數(shù)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(xué)院 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，重慶 401331）

0 引言

21世紀(jì)，數(shù)控電火花線切割加工在模具制造、成形刀具加工、復(fù)雜型面、硬性材料等方面起著十分重要的作用，并且廣泛應(yīng)用。線切割加工過(guò)程中中途斷絲，對(duì)生產(chǎn)將產(chǎn)生很大的影響，不但影響生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量，而且影響到生產(chǎn)進(jìn)度。線切割慢走絲有穿絲裝置，并且能自動(dòng)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(lái)，同時(shí)要保證運(yùn)行中上下拉絲的平穩(wěn)性和松緊性，還需要多方面的調(diào)試，否則還會(huì)再次斷絲，并且加工當(dāng)中突然斷絲，會(huì)嚴(yán)重影響表面精度和幾何精度。另外，由于電極絲鉬絲的價(jià)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(jī)床（DK7740）為例介紹它的基本結(jié)構(gòu)并分析斷絲的原因及處理辦法。

1 機(jī)床結(jié)構(gòu)

機(jī)床結(jié)構(gòu)組成主要由機(jī)床本體、脈沖電源、CNC控制裝置、工作液循環(huán)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)等部分組成。

1.1 機(jī)床本體

由床身、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)、工作臺(tái)和絲架組成。床身： 用于支撐和連接工作臺(tái)、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)等部件。運(yùn)絲機(jī)構(gòu)：主要由儲(chǔ)絲筒、絲架、導(dǎo)輪等組成，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)儲(chǔ)絲筒交替作正、反向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)線架導(dǎo)輪將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)：工作臺(tái)分為上下兩層，分別與X、Y向絲杠相連，由兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)每接受到一個(gè)電脈沖信號(hào)，就旋轉(zhuǎn)一步距角，使工作臺(tái)在相應(yīng)的方向上移動(dòng)。絲架：用來(lái)支撐電極絲，并使電極絲工作部分與工作臺(tái)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(zhuǎn)換成高頻率的單向脈沖電壓 。加工時(shí)，電極絲接脈沖電源負(fù)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(shè)計(jì)圖形、生成數(shù)控代碼、參數(shù)修改等功能，面板上有電壓表、電流表指示，另外還有驅(qū)動(dòng)管、脈沖寬度、脈沖間隔工作參數(shù)調(diào)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(chǎn)物、提供一定絕緣性能的工作介質(zhì)的作用。

1.5 潤(rùn)滑系統(tǒng)

潤(rùn)滑儲(chǔ)絲筒絲桿機(jī)構(gòu)。

詳見(jiàn)圖1：快走絲線切割機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 快走絲線切割機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖

2 加工原理

通過(guò)工作參數(shù)（驅(qū)動(dòng)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(dāng)鉬絲與工件的距離小到一定程度時(shí)，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(chǎn)生瞬時(shí)高溫，使金屬局部熔化甚至汽化而被蝕除下來(lái)。若工作臺(tái)帶動(dòng)工件不斷進(jìn)給，就能切割出所需要的形狀。詳見(jiàn)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(chǎn)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(dòng)、振動(dòng)以及工作液介電性質(zhì)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(shí)脈沖電源輸入的熱負(fù)荷增加并集中在電極絲的某一點(diǎn)，造成局部高溫，致使電極絲燒斷。根據(jù)這一原理分析產(chǎn)生斷絲原因并加以處理。

3.1 導(dǎo)輪出現(xiàn)跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)

快走絲線切割機(jī)運(yùn)絲機(jī)構(gòu)是由儲(chǔ)絲筒、絲架、導(dǎo)輪組成。導(dǎo)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(dòng)和竄動(dòng)會(huì)引起電極絲的振動(dòng)和擺動(dòng)，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(jī)床在調(diào)試或驗(yàn)收時(shí)，可用千分表測(cè)試徑向跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)，如果達(dá)到絲級(jí)（0.01mm）應(yīng)該認(rèn)為不合格；機(jī)床在使用一段時(shí)間后，如果有明顯痕跡或溝槽，出現(xiàn)明顯竄動(dòng)，說(shuō)明導(dǎo)輪和軸承磨損厲害，應(yīng)該更換。為了減少電極絲在加工中的振動(dòng)和擺動(dòng)，提高加工過(guò)程的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)制造和安裝建議選用靜壓軸承或磁力軸承。

3.2 儲(chǔ)絲筒機(jī)構(gòu)質(zhì)量問(wèn)題

儲(chǔ)絲筒在電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)帶動(dòng)下，通過(guò)絲架及導(dǎo)輪，完成鉬絲的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，如果運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，會(huì)出現(xiàn)疊絲和電極絲振動(dòng)現(xiàn)象，從而產(chǎn)生斷絲。儲(chǔ)絲筒制造質(zhì)量問(wèn)題，內(nèi)外圓不同軸心，會(huì)引起疊絲和振動(dòng)，如果檢驗(yàn)不合格，可以在外圓磨床上進(jìn)行修磨及修正。儲(chǔ)絲筒的兩端軸承因長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)而磨損引起徑向跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)，發(fā)現(xiàn)應(yīng)及時(shí)更換，否則會(huì)引起斷絲。儲(chǔ)絲筒機(jī)構(gòu)絲桿磨損嚴(yán)重，絲桿與螺母間隙增大，易造成疊絲而引起斷絲，檢查潤(rùn)滑系統(tǒng)是否良好或調(diào)整絲桿與螺母之間間隙，嚴(yán)重的要更換絲桿副。

3.3 行程開(kāi)關(guān)故障

行程開(kāi)關(guān)是控制電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)的，其活動(dòng)頭應(yīng)反應(yīng)靈活，動(dòng)觸點(diǎn)靈敏及觸點(diǎn)導(dǎo)電性好。如果故障，將直接引起儲(chǔ)絲筒不反向，而導(dǎo)致斷絲。停機(jī)狀態(tài)用手檢查活動(dòng)頭是否靈活，撞塊是否松動(dòng)，否則行程開(kāi)關(guān)需要更換，撞塊需要鎖緊。另外行程開(kāi)關(guān)里面動(dòng)觸點(diǎn)頻繁使用，打弧造成接觸不良，應(yīng)該修磨或更換。

3.4 張緊機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)不適

張緊機(jī)構(gòu)對(duì)電極絲的張力大小和均勻程度也會(huì)使加工過(guò)程不穩(wěn)定而斷絲，一般情況下用手指壓動(dòng)鉬絲感覺(jué)不太緊也不太松就合適了。太緊會(huì)使鉬絲蹦斷，太松會(huì)使鉬絲運(yùn)行中上拉和下拉時(shí)引起擺動(dòng)，同時(shí)還會(huì)引起感應(yīng)器信號(hào)不穩(wěn)定，產(chǎn)生斷絲。

3.5 電參數(shù)選擇不當(dāng)

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(chǎn)生斷絲。為了保證工作可靠，線切割機(jī)床應(yīng)該配備穩(wěn)壓器，特別是脈沖電源。

2）功率管選擇不當(dāng)：功率管是脈沖電壓輸出的驅(qū)動(dòng)器，面板上有檔位選擇，一般根據(jù)加工零件的厚度參數(shù)選配，長(zhǎng)期工作時(shí)加工放電電流一般不要超過(guò)2.5A（面板上有電流表指示），否則，易產(chǎn)生斷絲。

3）脈沖寬度或脈沖間隔選擇不當(dāng)：根據(jù)加工工件厚度選擇合理的電參數(shù)（功率管、脈沖寬度、脈沖間隔）。在選擇合理的參數(shù)時(shí) ，應(yīng)適當(dāng)增大脈沖間隔，以有利于熔化金屬微粒的排出，同時(shí)空載電壓和峰值電流不宜過(guò)高，否則單個(gè)脈沖能量變大，切削速度加快，容易產(chǎn)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(chǎn)生短路，也不利于冷卻和電蝕物的排出，放電間隙也不能過(guò)大，否則將影響加工零件的表面粗糙度、加工速度。當(dāng)切割零件厚度較大時(shí)，應(yīng)選用大脈沖寬度，同時(shí)放電間隙也要相應(yīng)大一點(diǎn)，從而提高切削的穩(wěn)定性。

3.6 工作液?jiǎn)栴}

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(shuō)工作液具有一定的絕緣強(qiáng)度和良好的工作效果。慢走絲工作液要求更嚴(yán)格，處理程序也相當(dāng)復(fù)雜，當(dāng)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(chǎn)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(yīng)及時(shí)更換。另外，即使工作液的性質(zhì)較好，但加工中冷卻液四處飛濺，沒(méi)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(xì)檢查上下冷卻嘴是否堵塞，如果發(fā)現(xiàn)不通暢，就應(yīng)取下及時(shí)清洗。

3.7 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)頻繁

1）電極絲的有效行程太短：根據(jù)快走絲線切割加工的特點(diǎn)，儲(chǔ)絲筒高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)需要不斷的換向，在換向的瞬間會(huì)造成電極絲的松緊不一致，進(jìn)而造成電極絲各段的張力不均勻，使加工過(guò)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(shù)，以減少斷絲。

2）斷絲檢測(cè)引起：絲感應(yīng)器的作用是檢測(cè)電極絲鉬絲是否斷絲，如果斷絲，電動(dòng)機(jī)就不能運(yùn)轉(zhuǎn)。但在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，電極絲松緊很難調(diào)節(jié)，太緊，電極絲張力過(guò)大易造成斷絲；太松，感應(yīng)器檢測(cè)信號(hào)不穩(wěn)定，電極絲工作不可靠，也易產(chǎn)生斷絲。通常用手壓電極絲感覺(jué)松緊程度適度，但某些線段未調(diào)好，絲感應(yīng)器未檢測(cè)到信號(hào)中途造成電動(dòng)機(jī)停機(jī)，重新啟動(dòng)的瞬間易產(chǎn)生斷絲。一般鉬絲安裝方式如圖3所示，為了解決絲感應(yīng)器信號(hào)不穩(wěn)問(wèn)題，可采用如圖4所示電極絲安裝方法，通過(guò)大量實(shí)踐，效果較好。

圖3 鉬絲安裝方式示意圖

圖4 鉬絲安裝改進(jìn)示意圖

4 結(jié)束語(yǔ)

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

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