线切割机床脉冲基准信号波形的测试及其分析

【摘要】本文根据线切割机床对脉冲电源的设计脉冲基准信号发生器进行了波形分析，通过采用泰克TDS 3012B型示波器对脉冲基准信号进行测试，得到不同的波形情况，然后对这些波形进行分析并提出不足之处。

【关键词】脉冲基准信号 测试 分析

【中图分类号】TG48 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）09-0026-02

脉冲基准信号直接影响到线切割机后级的加工，它的好坏及稳定性通过测试可以反应出来。脉冲基准信号的测试及分析可以找出在设计中所存在的问题，并加以改进，为后级加工提供更加稳定的脉冲基准信号。本文主要测试的是脉冲产生电路中脉冲基准信号发生器产生的波形信号和分析。

1.线切割机脉冲电源总体方案

线切割机脉冲电源总体结构如图1所示。

图1 慢走丝线切割机脉冲电源原理框图

线切割机床脉冲电源主要包括：主电路、控制电路。主电路由变压整流滤波电路、及后级加工电路组成。变压整流滤波电路是将交流输入电压转换为稳定输出用电压，为后级线切割加工提供所需的能量。控制电路由键盘显示电路、脉冲基准信号发生器、接口隔离电路、以及驱动放大电路组成。

2.测试连接图

要保证测试结果的精确性，其测试设备显得尤为重要，本文所使用的脉冲基准信号的测试采用泰克TDS 3012B型示波器，该示波器的带宽可达100MHZ，每条通道取样速率是1.25GS/S，对脉冲基准信号的测试结果提供了可靠的保证。

用串口线一端连接在测试板上的十针的JPGA的并口母头上，另外一端连接在计算机的打印机的母头上。按以下测试框图2连接各个设备。

图2 测试系统连接图

3.不同参数波形的对比分析

由于要实现脉冲基准信号的高频控制，因此必须对基于可编程逻辑器件的脉冲信号发生器发出的信号进行研究分析。

在慢走丝线切割加工过程中，只要能将脉冲宽度控制的越小，则可以控制单个脉冲的能量就越小，对慢走丝线切割机的精密加工就越有利，加工精度就越高。那么，脉冲宽度的精确度就是设计者考虑的重点问题。能产生高精度的脉冲是本测试板的一项重要指标。本文讨论了脉冲基准信号Ton在五个不同脉宽参数下的波形情况。

脉冲宽度为1.2us，脉冲间隔为4 us时的输出如图3所示。

图3 脉冲宽度1.2us情况下输出的波形

脉冲宽度为400ns时的输出如图4所示。

图4 脉冲宽度400ns情况下输出脉冲

脉冲宽度为250ns时的输出如图5所示。

图5脉冲宽度250ns情况下输出脉冲

脉冲宽度为200ns时的输出如图6所示。

图6脉冲宽度200ns情况下输出脉冲

脉冲宽度为100ns时的输出如图7所示。

图7脉冲宽度100ns情况下输出脉冲

图3～7图中的脉冲宽度的理论值与用示波器实际测量的值对比如表所示

表1 脉冲宽度的理论值与用示波器实际测量的值

以脉冲宽度的理论值为X轴，脉冲宽度实测值为Y轴，采用拟合公式Y=AX+B，拟合方法为最小二乘法，利用MATLAB对表1的数据拟合得到的参数为：

A=0.9995，B=3.0292

A等于0.9995说明拟合曲线正比关系非常明显，误差很小。

B等于3.0292说明实际测量的脉冲宽度值与理论值比较接近。

然后把A、B的值带入函数从而得出线性拟合曲线如图8所示。其中*表示实际测量的点，红色的线条代表的是线性拟合曲线，蓝色的线条代表的是线性曲线。

图8 脉冲宽度实测值及其拟合曲线

从以上波形图上，在高电平为1.2us，低电平为4us时，脉冲波形非常好，但随着脉冲频率的增加，脉冲宽度的缩小，脉冲波形越来越类似三角波，这主要是由CPLD器件的内部本身的延迟造成的。虽然频率增大，波形变得类似三角波形，但是波形的对称性好。

4.性能分析与总结

上述测试的脉冲基准信号的参数只是整个脉冲电源的一小部分，对于电源的性能而言，评价它的参数很多，通常在生产车间内，对于电源的测试有专门的部门和专业的人员，分别对电源的电性能参数，机械性能参数以及电磁兼容参数进行测试。由于脉冲电源有高频成分，因此对周围的环境会造成电磁辐射，存在EMC以及EMI问题，这部分主要和PCB板的布线有着密切的关系，对电源的性能影响不大。

从波形分析可以看出，该研究脉冲基准信号发生器的稳定性比较好，但是也有不足之处。如果利用高速的施密特触发器对它的高频的窄脉宽波形进行整形，便可获得上升沿很快的方波。由于各个电路具有延迟性，所以可以采用多路高频脉冲叠加的思想获得更高频率的脉冲基准信号，从而使得最终提供给加工电路的脉冲信号满足慢走丝线切割加工工艺的要求。

参考文献：

[1]于忠福. 微能可控微细电火花线切割脉冲电源的研究[D]. 哈尔滨工业大学， 2006

[2]全勇. 电火花微细加工微能脉冲电源模块的研究[D]. 南昌大学， 2006

[3]敖明武， 张勇， 李志勇. 微细电火花加工用微能脉冲电源的研制[J]. 航空精密制造技术， 2003， 39（6）

[4]陈烔等. 脉宽和幅值可调的新型超窄脉冲发生器的研制[J]. 高电压技术， 2005， 31（5）

[5]周志敏， 周纪海. 开关电源实用技术—设计与应用. 人民邮电出版社2003（1）

[6]韦东波， 狄士春， 迟关心， 赵万生. 新型节能电火花加工脉冲电源的脉冲发生器. 功能工件 2006（11）， 94～97

[7]吴秋兰. 单片机和CPLD构成的任意波形产生器. 电子工程师，2001，11（27），4～5

作者简介：

刘君（1996.6— ），女，辽宁工程技术大学电气与控制工程学院测控技术与仪器专业，大学生。