[发明专利]电火花加工放电状态检测电路及方法

说明书

本发明提供了电火花加工放电状态检测电路及方法。该电火花加工放电状态检测电路可包括：第一比较电路，其接收电极与工件之间的极间电压，将极间电压与第一阈值电压作比较并输出第一比较信号，其中在电极上施加的电压由PWM脉冲来控制；以及控制器，该控制器从第一比较电路接收第一比较信号并根据第一比较信号的脉冲持续时间来确定电极与工件之间的间隙在该PWM脉冲期间的放电状态。

技术领域

本发明涉及电火花加工领域，尤其涉及电火花加工放电状态检测电路及方法。

背景技术

电火花加工通过向电极提供间歇性的电脉冲信号以击穿电极与金属工件之间的间隙并形成火花放电来腐蚀金属工件，从而实现金属加工。电火花加工是机械制造业中解决难加工材料和难加工形状的有效加工方法。这种加工的工艺方法弥补了机械加工的某些不足，已成为模具工业、国防工业和精微制造中的重要手段。在电火花加工过程中，控制工具电极和工件之间的放电间隔对电火花加工质量和效率有重大影响。

但检测实际间隔值的大小对电火花放电间隔的控制没有实际意义，其原因在于随着加工的进行，电极与金属工件之间的间隙中填充的加工介质内的电蚀屑浓度等在不断变化，致使加工介质的介电性能不稳定。即使将当前放电间隔控制为其他稳定加工时刻的放电间隔值，也不能保证加工过程的稳定性。因此，对放电间隔的控制主要是通过工作状态检测来间接实现的。目前可采用的常规方法包括通过检测平均/峰值间隙电压/电流、放电火花数等来检测电火花加工放电状态。

电火花放电脉冲一般可分为五种，空载脉冲、火花放电脉冲、稳定电弧放电脉冲、过渡电弧放电脉冲和短路脉冲。放电脉冲以空载为主，表明间隔偏大；以火花放电为主，表明间隔合适；以稳定电弧、过渡电弧及短路脉冲为主，则说明间隔偏小。在实际生产过程中发现，除以上5种放电状态外，还存在“漏电流”状态，其电压波形特征为脉冲电压峰值被拉低(例如，5-50V)、无击穿延时。“漏电流”状态无加工能力，其形成原因为间隙内杂质浓度较高，在电场的作用下形成杂质搭桥，使间隙失去绝缘特性而表现为电阻特性，此时间隙等效电阻与脉冲电源限流电阻分压，致使间隙的电压峰值被拉低。

因此期望设计一种有效的电火花加工放电状态检测电路及方法。

发明内容

本发明属于电加工机床数控系统的一项放电状态识别技术，用于对电加工机床进行放电状态检测。本发明依据放电脉冲的电压波形的不同，设置电压阈值来识别放电状态，例如空载、火花放电、稳定电弧、过渡电弧、短路和漏电流状态，具有快速、准确度高的优点。此外，本发明还可任选地统计一段时间内的放电状态，根据预设算法调整加工参数。

在根据本发明的一个实施例中，一种电火花加工放电状态检测电路包括：第一比较电路，其接收电极与工件之间的极间电压，将所述极间电压与第一阈值电压作比较并输出第一比较信号，其中在所述电极上施加的电压由PWM脉冲来控制；以及控制器，所述控制器从所述第一比较电路接收所述第一比较信号并根据所述第一比较信号的脉冲持续时间来确定所述电极与工件之间的间隙在所述PWM脉冲期间的放电状态。

在一方面，若所述第一比较信号的脉冲持续时间Tp≥所述PWM脉冲的持续时间Ton，则确定所述间隙在所述PWM脉冲期间为空载；以及若Tp<Ton，则确定所述间隙在所述PWM脉冲期间为火花放电或过渡电弧放电。

在一方面，若火花放电时间阈值Tth<Tp<Ton，则确定所述间隙在所述PWM脉冲期间为火花放电，否则若Tp≤Tth，则确定所述间隙在所述PWM脉冲期间为过渡电弧放电。

在一方面，所述PWM脉冲的脉宽为10-1000微秒，脉冲间隔为40-1000微秒，所述火花放电时间阈值Tth为1.5-2.5微秒。