线切割入门基本知识与简单维修.doc

线切割入门基本知识与简单维修
电火花数控线切割的基本操作并不复杂，但它所涉及到的方面比较多，如电工知识、机械设备的维修保养知识、计算机知识、机械加工知识以及单片机或HL系统等方 面的知识。
     基本工作原理
     电火花数控线切割加工目前在世界上主要分为高速走丝（7~11m/s）与低速走丝（0.2~1m/s），还有就是中速走丝，其走丝速度介于高速与低速之间，放电原理则与高低速走丝基本一样。
     坐标工作台运动由数控系统通过两个步进电机进行控制，步进电机经过减速箱的齿轮减速增加扭矩后带动滚球丝杠副，使工件台沿两个坐标方向运动（如若进行异形面切割，还须控制上丝架的U、V轴进行运动）。线切割加工时，电极丝接脉冲电源的负极，工件接正极。接通高频脉冲电源后，当电极丝某个点与工件之间的距离小于放电间隙时，它们先在两点之间建立一个电场，然后在电场力的作用下，电极丝上大量带负电子的电子高速撞击正极工件，从而将动能转化为热能，使距离电极丝最近处的工件产生汽化，其高温一般在5000摄氏度左右，局部能达到12000摄氏度。工作液将被熔化和汽化所产生的微粒冲刷出切缝，从而在工件上形成无数的小凹痕，电极丝在数控系统的作用下连续不断在放电，从而加工出所需要的形状。
     工作液的作用是急速冷却电极丝并将腐蚀物快速排出加工区，以达到连续切割的目的。
     加工工艺
     线切割加工中的控制参数有脉冲间隙、脉冲宽度、电压、平均加工电流、切割速度、电极丝张紧力、电极丝直径和工作液种类与污染程度等因素。
     1、     脉冲宽度Ti
脉宽是单脉冲放电能量的决定因素之一，对加工速度和表面粗糙度均有很大的影响。脉宽大则表面粗糙度值大（光洁度差），但加工速度更快。
     2、     脉冲间隙To
调节脉冲间隙实际上就是调节占空比（占空比为脉冲宽度/脉冲间隙），即调节其输入的功率大小，间隙越大，更有利于排除加工区域里的腐蚀物，使后续加工更加稳定。但不能改变单个脉冲能量，所以它对粗糙度影响不大，但对加工速度有较大的影响。
采用矩形波时，不同的加工厚度所对应的占空比参考值：
工件厚度        ＜10        ＜30        ＜60        ＜100        ＜150        ＞200
   占空比        1：2        1：3        1：4        1：5        1：6       1：6~8
采用分组脉冲时，结合实际情况不同的加工百度所采用的参考值：
工件厚度mm           ＜20          ＜50          ＜100         ＞100
小脉宽（Ti）            4          8           12          12
Ti/To           1：1         1：1~2         1：2~3         1：3~6
     注：对于100mm以上的工件，使用分组脉冲要谨慎调节，否则易出现断丝现象。对于高厚度工件的切割应当注意占空比的调节，较小时容易断丝。
     3、     加工电压
加工电压一方面影响着放电能量的大小，另一方面又影响着放电间隙，当电压波动太大（超过额定电压±10V）时就会影响到加工的稳定性，从而造成表面光洁度差或断丝，因此如有此现象时应当采用稳压措施。
注：加工工件厚度大于100mm时，应采用高电压100V。
     4、     加工电流及进给速度调整
加工电流与脉宽、脉间、加工电压和进给速度都有直接的关系。调节好前三种参数后就当调节进给速度。
进给速度本身不具备提高加工速度的能力，其作用是保证加工的稳定性。当调节不当时会显著影响加工能力，并有可能造成断丝。
最佳进给速度调节可参考两个依据：
加工电流应当是短路电流的80%左右；
可通过电流表指针的摆动情况判断，正常加工时电流表指针应基本不动（电机换向和每条程序执行完再执行下一条时除外）。如是经常向下摇摆则说明欠跟踪，应调快进给速度，反之则应调慢。如指针来回大幅度摇摆则说明加工不稳定，应判明原因再作调节（脉宽等各项参数，还包括走丝机构，如导轮轴承等），否则极易断丝。
     注：加工电流越大，放电间隙越大。此放电间隙与脉冲间隙不一样，与脉冲宽相当，此是指脉冲能量所能达到工件处的最远的距离。
     5、电极丝张紧力及直径
线切割的电极丝有铜丝、钼丝和钨钼丝等几种。慢走丝一般用铜丝，快走丝一般用钨钼丝和钼丝，而钼丝又是快走丝机床中使用得最多的。下面就主要介绍钼丝。
钼丝的有关数据：
     钼丝直径（mm）     可承受平均加工电流（A）     切割厚度（mm）
          0.08              ＜2             ＜30
          0.10              ＜3             ＜40
          0.12              ＜3.5             ＜50
          0.13              ＜4             ＜80
          0.14              ＜4.5             ＜150
          0.15              ＜5             ＜200
0.16              ＜6             ＜250
          0.18              ＜8             ＜300
          0.20              ＜10             ＜400
          0.22              ＜12             ＜500
     注：钼丝的张紧力大小对加工精度和加工稳定性都有较大的影响，提高并均衡钼丝张紧力有利于加工精度和加工稳定性的改善，应当定期紧丝。
另注：每次紧丝（大约1~2公斤力）后，应当空运行两分钟，以达到均衡钼丝张紧力的目的。

工件液

目前常用的工作液有DX-1、DX-2、DX-3、DX-4和固体乳化剂等，如下表：

种类      状态      稀释配比    配制方法      使用效果         使用寿命
DX-1      油基形    1：10~12    加入自来水        
DX-2      油基形    1：10~12    加入自来水    效率比DX-1高10%   与DX-1相当
DX-3   水油基形 1：12~15 加入自来水 效率比DX-1高20%，光洁度差   与DX-1相当
DX-4    水基形    1：16~19   加入自来水   效率比DX-1高25%       比DX-1短
固体乳化剂 固体块状 1：20~25 切成小块加入自来水 效率比DX-1高30%，
     注：DX-1不适合高厚度工件的切割，但可以与其它工作液混合使用，如与DX-3混合可使切割速度加快，光洁度有所改善。工作液一般使用100~150小时就需要更换，否则会影响加工效果。

操作及使用

1、贮丝筒排丝的左右两端应留有3~5mm的余量，同时应保证电极丝排丝间距3~5mm的空隙，以防行程过头和夹丝导致断丝的发生。
2、丝架的高度根据工件的不同高厚度进行调整，一般以上丝架到工件上表面距离10~20mm为宜。
3、电极丝垂直度的校正可采用透光法、放电校正法，一般使用后一种。
4、如遇加工要求精度高或表面已作抛光处理的工件时，分中或找起点宜采用万用表电阻碰丝的办法。将万用表置于测量电阻档位，电笔任意一极与机床根本工作台面上的正极相接，万用表电笔另一极与工件相接，然后缓慢摇动机床X或Y坐标的任意一个，密切注意万用表的指针或数字变化，多试几次，然后刻度归零，如是分中则须再摇至另一端，须注意与前一端的指针或数字须一样。找起点时则须注意电阻值越小越好。
5、加工前应当检查电极丝是否抖动，如抖动应先找出原因，解决问题后再进行加工。
6、在校丝后开始切割前应注意电极丝是否与工件接触，如接触或不确定是否接触时应当先关掉高频，再启动水泵电机，最后启动运丝电机，否则极易烧断电极丝。
7、导轮与轴承为高速度运动的部件，每分钟转速在7000转以上，且由带有被熔化和汽化所产生的微粒的工作液在加工时会渗入轴承，导致磨损，使导轮产生径向或轴向跳动，从而影响到工件表面粗糙度和精度。导轮如正常使用一般其寿命为3~6个月（按每天8小时计算），如切割出来的工件表面出现锯齿形波纹（高中速线切割所切割出来的工件的表面有三种纹路，一种是肉眼可见的黑白条纹但不影响加工表面质量的，这属于花丝现象（后面将作详细介绍），不属于导轮轴承的问题；一种是矩形条纹，时高时低，这属于电极丝和参数不当的问题，另一种就是锯齿形条纹，这便是导轮或轴承的问题了），电极丝抖动厉害，并伴有轴承的跳动噪声，就应当更换导轮。注意，上、下导轮和轴承必须一起更换，更换时轴承内应加注高速润滑脂，一般油脂会影响其使用寿命，轴承须使用密封性能好的，更换导轮装配时应当先将所有有关的零件与工具用煤油，最好是汽油清洗干净。
8、经常检查导电块与电极丝是否良好可靠地接触，如接触不好将直接影响加工过程中的稳定性，易造成断丝。导电块由于电极丝的摩擦导电，易产生沟槽，从而容易将电极丝硬行卡断，所以应及时调整电极丝与导电块的相对位置，同时也要防止切割时电极丝与导电块产生打火现象。
9、切割需要控制好精度的工件时，应当用外径千分尺测量出电极丝直径，计算好单边放电间隙，一般来说都是在电极丝半径的基础上加0.01mm，也就是我们常说的一丝。但是，对于大于100mm的工件加工时，由于脉冲宽度加宽等因素的影响，单边放电间隙应当适量加大。在加工过程中如需调整参数，切记必须先暂停切割，待调整完毕后再恢复切割，否则极易因接触不良好而烧毁电气元件。
10、切割编程应当注意必须从工件最薄处开始，以免变形致使工件报废。
11、对于加工精度要求较高的工件可采用两次或多次切割，每一次与下一次之间的放电间隔约设为0.03~0.05mm。
10、因氧化物不导电，如遇工件表面有氧化层须清除或使用手动切入（须加大脉宽，增加功放管数量），切不可使用控制器控制自动切入，否则易因导电不良造成断丝。
11、切割过程中应注意工件液是否包裹电极丝，如遇堵塞需及时疏通，否则切割出来的，工件光洁度不好，甚至于断丝。另外，水流量也不必过大，要做到下面水流量比上面大。
12、高频开启之后，不可用手或持导电工具同时接触高频电源的两极（床身负极与工件正极），防止触电。
13、高厚度切割：电压调至100V~110V，可增加高频电源的整体能量，也能使高频取样信号（高频取样线即上丝架靠近后单边导轮附近的导电块上的那条线）有所加强。利用高脉冲高脉宽和浓度相对高一些的工作液进行切割。切割厚度超过150mm的工件时加工电流应当控制在2.5A以下。
14、归零：找好切割起点后，必须先锁定X、Y坐标归零后再执行进给，以防中途出现问题却无法找到原始起点，造成切割误差。
机床的维护与保养

1、定期维护：当机床运行累计500小时以上时，需进行例行检查，包括各传动部件螺丝、螺帽是否松动，并按润滑要求进行加油或油脂。当机床累计工作5000小时以上，应进行全面检修。
2、日常保养：机床应保持整洁，飞溅出来的工作液应及时擦掉，特别是用DX—4时应尤为注意。停机后，应将工作台面上的腐蚀物清理干净，用煤油将导轮和导电块清洗干净。
3、防锈处理：停机过长或工作一定时间（半个月）后，机床还应当作涂油防护。注意：丝杆上必须使用好的润滑油。
4、电器：工作时应当密切注意工作液不得渗入机床内，以防造成短路而烧毁电气元件。当供电外部电压超过额定电压范围内（180~240V）时，应当立即停机，可在控制柜外增加一台稳压器。
常见问题的原因及处理：
1、断丝原理及处理方法：
   断丝现象                 原因               排除方法
刚开始切割时即断丝 ： 1、加工电流过大，进给不稳定； 调整电源参数，减小加工电流，当切入工件，工件壁面无火花闪出时再加大加工电流
2、电极丝抖动厉害； 检查电极丝是否太松或各处松紧不一致；检查运丝机构，如导轮、丝筒等有无异常跳动或振动并调整
3、工件表面有毛刺、氧化层或锐边；清除毛刺、氧化层或锐边，如是氧化层也可用大电流，大脉宽切入
有规律断丝，多在一边或两边换向时断丝 ， 丝筒换向时，未能及时切断高频电源，使电极丝烧断     调整两个行程开关，如无效，则须检测电路部分，确保先关高频再换向

切割过程中突然断丝     1、选择参数不当，电流过大；将脉宽调小，脉间调大，或减少功率管数量
2、进给调节不当，时快时慢断路频繁；调整进给速度
3、工作液使用不当，如工作液太淡，使用时间过长太脏；按比例调配工作液
4、管路堵塞，工作液流量太小或没有；清理管路，确保下水嘴比上水嘴流量大
5、导电块未能与电极丝接触或已被电极丝拉出凹痕造成接触不良或卡断电极丝；更换导电块或将导电块移位
6、切割高厚度工件时，间隙过小或使用的工作液浓度过低；使用DX-2以上工作液右改善，但DX-3须与DX-1混合使用，效果才好，浓度须低于一般工件的切割
7、脉冲电源消波二极管性能变差，加工中负波较大，使电极丝短时间内切割损耗加大；更换高频振荡板
8、电极丝质量差或保管不善，使之氧化，或上丝时用不恰当的工具张丝，使之产生损伤；注意电极丝的密封与上丝须用专业工具
9、切割高厚度工件时，电极丝直径选择不当或使用时间过长，以致电极丝直径太小；超过150mm的工件必须使用0.18mm以上的电极丝，小于0.13mm的电极丝不宜切割高厚度工件
10、丝筒转速太慢，造成电极丝在工作区域内停留时间过长 ； 检查丝筒电机是否达到额定转速，拖板是否转动灵活，丝筒夹缝中是否有异物
   工件接近切完时断丝     工件变形，夹断电极丝（断之前多会出现短路现象）或工件跌落卡断电极丝     选择适当的切割线路与材料，快切割完时用磁铁吸住工件或用丝夹夹住

空转时断丝     1、电极丝在丝筒上排列时出现叠丝；检查电极丝是否在导轮槽里，检查排丝机构的螺母是否间隙过大，检查丝筒轴线是否与丝架垂直
2、丝筒转动不灵活；检查丝筒夹缝中是否有异物
3、电极丝卡在导电块槽内；更换或调整导电块位置

二、加工中容易出现的问题：
         问题              原因             排除方法

（一）工件表面显丝痕 1、电极丝太松或抖动；按紧丝方法处理或按检查导轮轴承的方法处理；检查调整丝筒及及滚珠丝杠上的螺丝

2、工作台纵横运动不平衡，丝筒横向运动时振动太大；检查调整工作台及滚珠丝杠精度（此需专业人员，尤其是丝杆不得乱调，以防影响精度）

3、跟踪不稳定 ； 调整参数及高频跟踪  
（二） 丝抖动     1、电极丝松动；紧丝
2、导轮轴承使用时间过长，导致导轮V形槽磨损；更换
3、丝筒换向时冲击及跳动太大；调整丝筒或更换联轴节
4、电极丝因受外力而弯曲不直 ； 更换新电极丝
4、
导轮跳动有啸叫声，抖动不已     1、导轮轴向间隙过大；调整导轮的轴向间隙
2、工作液进入轴承；更换轴承和导轮
3、导轮轴承使用时间过长，导致磨损；更换导轮与轴承

（三）断丝     1、电极丝长期使用而老化发脆；
2、电极丝太紧及严重抖动；
3、工作液供应不足电蚀物排不出去；
4、工件厚度与参数选择不当，经常短路；
5、丝筒拖板换向间隙过大造成迭丝；
6、限位开关失灵致拖板超出设定行程；
7、工件表面有氧化层 ；
1、更换
2、调整
3、调整
4、调整
5、调整
6、检查限位开关
7、手工切入或清除

      （四）丝松     电极丝未张紧或电极丝使用时间过长导致松弛；；紧丝
（五） 烧伤     1、高频电源参数选择不当
2、工作液太脏及供应不足
3、自动不灵敏    
1、调整
2、更换
3、检查控制箱
（六）工作精度不符     1、导轮松动或垂直精度不足（校丝不准确）
2、X、Y轴丝杆螺母间隙增大
3、传动齿轮间隙增大
4、控制柜失灵
5、控制X、Y轴的步进电机失步，加工程序不回零
6、控制U、V轴的步进电机失灵或失步     检查调校

1、调校（需专业技术人员）

2、调校（需专业技术人员）

3、检查维修

4、检查维修

5、检查维修

（七） 刹车不灵    
1、刹车开关未开
2、刹车电容损坏
3、1A保险管熔断
4、二极管击穿；更换，但不能使用1A以上的，否则会烧掉电线

3、常见电器故障原因及排除
         故障              原因            排除方法
（一）、合上总电源开关，指示灯不亮，运丝电机和水泵电机均不能起动； 三相电源缺相或某相电压过低 ，用万用表检测判断
（二）、运丝电机不工作    1、 急停开关呈自锁状态
2、换向开关失灵
3、丝筒超程，超程保护开关压住
4、某一接触器损坏
5、未上电极丝，但断丝保护处于开启状态
6、断丝保护导电块损坏或与电极丝接触不良
7、电机不通电或缺相  
3、转动丝筒，使之松开超程保护开关
4、维修或更换
5、上电极丝或关掉断丝保护开关
6、更换导电块或调整电极丝与导电块的位置
7、检查电路
（三）运丝电机不换向     1、换向开关失灵
2、接触器损坏
3、接触器线圈两端无220V电压   
（四）运丝电机转动但不移动    1、 齿轮啮合不好或丝筒超程，丝杆脱离 ；轻推动丝筒拖板使丝杆与螺母接触，摇动丝筒使之与螺母结合，切记不可用力过猛，以免撞坏

   运丝电机经常无故停机    1、 进线插头接触不良
2、三相电压波动太大或电压太低 ；加装稳压电源

（五） 断丝保护不起作用
1、使用时间太长，导电块处太脏，导致导电块与机床的绝缘被破坏
2、线路问题
（六）水泵电机不工作     电源线接触不好
启动电容损坏
水泵电机进水，线圈烧毁     检修
可用万用表测量检查
绕线圈，并需常常检查水位，不得高出水泵轴上端的防护圈

模式开关关闭机床不能起动     导电块与电极丝接触不良
导电块与机床电器箱的连接导线断裂
断丝保护及总停控制板损坏     检修

检修

更换

24V步进电机锁不住     保险丝烧断
全桥整流器击穿
滤波电解电容器击穿
断路
插头接触不良     更换