ГЕНЕРАТОР РАБОЧИХ ИМПУЛЬСОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО КОПИРОВАЛЬНО-ПРОШИВНОГО СТАНКА ДИПОЛ (ГРИ ЭЭКПС)
POWER PULSES GENERATOR FOR ELECTRO EROSION REPRODUCING PUNCHING MACHINE DIPOL (GRI EEKPS)

Изобретение относится к электроэрозионной обработке, в частности управлению рабочими параметрами технологического тока (ток и напряжение), обеспечивающего эрозионный (режущий) эффект в электроэрозионном станке.
Известен генератор импульсов ШГИ 63-440 для электроэрозионной обработки металлов (Техническое описание ЗЕИ 729.016.70, 1979 г.), включающий блок питания, платы силовых ключей и ключей поджига.
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности автоматического регулирования величины тока в процессе обработки в зависимости от состояния межэлектродного промежутка.
Известен также генератор импульсов ШГИ-М2 для электроэрозионной обработки металлов (ШГИ-80 2-200М2, техническое описание ИАВК 435312042 ТО, 1991 г.), принятый за прототип, включающий блок питания, блок системы управления, платы силовых ключей и ключей поджига. Данный генератор снабжен регулятором тока, расположенным на панели блока системы управления и обеспечивающим возможность автоматического регулирования величины тока в процессе обработки в зависимости от состояния межэлектродного промежутка. Регулирование тока производят с помощью регулятора тока изменением длительности паузы между пакетами импульсов.
К недостаткам данного устройства следует отнести следующее: при электроэрозионной обработке достаточно часто критическое состояние межэлектродного промежутка приводит к процессу шлакования с последующим разрушением детали и электрода-инструмента, приводит к снижению качества обработки и в производительности работы станка в целом.
Технический результат заявленного изобретения направлен на снижение вероятности шлакования детали и электрода-инструмента путем гибкого управления технологического тока, контролем за состоянием межэлектродного промежутка и повышение производительности процесса электроэрозионной обработки за счет повышения стабильности процесса.
Достижение указанного технического результата обеспечивает генератор рабочих импульсов для электроэрозионного копировально-прошивного станка, характеризующийся тем, что он содержит блок управления технологическим током, выполненный с возможностью программного управления, блок секций маломощных ключей, блоки секций силовых ключей и блок управления упомянутыми функциональными блоками, выходы которого соединены с соответствующими входами блока управления технологическим током, блока секций маломощных ключей и блоков секций силовых ключей, при этом один из выходов блока управления технологическим током соединен с блоком управления функциональными блоками, а другой его выход соединен с входом блока секций маломощных ключей и входом блоков секций силовых ключей, причем один выход блока секций маломощных ключей соединен с входом блока управления функциональными блоками, а другой его выход соединен с объединенными между собой выходами блоков секций силовых ключей с возможностью подключения к электроду, при этом другие выходы блоков секций силовых ключей соединены с входом блока управления функциональными блоками, который выполнен с возможностью подключения к устройству числового программного управления станка.
Генератор рабочих импульсов для электроэрозионного копировально-прошивного станка, в дальнейшем именуемый «ГРИ ЭЭКПС», является электротехническим устройством и служит для преобразования трехфазного переменного тока промышленной частоты в униполярный импульсный ток регулируемой амплитуды, частоты и скважности. ГРИ ЭЭКПС применяется для питания технологическим током автоматизированных электроэрозионных копировально-прошивочных станков.
На фиг. 1 представлена блок-схема генератора рабочих импульсов для электроэрозионного копировально-прошивного станка, где:
1 - блок управления функциональными блоками,
2 - функциональный блок - управление технологическим током,
3 - функциональный блок - маломощные ключи,
4 - функциональный блок - силовые ключи, блок питания (на схеме не показан).
В отличие от прототипа заявленное устройство ГРИ ЭЭКПС дополнительно содержит программно-управляемый узел, который использован в блоке управления технологическим током 2. Данный блок имеет устройство программного изменения параметров выходного тока, обеспечивающее ручной или автоматический ввод, автоматическое отключение при неверно набранном сочетании параметров при ручном вводе генерации импульсов.
Такое выполнение генератора обеспечивает автоматическое регулирование величины и параметров технологического тока и состояния межэлектродного промежутка. Также данный ГРИ ЭЭКПС отличается от известных аналогов тем, что он обладает более высоким коэффициентом полезного действия, стабильностью установленных параметров импульсного тока, крутизной переднего фронта импульса напряжения, наличием блока управления и высоким уровнем системы управления (генератор импульсов управляются компьютерной системой ЧПУ и реализуют функции адаптивного управления электроэрозионным процессом), и имеет систему самодиагностики, обеспечивает широкий диапазон регулирования основных параметров импульсов, имеет надежную защиту от короткого замыкания, использует современной элементную базу, обеспечивающей высокое качество функционирования. ГРИ ЭЭКПС позволяет обеспечивать выполнение всех функций, необходимых для работы станков в ручном или автоматическом режиме.
Управляющие сигналы с устройства числового программного управления (УЧПУ) поступают на вход блока управления 1, выходы которого соединены с входом блока управления технологическим током 2, блоком маломощных ключей 3 и блоком силовых ключей 4. Выход блока управления технологическим током 2 соединен с блоком управления 1, другой выход соединен с входом блока маломощных ключей 3 и входом блоков силовых ключей 4. Один выход блока маломощных ключей 3 соединен с входом блока управления 1, а другой его выход соединен с выходами блоков силовых ключей 4. Один выход блока 4 соединен с входом блока управления 1, а другой выход соединен с выходами других блоков силовых ключей 4 и блоком маломощных ключей 4.
Блок управления 1 формирует сигналы запуска секций силовых ключей в блоках 4, а также вырабатывает аналоговые и цифровые сигналы обратной связи для блока ЧПУ, отображающие состояние эрозионного промежутка (ЭП) и состояние блоков маломощных и силовых ключей генератора. В блок управления 1, кроме формирователей импульсов напряжения и тока, в состав входит задающая и измерительная части, схемы выделения состояний пробоя («поджига») и короткого замыкания (на схеме не показаны). Измерительная часть, кроме определения различных параметров генератора (пиковые и средние напряжения и токи зазора, ток потребления и т.п.), формирует сигналы и выделяет состояния наличия или отсутствия контакта с электродом-инструментом для проведения контактных измерений с целью определения координат кромки, центров отверстий угла разворота заготовки относительно координатных осей и других параметров. Цифровые логические цепи блока 1 выполнены на программируемой логической матрице с энергонезависимой памятью, для которой, в отличие от плат блока ЧПУ, не требуется загрузка после каждого выключения питания.
Блок 2 изменяет параметры импульсов выходного тока на рабочих частотах в зависимости от задаваемых блоком 1 значениях. Изменение амплитуды выходного тока производится ступенчато путем изменения работающих количества секций ключей в блоках 3 и 4. Изменение количества работающих ключей в блоках 3 и 4 (формирователи маломощных, силовых и «поджигающих» импульсов) производится посредством блока 1 на основании рабочей программы.
Импульсы технологического тока формируются секциями ключей блока 3 и блоков 4 генератора. Секции на блоке 3 генерируют импульсы, обеспечивающие пробой эрозионного промежутка (поджиг). Форма выходных импульсов тока блока 3 близка к половине периода синусоиды, создаваемой колебательной LC-цепью, индуктивность которой сравнительно мала, т.к. создается в основном подводящими проводами в рабочей ванне. Блок 3 содержит четыре относительно маломощные генераторные секции силовых ключей, управляемые каждая своим сигналом возбуждения. Первая секция блока 3 собрана по трансформаторной схеме с ограничением тока, допускающей большую гибкость управления. Три других секции собраны по LC-схеме. Блок 3 обеспечивает чистовую обработку заготовки на финишных проходах, участвует в процессе определения параметров эрозионного промежутка, а также выдачу диагностических сигналов своего состояния для дальнейшей обработки их в блоке 1.
Блоки 4 производят при резании основную энергию импульсов тока после пробоя. Они обеспечивают генерацию импульсов напряжения и технологического тока и подачу его на эрозионный кабель, а также выдачу диагностических сигналов своего состояния для дальнейшей обработки их в блоке 1. Блоки 4 содержат по четыре мощных генераторных секций силовых ключей, которые замыкают на эрозионный промежуток через балластные резисторы напряжение питания. Силовые ключи, размещенные в блоках 4, идентичны между собой и независимо друг от друга управляются каждый своими сигналами управления. В блоках также размещены усилители управления ключами и схема сигнализации о пробое выходных каскадов в силовых ключах. Секции этого блока реализованы по LC-схеме. Форма выходных импульсов силовых ключей блоков 4 близка к прямоугольной. Блоки силовых ключей 4 обеспечивают генерацию импульсов напряжения и технологического тока на эрозионный кабель, а также выдачу диагностических сигналов своего состояния для дальнейшей обработки их в блоке 1. Для улучшения условий возникновения разряда в эрозионном промежутке, совместно с «силовыми» импульсами к эрозионному промежутку, прикладываются короткие по длительности высоковольтные «поджигающие» импульсы, формируемые в «поджигающих» секциях блоков 4. «Поджигающие секции» обеспечивают пробой эрозионного промежутка (поджиг), а силовые секции этого блока обеспечивают генерацию основной энергии импульсов тока при резании. Силовые ключи, периодически открываясь, формируют на нагрузке (эрозионном промежутке) пакеты униполярных импульсов тока или импульсов тока гребенчатой формы. Импульсы гребенчатой формы получаются сложением на нагрузке токов ключей, генерирующих пакеты «силовых» импульсов, и токов ключей, генерирующих «защитные» импульсы (импульсы с длительностью, равной длительности пакета).
Выходы секций силовых ключей объединены через диодную развязку на общую выходную шину, к которой подсоединены центральный проводник коаксиального эрозионного кабеля, оплетка которого подключаются к шине, связанной с «минусом» источников питания генератора. Так как центральная шина связана с электродом - инструментом, а оплетка - с заготовкой, то получается многосекционный генератор, все секции которого могут работать независимо одна от другой и которые периодически включаются в различных комбинациях в зависимости от выбранного режима работы.
Параметры импульсов тока на выходе генератора определяются количеством одновременно включаемых секций блоков 3 и 4 в каждом периоде повторения. При одновременном включении нескольких секций их энергии складываются, а амплитуда и длительность суммарного импульса тока возрастают. Чем больше длительность импульса возбуждения, тем больше напряжение заряда конденсатора соответствующей секции и тем больше амплитуда импульса тока, то есть больше мощность, подаваемая в ЭП. Количество одновременно работающих секций в разных периодах повторения может быть различным, т.е. возможна модуляция по мощности. Все секции имеют электрическую защиту по пиковой и средней мощности, а также тепловую защиту.
Для адаптивного управления с эрозионного промежутка снимается сигнал, поступающий в блок 2 и затем на вход блока 1. На основании этого сигнала анализируется состояние эрозионного промежутка.
Сравнительный анализ между прототипом и данным устройством позволяет сделать вывод о том, что предложенная схема генератора обеспечивает выполнение всех заявленных требований.
Генератор рабочих импульсов для электроэрозионного копировально-прошивочного станка, включающий блок управления функциональными блоками 1, блок 2 управления технологического тока, блок 3 маломощных ключей и блоки 4 силовых ключей, отличающийся тем, в нем применен программно-управляемым блок 2. Этот блок имеет устройство программного изменения параметров выходного тока, обеспечивающее ручной или автоматический ввод данных, автоматическое отключение при неверно набранном сочетании параметров при ручном вводе генерации импульсов. Данный генератор рабочих импульсов для электроэрозионного копировально-прошивного станка обеспечивает автоматическое регулирование величины и параметров технологического тока, гибкое управление технологическим током и контроль состояния электроэрозионного промежутка. Также этот ГРЭЭКПС отличается от известных аналогов тем, что он обладает более высоким коэффициентом полезного действия, стабильностью установленных параметров импульсного тока, высоким уровнем системы управления (генератор импульсов управляются компьютерной системой ЧПУ и реализуют функции адаптивного управления электроэрозионным процессом), а также имеет систему самодиагностики, обеспечивает широкий диапазон регулирования основных параметров импульсов, имеет надежную защиту от короткого замыкания, использует современную элементную базу, обеспечивающую высокое качество функционирования. ГРИ ЭЭКПС позволяет обеспечивать выполнение всех функций, необходимых для работы станков в ручном или автоматическом режиме.