电火花沉积脉冲电源的研究

论文摘要

随着电火花加工技术的迅速发展,电火花沉积技术作为一种表面改性处理工艺,已成为国内外电加工领域的研究热点,并实现了工程应用。脉冲电源作为电火花加工系统中的关键核心部分,其性能的优劣决定电火花加工的技术指标,也是影响电火花沉积各项工艺指标的关键因素之一。因此,通过对脉冲电源的研究,来提升电火花沉积效果,将具有重要的理论意义和实用价值。本文结合国内外电火花沉积技术及其脉冲电源的发展,首先分析了电火花加工机理和电火花沉积机理及其工艺规律,并进行了电参数对电火花沉积效果影响的工艺实验。在此基础上,提出了电火花沉积脉冲电源的总体设计方案。针对电火花沉积技术对脉冲电源的要求,界定了脉冲电源的工艺参数,并采用阶梯波脉冲放电的形式使电源放电能量瞬间可变可控以适应电火花沉积的不同阶段,使沉积加工更有利的进行。本文所研究的电源包括放电主回路,间隙状态检测系统以及控制电路。放电主回路包括电流调节回路,并联电容调节回路。间隙状态检测系统通过检测环节,状态识别环节后将判断的结果送回单片机处理,单片机将实时地控制电源的工作状态。控制系统以单片机和可编程逻辑器件作为整个电路的控制中心和脉冲发生器,产生适应于电火花沉积加工的脉冲波形,控制各加工回路通断、储能电容值大小以及并联电容回路的开断,从而使沉积加工过程中能量可变可控。在电路板设计中,从多个方面改善了电路的电磁兼容性。通过对上述各单元回路进行了集成和装配,实现了电火花沉积脉冲电源的研制,最后进行了沉积效果的对比实验,实验结果表明,本文所研制的脉冲电源能够提升和改善电火花沉积效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 电火花沉积加工技术的国内外研究现状
• 1.3 国内外电火花沉积脉冲电源的研究现状和发展趋势
• 1.3.1 应用于沉积的RC 式脉冲电源
• 1.3.2 可应用于沉积的独立式脉冲电源
• 1.3.3 脉冲电源的发展趋势
• 1.4 课题的目的及意义
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 第2章 微细电火花沉积加工机理分析与实验研究
• 2.1 电火花沉积加工的机理分析
• 2.1.1 电火花加工放电过程的分析
• 2.1.2 电火花沉积加工的工作介质的选择
• 2.1.3 电火花沉积加工的极性选择
• 2.1.4 极间能量分布及加工参数的确定
• 2.2 电火花沉积实验
• 2.2.1 电流对沉积加工的影响
• 2.2.2 脉冲宽度的影响
• 2.2.3 脉间的影响
• 2.3 实验结果分析与探讨
• 2.4 本章小结
• 第3章 电火花沉积脉冲电源的设计
• 3.1 电火花沉积脉冲电源设计思想
• 3.2 对沉积脉冲电源的总体要求
• 3.3 电火花沉积脉冲电源控制系统总体设计
• 3.4 上位机通讯单元设计
• 3.5 脉冲发生单元设计
• 3.5.1 脉冲发生单元的硬件实现
• 3.5.2 脉冲发生单元CPLD 的软件设计
• 3.5.3 主脉冲发生单元
• 3.5.4 附加脉冲发生单元
• 3.5.5 脉冲发生单元的总体
• 3.6 脉冲电源的功放系统设计
• 3.6.1 开关器件的选择及其驱动电路
• 3.6.2 并联电容放电回路
• 3.7 脉冲电源反馈单元的设计
• 3.7.1 检测环节
• 3.7.2 状态识别环节
• 3.8 电源PCB 抗干扰设计
• 3.9 本章小结
• 第4章 脉冲电源的性能分析与实验研究
• 4.1 电火花沉积脉冲电源的波形研究
• 4.1.1 信号源输出波形分析
• 4.1.2 MOSFET 驱动波形分析
• 4.1.3 MOSFET 输出波形分析
• 4.1.4 电火花沉积加工放电波形分析
• 4.2 脉冲电源的工艺对比实验
• 4.2.1 脉冲电源的实验条件
• 4.2.2 脉冲电源的硬件连接
• 4.2.3 脉冲电源的沉积加工效率对比实验
• 4.2.4 对比实验结果与分析
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 CPLD 各功能单元程序
• 附录2 沉积脉冲电源与实验机床实物图
• 致谢