數控電火花線切割加工斷絲原因分析及處理

王 鋒，張 罡

WANG Feng, ZHANG Gang

（重慶科技學院 機械與動力工程學院，重慶 401331）

0 引言

21世紀，數控電火花線切割加工在模具制造、成形刀具加工、復雜型面、硬性材料等方面起著十分重要的作用，并且廣泛應用。線切割加工過程中中途斷絲，對生產將產生很大的影響，不但影響生產產品質量，而且影響到生產進度。線切割慢走絲有穿絲裝置，并且能自動拉絲，保證了絲的平穩(wěn)和松緊狀態(tài)，而線切割快走絲一旦斷絲，就需要人工重新穿絲，重頭再來，同時要保證運行中上下拉絲的平穩(wěn)性和松緊性，還需要多方面的調試，否則還會再次斷絲，并且加工當中突然斷絲，會嚴重影響表面精度和幾何精度。另外，由于電極絲鉬絲的價格較貴，頻繁的換絲意味著加工成本的提高，因此本文主要以快走絲線切割機床（DK7740）為例介紹它的基本結構并分析斷絲的原因及處理辦法。

1 機床結構

機床結構組成主要由機床本體、脈沖電源、CNC控制裝置、工作液循環(huán)系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)等部分組成。

1.1 機床本體

由床身、運絲機構、工作臺和絲架組成。床身： 用于支撐和連接工作臺、運絲機構等部件。運絲機構：主要由儲絲筒、絲架、導輪等組成，電動機帶動儲絲筒交替作正、反向轉動，通過線架導輪將旋轉運動轉變?yōu)橥鶑椭本€運動。工作臺：工作臺分為上下兩層，分別與X、Y向絲杠相連，由兩個步進電機分別驅動。步進電機每接受到一個電脈沖信號，就旋轉一步距角，使工作臺在相應的方向上移動。絲架：用來支撐電極絲，并使電極絲工作部分與工作臺平面保持一定的幾何角度。

1.2 脈沖電源

脈沖電源又稱高頻電源，其作用是把普通的50HZ交流電轉換成高頻率的單向脈沖電壓 。加工時，電極絲接脈沖電源負極，工件接正極。

1.3 CNC控制裝置

主要功用是軌跡控制和加工控制，并且還能完成設計圖形、生成數控代碼、參數修改等功能，面板上有電壓表、電流表指示，另外還有驅動管、脈沖寬度、脈沖間隔工作參數調整。

1.4 工作液循環(huán)系統(tǒng)

工作液起冷卻電極絲和工件、排出電蝕產物、提供一定絕緣性能的工作介質的作用。

1.5 潤滑系統(tǒng)

潤滑儲絲筒絲桿機構。

詳見圖1：快走絲線切割機床結構示意圖。

圖1 快走絲線切割機床結構示意圖

2 加工原理

通過工作參數（驅動管、脈沖寬度、脈沖間隔）選擇，脈沖電源發(fā)出一連串的脈沖電壓（24V），加到工件電極和鉬絲電極上。鉬絲與工件之間噴入具有絕緣性能的工作液。當鉬絲與工件的距離小到一定程度時，在脈沖電壓的作用下，工作液被擊穿，在鉬絲與工件之間形成瞬間放電通道，產生瞬時高溫，使金屬局部熔化甚至汽化而被蝕除下來。若工作臺帶動工件不斷進給，就能切割出所需要的形狀。詳見圖2：快走絲線切割加工原理示意圖。

圖2 快走絲線切割加工原理示意圖

3 斷絲原因分析及處理

線切割加工原理，電極絲鉬絲與工件之間放電產生高溫，由于各種原因，使電極絲鉬絲松緊狀態(tài)不宜或出現(xiàn)微擺動、振動以及工作液介電性質改變等，使加工中處于不穩(wěn)定的工作狀態(tài)，即造成偏短路狀態(tài)。此時脈沖電源輸入的熱負荷增加并集中在電極絲的某一點，造成局部高溫，致使電極絲燒斷。根據這一原理分析產生斷絲原因并加以處理。

3.1 導輪出現(xiàn)跳動和軸向竄動

快走絲線切割機運絲機構是由儲絲筒、絲架、導輪組成。導輪的制造精度和安裝精度將直接影響電極絲鉬絲的工作狀態(tài)和工作壽命，它的跳動和竄動會引起電極絲的振動和擺動，從而在加工中使電極絲有處于偏短路狀態(tài)，引起斷絲。因此，機床在調試或驗收時，可用千分表測試徑向跳動和軸向竄動，如果達到絲級（0.01mm）應該認為不合格；機床在使用一段時間后，如果有明顯痕跡或溝槽，出現(xiàn)明顯竄動，說明導輪和軸承磨損厲害，應該更換。為了減少電極絲在加工中的振動和擺動，提高加工過程的穩(wěn)定性，設計制造和安裝建議選用靜壓軸承或磁力軸承。

3.2 儲絲筒機構質量問題

儲絲筒在電動機的正、反轉帶動下，通過絲架及導輪，完成鉬絲的往復直線運動，如果運轉不穩(wěn)定，會出現(xiàn)疊絲和電極絲振動現(xiàn)象，從而產生斷絲。儲絲筒制造質量問題，內外圓不同軸心，會引起疊絲和振動，如果檢驗不合格，可以在外圓磨床上進行修磨及修正。儲絲筒的兩端軸承因長期運轉而磨損引起徑向跳動和軸向竄動，發(fā)現(xiàn)應及時更換，否則會引起斷絲。儲絲筒機構絲桿磨損嚴重，絲桿與螺母間隙增大，易造成疊絲而引起斷絲，檢查潤滑系統(tǒng)是否良好或調整絲桿與螺母之間間隙，嚴重的要更換絲桿副。

3.3 行程開關故障

行程開關是控制電動機正、反轉的，其活動頭應反應靈活，動觸點靈敏及觸點導電性好。如果故障，將直接引起儲絲筒不反向，而導致斷絲。停機狀態(tài)用手檢查活動頭是否靈活，撞塊是否松動，否則行程開關需要更換，撞塊需要鎖緊。另外行程開關里面動觸點頻繁使用，打弧造成接觸不良，應該修磨或更換。

3.4 張緊機構調節(jié)不適

張緊機構對電極絲的張力大小和均勻程度也會使加工過程不穩(wěn)定而斷絲，一般情況下用手指壓動鉬絲感覺不太緊也不太松就合適了。太緊會使鉬絲蹦斷，太松會使鉬絲運行中上拉和下拉時引起擺動，同時還會引起感應器信號不穩(wěn)定，產生斷絲。

3.5 電參數選擇不當

1）脈沖電源電壓不穩(wěn)定：脈沖電源發(fā)出一連串的脈沖電壓，加到工件電極和鉬絲電極上，如果脈沖電壓不穩(wěn)，放電電流也就不穩(wěn)定，從而產生斷絲。為了保證工作可靠，線切割機床應該配備穩(wěn)壓器，特別是脈沖電源。

2）功率管選擇不當：功率管是脈沖電壓輸出的驅動器，面板上有檔位選擇，一般根據加工零件的厚度參數選配，長期工作時加工放電電流一般不要超過2.5A（面板上有電流表指示），否則，易產生斷絲。

3）脈沖寬度或脈沖間隔選擇不當：根據加工工件厚度選擇合理的電參數（功率管、脈沖寬度、脈沖間隔）。在選擇合理的參數時 ，應適當增大脈沖間隔，以有利于熔化金屬微粒的排出，同時空載電壓和峰值電流不宜過高，否則單個脈沖能量變大，切削速度加快，容易產生集中放電，造成斷絲。一般情況下，放電間隙不能太小，否則脈沖間隙能量集中容易產生短路，也不利于冷卻和電蝕物的排出，放電間隙也不能過大，否則將影響加工零件的表面粗糙度、加工速度。當切割零件厚度較大時，應選用大脈沖寬度，同時放電間隙也要相應大一點，從而提高切削的穩(wěn)定性。

3.6 工作液問題

鉬絲與工件之間噴入的具有絕緣性能的工作液。它的作用有三，其一具有冷卻功能，其二排出電蝕物作用，其三保持一定的介電能力，也就是說工作液具有一定的絕緣強度和良好的工作效果。慢走絲工作液要求更嚴格，處理程序也相當復雜，當然成本也更貴，其目的也就是要求工作液里面不含帶電離子，否則容易產生斷絲。一般情況下，快走絲工作液顏色變黑，味變臭或難嗅，濃度中電蝕物含量太高，其綜合性能也就變差，容易造成斷絲，應及時更換。另外，即使工作液的性質較好，但加工中冷卻液四處飛濺，沒有滲入切縫中，造成電極絲冷卻效果不好而燒斷。因此，加工前要仔細檢查上下冷卻嘴是否堵塞，如果發(fā)現(xiàn)不通暢，就應取下及時清洗。

3.7 電動機啟動頻繁

1）電極絲的有效行程太短：根據快走絲線切割加工的特點，儲絲筒高速運轉時需要不斷的換向，在換向的瞬間會造成電極絲的松緊不一致，進而造成電極絲各段的張力不均勻，使加工過程不穩(wěn)定，造成斷絲。解決辦法，可盡量加大電極絲切割的有效行程，減少換向次數，以減少斷絲。

2）斷絲檢測引起：絲感應器的作用是檢測電極絲鉬絲是否斷絲，如果斷絲，電動機就不能運轉。但在實際應用當中，電極絲松緊很難調節(jié)，太緊，電極絲張力過大易造成斷絲；太松，感應器檢測信號不穩(wěn)定，電極絲工作不可靠，也易產生斷絲。通常用手壓電極絲感覺松緊程度適度，但某些線段未調好，絲感應器未檢測到信號中途造成電動機停機，重新啟動的瞬間易產生斷絲。一般鉬絲安裝方式如圖3所示，為了解決絲感應器信號不穩(wěn)問題，可采用如圖4所示電極絲安裝方法，通過大量實踐，效果較好。

圖3 鉬絲安裝方式示意圖

圖4 鉬絲安裝改進示意圖

4 結束語

線切割加工過程中斷絲，既增加了成本又影響生產效率。斷絲產生的原因很多，有深層次的，也有操作者使用不當情況，本文從加工和工藝方面，介紹了比較常見的斷絲情況，并分析了斷絲原因及實用處理辦法。

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