基于DSP應用于線切割機床的脈沖電源設計(08-100)

　　前言

　　線切割加工技術(WEDM)在眾多的工業生產領域如模具制造業、汽車制造業、航空航天制造業等起到了重要的作用。要制作一臺省略其次要結構與技術環節的低速走絲電火花線切割機床樣機，其中包括兩項關鍵技術：1、數字無阻脈沖電源模塊，此模塊能完成精加工和精加工;2、間隙電壓檢測模塊，能保證切割加工過程高效平穩進行。國內目前不具備自主知識產權的產品主要原因是沒有掌握間隙伺服控制系統設計、數字脈沖電源系統設計兩項關鍵技術。研究精密數控電火花線切割機床的數字脈沖電源系統設計這個關鍵技術，是為開發具有自主知識產權的精密數控電火花線切割機床提供必要的技術支持。通過對其的研究，再配合機械上的設計以達到所需的技術指標。

　　本文提出了運用DSP作為核心的線切割脈沖電源的設想。筆者設計了線切割加工機床用的脈沖電源模塊，并對輸出波形進行了分析，優化了在各種加工條件下的效率仿真實驗，實驗結果驗證了本設計的脈沖電源能夠滿足微細線切割加工的要求。用TMS32OLF2812DSP控制器芯片強大的數據處理能力、豐富的片內外設和高速的實時控制能力，實現了交流采樣、頻率測量和PID控制等功能。對同步發電機出口端的定子電壓、電流進行準確測量。通過最優控制的方法,得到精確的PWM控制信號輸出。實現一塊DSP多個控制的功能以及產生PWM脈沖波的脈沖電源。此樣機能達到中檔低速走絲電火花線切割機床的技術水準：具備ns級大峰值電流脈沖電源，最大加工效率大于200 mm2/min有效加工效率達120-150mm2/min，表面粗粗度小于0.4μm (Ra≤0.4μm)，加工精度為±0.005mm左右。

　　線切割脈沖電源的整體設計

　　圖1是線切割脈沖電源的設計框圖

　　線切割脈沖電源主要包括:整流變壓及濾波電路、與PC機的通訊模塊、脈沖產生單元、功率驅動放大模塊、放電間隙電壓狀態檢測電路模塊。該脈沖電源與一般線切割加工脈沖電源的差別主要有兩點:一是它比一般的脈沖電源多了一個間隙放電電壓比較模塊。通過該模塊實時地將電極絲與工件兩極之間的電壓與設定的電壓進行比較，產生一控制脈沖發生器是否發脈沖的信號，能夠以最快的響應速度切斷脈沖，可以有效的監控電極絲與工件間的電壓情況，并實時矯正輸出脈沖電壓，這就避免了能量的不均勻引起表面粗糙度的惡化，從而能夠提高微細加工的表面質量。二是DSP2812最高頻率能達到150MHz，運用其高速脈沖的產生簡化常規設計電路，效率高，波形好，實時性也好。三是選用了DSP2812，其豐富的資源易于軟件與硬件的擴展。