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第1版-简易电火花穿孔机

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在机械加工中,经常会出现螺丝,钻头,丝锥等折断在工件中,
用传统的工具不但很难处理而且容易损伤工件。
另外在DIY制作中,也经常需要在硬质合金上打小孔,开窄槽等,
送外协加工不但价格贵,而且多有不便,
如果能自己拥有一台简易电火花穿孔机,很多疑难问题就迎刃而解了


IP属地:浙江1楼2012-02-23 12:02回复



    IP属地:浙江2楼2012-02-23 12:05
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      IP属地:浙江4楼2012-02-23 19:11
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        ★RC弛张式脉冲电源
        这种电源结构简单、成本低,利用电阻电容充放电过程,反复击穿介质,形成震荡脉冲。
        但是RC电源脉冲频率不够稳定,加工效率较低,适合对加工速度要求不高的普通用户,电阻主要起震荡作用,同时还兼有短路保护作用,R值越小加工电流越大,
        理论上加工速度就越快,但是R值过小会出现电弧放电,导致加工无法稳定进行,
        同样C值越大,脉冲能量就越大,理论加工速度越快,但是C值太大也会导致无法稳定加工,在保持加工稳定的前提下,输入尽可能大的放电功率,就可以获得最大的加工速度
        因此电阻电容的取值必须是在保持加工稳定的范围内,根据论坛网友经验,通常采用60V电源(48V/20AH电动车充电器)24欧电炉丝,25uf/CBB电容我们把它改进为分档切换:
        电炉丝截成10欧一段,用2只开关切换,可以组合出强中弱3档加工电流,
        电容分为10uf×3,也用2只开关控制是否并入,可以组合出3档加工脉宽,

        


        IP属地:浙江5楼2012-02-23 19:12
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          手动进给体验
          在机芯原配马达轴上加装一个手轮,先手动进给体验一下加工效果,
          资料上说电极进给精度要在0.01毫米以内,需要反复练习才能掌握,
          我感觉3mm电极还是比较容易控制的,手轮来回转15度左右能找到连续火花,
          像锯条这样的薄片,一分钟内可以打穿,但是厘米级的东西要花很长时间,试验结果表明,对于薄工件,手动进给还是勉强可以接受的,
          但是由于滑台和工件固定都不是很牢靠,手动容易摇到滑台,造成孔径变形,
          所以手只能轻轻的转,一点也不能去压的,时间一长感觉非常吃力,
          无论从加工精度还是减轻劳动强度来说,要达到实用水平必须实现自动进给,


          IP属地:浙江6楼2012-02-23 19:13
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            ★直流减速马达
            根据试验结果,马达进给速度应该能在每分钟几转至几十转连续调节,
            所以机芯自带的马达肯定是不行的,需要换带有较大减速比的马达,本来想上网购买一个减速马达,突然看到几个闲置的ESKY-0508数字舵机,
            其标称速度是0.1秒60度,那么转一圈是0.6秒,也就是每分钟100转,接了个射极跟随器测试,5V供电转速刚好能在每分钟几转至几十转连续调节,
            感觉差不多够用了,马上拆掉控制板并进行360度旋转改装, 1.用美工刀和小电磨去掉舵机的限位挡块,允许输出齿360度旋转,
            2.用细砂纸裹住电位器转轴,稍微打磨掉几个丝,输出齿就可以自由转动了,
            3.去掉舵机控制板,把马达线直接引出即可,


            IP属地:浙江7楼2012-02-23 19:14
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              IP属地:浙江8楼2012-02-23 19:14
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                ★正反转独立调速资料上指出,间隙短路时电极需要快速倒退,才能及时消除短路和拉弧,
                所以设计了一组简单的调速电路,用来分别控制进给速度和倒退速度,电路由两组不共地的射极跟随器构成,当两只光耦都处于截止状态时,
                电位器上没有电压,两只三极管都处于截止状态,马达停止转动,当光耦A导通,光耦B截止时,电位器A得电,马达以指定速度正转,
                当光耦B导通,光耦A截止时,电位器B得电,马达以指定速度反转,由于光耦AB分别属于上下限控制,不可能同时导通,防止了驱动三极管短路,
                两只调速电位器地端串接的二极管可以防止AB组电压互相窜扰,进给速度的指定:以电极空载接近工件时,能发生稳定放电而不过冲为标准,
                回退速度的指定:观察加工过程短路回退的幅度,以不发生过调开路为标准,电源由独立绕组双6V变压器降压,两组独立整流滤波稳压,一路供马达进给调速,
                另一路供马达倒退调速,在马达回路加装开关可以随时控制马达启停,所谓独立双绕组的变压器,是指4线输出的变压器,输出AC电压6-9V都可以,
                那种3线双绕组变压器是不行的,实在找不到的话,可以采用两只变压器独立供电,由于旋转头电机消耗电流比较大,最好也独立供电,以免对控制电路造成干扰,
                在不产生明显震动的情况下,旋转头转速越高加工越稳定,


                IP属地:浙江9楼2012-02-23 19:15
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                  IP属地:浙江10楼2012-02-23 19:16
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                    ★放电间隙自动调节
                    放电间隙可以简单的分为:空载,正常放电,间隙偏小趋向短路,短路,4种状态
                    由于火花放电间隙非常微小,在加工过程直接测量放电间隙是很困难的,
                    所以一般都是通过测量间隙电压或测量间隙电流来了解放电状态的,
                    根据门槛电压检测法,我们设计了一个数字电压表测法方案:
                    表头采用5V稳压供电,量程DC0-200V,采样频率4ms,
                    全量程自由设置两个报警点,两个LED独立指示,
                    低压指示,0-设定值红灯亮,超过设定值红灯灭,
                    高压指示,低于设定值绿灯灭,超过设定值绿灯亮,工作过程分析如下:
                    1.间隙空载时,电压高于上限,绿灯亮,马达正转,电极以指定速度接近工件
                    2.当放电开始,电压低于上限,绿灯灭,马达停止,保持当前位置防止过冲而短路,
                    随着工件材料被蚀除,间隙偏大,绿灯重新点亮,马达再次进给,
                    正常加工状态下,绿灯实际上在不停闪烁,电极在不断的微进给,
                    3.间隙偏小时,电压低于下限,红灯亮,马达反转,以指定速度倒退,
                    在正常加工状态下,只要回退一点点,电压就会重新高于下限,
                    红灯立即熄灭,马达停止,保持当前位置以防止过调而开路,
                    所以正常加工时,红灯实际上只是偶尔闪烁一下,
                    4.间隙短路时,电压也低于下限,红灯亮,马达反转,同样以指定速度倒退,
                    但是短路状态,电极与工件可能发生轻微粘连,回退幅度会比较大,
                    当短路消除后,间隙往往处于空载状态,电极需要较长时间才能重新进到工作点,
                    如果频繁出现短路,将严重降低加工速度,所以采用旋转头防止短路非常关键
                    实际电路中,每个LED串接一个光耦817即可输出控制信号给调速板,
                    (把光藕内置发光2极管那端串入指示灯,把输出那端串入调速电位器)
                    分别设置合适的上/下限电压值,以及进给/倒退速度,就可以获得连续放电,
                    由于进给和倒退速度采用独立调节,可以尝试不同的速度组合,寻找最佳工作点,
                    低压控制电源和高压脉冲电源分别用两只电源开关管理,
                    当加工完成时,关闭高压电源,红灯就会常亮,电极自动倒退,
                    在没有安装限位开关的机器上要注意观察滑台行程,以免冲顶。


                    IP属地:浙江11楼2012-02-23 19:18
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                      IP属地:浙江12楼2012-02-23 19:19
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                        ★取样电压的指定
                        当加工规准,加工面积等参数发生变化时,为了保持最佳工作状态,必须调整上下限窗口,如果每次改变加工参数,我们都去调整电压表内部的上下限窗口,那是不够方便的,
                        取样电位器的作用,就是可以随时改变取样电压,快速适应各种加工条件,
                        所以电压表显示的只是取样电压,并不是真实的间隙电压,
                        对于RC电源,停止进给的上限推荐设为电源电压的一半左右,
                        那么取样电压也相应要在电源电压的一半至最大值可调,
                        电位器通过分压电阻分得一半电压,减小调节范围后,还可以提高调节分辨率,
                        当使用细电极时,由于加工面积小,消耗的功率低,需要提高间隙控制电路的灵敏度,
                        把取样电压调低,相当于提高了上限电压,间隙电压略有下跌,马达就会停止进给,
                        使用粗电极时,加工面积大,消耗的功率大,需要降低间隙控制电路的灵敏度,
                        把取样电压调高,间隙电压要跌去较多时,马达才会停止进给,
                        对于同一电极,刚开始加工时面积较小,需要把取样电压调低,提高控制灵敏度,
                        随着加工深度的增加,电极侧面放电增加,消耗的功率需要增加,
                        把取样电压稍微调高一点,就相当于降低了上限电压,允许进入放电间隙的功率增加,
                        总体来说,调节标准就是查看进给指示灯,当进给指示灯不停闪烁,
                        回退指示灯只是偶尔闪烁一下,基本就处于最佳状态了,
                        我们发现让进给跟踪稍微偏向空载加工,可以保持最大的加工稳定性,
                        对于图示的60V/RC电源,我们把电压表下限设为10V,上限设为35V,
                        取样电压调整到45V左右,取得了令人满意的控制效果,
                        用2mm电极穿透8mm厚度的Cr12模具钢时,从开始到完成几乎没有发生短路,
                        加工电流稳定在2A左右,主轴一次也没有出现大幅度的回退,


                        IP属地:浙江13楼2012-02-23 19:28
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                          IP属地:浙江14楼2012-02-23 19:29
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                            ★工具电极的选择
                            我们认为电火花穿孔应该尽量选择空心铜管作电极,尤其在电极直径较大时,
                            空心管由于不需要蚀除管子里面部分的工件材料,效率会高很多,


                            IP属地:浙江15楼2012-02-23 19:31
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                              那些挂出来的针状物,就是空心电极未蚀除的工件材料,



                              IP属地:浙江16楼2012-02-23 19:32
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