Генератор импульсов для электроэрозионных станков Советский патент 1982 года по МПК B23P1/02 

(54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННЫХ

СТАНКОВ

Изобрете.ние относится к электрофизическим методам обработки и может быть использовано в ключевых генераторах импульсов технологического тока для.электроэрозионных станков.

Известны ключевые, в частности, транзисторные генераторы импульсов для электроэрозионных станков, содержащие задающий генератор, каскады предварительного усиления импульсов и силовые блоки, транзисторы которых включены в цепь источника питания межэлектродного промежутка. Они позволяют производить обработку на черновых, получистовых и чистовых режимах.

В оптимальных условиях, когда обеспечена хорошая прокачка диэлектрика через межэлектродный промежуток, и текущая площадь электродов соответствует выбранному режиму, процесс обработки с известными генераторами протекает устойчиво.

Задающий генератор генератора импульсов выполнен в виде последовательно соединенных блокинг-генератора и одновибратора, логический эле мент И, предварительный усилитель мэщности, выходные полупроводниковые ключи, а также цепь обратной

связи, служащую для предохранения выходных ключей от перегрузок по току. Эта цепь- состоит из последовательно соединенных релейного усилителя, дифференцирующего элемента, импульсного элемента и триггера, работающего в регистровом режиме. Второй вход триггера подключен к выходу блокинг-генератора., а егст вы10ход присоединен к свободному входу элемента И f1

Однако при раббте генератора на чистовых режимах процесс обработки реальных деталей протекает,, как пра15вило, неустойчиво, что приводит к снижению производительности станков. Это связано с тем, что скорость нарастания среднего рабочего тока генератора не ограничена и определя20ется только скоростью изменения вероятности пробоя межэлектродного промежутка. Как следствие, концентрация частиц на небольших участках межэлектродногр промежутка также

25 может быстро нарастать, приводя к локализации разрядов и коротку за ыканию электродов. При этом из-за быстроты развития процесса регулятор подачи электрода-инструмент а

30 не успевает реагировать на возникающие отклонения, и обработка идет неустойчиво.

Целью изобретения является повылиение производительности станков путем повышения устойчивости процесса обработки.

Поставленная цель достигается тем, что генератор, в котором задающий генератор подключен через логический элемент И и предварительный усилитель мощности к выходным полупроводниковым ключам, содержа. 1ЦИЙ триггер, датчик рабочего тока и дифференцирующее устройство, введены фильтр нижних частот и пороговый элемент, причем выход датчика , соединен с входом фильтра, выход фильтра подключен к входу дифференцирующего устройства,.а выход последнего подключен к входу порогового элемента, выход которого соединен с вторым входом триггера.

Введенные в генератор фильтр -нижних частот и пороговый элемент вместе с датчиком рабочего тока, дифференцирующим устройством и триггером образуют цепь гибкой отрицательной обратной связи, которая замедляет переходный процесс изменения среднего рабочего тока путем регулирования паузы между импульсами. Это уменьшает возможность локализации разрядов и повышает устойчивость процесса обработки, так как за время нарастания среднего рабочего тока продукты эрозии успевают распределиться по больщей площади и более равномерно. Фильтр нижних частот выделяет сигнал по среднему току, а пороговый элемен служит для преобразования ан огового сигнсша в цифровой и задания зоны нечувствительности обратной связи к случайным колебаниям производной среднего тока и к импульсным помехам

На фиг.1 изображена схема генератора f на фиг.2 - диагрс1ммы напряжений при работе генератора.

Задающее устройство 1 через предварительный усилитель 2 мощности подключено к выходным блокам 3, которые питают межэлектродный промежуток 4. К резистору 5 в цепи межэлектродного промежутка присоединен вход датчика G рабочего тока, выход которого через фильтр 7 нижних частот, дифференцирующее устройство 8 и пороговый элемент 9 подключен к входу задающего устройства 1. Датчик 6, фильтр 7, дифференцирующее устройство 8 и пороговый элемент 9 входят в цепь гибкой отрицательной обратной свйзи по. среднему рабочему току, воздействующую на частоту генерируемых импульсов.

Задающее устройство 1 состоит из задающего генератора 10, D-триггера 11 и логического элемента И12, выходы которого подключены к прямому выходу задающего генератора и к инверсному выходу D-триггера. Последний имеет исполнительный вход 13, подключенный к инверсному выхо.ду задающего генератора, и информационный вход 14, являющийся входом для всего устройства 1.

Датчик 6 рабочего тока служит для получения сигнала по току через межэлектродный промежуток и, при необходимости, для гальванической развязки силовой цепи и цепи обратной связи. Он может быть выполнен, например в виде релейного элемента, присоединенного к резистору 5, или в виде импульсного трансформатора с первичной обмоткой в силовой цепи.

Фильтр 7 в простейшем случае состоит из резистора 15 и сглаживающего конденсатора 16, напряжение с которого поступает на вход диффе ренцирующего устройства 8. Устройство 8 (фиг.1) выполнено в виде операционного усилителя 17, во входной цепи которого включены резистор 18 и конденсатор 19, а в цепи обратной связи установлен резистор 20. Результируквдая передаточй ая функция последовательно соединенных фильтра 7 и дифференцирующего устройства В

ТоР

равна

W(P) + О(Тгр-|-1 )

Постоянная времени Т выбирается в пределах 0,2-1,0 с, а примерно равные постоянные времени Т, и Т рассчитывают по величине допустимых пульсаций напряжения на выходе дифференцирующего устройства. Для частот импульсов от 0,4 до 400 кГц этому условию соответствует интервал потоянных от 0,05 до 0,005 с и менее. Фильтр и дифференцирующее устройство могут быть объединены без изменения результируняцей передаточной функции, если конденсатор 16 переставить в цепь обратной связи усилителя 17 параллельно резистору 20.

Диаграмма (фиг.2) поясняет работу генератора при скачке вероятности прбоя межэлектродного промежутка от нул до единицы в момент прихода второго по счету импульса, на ней показаны напряжения: О - н& прямом выходе задающего генератора 10} (f - на межэлектродном промежутке 4; В - на ВЫХОДА датчика 6 TOKaj. 1. - на выходе дифференцирующего устройства 8; д - на инверсном выходе D-триггера 11; в - на выходе элемента И 12; УК. - пропорциональное среднему току при усреднении за время, не менее нескольких десятков периодов импульсов задающего хб ®Рэтор а .

Напряжение Uq соответствует порогу срабатывания элемента 9.

Генератор, работает следукяцим об-t разом. Прохождение импульсов от задающего генератора 10 к предварительному усилителю 2 и далее на .межэлек родный промежуток 4 зависит от сос.тояния О-триггера 11, информация в который записывается при положитель ном перепаде напряжения на его исполнительном входе 13. Сюда поступают импульсы с инверсного выхода задакидего генератора 10, поэтому момент записи информации в триггер соответствует заднему фронту импуль сов (фиг.-2а) . На инверсном выходе О-триггера появляется логический сигнал, противоположный тому, который был на информационном входе 14 в момент записи. Такая логика работы триггера позволяет исключить появление укороченных выходных импульсов и, тем самлм, предотвратить увеличение износа электродаинструмента. В исходном состоянии при отсутствии рабочего тока напряжение на выходе усилителя 17 равно О, поэтому на выходе порогового элемента 9логический сигнал равен О, а на инверсном выходе триггера 11 . С выхода задакяцего генератора 10импульсы через логический элемент И 12 поступают на предваритель ный усилитель 2 и далее на транзисторы выходных блоков 3, подключающи межэлектродный промежуток 4 к источ нику питания. Предположим, что,в момент времен t вероятность пробоя межэлектродно го промежутка изменяется скачком от О до 1 (фиг.2). На выходе да чика 6 тока появляется импульсное напряжение в моменты прохождения тока через промежуток 4, которое сглаживается фильтром 7 и подается на вход усилителя 17. В течение нек торого времени напряжение на выходе усилителя 17 нарастает до уровня U срабатывания порогового элемента 9, и как только этот уровень достигает ся, на выходе элемента 9 появляется сигнал 1. В следующий за этим момент 1,2. информация записывается в 0-триггер 11, на инверсном выходе к торого появляется сигнал О, и поступление импульсов от задгиоцего ге нератора 10 к предварительному усилителю 2 на некоторое время прекращается. Отсутствие выходных импульсов генератора приводит к уменьшени напряжения на выходе усилителя17, когда оно становится меньше порога и, на выходе элемента 9 снова появ ляется сигнал О. Очередным импуль сом на входе 13 он записывается в 0-триггер, на инверсном выходе кото рого появляется 1, и на усилитель 2 снова поступают импульсы от задаю щего генератора 10. Если при этом опять возникают разряды (фиг.2), цикл повторяется. С течением времени за счет заряда дифференцирующего конденсатора 19 паузы выключения выходных блоков сокращгиотся, а продолжительность их включения растет, поэтому средний рабочий ток плавно нарастает (фиг.2ж). В момент ц частота выходных импульсов становится равной частоте задающего генератора 10, и переходный процесс завершается. Время переходного процесса определяется постоянной времени Т и величиной напряжения UQ . При отрицательных приращениях частоты разрядов, т.е. и среднего рабо чего тока, а также при ее небольших случайных колебаниях около установившегося, значения сигнал на выходе порогового элемента 9 остается равным О. Поэтому все импульсы от задающего генератора 10 поступают на. предварительный усилитель 2 и далее на промежуток 4. Задающее устройство может быть выполнено также в виде управляемого напряжением автогенератора. При этом пороговый элемент нужно заменить элементом с пропорциональной характеристикой, имеющей эону нечувствительности. Однако представленная на фиг.1 схема более универсальна, так как применима для многоконтурных генераторов для обработки как прямоугольными, так и гребенчатыми импульсами, в поспедием случае запись информации в D-триггер должна происходить в, моменты окончания всего гребня. В многоконтурных генераторах каждый рабочий контур должен иметь свою цепь гибкой обратной связи.; В связи с тем, что предлагаемой генератор плавно увеличивает средний рабочий ток при начале обработки, вероятность локализгщии разрядов уменьшается возрастает время непрерывного протекания процесса, повышается производительность станков. При этом наибольший Ъффект достигается на чистовых режимах. Одновременно устойчивость процесса обработки повышается также за счет того, что . имеющаяся в генераторе цепь гибкой отрицательной обратной связи по среднему рабочему току оказывает форсирующее действие на регулятор подачи электрода-инструмента, работающий по напряжению на.межэлектродном промежутке. Это позволяет снизить требования к быстродействию регуляторов, шире использовать электромеханические систеь подачи. Формула изобретения Генератор импульсов для электроэрозионных станков, в котором задающий генератор подключен через логический элемент И и предвгфнтельн ш усилитель мощности к выходным полупроводниковым ключам, содержащий триггер, первый вход которого присов динен к выходу задающего генератора, а выход подключен к свободному входу логического элемента И, датчик рабочего тока, вход которого присоединен к цепи межэлектродного промежутка, и дифференцирующее устройство, о т л И чающийся тем, что, с целью повышения производительности станков путем повышения устойчивости процесUs

е са обработки, в генератор введены фильтр .нижних частот и пороговый элемент, причем выход Датчика рабочего тока срединен с входом фильтра, выход которого подключен к входу дифференцирующего устройства, а выход последнего к входу порогового элемента, выход которого соединен с вторым входом триггера. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 335070, кл. В 23 Р 1/02, 1972,