的第三能量消耗电路中的晶体管7被导通，从而使上面提及的能量通过该开关迅速耗散掉。因此，防止了在工件1和放电电极2的两端产生振荡电流，而且由于电容器8的电压维持在预定值而防止了不希望有的高电压施加到第一开关装置的晶体管4上。于是，储存在导线电感Lo中的能量可很快释放掉，从而可减小晶体管4维持于截止状态的截止时间。换言之，将于后面说明的图2所示截止时间TOFF可被缩短。
以下参照图2详细描述图1所示实施例的操作。
在图2所示预定截止时间TOFF经过后，晶体管G1导通，一个电压施加于工件1和放电电极2两端。由于所进行的控制使放电电极2靠近工件1，故一旦加上电压，便会在放电间隙进行放电。图2所示电压E3的迅速下降便表明这一放电现象。从这一放电发生时间起，经过一段预定时间T后，晶体管G1截止。也就是说，图2所示的晶体管G1处于导通状态的那段导通时间TON结束了。以下将更详细地着重说明能量消耗方面问题。
当图2中所示的栅压G1施加到晶体管4的栅极时，晶体管4导通，使直流电压E3经由导线电感Lo加到工件1和放电电极2的之间。接着，在工件1和放电电极2两端发生放电，对工件1进行切削加工。由于工件1和放电电极2之间的放电间隙是受到逐渐减小的控制的，故此工件1和放电电极2之间的电压变化如图2中的E3所示。
在晶体管4维持在截止状态的时间间隔内，所进行的控制是使晶体管6导通，也就是说，使这两个晶体管彼此交替地处于相反状态。
在晶体管4处于导通期间，正如图2中I2所示晶体管4截止时的情况一样，贮存在导线电感Lo中和寄生电容CO和CG中的能量被释放。这使得电容器8经由电阻13和二极管9和二极管10而充电。电容8的充电电压受到晶体管5的栅极控制电路的监测，并当电容器8的充电电压达到预定电压时，将一脉冲电压G2加到晶体管5的栅极。晶体管5随之导通，电容器8中的电荷经由电阻14和晶体管5耗散掉。当电容器8的电压维持在一预定值时，储存于电感Lo中的能量被消耗。甚至在这段时间内，晶体管6还保持在导通状态，以免电流I1流过具有间隙电阻的放电间隙。结果，没有电压加到放电间隙，故在初期即可清除放电间隙中的切屑和其它漂浮物质。
当加到晶体管4的电压E2降到维持在预定值的电容器8的电压值以下时，贮存在前述电感Lo中的能量不能经由第一能量消耗电路而放电。
这可能会在该电路中通过寄生电容器而产生振荡。为避免这一现象，使晶体管7导通，以使该能量经由第三能量消耗电路以一种非振荡形式耗散。借此，贮存在导线电感Lo中的能量经由晶体管6和7很快地消耗掉。
如上所述，在图1所示的实施例中，储存在导线电感中的能量和积聚在寄生电容CO和CG中的能量均在放电切削加工截止时间内，经由晶体管5至7的能量消耗电路以一种非振荡形式很快消耗掉。因此，使放电截止时间得以显著缩短。放电间隙两端电压为零使放电间隙中的切屑和自由碳易于排除。因此，前述能量可迅速消耗掉而不致使放电发展为电弧放电，从而可使放电截止时间缩短，和进一步提高切削速度。
图3是图解说明本发明用于放电切削加工的电源电路的另一实施例简图。该实施例除了省略了图1所示的第三能量消耗电路（晶体管7，电阻15和二极管12）外，基本上与图1所示的实施例相同。图3中，与图1相同标号对应相同部件。标号17至19代表电阻;20代表脉冲输入端;21至23表示缓冲器;24表示光耦合器;25表示输入脉冲波形成形部分;25-1表示单稳多谐振荡器;25-2表示触发器。标号26指示一间隙电压检测装置，用以检测工件1和放电电极2之间的放电间隙电压。下面将详细描述图3所示电路在从脉冲输入端20输入的输入脉冲处于“导通”状态期间和该输入脉冲处于“截止”状态期间的工作情况。
（1）输入脉冲20处于“导通”状态时间内的工作情况
由于来自缓冲器21的信号作用，使晶体管4导通。这导致直流电源3的电压被加到放电间隙。
然而，只要晶体管4保持在导通状态，则晶体管5由于其被加上一反向电压而不导通。
构成能量消耗电路另一部分的晶体管6在不给予导通栅极信号时，维持在截止状态。这是因为当输入通过对所述单稳多谐振荡器25-1和触
发器25-2的输入脉冲波形进行整形而得到的信号时，光耦合器24的输出电阻被减小了。于是，电流经由电阻器19流入耦合器24。其结果是：缓冲器23的输入端电位下降，同时输出端的电位也下降。因此，没有“导通”信号加加晶体管6的栅极，故使其保持在截止状态。
在此情况下，放电电极2适于下降，以减小放电间隙。这样，放电发生在放电间隙中，以切削工件1。间隙电压检测装置26检测放电的发生。此时，由一适当装置（图中未示出）从放电开始之时起计数至预定时间，在经过该预定时间后便切断前述输入脉冲20。
（2）输入脉冲20处于“截止”状态时间内的工作情况
当输入脉冲20被切断时，晶体管4截止，从而中断了放电电压的供应。
当输入脉冲20被切断时，晶体管6，（作为能量消耗电路的组成部分）被导通。这是因为当切断输入脉冲20时，缓冲器22的输出变为零，因此没有电流流到光耦合器24的输入侧，使其输出电阻增大。结果通过电阻19加到缓冲器23输入端的电压增大，同时输出电压也增大，也就是说，一栅压被加至晶体管6。另一方面，由贮存于导线电感Lo，寄生电容器CO和放电间隙电容CG的能量所产生的电压以正向电压形式加到晶体管6的源极和漏极。使晶体管6得以导通。
当晶体管4截止而晶体管6导通时，由储存在导线中的能量所产生的电流流过晶体管6到二极管10再到电容器8，如图中点划线所示。也就是说，上述能量中的一部分是以电流流动时的焦耳热形式消耗掉了，其余部分作为电荷传输给电容器8。
这就消除如下不希望有的情况：在第一开关装置的晶体管4被关断期间，电荷留在间隙中致使不能使电压为零。
无论晶体管4是导通还是截止，由于电容器8充电，该充电电压逐渐增大。当电容器8的电压达到预定值，晶体管5的栅控电路16测得该
电压，给晶体管5发送一个“导通”信号。当晶体管5导通时，电容器8经电阻器14→晶体管5放电。也就是说，储存在电容器8的能量当其流过电阻器14和晶体管5时以焦耳热形式消耗掉了。
晶体管5的开关特性可能劣于晶体管4，因为晶体管5的作用仅仅是当电容器8的电压达到预定值时才导通，而此时晶体管4已导通和截止了若干次。
为了避免由电离作用（电解作用）引起的氧化，在实际可行的情况，馈送用于放电切削的单个电压脉冲的持续时间最好应较短。甚至当具有短矩形波的脉冲被连续施加时，积聚在导线中的能量也能通过上述能量消耗电路的作用而迅速消耗掉。这有助于避免在放电间隙总加有电压的不希望有的情况。
正如以上所述，在图3所示实施例中，在放电操作之间的放电中断时间内，放电间隙中不再积聚任何大能量。这防止了由电解作用引起的氧化并便于清除放电间隙中的切屑。此外，图2所示的“截止”时间TOFF可显著缩短，因此，通过增加单位时间的放电次数便可提高切削速度。
Claims (5)
1、用于放电切削加工的电源电路，包括用于将一直流电源电压加至放电切削加工电极和工件间放电间隙的第一开关装置，一个有设置于所述第一开关装置输出侧之第二开关装置的第一能量消耗电路，和一个有与所述放电间隙并联设置的第三开关装置的第二能量消耗电路，其特征在于：
所述第一能量消耗电路所述第二开关装置和所述第二能量消耗电路的所述第三开关装置是在所述第一开关装置被关断之后导通的。
2、如权利要求1所述用于放电切削加工的电源电路，其特征在于：
所述第一能量消耗电路具有一个与所述第二开关装置并联连接的电容器，和用于根据所述电容器的充电电平控制所述第二开关装置的栅控电路。
3、如权利要求2所述的用于放电切削加工的电源电路，其特征在于所述第一能量消耗电路具有一与所述电容器串联连接的二极管。
4、如权利要求1或2所述的用于放电切削加工的电源电路，其特征在于：还包括一个由与所述第一能量消耗电路并联连接的第四开关装置所组成的第三能量消耗电路。
5、如权利要求4所述的用于放电切削加工的电源电路，其特征在于：所述第三能量消耗电路的所述第四开关装置是在所述第一能量消耗电路中进行了一预定时间间隔的能量消耗以后导通，而在所述第一开关装置变为导通以前截止的。
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