基于DSP應(yīng)用于線切割機(jī)床的脈沖電源設(shè)計(08-100)

　　前言

　　線切割加工技術(shù)(WEDM)在眾多的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域如模具制造業(yè)、汽車制造業(yè)、航空航天制造業(yè)等起到了重要的作用。要制作一臺省略其次要結(jié)構(gòu)與技術(shù)環(huán)節(jié)的低速走絲電火花線切割機(jī)床樣機(jī)，其中包括兩項關(guān)鍵技術(shù)：1、數(shù)字無阻脈沖電源模塊，此模塊能完成精加工和精加工;2、間隙電壓檢測模塊，能保證切割加工過程高效平穩(wěn)進(jìn)行。國內(nèi)目前不具備自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品主要原因是沒有掌握間隙伺服控制系統(tǒng)設(shè)計、數(shù)字脈沖電源系統(tǒng)設(shè)計兩項關(guān)鍵技術(shù)。研究精密數(shù)控電火花線切割機(jī)床的數(shù)字脈沖電源系統(tǒng)設(shè)計這個關(guān)鍵技術(shù)，是為開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的精密數(shù)控電火花線切割機(jī)床提供必要的技術(shù)支持。通過對其的研究，再配合機(jī)械上的設(shè)計以達(dá)到所需的技術(shù)指標(biāo)。

　　本文提出了運(yùn)用DSP作為核心的線切割脈沖電源的設(shè)想。筆者設(shè)計了線切割加工機(jī)床用的脈沖電源模塊，并對輸出波形進(jìn)行了分析，優(yōu)化了在各種加工條件下的效率仿真實(shí)驗，實(shí)驗結(jié)果驗證了本設(shè)計的脈沖電源能夠滿足微細(xì)線切割加工的要求。用TMS32OLF2812DSP控制器芯片強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力、豐富的片內(nèi)外設(shè)和高速的實(shí)時控制能力，實(shí)現(xiàn)了交流采樣、頻率測量和PID控制等功能。對同步發(fā)電機(jī)出口端的定子電壓、電流進(jìn)行準(zhǔn)確測量。通過最優(yōu)控制的方法,得到精確的PWM控制信號輸出。實(shí)現(xiàn)一塊DSP多個控制的功能以及產(chǎn)生PWM脈沖波的脈沖電源。此樣機(jī)能達(dá)到中檔低速走絲電火花線切割機(jī)床的技術(shù)水準(zhǔn)：具備ns級大峰值電流脈沖電源，最大加工效率大于200 mm2/min有效加工效率達(dá)120-150mm2/min，表面粗粗度小于0.4μm (Ra≤0.4μm)，加工精度為±0.005mm左右。

　　線切割脈沖電源的整體設(shè)計

　　圖1是線切割脈沖電源的設(shè)計框圖

　　線切割脈沖電源主要包括:整流變壓及濾波電路、與PC機(jī)的通訊模塊、脈沖產(chǎn)生單元、功率驅(qū)動放大模塊、放電間隙電壓狀態(tài)檢測電路模塊。該脈沖電源與一般線切割加工脈沖電源的差別主要有兩點(diǎn):一是它比一般的脈沖電源多了一個間隙放電電壓比較模塊。通過該模塊實(shí)時地將電極絲與工件兩極之間的電壓與設(shè)定的電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生一控制脈沖發(fā)生器是否發(fā)脈沖的信號，能夠以最快的響應(yīng)速度切斷脈沖，可以有效的監(jiān)控電極絲與工件間的電壓情況，并實(shí)時矯正輸出脈沖電壓，這就避免了能量的不均勻引起表面粗糙度的惡化，從而能夠提高微細(xì)加工的表面質(zhì)量。二是DSP2812最高頻率能達(dá)到150MHz，運(yùn)用其高速脈沖的產(chǎn)生簡化常規(guī)設(shè)計電路，效率高，波形好，實(shí)時性也好。三是選用了DSP2812，其豐富的資源易于軟件與硬件的擴(kuò)展。