微细电火花加工微能脉冲电源模块的研究

论文摘要

微细电火花加工是微细加工领域中的一个重要研究方向,因其在加工中具有非接触式的、无宏观切削力等优点,微细电火花加工技术已经在世界上许多国家得到了重视。而微能脉冲电源是微细电火花加工体系中的关键技术之一,其性能的好坏直接影响到微细电火花加工工艺指标的优劣,因此对其关键技术进行研究,掌握微能脉冲电源的实现原理与设计方法,对微能脉冲电源的研制以及整个微细电火花加工系统的研究与开发都有着重要的意义。在大量阅读参考国内外相关资料的基础上,综合分析了微细电火花加工的基本原理,通过对单个脉冲能量对加工表面质量影响的分析,得出大峰值电流与窄脉宽有利于提高加工质量,并就寄生电容对加工表面质量的影响进行了分析。文章分析研究了微能脉冲电源的功率开关MOSFET的驱动技术和平均电压检测方法等关键技术,并对平均电压检测电路进行了仿真分析。本文所设计的微细电火花加工微能脉冲电源主要包括高频脉冲信号发生电路、驱动放大电路、功率转换电路、检测电路及主电源电路等几个部分。其中高频脉冲信号发生电路是此脉冲电源的核心部分,它采用了80C51单片机芯片P89LVRD2与复杂可编程逻辑器件(CPLD)EPM570T1003N来共同完成,能够在线设置脉冲信号参数,脉冲宽度可在50ns~5μs范围内连续可调。该脉冲电源的总体设计思路为:通过由高频脉冲信号发生器产生的高频脉冲信号经功率驱动放大后,控制功率开关管MOSFET的导通与关断,得到加工间隙所需要的放电脉冲,并对由检测电路反馈的放电状态检测信号进行及时的处理,获得最佳的加工放电脉冲。最后针对所研制的微能脉冲电源系统进行了软硬件调试和测试。测试了脉冲宽度为1μs、0.2μs、0.1μs和0.05μs时的脉冲波形,其稳定性较好。测试结果验证了所设计的微能脉冲电源基本可以实现。但是脉冲波形存在一定的延时,因此还需进一步对其做深入地研究并在实际加工条件下进行验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 微能脉冲电源的国内外研究现状
• 1.2.1 节能型脉冲电源
• 1.2.2 智能脉冲电源
• 1.2.3 微能脉冲电源
• 1.2.4 无电解脉冲电源
• 1.2.5 其它脉冲电源
• 1.3 课题的研究目的和意义
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究意义
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 微能脉冲电源概述及其关键技术分析
• 2.1 微细电火花加工的基本原理
• 2.2 微细电火花加工对脉冲电源的总体要求
• 2.3 对工件加工表面质量影响因素的分析
• 2.3.1 单脉冲能量对加工表面质量影响的分析
• 2.3.2 寄生电容对加工表面质量影响的分析
• 2.4 功率MOSFET高速开关技术分析
• 2.5 极间放电状态检测技术分析
• 2.5.1 放电状态种类
• 2.5.2 平均电压检测的实现方法
• 2.6 本章小结
• 第三章 微能脉冲电源的总体设计
• 3.1 脉冲信号发生电路的总体结构
• 3.2 单片机控制系统的设计
• 3.3 CPLD脉冲发生单元的设计
• 3.3.1 CPLD型号的选择
• 3.3.2 CPLD外围电路的设计
• 3.3.3 设计CPLD内部程序
• 3.3.4 CPLD仿真波形分析
• 3.4 脉冲信号发生电路抗干扰的设计
• 3.4.1 干扰源的来源
• 3.4.2 降低干扰的措施
• 3.5 功率开关管MOSFET驱动电路设计
• 3.5.1 电路参数确定
• 3.5.2 电路开关速度分析
• 3.6 检测模块设计
• 3.6.1 平均电压检测单元电路设计
• 3.6.2 单脉冲放电状态检测单元电路设计
• 3.7 工作电源模块设计
• 3.8 本章小结
• 第四章 微能脉冲电源的软件设计
• 4.1 微能脉冲电源软件设计的总体结构
• 4.2 主程序设计
• 4.3 子程序初始化设计
• 4.3.1 初始化端口
• 4.3.2 初始化系统时钟
• 4.3.3 初始化UART0 口
• 4.3.4 初始化定时器1
• 4.4 串行通信中断子程序设计
• 4.5 电源参数设置子程序设计
• 4.6 A/D中断子程序设计
• 4.7 本章小结
• 第五章 脉冲电源的脉冲波形测试与分析
• 5.1 测试连接图
• 5.2 不同参数波形的对比分析
• 5.3 电源性能分析与总结
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 研究总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录 微能脉冲电源的脉冲信号发生电路
• 个人简历 在读期间发表的学术论文
• 致谢