关键字： 模具加工；自适应；电源；单片机 摘　要： 电火花加工是当前模具加工的重要方法，电火花加工机床的电源已经成为现阶段加工质量和效率提高的一个瓶颈问题。本文对目前国内外研究的各种自适应脉冲电火花电源的原理和方法进行了介绍，分析了其优点和缺陷。并介绍了一种基于C8051单片机的新型电火花线切割自适应电源的设计方法。该系统能够适应模具加工过程中加工条件的剧烈变化，大大提高线切割加工过程的稳定性和模具加工质量。

电火花加工（EDM）作为模具制造的重要加工方法，已得到广泛应用，并有着其它加工方法无可替代的优点。其中电火花成型加工主要是用于各种型腔模，而电火花线切割则适用于加工各种形状的冲模[1]。脉冲电源作为电火花加工机床的主要组成部分，提供击穿加工介质所需要的电压，并在间隙击穿后提供能量以蚀除金属。现在常规的电火花脉冲电源大多采用简单的机械操作，这种加工方式既对机床操作人员要求极高，又容易引起及其电气故障。而采用自适应控制系统的脉冲电源，可以根据加工电流或间隙电压的状态自动调节加工电流脉冲波形，为机床操作提供方便，也有利于延长机床的使用寿命。脉冲电源的设计采用了模块化处理，利于调试，又加强了抗干扰与可靠性设计[2]。传统形式的电火花加工脉冲电源虽然在某些场合有应用，但是已不能完全满足加工的一些要求，随着计算机控制技术的发展以及复合加工技术的应用，对脉冲电源技术的要求也越来越高，随之也涌现出了许多新型的自适应脉冲电源[3]

1 目前的几种自适应电源的设计思路。

近来，电火花加工机床的发展方向和热点是自适应的、智能化的和绿色的电源。目前有多所大学和研究所的科技人员都在研究和开发自适应电源，并且也取得了一定的成果。他们的设计思路主要有两种：

1.1自适应加工精度规准的脉冲电源，电源能够根据不同的加工规准，自动选择机床的参数，如进给速度，脉冲宽度，脉冲间隔和脉冲电压，原理如下：

线切割加工是一种技术性很强的工作，加工出的零件质量的好坏，在很大程度上依赖于操作者的技术水平。此种自适应加工脉冲电源通过建立线切割加工的工艺数据库，使线切割工业实现资源共享，还可降低对操作人员的要求，尽量排除加工中的人为因素对加工零件的质量的影响，以提高加工零件的质量及加工自动化程度，为电火花加工的CAM，FMS打下基础[4]。但是建立加工数据库是一个工作量庞大的工作，需要大量的实验数据，目前还没有可靠的符合各种生产条件的稳定数据库。

1.2自适应控制机床伺服系统的脉冲电源，原理如图2所示

系统对线切割机床电极丝间隙状态进行检测，然后反馈给控制器，然后控制机床的进给，以得到一个比较理想的加工间隙，如此来防止电弧和短路的产生。此方法可以提高加工表面的质量，但是缺陷在于放电间隙的放电状态极其复杂，与放电间隙、工作液、工件的加工面积等等诸多因素有关。加工过程中如果由于瞬间排屑条件不好，或者工件本身有缺陷，间隙检测系统检测反馈后会给控制系统一个假象，误以为是进给过多或者太少。然后系统会前进或者后退，这种进给的不连贯性导致加工表面质量变坏，加工效率降低。由于脉间必须保证消电离和排屑的需要，而微细电加工中加工介质和加工材料的不同导致了不同的加工条件，需要的脉间时间也各不相同^[5]。所以电源发出的脉冲信号的占空比必须可调，满足高精度和高速的电加工要求。

2 自适应控制PWM输出的脉冲电源

为了提高线切割自适应系统的控制精度，降低发生误判断的概率，提高加工质量和效率，本试验室提出了一种基于C8051单片机的新型数控电火花脉冲电源设计方法。由单片机控制高速A/D采集放电电压数值，根据电压阈值判断放电间隙状态，按需求调整PWM输出，调节放电间隙大小，从而有效提高了放电间隙的控制精度，减少了电弧和短路现象，提高加工表面的表面质量。

数控电火花脉冲电源的组成如图3所示。由单片机控制器、信号调理模块、功率放大模块和键盘及显示模块几个部分组成。单片机控制器为系统的控制及数据运算核心，完成数据采集和反馈信号生成等功能；信号调理模块在放电间隙电压输出与脉冲电源之间构造光电隔离电路并将输出电压调整到系统A/D可接受范围；信号放大模块用于将单片机的PWM输出放大并送线切割机床；键盘及显示模块用于人机交互。

2.1系统软件设计

系统的工作流程如软件流程图如图4所示：

系统启动后，根据被加工工件的材料与厚度（不规则工件取其最大厚度）以及需要达到的表面粗糙度，由键盘输入推荐最优脉宽和脉间，系统自动载入V1、V2阈值电压的值，系统开始工作。同时，单片机控制A/D连续对放电电压采样、比较大小，然后判断系统处于何种状态，然后根据需求不断调整PWM的输出参数，使加工处于理想的火花放电状态，直至加工结束。

3 结束语

高频、脉宽脉间任意可调的自适应电源是提高模具电火花加工机床加工效率和质量的关键性技术。本文通过对一种基于新型的C8051Fxxx系列单片机的高效自适应电源的结构进行设计，设计出了能满足要求的电源。经过实验，获得了满意的工艺效果。证明了自适应电源研究方向的可行性，也证明了单片机控制的自适应电源是一种很有发展前景的脉冲电源技术。

参考文献

[1]南欢.电火花加工变质层对模具成型表面的影响.模具制造技术，2006（7）：70～73.

[2]徐健，叶汉民，蒋存波，职燕.电火花加工中数控脉冲电源的设计.设计与研究，2006（10）：39～41.

[3]狄士春，王弢，于滨，赵万生. 电火花加工脉冲电源研究现状及发展趋势[J].机械工程师，2002（10）：6～9.

4]朱琳生，赵建民. 电火花加工用自适应型高频脉冲电源 微电子学与计算机，1995（5）：47~49.

[5] Fuzhu Han , Shinya Wachi , Masanori Kunied . Improvement of machining characteristics of micro-EDM using transistor type isopulse generator and servo feed control [J]. Precision Engineering, 2004,28：378~385.