一种用于电火花线切割机床的智能一体化控制柜

摘要

本发明提供一种用于电火花线切割机床的智能一体化控制柜，包括主控模块、人机交互模块、驱动机构和放电波形采样检测模块，人机交互模块、驱动机构和放电波形采样检测模块与主控模块电连接，驱动机构和放电波形采样检测模块还与机床上的执行机构电连接，主控模块包括中央控制器、高频脉冲控制模块、用于存储加工步骤及辅助参数的第一存储单元和用于存储专家数据库的第二存储单元，高频脉冲控制模块、第一存储单元和第二存储单元与中央控制器电连接，高频脉冲控制模块还与机床上的执行机构电连接。一体化设计把原来独立设计和使用的驱动机构控制器和高频脉冲电源控制器融合成一个完整的系统，使用同一组芯片处理器管理设备的能量输出(即原有机床设备的高频脉冲电源柜)和动作执行(即机床电机控制器)，使得两者充分协调运行。

权利要求

1.一种用于电火花线切割机床的智能一体化控制柜，包括主控模块(1)、人机交互模块(2)、驱动机构(3)和放电波形采样检测模块(4)，所述人机交互模块(2)、驱动机构(3)和放电波形采样检测模块(4)与主控模块(1)电连接，所述驱动机构(3)和放电波形采样检测模块(4)还与机床上的执行机构(5)电连接，其特征在于：所述主控模块(1)包括中央控制器(11)、高频脉冲控制模块(14)、用于存储加工步骤及辅助参数的第一存储单元(12)和用于存储专家数据库的第二存储单元(13)，所述高频脉冲控制模块(14)、第一存储单元(12)和第二存储单元(13)分别与中央控制器(11)电连接，所述高频脉冲控制模块(14)还与机床上的执行机构(5)电连接，所述中央控制器(11)与高频脉冲控制模块(14)集成化设计，所述高频脉冲控制模块(14)由中央控制器(11)根据放电波形采样检测模块(4)反馈的加工状态信息直接控制。

2.根据权利要求1所述的一种用于电火花线切割机床的智能一体化控制柜，其特征在于：所述中央控制器(11)采用集成有PWM控制器的微控制器芯片。

3.根据权利要求1所述的一种用于电火花线切割机床的智能一体化控制柜，其特征在于：所述放电波形采样检测模块(4)包括波形采样电路(41)和基准电压可调的多路电压比较器组(42)。

4.根据权利要求1所述的一种用于电火花线切割机床的智能一体化控制柜，其特征在于：所述人机交互模块(2)包括用于将指令代码直接输入的键盘模块(22)，用于将其他外围存储设备中的数据信息上传给主控模块的多功能输入输出接口(23)，以及用于显示各种数据信息及加工状态的显示器模块(21)。

5.根据权利要求1所述的一种用于电火花线切割机床的智能一体化控制柜，其特征在于：所述驱动机构(3)采用无阻恒流驱动模式。

6.根据权利要求1或2所述的一种用于电火花线切割机床的智能一体化控制柜，其特征在于：所述主控模块(1)与执行机构(5)之间还设有大功率开关管及开关电源。

7.根据权利要求1或5所述的一种用于电火花线切割机床的智能一体化控制柜，其特征在于：所述驱动机构(3)与执行机构(5)之间还设有开关电源。

说明书

一种用于电火花线切割机床的智能一体化控制柜

技术领域

[0001] 本发明涉及智能控制领域，尤其涉及一种用于电火花线切割机床的智能一体化控制柜。

背景技术

[0002] 电火花线切割机(Wire Electrical Discharge Machining简称WEDM)，属电加工范畴，是由前苏联拉扎联科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法。线切割机也于1960年发明于前苏联，我国是第一个用于工业生产的国家。

[0003] 快走丝电火花线切割机床是我国独创的电火花线切割机床种类，与进口同类产品——慢走丝电火花线切割机床相比，快走丝电火花线切割机床因其设备本身和使用成本低廉，得到普遍应用。电火花线切割机床有两大核心电子设备——控制器与高频脉冲电源，控制器用来控制机床驱动机构与执行机构的动作，高频脉冲电源为电火花线切割加工提供能量输出。现有的大多数设计方案均是将两者分开独立设计，不能形成一个完整的系统，这就导致了两者不能充分协调运行以达到最佳加工效果。而且现有的设计方案并没有设置专家系统，机床操作人员需要根据经验设定高频脉冲参数以及控制器加工参数，因此导致了机床的使用门槛很高，需要经验丰富的操作人员才能达到较好的加工效果。同时现有的设计方案在采集工件加工状态信息的时候一般采用压频转换的方法，即采集加工状态的放电电压并以此选择对应的加工速度实现对机床驱动机构和执行机构的控制。这种方案由于采集加工状态参数单一，操作人员不能全面了解工件加工状态，不能及时做出相应的调整，因此很容易造成加工失败，导致加工速率降低，成本升高。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是，提供一种无需丰富的经验储备，普通操作人员就可实施良好加工并且能够有效降低加工成本的用于电火花线切割机床的智能一体化控制柜。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于电火花线切割机床的智能一体化控制柜，包括主控模块、人机交互模块、驱动机构和放电波形采样检测模块，人机交互模块、驱动机构和放电波形采样检测模块与主控模块电连接，驱动机构和放电波形采样检测模块还与机床上的执行机构电连接，主控模块包括中央控制器、高频脉冲控制模块、用于存储加工步骤及辅助参数的第一存储单元和用于存储专家数据库的第二存储单元，高频脉冲控制模块、第一存储单元和第二存储单元与中央控制器电连接，高频脉冲控制模块还与机床上的执行机构电连接。

[0006] 本发明的有益效果是：

[0007] 1.智能控制柜的一体化设计把原来独立设计和使用的驱动机构控制器和高频脉冲电源控制器融合成一个完整的系统，使用同一组芯片处理器管理设备的能量输出(即原有机床设备的高频脉冲电源柜)和动作执行(即机床电机控制器)，使得两者充分协调运行。

[0008] 2.设置专家数据库存储单元，将资深工程师的加工经验，即与各种加工任务相对应的高频脉冲的有关参数，如脉宽、脉间(即占空比)、电流电压，以及所对应的加工状态等编辑成数据形式存储到主控单元的第二存储单元中，形成专家数据库，配合最佳跟踪控制参数，使得加工能量的输出和执行机构的动作达到完美的配合协调。

[0009] 3.专家数据库存储单元的设置，使得机床设备的操作人员无需熟悉和了解电火花加工原理、高频脉冲电源的参数配置和使用，以及控制器的跟踪调节，就可以完成电火花线切割加工，从而降低了人工成本。

[0010] 作为优选，主控模块的中央控制器与高频脉冲控制模块集成化设计。电火花线切割加工过程中所需的高频脉冲由高频脉冲控制模块产生的多路脉冲波按要求组合而成，外加多路电子可控大功率高速开关管和高性能开关电源，可以实现任意所需要的加工脉冲波。并且高频脉冲控制模块由中央控制器根据放电波形采样检测模块反馈的加工状态参数信息进行直接控制，实现真正的智能化。

[0011] 作为优选，中央控制器采用集成有PWM控制器的微控制器芯片。

[0012] 作为优选，放电波形采样检测模块包括波形采样电路和基准电压可调的多路电压比较器组。波形采样电路采集机床加工状态的放电波形，然后通过基准电压可调的多路电压比较器组，得到脉宽、占空比、开路电压、放电电压、短路电压等参数，所得参数发送给中央控制器，由中央控制器根据这些状态参数调整高频脉冲电源的能量输出和驱动机构的运行速度。

[0013] 作为优选，人机交互模块包括用于将指令代码直接输入的键盘模块，用于将其他外围存储设备中的数据信息上传给主控单元的多功能输入输出接口，以及用于显示各种数据信息及加工状态的显示器模块。操作者可以直接从键盘手工输入3B加工代码，也可以通过多功能输入输出接口，由上位机传入事先编程好的3B格式加工代码，或者直接从U盘读入指定位置的加工代码等各种方式将所需加工的图形代码送入主控模块指令存储区内。

[0014] 作为优选，驱动机构采用无阻恒流驱动模式，可使电能利用率提高一倍以上，大大降低了整个设备的功耗，从而节约用电成本。

[0015] 作为优选，主控模块与执行机构之间还设有大功率开关管及开关电源。

[0016] 作为优选，驱动机构与执行机构之间设有开关电源。

附图说明

[0017] 图1是本发明的整体结构示意图；

[0018] 图2是本发明主控模块结构示意图；

[0019] 图3是本发明人机交互模块结构示意图；

[0020] 图4是本发明放电波形采样检测模块结构示意图；

[0021] 图5是本发明采样波形示意图；

[0022] 图中所示：1、主控模块；2、人机交互模块；3、驱动机构；4、放电波形采样检测模块；5、执行机构；11、中央控制器；12、第一存储单元；13、第二存储单元；14、高频脉冲控制模块；
21、显示模块；22、键盘模块；23、多功能输入输出接口；24、上位机或U盘等外设；41、放电波形采样电路；42、基准电压可调的多路电压比较器组。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图对本发明的实施方式进行说明：

[0024] 本发明提供一种用于电火花线切割机床的智能一体化控制柜，如图1、图2所示，包括主控模块1、人机交互模块2、驱动机构3和放电波形采样检测模块4，人机交互模块2、驱动机构3和放电波形采样检测模块4与主控模块1电连接，驱动机构3和放电波形采样检测模块4还与机床上的执行机构5电连接，主控模块1包括中央控制器11、高频脉冲控制模块14、第一存储单元12和第二存储单元13，高频脉冲控制模块14、第一存储单元12和第二存储单元
13分别与中央控制器11电连接，高频脉冲控制模块14还与机床的执行机构5电连接。中央控制器11还分别控制驱动机构3的动作和接收放电波形采样检测模块4发送的信息。

[0025] 智能控制柜的一体化设计把原来独立设计和使用的机床驱动机构控制器和高频脉冲电源控制器融合成一个完整的系统，使用同一组芯片处理器管理设备的能量输出(即原有机床设备的高频脉冲电源柜)和动作执行(即机床电机控制器)，使得两者充分协调运行。设置第二存储单元13，将资深工程师的加工经验，即与各种加工任务相对应的高频脉冲的有关参数，如脉宽、脉间(即占空比)、电流电压，以及所对应的加工状态等编辑成数据形式存储到主控单元的第二存储单元中，形成专家数据库，配合最佳跟踪控制参数，使得加工能量的输出和执行机构的动作达到完美的配合协调。机床设备的操作人员无需熟悉和了解电火花加工原理、高频脉冲电源的参数配置和使用，以及控制器的跟踪调节，也无需资深的加工经验，就可以完成电火花线切割加工，大大降低了设备的使用门槛，从而降低了人工成本。

[0026] 人机交互模块包括用于将指令代码直接输入的键盘模块22，用于将其他外围存储设备中的数据信息上传给主控单元的多功能输入输出接口23，以及用于显示各种数据信息及加工状态的显示器模块21，如图3所示。操作者可以直接通过键盘模块22手工输入3B加工代码，也可以通过多功能输入输出接口23，由上位机传入事先编程好的3B格式加工代码，或者直接从U盘读入指定位置的加工代码等各种方式将所需加工的图形代码送入主控模块1的第一存储单元12内。

[0027] 主控模块1的中央控制器11与高频脉冲控制模块14集成化设计。电火花线切割加工过程中所需的高频脉冲由高频脉冲控制模块14产生的多路脉冲波按要求组合而成，外加多路电子可控大功率高速开关管和高性能开关电源，可以实现任意所需要的加工脉冲波。并且高频脉冲控制模块14由中央控制器11根据放电波形采样检测模块4反馈的加工状态参数信息进行直接控制，实现真正的智能化。

[0028] 放电波形采样检测模块4包括波形采样电路41和基准电压可调的多路电压比较器组42，如图4所示。波形采样电路41采集机床加工状态的放电波形，然后通过基准电压可调的多路电压比较器组42，得到脉宽、占空比、开路电压、放电电压、短路电压等参数，所得参数发送给中央控制器11，由中央控制器11根据这些状态参数调整高频脉冲电源的能量输出和驱动机构的运行速度。

[0029] 图5所示的是采样检测模块4检测到的放电波形，其中td为开路状态占用时间，te为正常工作状态占用时间，ts为短路状态占用时间，ue为正常工作状态放电电压，us为短路状态放电电压。

[0030] 驱动机构3采用无阻恒流步进电机，可使电能利用率提高一倍以上，大大降低了整个设备的功耗，从而节约用电成本。主控模块1与执行机构5之间还设有大功率开关管及开关电源。

[0031] 机床工作之前，操作者通过键盘模块手工输入3B加工代码，也可以通过多功能输入输出接口，由上位机传入事先编程好的3B格式加工代码，或者直接从U盘读入指定位置的加工代码等各种方式将所需加工的图形代码送入主控模块的第一存储单元12内。

[0032] 开始加工时由操作者选择已保存在第一存储单元12内的加工代码，同时输入待加工的工件材质、厚度以及所需的加工效率等必要的加工参数，然后中央控制器11根据输入的加工参数选取存储于第二存储单元13的专家数据库中与其对应的高频脉冲参数，控制高频脉冲控制模块14输出所需的最佳脉冲波，通过大功率开关管控制开关电源将所需的加工电流电压脉冲波加载到工件和钼丝的两端，使得工件被放电汽化切割。

[0033] 工件与钼丝间的放电脉冲波形通过波形采样电路41进行采样、滤波、整形，再经由基准电压可调的多路电压比较器组42采集放电波形参数，如脉宽、占空比、开路电压、放电电压、短路电压等，中央控制器11接收到采集的放电波形参数后，与专家数据库中对应的数据进行比对，选择最佳的步进电机(或伺服电机)执行速度曲线，通过无阻恒流步进电机驱动机床工作台带动工件按照指定的速度和路径运动。从而达到最佳的加工光洁度，加工效率和加工丝耗等等。

[0034] 说明书中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。本实施例仅用于说明该发明，而不用于限制本发明的范围，本领域技术人员对于本发明所做的等价置换等修改均认为是落入该发明权利要求书所保护范围内。