梁肇文，陳曉琪

（肇慶市技師學院，廣東肇慶 526060）

0 引言

某學院共有130 臺數(shù)控電火花線切割機，是利用高速運行的鉬絲作為直流高頻脈沖功率電源的負極，被加工的工件作為正極，運行時正負極放電，高溫電蝕工件，循環(huán)皂化液作冷卻劑。計算機或單片微機控制器控制X、Y 拖板運動，形成編程需要的精準形狀、尺寸［1］，以電蝕切割面積衡量工效。線切割機由計算機及數(shù)模電子系統(tǒng)主控，整機與皂化液水溶液密切接觸，使得機床機電器件容易老化、擊穿，機電故障率非常高，嚴重影響教學與生產(chǎn)。因此對線切割機（以DK77xx 電火花線切割機為例）的故障進行分析及處理顯得十分重要。研究線切割整機機電故障的處理看似十分復雜，但其基本特征是由3 大系統(tǒng)組成，須一一對應清晰處理，才能盡快保障整機正常運行，為企事業(yè)帶來一定的經(jīng)濟和社會效益。

1 DK77xx電火花線切割機機電系統(tǒng)組成及工作過程

電火花線切割機機電系統(tǒng)由床身機電系統(tǒng)、高頻脈沖電源系統(tǒng)、計算機與步進電機進給驅動系統(tǒng)3 大系統(tǒng)組成，如圖1所示。

圖1 線切割機電系統(tǒng)組成及框圖

（1）床身機電系統(tǒng)包括卷絲筒限位與正反轉運行機構、換向切斷高頻電脈沖器件、斷絲保護停機、冷卻泵、照明指示燈、卷絲電機、主軸、卷絲筒、軸承［2］等，主要功能是驅動卷絲筒電機與鉬絲高速運轉。

（2）獨立的高頻脈沖電源系統(tǒng)，其主要功能是輸出直流70 V左右的高頻脈沖電壓，正極接工件，負極接鉬絲。鉬絲高速運轉時放電電蝕工件［3］，冷卻液起冷卻沖洗作用。

（3）計算機與步進電機進給驅動系統(tǒng)主要由專用單片微機系統(tǒng)或計算機加X、Y 軸運動控制卡或專用單板計算機控制器輸出X、Y進給信號，經(jīng)過步進驅動器放大驅動X、Y拖板，即帶動工件作X、Y 方向或復合方向運動，形成切割軌跡。機械部分的核心器件是拖板（X、Y 工作臺）、絲桿螺母副、步進電機傳動機構等［4］。

以DK77xx為例，DK77 系列數(shù)控線切割機床應用廣泛，是高速走絲線切割機床的代表。DK77xx 數(shù)控線切割機床床身電氣原理及卷絲筒機械傳動機構如圖2 所示。圖2（b）中的傳動：運絲電機C—聯(lián)軸節(jié)—運絲筒高速旋轉—齒輪／齒輪—絲杠3——螺母3 帶動拖板—行程開關。運絲裝置帶動電極絲運行，并將電極絲圍繞在運絲筒上，行程開關控制運絲筒的正反轉。

圖2 DK77xx數(shù)控線切割機床床身電氣原理及卷絲筒機械傳動機構

DK77xx 數(shù)控線切割機床高頻脈沖功率電源如圖3所示。

圖3 DK77xx數(shù)控線切割機床高頻脈沖功率電源

直流高頻脈沖功率電源由主振電路、脈寬調節(jié)電路、間隔調節(jié)電路、功率放大電路和整流電源等構成［5］。X、Y步進電機控制系統(tǒng)如圖4 所示。脈沖發(fā)生器主件由時基電路構成，經(jīng)過脈沖分配器驅動，放大輸給步進電機。機械部分的核心部件是X、Y絲桿螺母副，傳動機構，軸承，拖板等。

圖4 X、Y步進電機控制系統(tǒng)

X、Y拖板機械傳動系統(tǒng)如圖5 所示。步進電機帶動滾珠絲杠傳動，工作臺的傳動：X 向控制系統(tǒng)發(fā)出進給脈沖—步進電機A—齒輪／齒輪—絲杠1—螺母1。Y向控制系統(tǒng)發(fā)出進給脈沖—步進電機B—齒輪／齒輪—絲杠2—螺母2?？刂葡到y(tǒng)每發(fā)出1脈沖，工作臺移動0.001 mm。

圖5 X、Y拖板機械傳動系統(tǒng)

2 數(shù)控線切割機機電故障現(xiàn)象與原因分析

DK77xx數(shù)控線切割機床常見的機電故障、原因及處理，可從線切割電氣系統(tǒng)的3 大系統(tǒng)組成的方框圖、原理圖、操作習慣入手。首先總結其床身機電系統(tǒng)的機電故障現(xiàn)象、原因及處理方法。

2.1 床身機電系統(tǒng)的故障現(xiàn)象、原因及處理

2.1.1 走絲電機M1不正常工作

對付走絲電機M1 不正常工作，與兩個回路相關，要回到其具體控制圖，分為控制回路和主回路（動力）進行分析。

出現(xiàn)這種情況，見圖2，先用萬用表測量機床開停KM初次級觸頭都有強電進入，觀察KM 吸合中，相應指示燈亮，確認機床通電狀態(tài)。然后分析：M1 工作正常否與控制回路的SB5 停鈕觸點、SB6 正轉啟動點動開鈕觸點、正轉撞壓行程開關SQ1－1 觸點、反轉撞壓行程開關SQ1－2 觸點、停絲筒斷高頻中間繼電器KA1 觸點與線圈、正轉中間繼電器KA3 觸點與線圈、反轉中間繼電器KA4 觸點與線圈、相關接線點松動等相關。同時M1 工作正常否又與主回路的高頻脈沖電源開關（開關是否按下有關）、FU2 保險絲斷否、正轉的中間繼電器KA3 主觸點、反轉的中間繼電器KA4 主觸點、三相電機M1 擊穿燒壞燒斷（或局部短路）、相關接線點松動等相關。另外，操作者通常以實際卷絲在絲筒的寬度與正轉撞壓行程開關SQ1－1、反轉撞壓行程開關SQ1－2 間距離等寬度，目測調節(jié)兩行程開關距離。有了以上資料及理解基礎，結合斷電用電阻法、通電用電壓法等測量，輕松解決走絲電機M1 不正常工作故障［6］。

（1）故障現(xiàn)象1：卷絲電機M1 不能正轉啟動。

原因分析及故障處理（在斷電情況下電阻法檢修，通電用電壓法檢修）。出現(xiàn)這種故障現(xiàn)象，與正轉啟動電路密切相關。須檢查對應的正轉回路元件，包括以下元部件：采用電阻測量法檢查控制回路的SB5、SB6 或KA4 的觸點與線圈和KA3 的觸點與線圈是否接觸不良，線圈是否燒斷等。用電阻法、電壓法測量、判斷、拆卸、清洗、更換等方法使設備恢復正常。

如果控制回路正常，卷絲電機M1 不能正轉啟動，應結合萬用表電阻及電壓擋檢查主回路的高頻電源開關是否打開；要按下高頻電源開關，檢查FU2 是否損壞、KA3 的主觸點是否接觸不良、電機M1 與接線端子接觸是否良好、三相電機各相電阻是否相同等等。斷電下，用萬用表檢測FU2 電阻，若接近無窮大則更換，強行讓KA3 吸合；若電阻接近零則完好，若接近無窮大，則拆卸、清洗、緊固或更換；還有M1 的接線可能接觸不良，用電阻測量法檢測、拆卸、清洗、擰緊再測，保證電阻為0 左右，檢查電機電阻正常、電機沒有擊穿絕緣漆異味，測380 V電壓，則通電試機，設備能運行正常。通過上述檢測、維修，定能排除走絲電機M1 不能正轉啟動的故障。

（2）故障現(xiàn)象2：卷絲M1 正轉啟動或點動但不能自保持運行。

M1 能正轉啟動，卻不能自鎖（自保持）。分析其控制回路，相關的器件包括SQ 1－1的常閉觸點、KA3 的自保觸點，與主回路（動力回路）無關。但是M1 能正轉啟動，證明SQ 1－1的常閉觸點正常，只有一種可能就是正轉自保觸點KA3 有接觸不良。用電阻測量法檢測，發(fā)現(xiàn)該觸點氧化、接觸不良，換上新元件，故障排除。

（3）故障現(xiàn)象3：M1 不能自動正反轉。

出現(xiàn)這種情況，根據(jù)床身電氣原理圖分析，應重點檢測與自動正反轉相關的控制回路的元件，無須考慮主回路器件及線路問題。

與自動正反轉相關器件有SQ 1－1的常開常閉觸點、SQ 1－2的常開常閉觸點、KA1 兩組常開觸點、正轉繼電器KA3 自保觸點、互鎖觸點與線圈好壞、反轉繼電器KA4 自保觸點、互鎖觸點與線圈好壞。不能使其常閉觸點斷開、常開觸點閉合或線圈局部短路或開路失效，從而導致不能切斷正轉，啟動反轉。交叉使用電阻法、電壓法檢查判斷、修復、更換壞器件，進行故障排除。如果故障不能排除，要注意反復仔細調節(jié)三角排列或一字排列的正轉撞壓行程開關SQ1－1、反轉撞壓行程開關SQ1－2、急停行程開關SQ3 等與2 個撞塊位置的尺寸。通過上述處理，定能徹底修復M1 不能自動正反轉的故障。

（4）故障現(xiàn)象4：M1 不能停轉。

根據(jù)床身電氣原理圖，出現(xiàn)這種情況要考慮控制回路和主回路的問題。目測、表測SB5，仔細觀察發(fā)現(xiàn)SB5 的觸點熔焊。斷電、拆卸SB5，按下SB5，用萬用表檢測其兩端電阻，若接近零則證明已熔焊，更換之，通電試機，設備運行正常，故障排除。個別特殊的的M1 不能停轉，也有可能因為主回路KA3或KA4 三組觸點熔焊造成，不過概率較小。

（5）故障現(xiàn)象5：卷絲傳動機構發(fā)出異?！斑沁沁恰表懧?。

出現(xiàn)這種情況，按照卷絲筒傳動圖，判斷是機械發(fā)出的響聲，尤其是主軸或軸承磨損造成。停電、拆卷絲筒、手動轉動卷絲筒，發(fā)現(xiàn)是軸承發(fā)出響聲。用“拉馬”拆下軸承，換上新軸承，整機恢復正常［7］。

2.1.2 冷卻泵電機M2不正常工作

冷卻泵電機M2 不正常工作的故障現(xiàn)象、原因分析及故障排除如下。

（1）故障現(xiàn)象1：冷卻液供液不足影響工件冷卻。

冷卻泵電機在運行時無異常響聲，但供水不足，參考原理圖2，檢查M2 三線間電壓是否接近380 V，檢查冷卻泵電機是否反轉，接反則換接一下電機的相序。如果都不是，則只可能是皂化液使用過長，其中的臟物堵塞了水管，換新皂化液、新管，通電試機一切正常，故障排除。

（2）故障現(xiàn)象2：鉬絲冷卻泵電機M2 不運轉。

根據(jù)床身電氣原理圖，出現(xiàn)這種情況，應檢測冷卻泵電機M2 控制回路、主回路器件及連接、更換相應元件。

故障與控制回路相關器件有電源通斷KM、冷卻泵停SB3、冷卻泵開SB4、KA2 線圈好壞及自保觸點。SQ3、SQ4、SQ2、SB1、SB2、KM的自保觸點及KM 的線圈由于存在接觸不良，從而導致KM不能吸合，無法給M2 供給三相交流電。故障與主回路相關器件有KM、KA2 的主觸點、電機M2 接觸點、電機壞（電阻不平衡局部短路）等原因。采用電阻測量法和電壓法檢測修復或更換相應元件，通電試機，運行正常，故障排除。

高頻功率電脈沖部分也是DK77xx線切割的3 大重要組成部分之一，通常出現(xiàn)以下故障。

2.2 高頻功率電脈沖與鉬絲系統(tǒng)故障現(xiàn)象與處理

高頻功率電脈沖與鉬絲系統(tǒng)故障現(xiàn)象與處理如下。

（1）故障現(xiàn)象1：自動加工無高頻，手動試火花正常，輸入程序時，無切割加工。

自動加工無高頻，手動試火花正常，輸入程序時，無切割加工，主要有3 個原因，一是機床面板高頻開關失靈?？蓹z查機床電器接線柱21、22 是否相通，刮凈、清洗、擰緊使其恢復正常，故障排除。二是鉬絲與工件短路，如果冷卻液使用時間長、發(fā)黑、含金屬元素高，造成絕緣電阻大大下降，鉬絲與工件短路。換新冷卻液，故障排除。三是生手操作不正確導致無法無切割加工，需要退出程序重新操作，設備正常運行。

（2）故障現(xiàn)象2：加工過程中設備儀表顯示工作脈沖電流過大。

加工過程中設備儀表顯示工作脈沖電流過大，原因是脈沖電源的功放管被擊穿，導致電流過大?？赏ㄟ^萬用表檢測、切換功放管開關，判別出哪塊功放板損壞，更換功放管并加大或加厚功率管的散熱片，整機即恢復正常。若暫時無功放管，則關掉該功放管開關，脈沖電源仍可繼續(xù)使用。

（3）故障現(xiàn)象3：無脈沖電壓，即無直流高頻脈沖輸出。

無脈沖電壓，即無直流高頻脈沖輸出，通常是功放管開關未打開，或者是主振電路中的諧振器無脈沖波形產(chǎn)生?？蓹z查功放管開關是否打開，若已打開仍無輸出，可用示波器檢查主振電路機的諧振器有無脈沖波形產(chǎn)生。若主振蕩多諧振蕩器有方波輸出，而開關管無輸出，通常是開關管壞，換之則通電試機，整機工作正常［8］。

（4）故障現(xiàn)象4：設備其他運行正常，無火花。

通電測量各功放級、推動級各主電壓正常，懷疑最前面的主振級IC，發(fā)現(xiàn)其輸出第3 腳明顯低于其他正常機2 伏。換上新的IC，火花正常，設備正常。

（5）故障現(xiàn)象5：電火花線切割機床頻繁斷絲。

頻繁斷絲的故障，其產(chǎn)生原因及處理主要包括如下幾點：一是電火花線切割機床頻繁斷絲，須檢查所有機電部件，均無異常。詢問、目測皂化液使用時間過長、過臟、發(fā)黑，金屬含量高導致絕緣破壞，排屑困難所造成的斷絲，須換上新的皂化冷卻液。二是目測發(fā)現(xiàn)鉬絲與導電塊接觸不良，加工時鉬絲與導電塊產(chǎn)生不正常的電火花，因高溫無冷卻熱熔斷鉬絲，更換導電塊故障排除。三是兩拖板進給速度過快，造成鉬絲前進速度早于火花電蝕速度，鉬絲自動斷線，降低。須X、Y 拖板進給速度，問題解決。四是拖板進給過慢，過分放電，使鉬絲自動斷線，須將拖板進給速度提高，問題解決。五是導輪加工時間長時，V型槽有明顯缺陷或噴水嘴有雜物堵塞所造成的卡絲斷絲。換上新的金鋼石導輪及清理噴嘴。

2.3 工作臺X、Y拖板步進電機與功率驅動系統(tǒng)故障

工作臺X、Y拖板步進電機與功率驅動系統(tǒng)故障如下。

（1）故障現(xiàn)象1：Y拖板正常工作，X拖板無進給反應。

檢查X拖板機械傳動機構正常，測量X 拖板主驅動硬件器件本身及其工作電壓正常，只有懷疑X 軸步進電機問題。測量其線間電阻果然有一個繞組開路，換一個新電機，工作正常。

（2）故障現(xiàn)象2：步進電機失靈。

當現(xiàn)象表現(xiàn)為X手輪“抖動”，則測量X 電機正常，測量判斷計算機控制器輸出正常，判斷該X 系統(tǒng)步進電機處于缺相狀態(tài)，原因發(fā)生在接口板驅動器部分，檢測順序為計算機控制器輸出、接口板驅動器、步進電機，換上新的驅動器，整機工作正常。當現(xiàn)象表現(xiàn)為編程預置的長度，時達時不達，檢測相關電路，其中測量兩驅動器的主24 V電源電壓偏低，結果是原電源濾波電容失效，更換電容（6 800 μF／50 V），故障排除。

（3）故障現(xiàn)象3：Y拖板步進電機鎖不住。

步進電機鎖不住有很多原因，如驅動板的功放板出現(xiàn)了故障，多半懷疑功放管擊穿，斷電用萬用表檢測功放管三極之間，發(fā)現(xiàn)電阻均為0 Ω，換新管并加厚散熱片，幾年未發(fā)現(xiàn)功率管熱擊穿，該類故障根除。

（4）故障現(xiàn)象4：X拖板工作正常，Y拖板無位移反應。

X拖板工作正常，Y 拖板無位移反應，應重點檢查Y 拖板驅動系統(tǒng)機電部件。用萬用表檢測驅動級、功放級管子、步進電機電阻等均正常，右手搖動Y軸絲桿拖板無反應，仔細觀察發(fā)現(xiàn)Y絲桿有近200 mm 長螺牙被“掃平”，換上一條新絲桿，整機正常工作。

2.4 綜合故障現(xiàn)象的分析及處理

綜合故障現(xiàn)象表現(xiàn)為燒熔斷器，具體表現(xiàn)為開機床總電源開關時，機床強電板上的熔斷器立即燒毀。熔斷器通常設置在設備電路前面，后面的每一個電路系統(tǒng)出現(xiàn)輕度、重度短路問題，都會引起強電板上的熔斷器立即燒毀。可檢查機床20 芯接口，是否是由于進水或進油等原因而造成短路，或者是床身電氣供電系統(tǒng)、高頻脈沖電源供電系統(tǒng)或步進信號產(chǎn)生驅動功率放大等電路的供電系統(tǒng)短路造成?？刹捎们袛嚯娐贩ㄅ懦?］。

3 結束語

將平時的機電維修經(jīng)驗與線切割整臺機的方框原理、具體原理相結合，熟識其床身機電系統(tǒng)、直流高頻電脈沖系統(tǒng)、計算機與步進電機進給驅動系統(tǒng)等3 個系統(tǒng)的原理，用原理指導維修實踐，并分別對應從線切割機3 個系統(tǒng)的故障現(xiàn)象、原因分析與檢測、故障處理等方面，三步式處理其機電故障。其結果必能高效分析、檢測并處理好故障，完成維修任務，保障企事業(yè)設備正常運行，對其他機電設備故障排查及處理也具有普遍性指導意義，解決了過去漫無目的地處理復雜的電火花線切割設備的機電故障難題。