快速走丝电火花线切割机床断丝故障分析及解决措施.pdf

C MMC 壁 心 全球机床4 s总部基地 网址 w ww ．emm e t ． c orn 快速走丝电火花线切割机床断丝 故障分析及解决措施 寇元哲 甘肃畜牧工程职业技术学院机械工程系 甘肃武威7 3 3 0 0 6 【 摘要】 从快速走丝电火花线切割机床结构出发 ， 简述了电火花线切割加工放电过程的机 理， 针对D K 7 7 3 2 数控线切割机床切割加工中的频繁断丝问题进行分析 ， 指出了产生的主 要原因和相应的解决措施， 对提高线切割生产效率和加工质量具有一定意义。 关键词 电火花线切割原理； 断丝故障； 影响因素； 分析研究 中图分类号 T G 6 5 9 文献标识码 B 文章编号 2 0 1 1 0 5 4 0 2 1 1 An a l y s i s a n d S o l u t i o n s o f Br o k e n W i r e F a u l t f 0 r Qu i c k W a l k i n g WE DM 【 A b s t r a c t 】A c c o r d i n g t o q u i c k w a l k in g WE D M m a c h i n e s t r u c t u r e ， D e s c ri b e d WE D M p r o c e s s p r i n c i p l e ， a c c o r d i n g t o fre q u e n t b r o k e n wi r e s o f DK7 7 3 2 WEDM c u t t i n g p r o c e s s i n g ， a n a l y z e d i t ， p o i n t o u t t h e p r o b l e ms a n d t h e ma i n c a u s e s o f t h e c o r r e s p o n d i n g me a s u r e s ，i t h a s a g e n e r a l s i g n i f i c a n c e t o i n c r e a s e p r o d u c t i o n e ffic i e n c y a n d p r o c e s s i n g q u a l i t y ． Ke y wo r d s W EDM p rin c i p l e ； b r o k e n wi r e f a u l t ； f a c t o r s ； a n a l y s i s 1 引言 电火花线切割加工在形状复杂、 精密小型的硬质 合金或淬火钢冷冲模 包括冲孔模 、 落料模 、 复合模 、 级进模的凸、 凹模、 固定板、 卸料板等 和精密小型零 件或超小型零件加工上较传统的切削加工方法具有 明显的优势， 线切割加工具有加工余量小 、 加工精度 高、 生产周期短、 制造成本低等突出优点 ， 已在模具制 造中获得了广泛应用。目前国内外的电火花线切割 机床已占电加工机床总数的6 0 ％以上。但在 日常生 产中， 电火花线切割机床断丝是比较频繁的故障。断 丝故障既浪费电极丝 ， 增加成本， 穿丝又费工费时， 影 响生产效率。分析电火花线切割断丝故障， 研究相应 措施 ， 对防止或减少断丝故障的产生 ， 切实有效地提 高故障产生后的处理质量， 提高生产效率具有一定的 指导意 义。 2 快速走丝电火花线切割加工原理、 机床结构 2 ． 1 加工原理 电火花线切割基本工作原理 见图1 是利用连续 移动的细金属丝 称为线切割的电极丝 作电极 ， 对工 电极丝 图1 快走丝电火花线切割加工原理图 模具制造 2 0 1 1 年第8 期 7 9 ST L 淮安仕泰隆国际工业博览城 全球招商热线 0 5 1 7 8 6 2 9 9 9 9 9 网址 W WW．s t le p ． c o m 件进行脉冲火花放电蚀除金属、 切割成型。电火花线 切割加工能正常运行， 必须具备下列条件 1 钼丝与工件的被加工表面之间必须保持一定 间隙 电 ， 间隙的宽度由工作电压 、 加工量等加工条 件而定。如果间隙过大， 极间电压不能击穿极间介 质， 则不能产生电火花放电； 如果间隙过小， 则容易形 成短路连接， 也不能产生电火花放电。通常认为电极 丝与工件之间的放电间隙在0 ．0 1 ra m左右 ， 若电脉冲 的电压高， 放电间隙会大一些。 2 电火花线切割机床加工时， 必须在有一定绝 缘性能的液体介质中进行 ， 如煤油 、 皂化油、 去离子 水等。 3 必须采用脉冲电源 ， 即火花放电必须是脉冲 性、 间歇性。在脉冲间隔内， 使间隙介质消除电离， 使 下一个脉冲能在两极间击穿放电。一般脉冲间隔应 为脉冲宽度的4 倍以上。 2 ．2 机床结构 数控电火花线切割机床由工作台、 走丝机构 、 供 液系统、 脉冲电源和控制系统 控制柜 等5 大部分组 成， 如图2 所示。 图2 电火花线切割结构示意图 1 工作台。 工作台又称切割台， 由工作台面 、 中拖板和下拖 板组成。工作台面用以安装夹具和被切割工件， 中拖 板和下拖板分别由步进电机拖动， 通过齿轮变速及滚 珠丝杠传动 ， 完成工作台面的纵向和横向运动。工作 台面的纵、 横向移动都可以手动或 自动。 2 走丝机构。 走丝机构如图3 所示， 主要有贮丝筒、 走丝电动 机、 丝架和导轮等部件组成。贮丝筒安装在贮丝筒拖 板上 ， 由走丝电动机通过联轴器带动 ， 作正 反 旋 转。贮丝筒的旋转运动通过齿轮同时传给贮丝筒拖 板的丝杠 ， 使拖板作往复运动。丝架分上丝架和下丝 架 ， 用来安装导轮 ， 调节导轮的位置。钼丝安装在导 轮和贮丝筒上 ， 开动走丝电动机 ， 钼丝以一定的速度 作往复运动， 即走丝运动。 图3 走丝机构原理图 电动机 4 4 0 转／ m i n 3 供液系统。 供液系统为机床的切割加工提供足够 、 合适的工 作液。线切割加工中应用的工作液种类很多， 有煤 油、 乳化液 、 去离子水 、 蒸馏水 、 洗涤液、 酒精等 ， 应根 据具体条件加以选用。 4 脉冲电源。 脉冲电源就是产生脉冲电流的能源装置。电火 花线切割脉冲电源是影响线切割加工工艺指标最关 键的设备之一。 5 控制系统 。 机床的控制系统存放于控制柜中， 对整个切割加 工过程和切割轨迹作数字程序控制。 3 快速走丝电火花线切割机床断丝故障分析 3 ． 1 常见断丝故障、 产生的原 因及解决措施 D K 7 7 3 2 数控线切割机床应用广泛 ， 具有高速走 丝线切割机床的代表性。根据笔者多年的生产实践 经验， 该类机床常见常见断丝故障 、 产生的原因及解 决措施如表 1 所示。 3 ．2 影响断丝的因素分析 通过表 1 可以看出， 造成断丝的原因主要有传动 机构、 装丝工艺、 电规准、 工件的装夹和加T路线、 电 极丝、 工作液、 机械故障等因素。下面就装丝工艺 、 电 规准选择 、 工件 、 工作液等影响断丝的重要因素进行 分析。 3 ． 2 ． 1 装丝工艺 1 装丝过程中要保持一定的张力。 8 0 模具制造 2 0 1 1 年第8 期 一[ U C MMC 壁 心 全球机床4 s 总部基地 网址 WWW． c mmc t ． c o m 表 1 常见断丝故障、 产生的原因及解决措施 序 号 故障 产 生 原 因 解 决 措 施 a _ 冈 0 开始切人 ， 速度应稍慢 a ． 进给不稳， 开始切入速度 些 ， 而视工件的材料厚薄 ， 太快或电流过大。 逐渐调整速度至合适位置。 b ． 切割时 ， 工作液没有正常 b ． 排除工作液没有正常喷出 喷出。 的故 障。 c ． 钼丝在贮丝筒上绕丝松 c ． 尽量绷紧钼丝， 使之消除 紧不一致 ， 造成局部抖丝 抖动现象 必要时可调整导 开始切割 厉害。 轮位置， 使钼丝完全落人导 1 工件即断 d ． 导轮及轴承已磨损或导 轮中间槽内 。 幺 幺 轮轴向及径向跳 动大 ， 造 d ． 如果绷紧钼丝 、 调整导轮 成抖丝厉害。 位置效果不明显， 则应更换 e ． 线架尾部挡丝棒没调整 导轮或轴承 导轮和轴承一 好 ， 挡丝位置不合适造成 般3 6 个月更换一次 。 叠丝。 e ． 检查钼丝在挡丝棒位置是 ￡ 工件表面有毛刺 ， 氧化皮 否接触或靠向里侧。 或锐边。 ￡ 去除工件表面的毛刺 ， 氧 化皮和锐边等。 a．贮丝筒换向时断丝的主 a ． 排除贮丝筒换向不切断高 要 原 因是 ， 贮 丝筒 换 向 时 频脉 冲电源的故障。 没有切断高频电源， 致使 b ． 工件材料要求材质均匀， 钼丝烧断。 并经适当热处理， 使切割时 b ． 工件材料热处理不均匀， 不易变形 ， 且切割效率高， 造成工件变形， 夹断钼丝。 不易断丝。 切割过程 c 脉冲电源电参数遨择不当。 c ． 合理选择脉冲电源 电参 2 中突然断 d ． 工作液使用不当， 太稀或 数。 矩 太脏 ， 以及工作液流量太 d ． 经常保持工作液的清洁， 小。 合理配制工作液。 e ． 导 电块 或 挡丝 棒 与钼 丝 e ． 调 整 导 电 块 或 挡丝 棒 位 接 触 不好 ， 或 已被 钼 丝 割 置 ， 必要 时可更换导 电块或 成 凹痕 ， 造成卡丝 。 挡丝棒。 ￡ 钼丝质量不好或 已霉变 ￡ 更换钼丝 ， 切割较厚工件 发脆。 要使用较粗的钼丝加工。 重新调 整导轮 ， 电极 丝受损 导 轮 不转 或 不 灵 活 ， 钼 丝 后 ， 也会 引起加工 过程 中的 3 钼丝拉断 断丝 ， 紧丝时 ， 一定要用紧 与导轮造成滑动摩擦 丝轮紧丝， 不可用不恰当的 工具 。 工件接近 这种 现象往 往是 工件材 料 主要 解决 办 法 是选 择 正确 4 切完时断 变形 ， 将电极丝夹断， 并在 的切割路线和材料 ， 从而最 缆 断丝前会 出现短路 。 大限度地减少变形 。 工件切割 完时跌落 工件切割完时跌落撞断电 一般可在快切割完时用磁 5 铁 吸住工件 ， 防止跌 落撞断 撞断 电极 极丝 。 幺 幺 电极 丝。 空运转时 主要可检查钼丝是否在导 检查 贮丝 筒 转动 是 否灵 6 轮槽 内 ，钼 丝排 列有无 叠 活 ，还可 检 查 导 电块 挡丝 断丝 丝现象 。 棒是 否已割出沟痕 。 装丝过程 中要用手扶住钼丝轮保持一定的张 力 ， 如果没有张力容易造成丝筒乱丝和丝滑出导轮 的现象。 2 丝人倒轮。 装好的钼丝应该镶人导轮 ， 避免钼丝与机架发 生摩擦磨损对机架造成损伤， 同时降低钼丝的使用 寿命。 3 要有足够的丝长。 线切割加工当中丝筒作的是一种往复运动， 丝筒 装丝宽度应至少大于丝筒宽度的二分之一而略小于 丝筒宽度。 4 保持丝与工作台垂直。 电极丝缠绕并张紧后 ， 应校正和调整电极丝对工 作台的垂直度 。在生产实践当中， 大多采用简易工 具 如直角尺、 圆柱尺或规则的六面体 ， 以工作面 或 放置其上的夹具工作台 为检验基准， 目测电极丝与 工具表面的间隙上下是否一致， 调整至间隙上下一致 为止 。 5 丝装好后要重新张紧。 一 般电火花中走丝线切割机床都有钼丝张紧装 置对丝架没有张紧装置的线切割机床， 加工之前要用 手轮对丝拉紧。 3 ． 2 ．2 电规准的选择 正确选择脉冲电源加工参数， 可以提高加工工艺 指标和加工的稳定性， 防止或减少断丝故障。选用电 规准时， 要兼顾加工速度 、 表面粗糙度及稳定性 ， 一 般， 加工速度快， 但表面粗糙度值大 ， 容易断丝。 变频跟踪调节不当也是造成断丝的一个重要原 因， 过跟踪时， 工件蚀除速度低于进给速度， 间隙接近 于短路 ， 造成断丝和频繁短路。欠跟踪时， 工件蚀除 速度大于进给速度， 间隙近于开路 ， 造成电极丝抖动， 也易造成断丝和频繁短路。下列电规准实例可供使 用时参考 1 精加工 脉冲宽度选择最小档， 电压幅值选择 低档， 幅值电压为7 5 V左右， 接通 1 2 个功率管， 调节 变频电位器， 加工电流控制在0 ．8 ～1 ．2 A ， 加工表面粗 糙度值3 0 0 m m 幅值电压打至 “ 高” 档， 脉冲宽度选5 6 档， 功率管开4 ～ 5 个 ， 加工电 流控制在2 ．5 ～ 3 A， 材料去除率3 0 m m 2 ／ m i n 。 模具制造 2 0 1 1 年第8 期 8 l 割国 STlL 淮安仕泰隆国际工业博览城 全球招商热线 0 5 1 7 - 8 6 2 9 9 9 9 9 网址 w ww． s t le p ． c o m 4 较大厚度工件加工 6 0 ～l O O m m 幅值 电压 打奎高档， 脉冲宽度选取 5 档， 功率管开4 个左右， 加 工电流调至2 ,5 3 A 材料去除率5 O 6 0 m m 2／ m i n 。 5 薄工件加工 幅值电压选低档， 脉冲宽度选第 一 或第二档， 功率管 开2 3 个 ， 加工电流调至1 A左 右。注意， 改变加工构龟规准， 必须关断脉冲电 源输 出， 在加工过程中一般不应改变加工电规准， 否则会 造成加工表面粗糙度值不一样。 3 ． 2 ． 3 工件的因素 1 硬质合金类材料。 硬质合金类材料含高熔点的碳化钨 、 碳化钛成 分， 因此加工速度低， 且易于产生表面微裂纹。根据 现场加工条件 ， 合理选择电参数 ， 例如选择窄脉宽、 大 峰值电流， 提高峰值电压， 使硬质合金大部分在汽化 状态下爆炸抛出、 熔化而又冷凝成为白层的材料很 少， 做到有较高的加工速度而不会产生微裂纹， 获得 较好的表面光洁度。 2 铝材。 电火花线切割机床由于采用水基工作液或乳化 工作液， 所以在加工时放电间隙中 产生韵高温氧化 作用 ， 使一部分工件材料的氧化物飞溅反粘到电极 丝上 ， 当切割钢铁 、 铜钛等金属时 ， 由于这些金属的 氧化物均为导电物质， 放电间隙状态良好 ， 而加工铝 及铝合金材料时， 铝材的金属氧化物是陶瓷性物质 ， 导电性下降 ， 出现工件切不动、 断丝、 导电块反而消 耗快的问题 。所以， 应采用电火花线切割机床切铝 装置 。 3 工件变形。 因工件变形造成夹丝、 短路 ， 引起断丝。有夹层 和夹碴或切割表面粗糙的工件， 由于氧化残存物不导 电， 凸凹不平 ， 会导致断丝、 烧丝或使工件表面出现深 痕， 严重时， 造成工件报废。在线切割加工前， 应清除 残存物 ， 用油石将工件表面锉平， 并选择适当的电参 数， 以免断丝。 3 ．2 ．4 工作液的选择及使用 工作液一般要求有一定的绝缘性能、 较好的洗 涤性能、 较好的冷却性能和对环境无污染 ， 对人体无 危害。 煤油介电强度高， 间隙消耗放电能量多， 分配到两 极的能量少， 排屑困难， 故切割速度低。但煤油受冷热 变化影响不明显， 且润滑性能好， 因此不轻易断丝。皂 化液洗涤性能好， 有利于排屑， 切割速度较高。乳化型 工作液的节电强度比水高 ， 比煤油低， 冷却能力比水 弱， 比煤油好 ， 洗涤性比水和煤油都好 ， 较非乳化型工 作液的切割速度高， 是普遍使用的工作液。 纯净的工作液最初使用时并不能获得最好加工 效果， 而在使用 1 2 个工作 日后， 金属屑掉进工作液 中形成一定脏度的混合液， 这种混合液在切割中具有 良好的效果。因此 ， 定期更换工作液时往往不需要将 工作液箱清洗非常干净， 以获得具有一定脏度的混合 液。一般认为 ， 可这样来衡量工作液是否变差 当加 工电流为2 A 左右 ， 其切割速度为4 0 m m 2／ m i n 左右 ， 每 天工作 8 h ， 使用两天后效果最好 ， 继续使用 8 l O 天 则易断丝， 须更换新的工作液。 4 结束语 数控线切割机床切割加工中影响电极断丝的因 素很多 ， 其中各因素的影响往往是相互依赖 ， 相互制 约的。电火花线切割加工中， 为了高效地加工出符合 要求的工件 ， 操作人员要正确地理解图样的各项技术 要求。工作液要及时更换， 保持一定的清洁度 ， 保证 上、 下喷嘴不阻塞、 流量合适。电极丝校准垂直 ， 工件 装夹正确 。合理选用脉冲电源参数 ， 加工不稳定时要 及时调整变频进给速度等。切换功能键时， 切勿在加 工过程中进行 ， 以免开关接触不良造成短路或引起电 极丝烧伤 ， 以至断丝。在切割完毕时， 切除部位会在 重力的作用下坠落， 电极丝极易被夹断， 可采用磁铁 吸附、 夹板夹持等方法及时固定， 避免断丝。 5 参考文献 ⋯ 1 单岩， 夏天编著．数控线切割加工【 M] 版 社 ， 2 0 0 4 ． 【 2 】 刘晋春， 赵家齐 ， 赵万生．特种加工【 M 】 版社， 2 0 0 4 ． 北京 机 械工业 出 北京 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