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，保證了絲的平穩和松緊狀態，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、工作液循環系統、潤滑系統等部分組成。

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為往復直線運動。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 工作液循環系統

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

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不宜或出現微擺動、振動以及工作液介電性質改變等，使加工中處于不穩定的工作狀態，即造成偏短路狀態。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，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，如果運轉不穩定，會出現疊絲和電極絲振動現象，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，發現應及時更換，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定，產生斷絲。

3.5 電參數選擇不當

1）脈沖電源電壓不穩定：脈沖電源發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，放電電流也就不穩定，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，如果發現不通暢，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，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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