數控電火花線切割機的斷絲問題及分析

李 兵

（江蘇食品職業技術學院，江蘇 淮安 223003）

數控電火花線切割機對各種形狀的沖模及零件自動切割加工，具有精度高、速度快、周期短等優點。它結合了機電一體化的綜合技術，既有普通數控機床常有的拖板，又有使電極絲往復循環的運絲機構，還有支持電極絲運動的絲架。對于帶斜度的機床還有使電極絲可以左右前后運動的絲架工作臺，此外還有供液系統，電氣部分等。因此數控電火花線切割機是一種綜合了機、電、液、化學等多門學科的高新技術產品。

1 數控電火花線割機的工作原理及總體結構

圖1所示為數控電火花線割機的基本工作原理。操作人員者根據圖紙的尺寸編制成加工程序，通過手工鍵盤輸入或者編程機聯機輸入等方式將程序輸入到控制機內。

圖1 電火花線割機原理圖

控制機在接收到加工命令后開始插補運算，每運算一次便發出一個脈沖信號，經過驅動功率放大，然后驅動步進電機工作，由步進電機傳動絲杠拖動工作臺運動。運絲系統由運絲電機傳動貯絲筒，再通過行程開關使貯絲筒作往返運動，從而使電極絲運動。

高速走絲電火花線切割加工中的斷絲問題是十分普遍的問題。它會使加工中斷并需要重新開始，浪費較多的時間，破壞了工件表面的完整性，降低了生產效率。而導致這種現象有多種原因。

2 斷絲原因的分析及解決辦法

2.1 與電極絲相關的斷絲

（1）絲張力及走絲速度。對于高速走絲線切割加工，一般采用0.06～0.25mm的銅絲，因它耐損耗、抗拉強度高、絲質不易變脆且不易斷絲。提高電極絲的張力可減少絲振的影響，從而提高精度和切割速度，絲張力的波動對加工穩定性影響很大。

隨著走絲速度的提高，在一定范圍內，加工速度也會提高。同時走絲速度的提高有利于電極絲把工作液帶入較大厚度的工件放電間隙中，有利于電蝕產物的排除和放電加工的穩定。但走絲速度過高，電極絲容易抖動嚴重，反而破壞了加工的穩定性，這降低了加工速度，而且加工精度和表面粗糙度都會變差，并易造成斷絲。當然，走絲速度也不能過低，否則由于損耗增加，也易斷絲，一般以小于10m/s為宜。

（2）電極絲的選擇。電極絲的選擇主要考慮電極絲的種類及直徑。通常切割加工所用的電極絲材料應具有良好的導電性，抗拉強度大，絲本身不得有彎折和打結現象。常見的材料有鉬絲、鎢絲、鎢鉬絲、黃銅絲、銅鎢絲等。其中以鉬絲和黃銅絲用得較多。采用鎢絲加工，可獲得較高的加工速度，但放電后絲變脆，易斷絲。所以一般在走絲速度較慢時使用。鉬絲熔點、抗拉強度低，但韌性好，絲質不易變脆而斷絲，因此，盡管性能不如鎢絲好，但目前使用卻最為廣泛。鎢鉬絲加工效果都比前兩種好，使用壽命和加工速度都比鉬絲高，但價格昂貴。銅絲的加工速度高，加工過程穩定，但抗拉強度差，損耗也大，一般在低速走絲線切割加工中使用較多。

（3）新鉬絲及鉬絲自斷。新鉬絲表面有一層黑色氧化物，加工時切割速度快，工件表面呈粗黑色，這時電源能量太大，易斷絲。因此對于新鉬絲，加工電流需減小，等電極絲基本發白后，才能恢復正常電參數。

（4）電極絲損耗。選用粗絲對提高加工速度有好處，因為線徑增加，允許加工電流增大，但引起切縫會寬一些，一般適宜用φ0.15～0.02的電極絲。在上電極絲時，最好是使電極絲繞得緊一些，但必須在允許拉力以內，這樣可使電極絲的固有振動頻率較高，振幅較小，最怕的是電極絲有松有緊，其固有振動頻率從低到高頻都有，很容易與機床的干擾產生共振，這將使電極絲運行時，在某一段內電極絲會產生強烈的振動，很容易在加工中引起短路加工不穩，造成斷絲。此外也不應用細直徑電極絲承受大電流來加工，這也易斷絲。

2.2 與工件相關的斷絲

（1）加工薄工件時的斷絲。薄工件一般指其厚度在3mm以下。其斷絲的主要原因是：線架上下導絲輪的開距是固定的，當切割薄工件時，在高速走絲的情況下，電極絲失去了加工厚工件時產生的冷卻液的阻尼作用。加上火花放電的影響銀絲易抖動。解決的辦法是，可調整加工電壓至50V左右，調整加工電流在0.3A左右，調整脈寬，降低轉速。如是交流電機拖動的，則在三相的任意二相中串接一只電阻，降低相電壓，使其換向過渡時間稍長，實現軟換向，可有效減少抖動。

（2）加工厚工件時的斷絲。厚工件一般指大于100mm的工件。切割厚工件時的斷絲可能發生在剛進給一產生火花時或工件切割過程中以及工件切完時。

（3）工件中夾有不導電物質引起的斷絲。外觀看似正常的材料在切割時，突然發生“短路”現象，不管怎樣排除都不能復原。這種情況多為在鍛打或熔煉的材料中夾有不導電雜質。解決的辦法是，可編制一段每進0.05～0.1mm便后退0.5～1mm的程序，在加工中反復使用，并加大冷卻液流量，一般可沖刷掉雜質，恢復正常切割。

（4）線切割加工的工件多數都是在平磨以后，按正常的工藝，平磨后應退磁。若工件未退磁，線切割加工中產生的電腐蝕顆粒易吸附在割縫中，特別是工件較厚時，不退磁易造成切割進給不均勻，表面粗糙度值增大造成短路、斷絲。

2.3 與脈沖電源相關的斷絲

（1）加工電流很大，火花放電異常，導致斷絲。這種故障多數是脈沖電源的輸出已變為直流輸出所致。從脈沖電源的輸出級向多諧振蕩器逐級檢查波形，更換損壞的元件，使輸出為合乎要求的脈沖波形時才能投入使用。

（2）輸出電流超過限值斷絲。在加工過程中火花放電突然變為藍色的弧光放電，電流超過限值，將鉬絲燒斷。用示波器測輸入端和振蕩部分都無波形輸出。可判斷為故障出在振蕩部分。檢查三極管時發現極間內部擊穿，更換此管，高頻電源恢復正常。

（3）鉬絲上出現燒傷點發生斷絲。一旦鉬絲上出現“疙瘩”狀的燒傷點，極易發生斷絲現象。一般認為，這是粘附在電級絲上的加工屑所為，該粘附物起到了使放電集中在電極絲上的作用，此時若冷卻散熱條件差，就很可能使該處的溫度升高，這樣一來在連續的放電中就可能繼續有其他加工屑粘附在該點附近，如此造成一種惡性循環，最后導致該處發生燒傷現象。

（4）鉬絲上出現燒蝕點發生斷絲。在實踐中發現，每隔一段即有一個燒蝕點。輕微的像一個霉點，嚴重的可明顯看到鉬絲的燒蝕點。這是由于電極絲與工件間拉弧造成的，因某種原因使工件上A點與鉬絲上B點拉弧，電極絲在運動，A、B二點間的閏弧越拉越長，A點又與最接近的B點開始拉弧，如此周而復始，即形成有規律間隔的蝕點，使電極絲的強度大大下降。產生這種現象的原因主要是進給系統末級輸出不平衡，調整進給系統，這種現象即可消除。

2.4 與走絲裝置及工作液相關的斷絲

（1）與走絲裝置相關的斷絲，其根本原因還是該裝置精度變差，會增加鉬絲的抖動，破壞火花放電的正常間隙，易造成大電流集中放電，從而增加斷絲的機會。

（2）對要求切割速度高或大厚度工件，其工作液的配比可適當淡一些約5％～8％的濃度，這樣加工較穩定，不易斷絲。

（3）工作液臟污，時間用長后綜合性能變差是引起斷絲的重要原因。實踐中，可這樣來衡量工作液是否變差；當加工電流為2A左右，其切割速度為40mm/min左右，每天工作8h，使用兩天后效果最好，繼續使用8～10天則易斷絲，須更換新的工作液。

2.5 操作不當引起的斷絲

（1）換擋不及時。在正式切割前，都要用手動檔強迫高頻電流接能，用來校對始點以便起步和記零。一旦起步完成，轉入正常切割，操作者應立即把“手動”檔轉入“自動”檔，機床才能自動進行。否則，在第一個換向時，高頻電流就會燒斷，因為手動檔是不受換向開關控制的。

（2）換向定位塊壓持不準。特別是有鉬絲穿過預鉆孔的工件，在壓絲后必須檢查一下換向切塊的壓緊位置是否合適，一般在貯絲筒兩端至少應留4mm的鉬絲為換向余量（指排絲距離）。如果余量過少或沒把鉬絲壓緊，運行后順第2個換向時就會斷絲。

（3）中途停機時沒有先切斷高頻電流。停機絲速為零時，且又與工件發生短路，高頻電流必然會把鉬絲燒斷。

2.6 工作臺移動不勻速引起的斷絲

機床有X和Y向絲杠，按指令程序帶動工作臺，在平面內4個象限作任意運動。工件的切割精度靠絲杠保證。絲紅和螺母的間隙是靠彈簧來消除的。如果絲杠潤滑不良或彈簧力不足，會引起工作臺爬行移動，在這種情況下切割，高頻電流會出現頻繁的短路，如不及時排除故障，勢必造成斷絲。

在調節變頻跟蹤速度時，應盡量使進給速度約等于工件蝕除速度，這樣脈沖利用率高，加工速度快，加工狀態穩定。進給速度過高，短路頻繁，絲老化快，在電流表上可看出加工電流較大。加工速度過低，進給速度調節過慢，易使放電間隙不穩定，產生過渡電弧放電，極易燒斷電極絲。正式加工時，一般將進給速度下降10％～20％，可有效減少短路和斷絲。

3 小結

影響加工質量和線切割斷絲的因素很多，由于各種機床的設計策略及加工工藝不同，造成加工質量下降和引起斷絲的原因也不同，有時可能不僅僅是一個或兩個因素，而是多個因素引起的。但只要對其進行系統地分析和科學地分類，就可以對這些復雜而且零亂的因素進行控制與調整，從而避免斷絲現象，提高加工工件質量。