專利名稱：高速鋼刀具電解強(qiáng)化電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于刀具加工設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種通過(guò)高頻脈沖進(jìn)行電解加工的高速鋼刀具電解強(qiáng)化電源。
背景技術(shù)：
高速鋼由于具有極高的硬度、熱穩(wěn)定性和熱硬性，已大量應(yīng)用于制造各種切削加工工具。高速工具鋼在切削過(guò)程中，刀刃本身不僅要承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切應(yīng)力和沖擊、振動(dòng)負(fù)荷，同時(shí)還要受到工件和切屑的強(qiáng)烈摩擦作用。導(dǎo)致刀具在使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)磨損、卷刃、崩刃或折斷等現(xiàn)象，縮短了刀具的使用壽命，降低了生產(chǎn)效率，同時(shí)增加了生產(chǎn)成本。因此，提高刀具的使用壽命至關(guān)重要，應(yīng)用電解強(qiáng)化對(duì)金屬刀具進(jìn)行加工是一種新的嘗試。人們通過(guò)大量的試驗(yàn)和研究發(fā)現(xiàn)，采用脈沖電解加工的效果好于一般直流電解加工，并在實(shí)踐中，證實(shí)了應(yīng)用高頻脈沖電源進(jìn)行電解加工的可行性和優(yōu)越性。而當(dāng)前所采用電解加工的脈沖電源一般為IOOHz 20kHz，電流一般為100A以下，且成本高、笨重，不易于搬運(yùn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種輸出脈沖頻率、電流和電壓可調(diào)范圍大且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的高速鋼刀具電解強(qiáng)化電源。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，本發(fā)明包括調(diào)壓器，其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是調(diào)壓器、變壓器、整流濾波電路、絕緣柵雙極型晶體管IGBT依次連接，IGBT分別與電流控制電路和驅(qū)動(dòng)電路連接，驅(qū)動(dòng)電路與脈沖控制電路連接，直流供電電路分別與驅(qū)動(dòng)電路和脈沖控制電路連接。
作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述電流控制電路采用IGBT柵源電壓控制方式。
作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述柵源電壓控制方式采用穩(wěn)壓管來(lái)實(shí)現(xiàn)。
進(jìn)一步地，本發(fā)明所述驅(qū)動(dòng)電路采用芯片EXB841。
更進(jìn)一步地，本發(fā)明所述脈沖控制電路采用雙555電路結(jié)構(gòu)，一個(gè)用于調(diào)節(jié)頻率， 另一個(gè)用于調(diào)節(jié)占空比。
另外，本發(fā)明所述IGBT旁設(shè)置有溫度繼電器。
其次，本發(fā)明所述穩(wěn)壓管采用CM400HA-12H型號(hào)。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用元器件少、成本低，體積小、重量輕。本發(fā)明可按加工要求提供分檔可調(diào)電流，可達(dá)200A以上；頻率和占空比在大范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，且互不影響。本發(fā)明輸出脈沖在IOOHz 40kHz范圍內(nèi)可調(diào)，電流從0 200A范圍可調(diào)，電壓在5V 25V范圍內(nèi)可調(diào)。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1為本發(fā)明基本構(gòu)成框圖2為本發(fā)明脈沖控制電路原理圖3為本發(fā)明電流控制電路示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明包括調(diào)壓器，其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是調(diào)壓器、變壓器、整流濾波電路、絕緣柵雙極型晶體管IGBT依次連接，IGBT分別與電流控制電路和驅(qū)動(dòng)電路連接，驅(qū)動(dòng)電路與脈沖控制電路連接，直流供電電路分別與驅(qū)動(dòng)電路和脈沖控制電路連接。
所述電流控制電路采用IGBT柵源電壓控制方式。
所述柵源電壓控制方式采用穩(wěn)壓管來(lái)實(shí)現(xiàn)。
所述驅(qū)動(dòng)電路采用芯片EXB841。
所述脈沖控制電路采用雙555電路結(jié)構(gòu)，一個(gè)用于調(diào)節(jié)頻率，另一個(gè)用于調(diào)節(jié)占空比。
所述IGBT旁設(shè)置有溫度繼電器。
所述穩(wěn)壓管采用CM400HA-12H型號(hào)。
本發(fā)明實(shí)質(zhì)上是在直流電源的基礎(chǔ)上加上一個(gè)開關(guān)器件組成，直流電經(jīng)開關(guān)器件的斬波，形成輸出單向高頻脈沖直流電。對(duì)高速鋼刀具電解強(qiáng)化電源有以下幾個(gè)要求①電源電壓、電流在大范圍內(nèi)可調(diào)；②輸出頻率從IOOHz 40kHz或更高范圍可調(diào)、占空比能在大范圍內(nèi)可調(diào)的矩形波。
本發(fā)明直流電源部分分主電路直流電源和脈沖驅(qū)動(dòng)直流供電部分。主電路直流電源和脈沖直流供電部分一樣均采用傳統(tǒng)的直流電源組成原理，先將市電變壓，后經(jīng)整流濾波得到所需的直流電。為實(shí)現(xiàn)電壓的連續(xù)可調(diào).可采用調(diào)壓器輸出與變壓器的初級(jí)線圈連接方式，只要旋轉(zhuǎn)調(diào)壓器的手柄，即可改變變壓器的初級(jí)電壓，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的連續(xù)可調(diào)。而脈沖驅(qū)動(dòng)直流供電部分是將市電變壓整流濾波后采用三端7815穩(wěn)壓器即可得到所需的直流電壓。
本發(fā)明斬波器件是實(shí)現(xiàn)直流與高頻脈沖轉(zhuǎn)化的核心部分。經(jīng)變壓、整流、濾波后的穩(wěn)定直流電直接加在開關(guān)器件上，通過(guò)脈沖驅(qū)動(dòng)電路控制開關(guān)器件的通斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電的斬波。為實(shí)現(xiàn)電源的大容量，采用大功率、大容量的開關(guān)器件是關(guān)鍵，而目前廣泛使用的新型器件絕緣柵雙極型晶體管IGBT是我們的首選。這種器件的特點(diǎn)是集MOSFET與GTR 的優(yōu)點(diǎn)于一身，其輸入阻抗高、速度快、熱穩(wěn)定性好、電流容量大。它的電流密度比MOSFET 大，芯片面積只有MOSFET的40 %。根據(jù)電源輸出電壓和電流以及頻率大小的要求為電源選擇合適的IGBT來(lái)達(dá)到高效斬波。對(duì)高頻IGBT模塊，一般都有內(nèi)置過(guò)電壓保護(hù)二極管.只要在其與驅(qū)動(dòng)電路之間連接合適的外圍元件，在保證輸入電壓電流在額定范圍情況下即可正常工作。
本發(fā)明應(yīng)用中，直流電加在IGBT的漏極，柵極接驅(qū)動(dòng)電路。由驅(qū)動(dòng)電路控制柵極的通斷，從而利用高頻將直流斬波，輸出高頻脈沖信號(hào)。根據(jù)IGBT的驅(qū)動(dòng)特性，可采用TTL 門極直接驅(qū)動(dòng)和隔離驅(qū)動(dòng)。隔離驅(qū)動(dòng)具有傳輸速度快、強(qiáng)弱電隔離的功能，但一般制作工藝復(fù)雜。由于IGBT的驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)具有很強(qiáng)的抗于擾能力，并應(yīng)具備對(duì)IGBT的保護(hù)功能，因此我們一般采用內(nèi)置保護(hù)電路的專用集成驅(qū)動(dòng)電路。日本的富士公司專為驅(qū)動(dòng)IGBT而設(shè)計(jì)的集成驅(qū)動(dòng)芯片EXB841具有單電源、正負(fù)偏壓、過(guò)流檢測(cè)、保護(hù)、軟關(guān)斷等主要特性，當(dāng)4IOV 15V的正向觸發(fā)控制脈沖電壓施加予EXB841的信號(hào)輸入端時(shí)，在IGBT的柵源極兩端產(chǎn)生約16V的IGBT開通電壓；當(dāng)觸發(fā)控制脈沖電壓撤消時(shí)，在柵源極兩端產(chǎn)生約-5. IV的 IGBT關(guān)斷電壓。但EXB841的存在會(huì)導(dǎo)致IGBT的誤導(dǎo)通或誤關(guān)斷以及電源在極小電流時(shí)的虛假過(guò)流保護(hù)誤動(dòng)作等問(wèn)題，為此人們已經(jīng)研究設(shè)計(jì)了 EXB841的優(yōu)化驅(qū)動(dòng)電路。進(jìn)一步提高了 EXB841驅(qū)動(dòng)的可靠性。但需注意的是EXB841目前的工作頻率最大只能達(dá)到40kHz。本發(fā)明所述脈沖控制電路產(chǎn)生的頻率決定功率開關(guān)管的工作頻率，目前常用的是 555定時(shí)器。為實(shí)現(xiàn)輸出頻率和占空比均可調(diào)的矩形波，且兩者互不影響，本發(fā)明采用兩片 555來(lái)實(shí)現(xiàn)。整個(gè)脈沖控制電路見圖2。其中右邊的555構(gòu)成多諧振蕩器，其頻率可變，通過(guò)調(diào)節(jié)R2來(lái)實(shí)現(xiàn)；左邊的555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路，其占空比可調(diào)，通過(guò)調(diào)節(jié)R5來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)Rl = IkQ，R2為790k Ω可調(diào)電阻，R3 = 2k Ω , C2 = 9nF時(shí)，其頻率調(diào)節(jié)范圍為 IOOHz 40kHz ；當(dāng) R6 = Ik Ω，R5 為 17k Ω 可調(diào)電阻，R7 = 2k Ω , C5 = 9nF 時(shí)，其占空比可調(diào)范圍為1/10 19/20。通過(guò)分析開關(guān)管IGBT的伏安特性可知，柵源電壓越大，其輸出電流越大。因此可以利用控制柵源電壓來(lái)控制輸出電流的大小。由于前面的驅(qū)動(dòng)芯片EXB841在IOV 15V 的正向觸發(fā)控制脈沖電壓施加于EXB841的信號(hào)輸入端，在IGBT的柵源極兩端產(chǎn)生多個(gè)約 16V的IGBT開通電壓，所以可以采用穩(wěn)壓管來(lái)控制IGBT柵源電壓。使它在IGBT安全工作條件下可調(diào)變化。其電路示意圖見圖3。當(dāng)然，我們要根據(jù)所選用的IGBT管的伏安特性曲線和輸出電流大小的要求來(lái)選擇合適的穩(wěn)壓二極管。因此本發(fā)明選用三菱的CM400HA-12H作為斬波器件，根據(jù)廠家提供的伏安曲線圖，其穩(wěn)壓二極管選擇范圍為5V 12V。實(shí)現(xiàn)電源的安全工作是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。在大電流工作狀態(tài)下，隨著元器件的溫度上升，會(huì)引起電源整機(jī)的溫度過(guò)高，將影響電源的工作可靠性。一般情況下流過(guò)IGBT 的電流較大，開關(guān)頻率較高，故而器件的損耗也比較大，如果熱量不能及時(shí)散掉，使得器件的結(jié)溫過(guò)高，則會(huì)損壞IGBT管或者爆炸，因此做好散熱措施是保證本發(fā)明的重要因素。而受設(shè)備的體積和重量等的限制以及性價(jià)比的考慮.散熱系統(tǒng)也不可能無(wú)限制地?cái)U(kuò)大。可在靠近IGBT處加裝一溫度繼電器等用來(lái)檢測(cè)IGBT的工作溫度。控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)在發(fā)生異常時(shí)切斷IGBT的輸人.保護(hù)其安全。對(duì)于整機(jī)散熱，一般采用的散熱方式有風(fēng)冷和水冷，考慮到整機(jī)的重量和體積，宜采用風(fēng)冷方式，以散熱器加風(fēng)扇來(lái)散熱。另外在本發(fā)明制作過(guò)程中， 應(yīng)將大功率部分與小功率部分分開，以免器件損壞。
權(quán)利要求
1.高速鋼刀具電解強(qiáng)化電源包括調(diào)壓器，其特征在于調(diào)壓器、變壓器、整流濾波電路、 絕緣柵雙極型晶體管IGBT依次連接，IGBT分別與電流控制電路和驅(qū)動(dòng)電路連接，驅(qū)動(dòng)電路與脈沖控制電路連接，直流供電電路分別與驅(qū)動(dòng)電路和脈沖控制電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高速鋼刀具電解強(qiáng)化電源，其特征在于電流控制電路采用IGBT 柵源電壓控制方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述高速鋼刀具電解強(qiáng)化電源，其特征在于所述柵源電壓控制方式采用穩(wěn)壓管來(lái)實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述高速鋼刀具電解強(qiáng)化電源，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)電路采用芯片 EXB841。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述高速鋼刀具電解強(qiáng)化電源，其特征在于所述脈沖控制電路采用雙555電路結(jié)構(gòu)，一個(gè)用于調(diào)節(jié)頻率，另一個(gè)用于調(diào)節(jié)占空比。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述高速鋼刀具電解強(qiáng)化電源，其特征在于所述IGBT旁設(shè)置有溫度繼電器。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述高速鋼刀具電解強(qiáng)化電源，其特征在于所述穩(wěn)壓管采用 CM400HA-12H 型號(hào)。
全文摘要
高速鋼刀具電解強(qiáng)化電源屬于刀具加工設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種通過(guò)高頻脈沖進(jìn)行電解加工的高速鋼刀具電解強(qiáng)化電源。本發(fā)明提供一種輸出脈沖頻率、電流和電壓可調(diào)范圍大且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的高速鋼刀具電解強(qiáng)化電源。本發(fā)明包括調(diào)壓器，其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是調(diào)壓器、變壓器、整流濾波電路、絕緣柵雙極型晶體管IGBT依次連接，IGBT分別與電流控制電路和驅(qū)動(dòng)電路連接，驅(qū)動(dòng)電路與脈沖控制電路連接，直流供電電路分別與驅(qū)動(dòng)電路和脈沖控制電路連接。
文檔編號(hào)H02M7/217GK102480238SQ20101055226
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月22日
發(fā)明者周佳妮 申請(qǐng)人:周佳妮