中走丝线切割机床的控制
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发布时间：2022-04-20 02:44
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时间：2023-09-10 01:13
自本世纪初国内有数家电加工机床生产企业通过对高速电火花线切割机床的改造，实现了在高速电火花线切割机床上的多次切割加工，该类机床被称为“中走丝”（所谓“中走丝机”并不仅指走丝速度介于高速与低速之间，而且加工质量也介于高速走丝机与低速走丝机之间）。因而可以说，用户所说的“中走丝机”，实际上是指那些能实现无条纹切割和多次切割的往复走丝电火花线切割机。多次切割技术可以明显提高高速走丝机的加工质量，解决一次切割时的材料变形影响，提高加工精度，获得较低的表面粗糙度，消除往返切割条纹，并保证一定的切割速度。较大地提高了高速电火花线切割的工艺水平，且由于该类机床具有较高的性价比而逐步被广大的中小企业用户所接受，对于“中走丝”而言，使用过程中的运行成本并未增加，但切割的工艺指标尤其是切割表面粗糙度值却有较大幅度降低。
目前，高速走丝机的多次切割技术有了长足的发展，加工质量的明显提高引起了众多制造商和用户的注意。中走丝电火花线切割多次切割后工件表面光洁度虽然提高了，但该类机床的切割精度比低速电火花线切割机床仍存在较大差距，且精度的保持性也需进一步提高。究其原因在于：大多数“中走丝”机床都是对现有的高速电火花线切割机床运丝系统进行了改进，但其基本结构仍没有质的变化；由于电极丝的反复使用，在中走丝切割过程中必然存在电极丝的损耗，从而影响放电间隙并最终降低了切割精度；中走丝多次切割加工对于大部分端子模、冲压模的凹模，加工效果明显，无论精度、粗糙度均有明显提升，操作也比较简单。对于凸模加工，工艺性较强，操作经验很重要，有些体积大、材料厚的凸模加工还有待积累加工经验。此外有关理论修正量与实际修正量的差异与规律及高速电火花线切割的放电机理等问题还有待于进一步改进。严格按照以下条件生产：
① 机床本体方面：按国家相关标准严格控制机床的制造精度，特别是提高机床的定位精度和重复定位精度。同时也选用或日本进口线性滑轨、精密丝杆，进行螺距补偿或者闭环控制等。使前后二次切割轨迹完全一致；
② 运丝系统方面：采用高耐磨性电极丝保持器，保持电极丝的相对稳定，控制电极丝的空间形位变化，减小加工过程中电极丝的张力变化。
③ 脉冲电源方面：提高一次加工的切割速度，稳定在120 mm2/min以上.，减小电极丝损耗，保证加工件的精度，同时提供性能良好的精加工脉冲电源。
④ 变频伺服方面：提供了适合粗、精加工的伺服模式，满足不同加工对象的加工要求，与电规准合成将伺服参数写入加工参数数据库。
⑤ 冷却系统方面：改变常用的粗放冷却方式，采取多级过滤并对介电常数等关键参数加以控制，确保精加工的顺利进行。
⑥ 控制软件方面：提供开放的加工参数数据库，可以根据材料的质地、厚度、粗糙度等条件，合理设置粗切割、精修和精微修光的脉冲参数、加工轨迹补偿量、电极丝移动方式及其移动速度等，并开发了相应的多次切割智能数据库。
虽然加工质量有了明显提高，但当前的切割速度仍旧偏低，不能满足用户的需要，有待于我们继续努力。 第一次切割任务是高速稳定切割
⑴脉冲参数：选用高峰值电流，较长脉宽的规准进行大电流切割，以获得较高的切割速度。
⑵电极丝中心轨迹的补偿量小：
f = 1/2φd +δ+ △ + S式中，f为补偿量(mm);δ为第一次切割时的放电间隙(mm);φd为电极丝直径(mm);△为留给第二次切割的加工余量(mm); S为精修余量(mm)。 在高峰值电流粗规准切割时，单边放电间隙大约为0.02mm；精修余量甚微，一般只有0.003mm。而加工余量△则取决于第一次切割后的加工表面粗糙度及机床精度，大约在0.03～0.04mm范围内。这样，第一次切割的补偿量应在0.05～0.06mm之间，选大了会影响第二次切割的速度，选小了又难于消除第一次切割的痕迹。
⑶走丝方式：采用高速走丝，走丝速度为8～12m/s，达到最大加工效率。
第二次切割的任务是精修，保证加工尺寸精度
⑴脉冲参数：选用中等规准，使第二次切割后的粗糙度Ra在1.4～1.7μm之间。
⑵补偿量f：由于第二次切割是精修，此时放电间隙较小，δ不到0.01mm，而第三次切割所需的加工质量甚微，只有几微米，二者加起来约为0.01mm。所以，第二次切割的补偿量f约为1/2d+0.01mm即可。
⑶走丝方式：为了达到精修的目的，通常采用低速走丝方式，走丝速度为1～3m/s，并对跟踪进给速度限止在一定范围内，以消除往返切割条纹，并获得所需的加工尺寸精度。
第三次切割的任务是抛磨修光 。
⑴脉冲参数：用最小脉宽进行修光，而峰值电流随加工表面质量要求而异。
⑵补偿量f：理论上是电极丝的半径加上0.003mm的放电间隙，实际上精修过程是一种电火花磨削，加工量甚微，不会改变工件的尺寸大小。所以，仅用电极的半径作补偿量也能获得理想效果。
⑶走丝方式：像第二次切割那样采用低速走丝限速进给即可。
凸模加工工艺
凸模在模具中起着很重要的作用，它的设计形状、尺寸精度及材料硬度都直接影响模具的冲裁质量、使用寿命及冲压件的精度。在实际生产加工中，由于工件毛坯内部的残留应力变形及放电产生的热应力变形，故应首先加工好穿丝孔进行封闭式切割，尽可能避免开放式切割而发生变形。如果受限于工件毛坯尺寸而不能进行封闭形式切割，对于方形毛坯件，在编程时应注意选择好切割路线(或切割方向)。切割路线应有利于保证工件在加工过程中始终与夹具(装夹支撑架)保持在同一坐标系，避开应力变形的影响。夹具固定在左端，从葫芦形凸模左侧，按逆时针方向进行切割，整个毛坯依据切割路线而被分为左右两部分。由于连接毛坯左右两侧的材料越割越小，毛坯右侧与夹具逐渐脱离，无法抵抗内部残留应力而发生变形，工件也随之变形。若按顺时针方向切割，工件留在毛坯的左侧，靠近夹持部位，大部分切割过程都使工件与夹具保持在同一坐标系中，刚性较好，避免了应力变形。一般情况下，合理的切割路线应将工件与夹持部位分离的切割段安排在总的切割程序末端，即将暂停点（支撑部分）留在靠近毛坯夹持端的部位。
中走丝线切割机床适合加工各种复杂形状的冲模及单件齿轮、花键、尖角窄缝类零件 ，具有速度快、周期短等优点，应用非常普及。高速走丝的线切割机床的电极丝主要是采用钼丝，电极丝运动速度快通常为8~12米/秒，而且是双向往返循环运行，在加工过程 中很容易发生断丝。如果在切割工件过程中多次断丝，不仅会造成一定的经济损失，而且会带来重新绕丝的麻烦；不仅耽误时间，而且会在工件上产生断丝痕迹，影响加工质 量，严重的会造成工件报废。
本文详细的总结了中走丝线切割机床在工作中经常出现的断丝原因及解决办法： 1,钼丝钼丝的松紧程度
如果钼丝安装太松，则钼丝抖动厉害 ，不仅会造成断丝，而且由于钼丝的抖动直接影响工件表面粗糙度。但钼丝也不能安装 得太紧，太紧内应力增大，也会造成断丝，因此钼丝在切割过程中，其松紧程度要适当 ，新安装的钼丝，要先紧丝再加工，紧丝时用力不要太大。钼丝在加工一段时间后，由 于自身的拉伸而变松。当伸长量较大时，会加剧钼丝振动或出现钼丝在贮丝筒上重叠。 使走丝不稳而引起断丝。应经常检查钼丝的松紧程度，如果存在松弛现象，要及时拉紧 。
钼丝安装。钼丝要按规定的走向绕在贮丝筒上，同时固定两端。绕丝时，一般贮丝 筒两端各留10mm，中间绕满不重叠，宽度不少于贮丝筒长度的一半，以免电机换向频繁 而使机件加速损坏，也防止钼丝频繁参与切割而断丝。
机床上钼丝引出处有挡丝棒，挡丝棒是由两根红宝石制成的导向立柱，挡丝棒不像 导轮那样作滚动运动，他们直接与钼丝接触，作滑动摩擦。因此磨损很快，使用不久柱 体与钼丝接触的地方就会形成深沟，必须及时检查并进行翻转和更换，否则会出现叠丝 断丝。
2,运丝机构
中走丝线切割机的运丝机构主要是由贮丝筒、线架和导轮组成。当运丝机构的精度下降时 （主要是传动轴承），会引起贮丝筒的径向跳动和轴向窜动。贮丝筒的径向跳动会使电 极丝的张力减小，造成丝松，严重时会使钼丝从导轮槽中脱出拉断。贮丝筒的轴向窜动 会使排丝不匀，产生叠丝现象。贮丝筒的轴和轴承等零件常因磨损而产生间隙，也容易 引起丝抖动而断丝，因此必须及时更换磨损的轴和轴承等零件。贮丝筒换向时，如没有 切断高频电源，会导致钼丝在短时间内温度过高而烧断钼丝，因此必须检查贮丝筒后端 的行程开关是否失灵。要保持贮丝筒、导轮转动灵活，否则在往返运动时会引起运丝系 统振动而断丝。绕丝后空载走丝检验钼丝是否抖动，若发生抖动要分析原因。贮丝筒后 端的限位挡块必须调整好，避免贮丝筒冲出限位行程而断丝。挡丝装置中挡块与快速运 动的钼丝接触、摩擦，易产生沟槽并造成夹丝拉断，因此也需及时更换。导轮轴承的磨 损将直接影响导丝精度，此外，当导轮的v型槽、宝石限位块、导电块磨损后产生的沟槽 ，也会使电极丝的摩擦力过大，易将钼丝拉断。这种现象一般发生在机床使用时间较长 、加工工件较厚、运丝机构不易清理的情况下。因此在机床使用中应定期检查运丝机构 的精度，及时更换易磨损件。
3,工件
工件材料：对不经锻打、不淬火材料，在线切割加工前最好采用低温回火消除内应 力，因为如果工件的内应力没有得到消除，在切割时，有的工件会开裂，把钼丝碰断； 有的会使间隙变形，把钼丝夹断或弹断。如淬火后t8钢在线切割加工中及易引起断丝尽 量少用。切割厚铝材料时，由于排屑困难，导电块磨损较大，注意及时更换。
工件装夹：虽然线切割加工过程中工件受力极小，但仍需牢固夹紧工件，防止加工 过程中因工件位置变动造成断丝。同时要避免由于工件的自重和工件材料的弹性变形造 成的断丝。在加工厚重工件时，可在加工快要结束时，用磁铁吸住将要下落的工件，或 者人工保护下落的工件，使其平行缓慢下落从而防止断丝。 4电参数电参数选择不当也 是引起断丝的一个重要原因，所以要根据工件厚度选择合理的电参数，将脉冲间隔拉开 一些，有利于熔化金属微粒的排出，同时峰值电流和空载电压不宜过高，否则使单个脉 冲能量变大，切割速度加快，容易产生集中放电和拉弧，引起断丝。一般空载电压为 100v左右。在电火花加工中，电弧放电是造成负极腐蚀损坏的主要因素，再加上间隙不 合适，容易使某一脉冲形成电弧放电，只要电弧放电集中于某一段，就会引起断丝。
根据工件厚度选择合适的放电间隙：放电间隙不能太小，否则容易产生短路，也不 利于冷却和电蚀物的排出；放电间隙过大，将影响表面粗糙度及加工速度。当切割厚度 较大的工件时，应尽量选用大脉宽电流，同时放电间隙也要大一点，长而增强排屑效果 ，提高切割的稳定性。
中走丝线切割断丝的原因分析：
线切割作为我国独创的一种电火花线切割加工模式，应用极为广泛。电火花线切割加工的优点在于可以加工淬火类等热处理后的零件、异型零件，切除废料少等。工具电极通常为直径0.10~0.18mm的钼丝，加工过程中极易断丝，不但耽误生产时间、增加生产成本，而且降低了零件的加工质量。原因分析如下：
1．跟工件有关的断丝
(1)工件经热处理后工件内部存在内应力，在切割过程中造成内应力释放，夹住钥丝而造成断丝。如果在工件热处理前加工穿丝孔，从工件内侧进行切割可以避免内应力造成断丝。
(2)切割工件后，由于废料自重较大，在掉落瞬间夹住钥丝造成断丝。在切割快完成时，可以用磁铁同时吸住废料和工件，或用夹具（如压板）夹住，等待加工完成后再取下废料。
(3)铸造类零件在铸造过程中可能造成的砂眼、气孔，工件内部有不导电的杂质，在切割过程中可能会拉断丝。对于此类零件，条件许可情况下可以采用探测工具探测零件内部材质是否均匀，对于不具备条件的应该随时监测切割过程中机床仪表，对于电压或者电流突变情况应该及时处理。
(4)工件切入点处或者穿丝孔在热处理后可能会有不导电的氧化物等杂质造成无法切割，造成断丝。对此可以用锉刀或者砂轮打磨工件切入点，去除不导电物质，露出导电部分再切割。
(5)工件表面覆盖层（如塑料薄膜，油漆等）不导电造成的断丝。工件接脉冲电源正极，钥丝接脉冲电源负极，如果工件由于覆盖层跟脉冲电源正极接触不良，则无法放电加工，可能会拉断钼丝，因此必须保证工件和脉冲电源正极可靠连接，必要时首先去除掉工件表面覆盖层。
2．跟工作液有关的断丝
(1)工作液的浓度不合理造成断丝。工作液浓度要合理，首先要选择质量好的工作液，水质要好，然后根据零件不同的加工工艺指标要求进行工作液配制，配比一般为5%~20%。通常电火花线切割机床每天工作8h，连续使用8~10天后就需要更换新的工作液，否则容易断丝。对于大厚度或要求切割速度高的工件可以将工作液浓度降低5%~8%左右，这样加工稳定；而对于加工质量要求高的工件，工作液配比可以提高到10%~20%。
(2)工作液冲刷不足造成的断丝。工作液的作用之一是冲刷切缝，冷却钥丝和工件，排除蚀除物。工作液喷出时如果冲击力过大可能会造成钥丝偏移，放电不均匀；冲击力过小时则工作液喷出不足，无法冲入切缝中，无法放电，造成放电条件恶劣，无法排出蚀除物造成断丝。因此要定时检查喷嘴和回流通道是否有堵塞，工作液喷出速度要合理，对于大厚度零件可以开大工作液喷出速度，使得工作液能充分进入切缝进行冷却和排屑。
(3)工作液不够或者堵塞造成无切削液加工，钥丝很快会烧断。因此，机床工作过程中要不定时检查工作液是否足够，循环通道是否畅通。
3．跟走丝机构有关的断丝
(1)跟导电块有关的断丝。导电块通常是压住或者抬起钥丝一点，由于钼丝运行长时间接触导电块，导电块会有沟痕，沟痕过大会夹断铝丝，因此应该定期将导电块旋转一定的角度，或者直接更换导电块。
(2)跟导轮有关的断丝。钼丝通过导轮导向，因此导轮的精度影响钼丝运行，其中支撑导轮的轴承影响导轮的轴向和径向跳动，进而影响到钥丝放电加工时的稳定性，因此，应该严格按照机床保养说明定期喷注润滑脂或者更换轴承，乃至直接更换导轮组件。
(3)张紧机构造成的断丝。如果张丝的时候重锤过重，在张丝过程中也可能会造成断丝，或者钼丝超过弹性变形的限度，铝丝在运转过程中由于频繁换向以及频繁的放电以及冷却，很快也会断丝。因此，张丝的时候应该选择合理的重锤个数进行张紧。
(4)储丝筒造成的断丝。储丝筒的径向跳动会造成钼丝切割过程中张力突变，会拉断钼丝轴向跳动还会造成叠丝，更容易造成断丝。因此应该定期检测储丝筒精度并调整。
(5)钼丝在储丝筒上缠绕不合理造成的断丝。钼丝在储丝筒两端应该预留5~10mm宽度的钼丝，否则钼丝在换向时张紧力不均匀容易挣断钼丝，如果钥丝在储丝筒上有叠丝也会造成断丝，因此应该在张丝时候调整钼丝在储丝筒上排列合理。
(6)储丝筒运转电机的换向机构失灵造成的断丝。储丝筒运转电机的换向通过手动调整压板调节储丝筒的轴向行程，开关压板压下行程开关后电机应该换向，如果开关压板没有固定好或者没有压下行程开关，或者行程开关失灵，从而会造成储丝筒超程拉断钼丝。因此，机床运行前应该保证行程开关和开关压板可靠工作。
(7)钼丝没有放置在导轮的槽中造成的断丝。上钼丝时如果钼丝没有放置在正常的走丝路径上，如导轮槽外等，开机即会拉断丝，后果很严重。所以穿好钼丝后一定检查一遍走丝路径，看钼丝是否在正常的走丝路径上。
(8)钼丝热胀冷缩造成断丝。工件加工完毕后，如果钼丝停靠在储丝筒的中间段，若钼丝张得过紧则在冷却后可能会挣断钼丝。因此，钼丝应该停靠在储丝筒的一端，如果不加工零件还应该松开丝头一端。
4．跟编程有关的断丝：
(1)工件加工编程路径不合理造成断丝。选择了容易造成工件切割过程中变形的走丝路径，工件变形时夹断钼丝，而且切割出来的凸模尺寸精度低。应选择整个加工过程中，尽量保持工件变形最小的走丝路径，而且切割出来的凸模尺寸精度高。
(2)二次切割造成的断丝。如果切割过程中断丝，机床会有回退功能，重新上新钼丝后沿着原切割路径从头开始切割，则由于第一次切缝后的缝隙，再次切割放电会不均匀，铝丝损耗会比较严重。曾经切割一个大厚度零件，一晚上连续断丝七次，每次总是不等切割到第一次的断丝点就再次断丝，细心查找原因发现，断丝点都是烧断的。通过更改切割路径，使钼丝反向走丝切割，顺利加工出零件，没有再断丝。
5跟钼丝有关的断丝
(1)钼丝质量差造成的断丝。钼丝质量不好可能会造成断丝，应该选择质量好的钼丝。
(2)钼丝损耗造成的断丝。正常情况下钼丝每切割l0000mm2直径损耗大概为0.001~0.02mm，因此钼丝损耗过多且寿命到期后，尤其是将要再次长时间一次性切割一个零件，为了避免切割中可能会断丝，也为了保证加工质量，应该及时更换新钼丝。
(3)钼丝张紧力不合适造成的断丝。走丝路径长短以及合理与否对张力影响很大，而且新上钼丝应该首先调整张力均匀，如果钼丝张紧太紧，容易拉断丝；如果铝丝张紧太松，则钥丝伸长后容易短路回退，如果跳出导轮也容易拉断钼丝。因此，钼丝张紧力要定期调整到合适大小。
(4)废除的断丝头造成的断丝。钼丝固定端剪断的钼丝如果混入线路中或者在丝桶上面叠丝也会造成断丝，因此剪掉的钼丝应该专门放入一个容器中，避免引起断丝。
(5)铝丝打折或者叠丝造成断丝钼丝不耐弯曲，因此钼丝打折或者在储丝桶上叠丝都很容易造成断丝，对此在上丝或者调整钼丝张力的时候一定注意。
6．跟切割工艺参数有关的断丝：
(1)工艺参数设置不合理造成的断丝。工艺参数选择不合理会对钼丝损耗有很大的影响，过大的损耗会加快断丝。工艺参数的选取应该根据具体的零件而选择，如零件的材质、零件厚度、零件的精度要求等进行选取。参数选取一般由操作人员凭经验选取，也可以凭借一些智能技术，如神经网络中的BP算法等进行优化选取切割工艺参数。
(2)对于大厚度零件，通常排屑困难，工作液很难进入到切缝中去，因此进给速度不能太快，否则容易出现短路或者拉弧现象，从而很快烧断钼丝。所以要选择大的脉宽等，让工作液充分冲刷切缝中的蚀除物，否则加工不稳定，烧断钼丝，但是过大的工作电流也很容易烧断钼丝。
(3)对于薄壁类零件，如果进给速度过快，也容易造成频繁短路，钼丝也很容易烧断或拉断。因此，切割工艺参数选择不能过大。
综上所述，造成断丝的原因是多方面的，工件材料的不同、工作液的性能优劣、电极丝的磨损、电极丝的张紧力、机床的导丝结构以及切割工艺参数的合理性等都与稳定线切割加工过程，提高线切割加工质量和延长电极丝的使用寿命有关。只有找到具体断丝的原因，才能有效地提高加工效率、预防断丝。 中走丝机床是我国独创的电加工机床，在模具制造及零件加工领域内有广泛的应用，在中低档市场中占有相当的分量。目前，中走丝机床如何发展是电加工行业十分关心的课题。我们必须吸取国外的成功经验，扬长避短，直接应用当今计算机技术的最新成果，尽快研制功能强大的基于PC的数控系统，从硬件上为中走丝机床的发展打下良好的基础；同时注意人工智能技术与高速走丝线切割机的结合，运用计算机软件技术来提高机床的性能。此外，加强机床本体的研究和开展多次切割工艺技术的应用，使机床的整体加工水平有一个较大的提高，不断增强高速走丝线切割机在市场上的竞争能力。在运用新技术、新工艺的同时，还必须重视对电火花线切割加工工艺规律进行深入细致的基础理论和实验研究，这也是一个非常重要的环节
