變頻器在電火花線切割機床上的應(yīng)用

1、變頻器在電火花線切割機床上的應(yīng)用電火花線切割加工是電火花加工的重要組成部分，它是利用金屬線狀工具電極(又稱電極絲)沿著給定的幾何圖形軌跡，利用脈沖放電腐蝕金屬的原理來加工工件?？熳呓z線切割機床于70年代在我國興起并逐步廣泛應(yīng)用于加工精度要求高、形狀復(fù)雜，特別是模具等金屬件的加工中?？熳呓z線切割機床的電氣及控制系統(tǒng)一般分為：微機控制部分、高頻電源部分和絲筒電機控制部分。絲筒電機控制部分控制電機及絲筒，帶動鉬絲作快速正反的啟動運行和停止，并提供各種相應(yīng)保護功能。其它類型機床電氣控制通常采用繼電器控制方式，也比較實用，但這種控制方式存在著下述一系列的問題：(1)繼電器接觸器動作頻繁，損耗相對較大;中

2、間轉(zhuǎn)換控制復(fù)雜，出故障可能性高。(2)電機頻繁正反向全壓啟動，啟動電流大，對絲筒機械部件沖擊大。(3)接觸器觸點頻繁閉合斷開造成的噪聲大。這些問題導(dǎo)致的主要后果是整個加工可靠性降低，燒絲等問題增多，這勢必導(dǎo)致二次加工，最終影響產(chǎn)品質(zhì)量，造成不必要的經(jīng)濟損失。針對上述存在的問題，故用小功率變頻器來實現(xiàn)原控制方式的改進，其理由主要有以下幾點：(1)變頻器產(chǎn)品技術(shù)成熟、性能可靠，已被廣泛應(yīng)用于異步電機各控制系統(tǒng)中。(2)利用變頻器的外接控制輸入端子和反映運行狀態(tài)的輸出端子以及強大的可編碼功能，可以根據(jù)被控對象和控制方式的不同進行靈活選擇和設(shè)定，省去了復(fù)雜的中間轉(zhuǎn)換控制。(3)電機的啟停時間及電流可分

3、別通過手動編碼或自動設(shè)置完成，減少了原方式中起動電流大，機械沖擊大的弊病。(4)主電路的相序切換通過變頻器內(nèi)部集成控制電路完成(無觸點切換)。另外變頻器內(nèi)還設(shè)有直流制動功能，并設(shè)定當(dāng)電機轉(zhuǎn)速為0后，制動過程可自動解除，避免由于操作不當(dāng)電機所承受的不必要的大電流。(5)變頻器還可自行彌補電網(wǎng)電壓波動，設(shè)置自動延時關(guān)機和來電繼續(xù)加工等功能，可進一步提高自動化程度。本機床采用Altivar31系列高性能變頻器，功率范圍從0.1815KW;無速度傳感器磁通矢量控制;6路可變邏輯輸入端子，3路可配置模擬輸入端子，3路邏輯/模擬輸出端子，提供控制功能和保護功能。1 走絲機構(gòu)控制系統(tǒng)快走絲線切割機床的走絲機

4、構(gòu)，是影響其加工質(zhì)量及加工穩(wěn)定性的關(guān)鍵部件。走絲機構(gòu)的功能是帶動電極絲按一定線速度移動往復(fù)運絲，并將電極絲整齊地排繞在儲絲筒上。儲絲筒本身作高速正反向轉(zhuǎn)動，是利用電動機正反轉(zhuǎn)來達到的。電機經(jīng)聯(lián)軸器帶動絲筒，再經(jīng)同步帶帶動絲杠轉(zhuǎn)動，拖板便作往復(fù)運動，拖板移動的行程可由調(diào)整換向左右撞塊的距離來達到。機床走絲機構(gòu)如圖1所示。2 絲筒變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由以下幾個環(huán)節(jié)構(gòu)成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示：(1)主電路系統(tǒng)功率變換環(huán)節(jié)采用AD/DC整流電路和IGBT逆變電路。(2)控制電路控制電路主要用來接受外來信號和發(fā)出控制命令和PWM 波形。(3)驅(qū)動電路采用IGBT智能功率模塊(IPM)。(4

5、)保護電路為了保護動作的快速性和實時監(jiān)測性，采用了硬件電路加軟件子程序的監(jiān)控方式，故障發(fā)生時如果是屬于電機短路之類的故障，則硬件電路將立即產(chǎn)生信號，關(guān)閉波形發(fā)生器并在中斷子程序中進行保護設(shè)置，并使程序回到初始狀態(tài)。3 變頻調(diào)速系統(tǒng)的電路設(shè)計儲絲簡采用三相交流異步電動機拖動，電機速度通過變頻器調(diào)速旋鈕進行無極調(diào)速3.1 主電路的設(shè)計三相交流電壓經(jīng)二極管整流模塊，大電容濾波后送到由6個IGBT組成的三相逆變器，系統(tǒng)功率器件選用第三代IGBT及續(xù)流二極管，由逆變器送出的可變頻率的交流電供給電動機調(diào)速。3.2 控制電路的設(shè)計使用DSP作為控制器能最大限度地減少外圍器件的數(shù)目，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在本設(shè)計

6、中主要使用1MS32OC24Ox DSP的PWM輸出口，及板上A/D口、捕獲接口CAP。DSP的6個PWM信號經(jīng)過緩沖器反相后送到驅(qū)動電路板驅(qū)動IPM?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示對于A/D采樣口的輸入信號做了前期的處理，直接輸入的信號是幅值在05V的直流電壓信號，能滿足DSP對輸入模擬信號的要求。交流電機的矢量控制要求對交流電機速度進行采樣。3.3 驅(qū)動電路的設(shè)計在設(shè)計中使用IGBT智能功率模塊(IPM)，它是一種大規(guī)模集成模塊，不僅把功率開關(guān)器件和驅(qū)動電路集成在一起，而且還將過電壓、過電流和過熱等故障檢測電路包含在里面，并可將故障保護信號送到CPU或DSP進行處理。3.4 保護電路的設(shè)計IGBT用于電力變換時，容易出現(xiàn)過電壓、過電流等故障，造成器件的損壞，因而IGBT在工作時，必須采取完備的保護措施。這些保護措施主要包括過壓保護、過流保護和過溫保護3部分。IPM內(nèi)部已經(jīng)整合了很周密的保護電路，從電流保護、電壓保護到熱保護。電火花線切割加工機床集高效、高精度和高柔性為一體，要求電動機控制系統(tǒng)調(diào)速范圍寬、加減速性能好、速度精度高、特殊功能(如高速定位)強。變