線切割機床

在這個階段，兩板間形成電流。導致粒子間發生無數次碰撞，形成一個等離子區，並很快升高到8000到12000度的高溫，在兩導體表面瞬間熔化一些材料，同時，由於電極和電介液的汽化，形成一個氣泡，並且它的壓力規則上升直到非常高。然後電流中斷，溫度突然降低，引起氣泡內向爆炸，產生的動力把熔化的物質拋出彈坑，然後被腐蝕的材料在電介液中重新凝結成小的球體，並被電介液排走。然後通過NC控制的監測和管控，伺服機構執行，使這种放電現象均勻一致，從而使工件被加工，使之成為合乎要求尺寸精度及形狀精度的產品。電火花線切割機按走絲速度可分為高速往複走絲電火花線切割機（Reciprocating type High Speed Wire cut Electrical Discharge Machining俗稱“線切割機床”）、低速單向走絲電火花線切割機（Low Speed one-way walk Wire cut Electrical Discharge Machining俗稱“慢走絲”）和立式自旋轉電火花線切割機（Vertical Wire Electrical Discharge Machining machine tool With Rotation Wire）三類。又可按工作台形式分成單立柱十字工作台型和雙立柱型（俗稱龍門型）。

控制系統自20世紀60年代後期至70年代中期，我國高速走絲線切割機床的數控系統專用工控機，採用晶體管分立元件組成門電路，再由門電路組成寄存器、輸入控制器、運算器、輸出控制器等，加工程序則通過扳鍵開關手工輸入，或通過光電閱讀機從穿孔紙帶讀入，採用輝光數碼管和氖燈顯示計數長度以及X、Y坐標值（二進位）。進入20世紀70年代後期，數控系統已過渡到以中、大規模集成電路晶元為主的電路。基本原理和結構雖然未改變，但功能得到加強，可靠性也提高了。它的輸入仍然有手工輸入（扳鍵或按鍵）和紙帶輸入（電報機頭）兩種方式，指示有熒光數碼管和發光二極體形式。該類產品一直到80年代末都在使用。隨著單板微型計算機（將CPU、RAM、ROM、輸入輸出介面裝在一塊印製電路板上的計算機，簡稱單板機）的出現，高速走絲線切割機控制器大量使用以Z-80為微機處理器的單板機，真正實現了功能強、價格的目標。對於簡易數控系統來說，這是一個輝煌的時期，在其它相關行業的發展促進下，使數控高速電火花線切割機得到了迅速的普及。

到20世紀90年代，數控系統以8051系列單片機的控制器都具有圖形縮放、齒隙補償、短路回退、斷絲保護、停電記憶、自動對中、加工結束自動停機等功能，並有錐度切割功能。帶顯示器的編程、控制一體機也已開始使用，只是所編製的程序，不能直接傳輸到其它控制台上，但有配備印表機、紙帶穿孔機等外部設備，而且也只能控制單台機床。隨著計算機的迅速發展和普及，採用台式微型計算機（包括工控機），能夠控制分別獨立工作的幾台機床。在允許數量範圍內，增加機床只需增加控制卡。各機床的工作狀態，可通過切換畫面分別監視。這樣不僅節約了控制系統的成本，又利用了計算機強大的數據存取能力。自動編程系統功能在不斷增強，編程方式也多種多樣，有指令輸入、作圖法、掃描法、CAD文檔轉換等，還可通過U盤、網路等介面、通信進行數據交換。避免了手工輸入程序、繪圖低效率和帶來的差錯。

快走絲線切割技術的發展已走向明朗化，在保持往複走絲線切割優點的基礎上，不斷的探索和研究，把新的理論、新的方法，應用到新的系統中。新一代控制系統將會更穩定、更實用、更簡單、更方便。

數控線切割機床由機械、電氣和工作液系統三大部分組成。

線切割機床機械部分是基礎，其精度直接影響到機床的工作精度，也影響到電氣性能的充分發揮。機械系統由機床床身、坐標工作台、運絲機構、線架機構、錐度機構、潤滑系統等組成。機床床身通常為箱式結構，是提供各部件的安裝平台，而且與機床精度密切相關。坐標工作台通常由十字拖板、滾動導軌、絲桿運動副、齒輪傳動機構等部分組成。主要是與電極絲之間的相對運動，來完成對工件的加工。運絲機構是由儲絲筒、電動機、齒輪副、傳動機構、換向裝置和絕緣件等部分組成，電動機和儲絲筒連軸連接轉動，用來帶動電極絲按一定線速度移動，並將電極絲整齊地排繞在儲絲筒上。線架分單立柱懸臂式和雙立柱龍門式。單立柱懸臂式分上下臂，一般下臂是固定的，上臂可升降移動，導輪安裝在線架上，用來支撐電機絲。錐度機構可分搖擺式和十字拖板式結構，搖擺式是上下臂通過槓桿轉動來完成，一般用在大錐度機。十字拖板型通過移動使電極絲伸縮來完成，一般適用在小錐度機。潤滑系統用來緩解機件磨損、提高機械效率、減輕功率損耗。可起到冷卻、緩蝕、吸振、減小噪音之作用。

電氣部分包括機床電路、脈衝電源、驅動電源和控制系統等組成。機床電路主要控制運絲電動機和工作液泵的運行，使電極絲對工件能連續切割。脈衝電源提供電極絲與工件之間的火花放電能量，用以切割工件。驅動電源也叫驅動電路，由脈衝分配器、功率放大電路、電源電路、預放電路和其它控制電路組成。是提供電源給步進電機供電的專用電源，用來實現對步進電機的控制。控制系統主要是控制工作台拖板的運動（軌跡控制）和脈衝電源的放電（加工控制）。

工作液系統一般由工作液箱、工作液泵、進液管、回液管、流量控制閥、過濾網罩或過濾芯等組成。主要作用是集中放電能量、帶走放電熱量以冷卻電極絲和工件、排除電蝕產物等。

（1）線切割——數控電火花線切割加工的簡稱。

（2）工作原理：利用移動的金屬絲作工具電極，並在金屬絲和工件間通以脈衝電流，利用脈衝放電的腐蝕作用對工件進行切割加工的。

（3）由於它利用的是絲電極，因此，只能作輪廓切割加工。

（4）工作原理如圖2所示。

圖2 線切割機床的加工原理

1－－數控裝置；2－－儲絲簡； 3－－導輪；4－－電極絲；5－－工件；6－－噴嘴；

7－－絕緣板；8－－脈衝發生器； 9－－液壓泵； 10－－水箱； 11－－控制步進電動機；

（5）當工件與線電極間的間隙足以被脈衝電壓擊穿時，兩者之間即產生火花放電而切割工件。

（6）通過數控裝置l發出的指令，控制步進電動機11，驅動X、Y兩托板移動，可加工出任意曲線輪廓的工件。

電火花線切割的走絲速度為6～12mm/s，是我國獨創的機種。自1970年9月由第三機械工業部所屬國營長風機械總廠研製成功“數字程序自動控制線切割機床”，為該類機床國內首創。1972年第三機械工業部對工廠生產的CKX數控線切割機床進行技術鑒定，認為已經達到當時國內先進水平。1973年按照第三機械工業部的決定，編號為CKX — 1的數控線切割機床開始投入批量生產。1981年9月成功研製出具有錐度切割功能的DK3220型的坐標數控機，產品的最大特點是具有1.5度錐度切割功能。完成了線切割機床的重大技術改進。隨著大錐度切割技術逐步完善，變錐度、上下異形的切割加工也取得了很大的進步。大厚度切割技術的突破，橫剖面及縱剖面精度有了較大提高，加工厚度可超過1000mm以上。使往複走絲線切割機床更具有一定的優勢。同時滿足了國內外客戶的需求。這類機床的數量正以較快的速度增長，由原來年產量2~3千台上升到年產量數萬台，全國往複走絲線切割機床的存量已達20餘萬台，應用於各類中低檔模具製造和特殊零件加工，成為我國數控機床中應用最廣泛的機種之一。但由於往複走絲線切割機床不能對電極絲實施恆張力控制，故電極絲抖動大，在加工過程中易斷絲。由於電級絲是往複使用，所以會造成電極絲損耗，加工精度和表面質量降低。

電極絲以銅線作為工具電極，一般以低於0.2mm/s的速度作單向運動，在銅線與銅、鋼或超硬合金等被加工物材料之間施加60~300V的脈衝電壓，並保持5~50um間隙，間隙中充滿脫離子水(接近蒸餾水)等絕緣介質，使電極與被加工物之間發生火花放電，並彼此被消耗、腐蝕，在工件表面上電蝕出無數的小坑，通過NC控制的監測和管控。精度可達0.001mm級，表面質量也接近磨削水平。電極絲放電后不再使用，而且採用無電阻防電解電源，一般均帶有自動穿絲和恆張力裝置。工作平穩、均勻、抖動小、加工精度高、表面質量好，但不宜加工大厚度工件。由於機床結構精密，技術含量高，機床價格高，因此使用成本也高。

線切割機床早期只有國外公司的獨有機種。台灣的低速走絲電火花線切割機起步雖然較晚，但這幾年來發展迅速。其關鍵的一個舉措就是由若干家電加工機床製造企業共同出資，在有關部門一定限度的支持下，由台灣工業技術研究院投入大量的人力、物力做關鍵技術的開發。經過10多年的攻關，在控制系統及電源等關鍵技術上取得了突破。台灣各企業製造的低速走絲電火花線切割機應屬中檔機的範圍，近3年每年達到20%～30%的增長率，估計未來5年，台灣低速走絲電火花線切割機的年產量能達2000台，可佔世界市場的25%以上。低速走絲電火花線切割機的技術含量高、市場前景好，可以獲得較高的回報，是電加工行業各個廠家的“必爭之地”、“戰略高地”。也可以說，誰掌握了低速走絲電火花線切割機的技術，誰就獲得了下一步企業發展壯大的機遇。我國的科技工作者在科技部專項基金的支持下，投入了較大的研發力量，已完成新一代低速走絲電火花線切割機的研發，取得了重大突破，已擁有了具有自主知識產權的產品，並佔領了一定的市場份額，其性能指標可達中檔機水平。還有一些國內企業則希望通過與台灣相關企業的合作，來發展低速走絲電火花線切割加工技術。

（卧式自旋轉電火花線切割機）。立式迴轉電火花線切割機的特點與傳統的高速走絲和低速走絲電火花線切割加工均有不同，首先是電極絲的運動方式比傳統兩種的電火花線切割加工多了一個電極絲的迴轉運動；其次，電極絲走絲速度介於高速走絲和低速走絲直接，速度為1～2m/s。由於加工過程中電極絲增加了旋轉運動，所以立式迴旋電火花線切割機與其他類型線切割機相比，最大的區別在於走絲系統。立式迴轉電火花線切割機的走絲系統由走絲端和放絲端兩套結構完全相同的兩端做為走絲結構，實現了電極絲的高速旋轉運動和低速走絲的複合運動。兩套主軸頭之間的區域為有效加工區域。除走絲系統外，機床其他組成部分與高速走絲線切割機相同。

與單向低速走絲電火花線切割機床相比

往複高速走絲電火花線切割機床在平均生產率、切割精度及表面粗糙度等關鍵技術指標上還存在較大差距。針對這些差距，本世紀初，國內有數家高速往複走絲電火花線切割機生產企業實現了在高速走絲機上的多次切割加工（該類機床被俗稱為“中走絲” Medium Speed Wire cut Electrical Discharge Machining）。所謂“中走絲”並非指走絲速度介於高速與低速之間，而是複合走絲線切割機床，其走絲原理是在粗加工時採用8-12m/s高速走絲，精加工時採用1-3m/s低速走絲，這樣工作相對平穩、抖動小，並通過多次切割減少材料變形及鉬絲損耗帶來的誤差，使加工質量也相對提高，加工質量可介於高速走絲機與低速走絲機之間。因而可以說，用戶所說的“中走絲”，實際上是往複走絲電火花線切割機借鑒了一些低速走絲機的加工工藝技術，並實現了無條紋切割和多次切割。經過幾年的發展，國內幾乎所有生產高速走絲電火花線切割機床的廠家都在生產及銷售中走絲，但最終表明不是所有的往複走絲電火花線切割機都能進行多次切割，或者說不是所有的往複走絲電火花線切割機採用多次切割技術后都能獲得好的工藝效果。多次切割是一項綜合性的技術，它涉及到機床的數控精度、脈衝電源、工藝資料庫、走絲系統、工作液及大量的工藝問題，並不是簡單地在高速走絲機上加上一套運絲變頻調速系統即可實現的，只有那些製造精度高，並在諸方面創造了多次切割條件的往複走絲電火花線切割機才能進行多次切割和無條紋切割，並獲得顯著的工藝效果。因此我們的生產企業必須充分注意到這個問題，一定要按系統工程來做，真正把這一技術用好，把這一產品做好。如已有一些企業為進一步提高機床本體精度，X、Y坐標工作台採用了直流或交流伺服電機作驅動單元直接驅動滾珠絲杠，同時採用了帶螺距補償功能的全閉環控制，可以利用數控系統對機床的定位精度誤差進行補償和修正。在保證精度的前提下，減小因長期使用而導致的加工精度下降，延長機床的使用壽命。運絲系統方面採用特殊（大多數採用金剛石）電極絲保持器，保持電極絲的相對穩定，減小加工過程中電極絲的張力變化。冷卻系統方面改變常用的粗放冷卻方式，採取多級過濾並對介電常數等關鍵參數加以控制，確保精加工的順利進行。控制軟體方面提供開放的加工參數資料庫，可以根據材料的質地、厚度、粗糙度等條件選擇對應的加工參數。相信經過我們的努力，多次切割技術將會更加完善，往複走絲電火花線切割加工技術也將得到更好的應用和發展。

SAJ線切割機床專用變頻器特點：

■低頻轉矩輸出180% ，低頻運行特性良好

■輸出頻率最大600Hz，可控制高速電機

■全方位的偵測保護功能(過壓、欠壓、過載)瞬間停電再起動

■加速、減速、動轉中失速防止等保護功能

■電機動態參數自動識別功能，保證系統的穩定性和精確性

■高速停機時響應快

■豐富靈活的輸入、輸出介面和控制方式，通用性強

■採用SMT全貼裝生產及三防漆處理工藝，產品穩定度高

■全系列採用最新西門子IGBT功率器件，確保品質的高質量

1．檢查電路系統的開關旋鈕，開啟交流穩壓電源，先開電源開關，后開高壓開關，5分鐘后，方可與負線連接。

2．控制台在開啟電源開關后，應先檢查穩壓電源的輸出數據及氖燈數碼管是否正常，輸入信息約5分鐘，進行試運算，正常后，方可加工。

3．線切割高頻電源開關加工前應放在關斷位置，在鉬絲運轉情況下，方可開啟高頻電源，並應保持在60～80伏為宜。停車前應先關閉高頻電源。

4．切割加工時，應加冷卻液。鉬絲接觸工件時，應檢查高頻電源的電壓與電液值是否正常，切不可在拉弧情況下加工。

5．發生故障，應立即關閉高頻電源，分析原因，電箱內不準放入其它物品，尤其金屬器材。

6．禁止用手或導體接觸電極絲或工件。也不準用濕手接觸開關或其它電器部分。

1、操作者必須熟悉機床的性能與結構，掌握操作程序，嚴格遵守安全守則和操作維護規程。

2、非指定人員不得隨便動用設備，室內有安全防火措施。

3、開動機床前應先做好下列工作：

1)檢查機床各部是否完好，定期調整水平。按潤滑規定加足潤滑油和在工作液箱盛滿皂化油水液，並保持清潔，檢查各管道接頭是否牢。

2)檢查機床與控制箱的連線是否接好，輸入信號是否與拖板移動方向一致，並將高頻脈衝電源調好。

3)檢查工作台縱橫向行程是否靈活，滾珠筒拖板往複移動是否靈活，並將滾絲筒拖板移至行程開關在兩檔板的中間位置。行程開關擋塊要調在需要的範圍內，以免開機時滾絲筒拖板衝出造成脫絲，關滾絲筒電機必須在滾絲筒移動到中間位置時，才能關閉電源，切勿將要換向時關閉。以免慣性作用使滾絲筒拖板移動而沖斷鉬絲，甚至絲桿螺母脫絲。上述檢查無誤后，方可開機。

4)安裝工件，將需切割的工件置於安裝台用壓板螺絲固定，在切割整個型腔時，工件和安裝台不能碰著線架，如切割凹模，則應在安裝鉬絲穿過工件上的預留孔，經找正後才能切割。

5)切割工件時，先啟動滾絲筒，撳走絲按鈕，待導輪轉動后再啟動工作液電機，打開工作液閥。如在切割途中停車或加工完畢停機時，必須先關變頻，切斷高頻電源，再關工作液泵，待導輪上工作液甩掉后，最後關斷滾絲筒電機。

6)工作液應保持清潔，管道暢通，為減少工作液中的電蝕物，可在工作台及回水槽和工作液箱內放置泡沫塑料進行過濾，並定期洗清工作液箱、過濾器，更換工作液。

7)經常保持工作台拖板、滾珠絲桿及滾動導軌的清潔，切勿使灰塵等進入，以免影響運動精度。

8)如滾絲筒在換向時有抖絲或振動情況，應立即停止使用，檢查有關零件是否鬆動，並及時調整

9)每周應有1-2次用煤油射入導輪軸承內，以保持清潔和使用壽命。

10)要特別注意對控制台裝置的精心維護，保持清潔。

11)操作者不得亂動電氣元件及控制台裝置，發現問題應立即停機，通知維修人員檢修。

12)工作結束或下班時要切斷電源，擦拭機床及控制的全部裝置，保持整潔，最好用罩將計算機全部蓋好，清掃工作場地(要避免灰塵飛揚)特別是機床的導軌滑動面擦乾淨，並加好油認真做好交接班及運行記錄。

1、操作者必須熟悉線床的操作技術，開機前應按設備潤滑要求，對機床有關部位注油潤滑（潤滑油必須符合機床說明書的要求）。 

2、操作者必須熟悉線切割加工工藝，恰當的選取加工參數，按元寶操作順序操作，防止造成斷絲等故障。 

3、用手搖柄作儲絲筒后，應及時搖柄拔出，防止儲絲筒轉動時將搖柄甩出傷人。裝卸電極絲時，注意防止電極線扎手。換下來的廢絲要放在元寶的窗口內，防止混入電路和走絲系統中造成電器短路、觸電和斷絲等事故。注意防止因絲筒慣性造成斷絲及傳動件碰撞。為此，停機時，要在儲絲筒剛換向後再儘快按下停止按鈕。 

4、正式加工工件之前，應確認工件位置已安裝正確，防止碰撞線架和因超程撞壞絲桿、螺母等傳動部件。 

5、盡量消除工件的殘餘應力，防止切割過程中工件爆炸傷人。加工之前應安裝好防護罩。 

6、機床附近不得放置易燃、易爆物品，防止因工作液一時供應不足產生的放電火花引起事故。 

7、在檢修機床、機床元件、脈衝電源、控制系統時，應注意適當地切斷電源，防止觸電和損壞電路元件。 

8、定期檢查機床的保護接地是否可靠，注意各部件是否漏電，盡量採用觸電開關。合上加工電源手，不可用手或手持導電工具同時接觸脈衝的兩輸出端（床身與工件），以防觸電。 

9、禁止用濕手按開關或接觸電器部分。防止工作液等導電物進入電器部分，一旦發生因電器短路造成時，應首先切斷電源，立即用四氯化碳等合適的滅火器滅火，不準用水救火。 

10、停機時，應先停高頻脈衝電源，后停工作液，讓電極運行一段時間，並等儲絲筒反向後再停走絲。工作結束后，關掉總電源，擦凈工作台及夾具，並潤滑機床。