【参赛】自制 自动版电火花穿孔机

鸡蛋

自己DIY的时候，打孔一直是个难题，特别是那些硬质合金，用手电钻根本无法钻孔，于是就有了这个自动的电火花穿孔机的诞生。
先上个控制箱的照片，左上部是3个开关，分别是220V电源开关，方向控制开关，使能开关。
开关下面是香蕉座，用于输出电火花电压，香蕉座旁边是步进电机接口。


电源部分，用的是一个环牛变压器。
交流34V作为主电源经整流滤波后输出50V的直流电源用于电火花。
交流16V经整流滤波后作为步进电机的电源
交流6V用于555脉冲信号发生器


机械部分，正好以前做过一个迷你的雕刻机，现在用不到了，就拆了Z轴来用。




主控箱内部
中间是环牛变压器，左边绿色的圆柱体是20Ω电阻。


步进电机控制板藏在面板后面，是以前做雕刻机的时候买的套件自己焊接的。


那个绿色的长方体是10u油浸电容


用断锯条试了下打孔，黄铜棒直径2毫米，打穿一个孔用时大概1分钟，非常方便。

鸡蛋

工作原理
电火花部分的电路其实非常简单，交流电经过整流滤波后输出直流电，经过一个20Ω的电阻和20u的电容就可以放电了。
但是要产生电火花，还要对工件和电极之间的间隔距离进行控制，太远了火花无法产生，毕竟只有50V的电压，太近了容易短路。
所以其他电路都是为了完成自动控制距离这个目的。

机械部分这里用的是雕刻机的Z轴，将步进电机的圆周运动转换成电极的上下运动。
控制步进电机用的是T8435芯片，主要有3个控制信号：
1. 由NE555芯片产生脉冲信号输入TA8435的7脚，TA8435每接受一个脉冲就控制步进电机旋转一个角度。
2. 方向信号控制步进电机的旋转方向，这样就能控制电极的上下运动了。
3. 使能开关控制TA8435是否工作，当TA8435的3脚接地时才接受脉冲信号并控制步进电机选择。

工作过程：接通电源，方向开关选择向下运动，然后使能开关接地，电极开始往下运动，当运动到离工件一定距离内时开始火花放电，这时候电极还是在向下运动的，所以最终电极与工件将会碰在一起，因为金属的导电性，就相当于50V电源短路了。因为电火花电路中串联了20Ω的电阻，所以短路电流就是50/20=2.5A。
因为短路，光耦PIC817中没有信号传递，所以等于就是TA8435的5脚为高电平，步进电机反转，电极往上运动与工件分离。
因为分离，短路状态取消，光耦PIC817中又接收到信号，TA8435的5脚为低电平，步进电机控制电极向下运动。
于是在不断的短路、分离状态中，电极与工件之间的距离被控制在一定范围内，保证能够不断的产生火花，最终工件被电蚀。

元件选择：
电源可以用交流电经过整流获得，还有个简便的方法就是用50V的电动车的充电器，经过很多DIYer的实践，电动车充电器完全可以用在这个电火花电路中，而且因为是开关电源，各种保护电路比较完善，所以即使短路电流达到2.5A也可以正常工作，前提就是要用质量合格的充电器。
20Ω的电阻，因为工作最大电流达到2.5A，所以要求电阻的功率也要够大。我这个用的是50瓦的法郎电阻，发热还是比较厉害，所以加了散热风扇。
20u电容：建议用无极性电容，例如油浸电容。这个电容容量越大，火花威力越大，但是电容充电时间就长了，建议容量为10u～20u。
TA8435工作电压范围为10～40V，电压越大电机旋转越有力，建议用24～36V电压。
18脚和21脚分别接一个0.5Ω的电阻，这个是取样电阻，功率为2W。
23，20，19，16脚接步进电机，同时通过一个二极管接地，这个二极管不能用普通二极管，要求是快恢复二极管，这里用FR307（3A，1000V）
其他元件没有特殊要求，电阻用普通1/8瓦电阻就可以了。

shadow

那个雕刻机套件价格多少？好使不？

鸡蛋

shadow 发表于 2014-10-7 17:18
那个雕刻机套件价格多少？好使不？

那个雕刻机不是套件，是我DIY的，功率太小速度太慢，已经拆了。
我帖子里说的套件是指那个步进电机驱动板。

九天飞龙2009

太厉害   佩服啊  

许首奇

工作电压能否再提高 如50-60V  能否用电焊机代替工作电源

胆石小生

好作品。要赞。

鸡蛋

许首奇 发表于 2014-10-7 18:44
工作电压能否再提高 如50-60V  能否用电焊机代替工作电源

你是指电火花电压？理论上是可以的，工业上好像电压还要高，但对于DIY来说不建议用那么高的电压，安全电压是36V,这里用50V其实已经是有点危险了，DIY对于安全保护措施经常是零，不小心就会产生触电。
对于电焊机不太了解，印象中电焊机是低电压大电流的，应该用不了，电焊和电火花的工作原理是不一样的。

365171757

做的非常好，学习中。进给系统板子能给连接吗？想试做，请多多指教。

鸡蛋

365171757 发表于 2014-10-7 19:46
做的非常好，学习中。进给系统板子能给连接吗？想试做，请多多指教。

进给系统是由两部分组成的，555脉冲发生电路和TA8435驱动电路
TA8435驱动电路是我6年前网上买的，人家现在已经不开店了。不过这种类型的驱动板网上应该还有的，你找一下，买回来自己加装555等附属电路就可以了。
如果只是想试作的话，建议就买20Ω电阻和20u电容，这样已经可以手动控制来产生火花了。
虽说这个火花间隙比较难控制，但用螺丝配上螺母的话还是可以实现的，就是要做好绝缘，注意安全。
其实做这个的难点是机械部分，电子部分买上零件做个PCB就可以完成了，对于坛里的同学来说没什么难度的，机械部分需要车床、台钻什么的就不好解决了。

365171757

鸡蛋 发表于 2014-10-7 20:16
进给系统是由两部分组成的，555脉冲发生电路和TA8435驱动电路
TA8435驱动电路是我6年前网上买的，人家现 ...

将步进电机的圆周运动转换成电极的上下运动，在驱动板上怎样换成上下运动。

鸡蛋

365171757 发表于 2014-10-7 21:12
将步进电机的圆周运动转换成电极的上下运动，在驱动板上怎样换成上下运动。

控制电机正转或反转就可以了。

看风者

这个非常不错！实用！

bd2qbw

好作品！光耦PIC817的2脚是否应改接到48伏加工电源的负极形成回路，同时加工电源与控制电源完全隔离以保护控制芯片。

YZMLXY

高！进来学习了！