線切割機床脈沖基準信號波形的測試及其分析

【摘要】本文根據線切割機床對脈沖電源的設計脈沖基準信號發(fā)生器進行了波形分析，通過采用泰克TDS 3012B型示波器對脈沖基準信號進行測試，得到不同的波形情況，然后對這些波形進行分析并提出不足之處。

【關鍵詞】脈沖基準信號 測試 分析

【中圖分類號】TG48 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）09-0026-02

脈沖基準信號直接影響到線切割機后級的加工，它的好壞及穩(wěn)定性通過測試可以反應出來。脈沖基準信號的測試及分析可以找出在設計中所存在的問題，并加以改進，為后級加工提供更加穩(wěn)定的脈沖基準信號。本文主要測試的是脈沖產生電路中脈沖基準信號發(fā)生器產生的波形信號和分析。

1.線切割機脈沖電源總體方案

線切割機脈沖電源總體結構如圖1所示。

圖1 慢走絲線切割機脈沖電源原理框圖

線切割機床脈沖電源主要包括：主電路、控制電路。主電路由變壓整流濾波電路、及后級加工電路組成。變壓整流濾波電路是將交流輸入電壓轉換為穩(wěn)定輸出用電壓，為后級線切割加工提供所需的能量?？刂齐娐酚涉I盤顯示電路、脈沖基準信號發(fā)生器、接口隔離電路、以及驅動放大電路組成。

2.測試連接圖

要保證測試結果的精確性，其測試設備顯得尤為重要，本文所使用的脈沖基準信號的測試采用泰克TDS 3012B型示波器，該示波器的帶寬可達100MHZ，每條通道取樣速率是1.25GS/S，對脈沖基準信號的測試結果提供了可靠的保證。

用串口線一端連接在測試板上的十針的JPGA的并口母頭上，另外一端連接在計算機的打印機的母頭上。按以下測試框圖2連接各個設備。

圖2 測試系統(tǒng)連接圖

3.不同參數波形的對比分析

由于要實現脈沖基準信號的高頻控制，因此必須對基于可編程邏輯器件的脈沖信號發(fā)生器發(fā)出的信號進行研究分析。

在慢走絲線切割加工過程中，只要能將脈沖寬度控制的越小，則可以控制單個脈沖的能量就越小，對慢走絲線切割機的精密加工就越有利，加工精度就越高。那么，脈沖寬度的精確度就是設計者考慮的重點問題。能產生高精度的脈沖是本測試板的一項重要指標。本文討論了脈沖基準信號Ton在五個不同脈寬參數下的波形情況。

脈沖寬度為1.2us，脈沖間隔為4 us時的輸出如圖3所示。

圖3 脈沖寬度1.2us情況下輸出的波形

脈沖寬度為400ns時的輸出如圖4所示。

圖4 脈沖寬度400ns情況下輸出脈沖

脈沖寬度為250ns時的輸出如圖5所示。

圖5脈沖寬度250ns情況下輸出脈沖

脈沖寬度為200ns時的輸出如圖6所示。

圖6脈沖寬度200ns情況下輸出脈沖

脈沖寬度為100ns時的輸出如圖7所示。

圖7脈沖寬度100ns情況下輸出脈沖

圖3～7圖中的脈沖寬度的理論值與用示波器實際測量的值對比如表所示

表1 脈沖寬度的理論值與用示波器實際測量的值

以脈沖寬度的理論值為X軸，脈沖寬度實測值為Y軸，采用擬合公式Y=AX+B，擬合方法為最小二乘法，利用MATLAB對表1的數據擬合得到的參數為：

A=0.9995，B=3.0292

A等于0.9995說明擬合曲線正比關系非常明顯，誤差很小。

B等于3.0292說明實際測量的脈沖寬度值與理論值比較接近。

然后把A、B的值帶入函數從而得出線性擬合曲線如圖8所示。其中*表示實際測量的點，紅色的線條代表的是線性擬合曲線，藍色的線條代表的是線性曲線。

圖8 脈沖寬度實測值及其擬合曲線

從以上波形圖上，在高電平為1.2us，低電平為4us時，脈沖波形非常好，但隨著脈沖頻率的增加，脈沖寬度的縮小，脈沖波形越來越類似三角波，這主要是由CPLD器件的內部本身的延遲造成的。雖然頻率增大，波形變得類似三角波形，但是波形的對稱性好。

4.性能分析與總結

上述測試的脈沖基準信號的參數只是整個脈沖電源的一小部分，對于電源的性能而言，評價它的參數很多，通常在生產車間內，對于電源的測試有專門的部門和專業(yè)的人員，分別對電源的電性能參數，機械性能參數以及電磁兼容參數進行測試。由于脈沖電源有高頻成分，因此對周圍的環(huán)境會造成電磁輻射，存在EMC以及EMI問題，這部分主要和PCB板的布線有著密切的關系，對電源的性能影響不大。

從波形分析可以看出，該研究脈沖基準信號發(fā)生器的穩(wěn)定性比較好，但是也有不足之處。如果利用高速的施密特觸發(fā)器對它的高頻的窄脈寬波形進行整形，便可獲得上升沿很快的方波。由于各個電路具有延遲性，所以可以采用多路高頻脈沖疊加的思想獲得更高頻率的脈沖基準信號，從而使得最終提供給加工電路的脈沖信號滿足慢走絲線切割加工工藝的要求。

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作者簡介：

劉君（1996.6— ），女，遼寧工程技術大學電氣與控制工程學院測控技術與儀器專業(yè)，大學生。