恒源HYE-100A 電火花機床的維修

高 友

（遼東學院創新創業教育中心，遼寧丹東 118003）

0 引言

電火花加工是利用工具電極與工件之間放電產生的熱效應來去除材料的一種特種放電加工方法[1]。對高硬度金屬、高溫合金、鈦合金等常規加工方法難以處理的材料使用電火花加工，可以達到良好的加工效果。

電火花加工原理和使用電焊機在金屬板上打孔的原理相似，放電不是拉弧，而是采用線切割的高頻電源放電原理，利用電極和工件的高頻放電燒蝕加工工件；同時電火花加工機床還必須具有足夠的自由度來實現規劃的電極在空間內的復雜精確運動，并且控制好加工精度。

由于電極加工面積大，所以放電電流也很大，有時會超過100 A，發熱量很大。由于很多工件都是盲孔加工，要求電火花加工中除了散熱問題，還要兼顧燒蝕殘渣的及時排除，因此電火花加工機床還需要設置一個帶循環泵的煤油槽，幫助工件降溫和排除燒蝕殘渣。電火花加工機床工作原理見圖1。以北京恒源HYE-100A 型電火花機床為例，總結電火花加工機床的故障維修經驗。

圖1 電火花加工機床工作原理

1 機臺主軸頭座升降與實際運行方向相反

分別按動控制面板升降開關，主軸頭座可以上下移動，但是與實際運行方向相反。經過實際查看，控制主軸頭座升降電機為三相交流異步電機，控制此電機的正反轉就可以完成主軸頭座上升或下降。該電火花機床主軸頭座三相交流異步電機正反轉采用經典的雙交流接觸器控制電路[2]，經了解，該機床是從別處搬到該工廠。根據故障現象，基本斷定是三相電源相序問題，交換電控柜里三相交流電的任意兩根電源線，故障排除。

2 電極主軸進給電機回退到限位處不停機

電極主軸進給電機回退到限位處不停機并將限位開關撞壞。經查閱說明書，電極主軸進給電機是直流伺服電機，由主軸伺服系統控制，采用高速運算放大器及非線性檢測環節，通過4個大功率三極管組成的H 橋式電路控制正反轉[3]，電極主軸進給上下限位開關串接在H 橋的兩個臂上，以達到限位停機保護功能；同時通過脈寬調制驅動H 橋電路完成調速控制。經過手動測試電極主軸，進給電機進給回退可以正常運行或停止，測量限位開關有接觸不良現象。因為該電火花機床出廠時間是1996年，有些元器件按照舊的行業標準制造，定位安裝孔與現在的行程開關位置不匹配，更換老式限位開關后故障未消除，電極進給電機回退到限位處不停機，并把限位開關撞壞。再次用手搬動限位開關，電極主軸進給電機可以停止。仔細檢查并沒有發現其他問題，懷疑老產品電木機械強度變差，重新鉆限位孔，安裝新式限位開關后故障排除（圖2）。

圖2 限位開關

3 銅加工電極腐蝕嚴重

因為是第一次維修此類故障，開始認為銅加工電極腐蝕屬于正常損耗，但現場操作人員反應銅加工電極腐蝕嚴重，如圖3、圖4 所示。對此，查閱相關文獻資料了解到：電火花機床精加工時脈沖寬度較窄，由于電子慣性小、運動靈活，大量的電子奔向正極，并轟擊正極表面，使正極表面迅速熔化和氣化；而正離子慣性大、運動緩慢，只有一小部分能夠到達負極表面，由于大量的正離子不能到達，因此電子的轟擊作用大于正離子的轟擊作用，正極的電蝕量大于負極的電蝕量，此時應采用正極性加工（即工件接正級，電極接負極）；粗加工時脈沖寬度較寬，正離子將有足夠的時間到達負極表面，由于正離子質量和慣性大，對負極表面的轟擊破壞作用比電子強，同時到達負極的正離子又會牽制電子的運動，一次負極的電蝕量將大于正極，此時應采用負極性加工（即工件接負極，電極接正極）。

圖3 燒蝕的電極

圖4 加工工件

該機床生產年代較遠，設備幾經異地搬動，技術人員重新連線時按照線切割的電極極性連接，而使用時又想快速完成電火花加工，也就是粗加工，因此造成了銅加工電極腐蝕嚴重，且工件加工效率低。將加工工件接高頻電源負極，銅電極接高頻電源正極后（圖5）故障排除。

圖5 調換電極接線

4 放電電流過大

電火花機床工件與銅電極正常放電顏色是橘黃色，也就是白熾燈泡顏色，而且火花不連續。機床維修后試車時放電電流過大，電極與工件之間火花顏色變藍白色，和電焊拉弧顏色相似。

電火花加工電極和工件之間表面積較大，同時滿足效率要求，需要足夠大的加工電流保證，加工電流可以超過100 A。因此電火花加工機床脈沖電源采用V-MOS 大功率場效應管作為功率輸出級，需要多塊功率板共同來分擔較大的脈沖加工電流；且功率輸出級采用插板式結構，功率板具有互換性并有功率級檢測及保護電路。

當功率板上的V-MOS大功率場效應管擊穿時，放電電極與工件之間的電流就不是高頻電流而是接近于短路的直流電流，因此火花飛濺現象消失，放電顏色由橘黃色變成藍白色。

排查方法：關閉電源，將所有功率輸出級采用插板拔出，在控制面板上調小輸出電流，每次插一塊功率板，通過觀察放電火花基本可以確定是哪塊功率板故障，然后使用多用表確定是哪個場效應管擊穿并予以更換，故障排除。

5 結束語

老舊工業設備在部分企中還有很大存量，尤其是國產工業設備相對耐用，使用年限較長。大部分老舊設備的故障原因是經換手交易后，新的用戶憑經驗安裝使用造成的，維修此類設備要結合設備與使用的實際情況，充分利用日益豐富的技術信息資源，使老舊設備重新運轉，繼續為生產服務。