GF加工方案突破性的“放电跟踪”慢走丝线切割技术

GF加工方案的全新“放电跟踪”技术突破极限，在慢走丝线切割加工期间监测沿电极丝的放电分布数据。“放电跟踪”技术与先进的“智能放电保护系统”（ISPS）模块共同提高慢走丝线切割的工艺安全性、工作效率和易用性。

在慢走丝线切割加工中，细小的电极丝承受的峰值放电电流高达500A。如果电极丝在加工期间断丝，将中断生产和损坏工件表面。目前新型的慢走丝线切割机床可以实现自动重新穿丝，但是将损失宝贵的时间；要避免断丝，慢走丝线切割机床必须减小放电参数功率（P），因此将降低线切割速度。此外，为了稳定工艺，还需要使用不同的脉冲电源参数（ACO）。经验丰富的机床操作员在加工的开始阶段判断工件的难加工部位，并进行相应调整，但是人工调整加工程序非常消耗时间，而且不可避免地缩短机床的加工时间。

全新ISPS模块分析放电数据并确定放电密度。相应地调整机床参数，以避免断丝，同时保持理想的线切割速度。特别是在线切割条件不甚理想时，这种自动化的工艺非常有效。

慢走丝线切割加工

慢走丝线切割是一种高精度的加工技术，其应用十分广泛。放电发生在电极丝与工件之间。为在速度、精度和表面质量方面达到理想的加工效果，需要尽可能保持放电均匀。然而，许多因素常常导致现实不理想。例如，需要切除的材料量不同（工件高度不同）、异物、电极丝晃动、冲液状态、工件本身使线切割工艺存在一定的随机性。电火花成形加工在加工期间可以实际检测工艺条件，并相应地调整工艺参数，但是线切割加工的情况不同，其放电时间极短（短于2微秒），因此难以实时调整。

电火花成形加工与线切割加工原理图

为此，最重要的是掌握实时放电分布数据或放电部位以及放电密度数据，只有这样才能有效避免加工缺陷，甚至断丝问题。断丝必然导致加工中断，浪费时间，可能还影响被加工面的质量。GF加工方案在线切割技术领域的最新创新成果是成功开发出一款传感器，用于精确、实时跟踪和定位放电部位。“放电部位跟踪器”（DLT）是全新放电跟踪技术的核心。

放电火花跟踪技术

“智能放电保护系统”（ISPS）是GF加工方案“放电跟踪”技术的一部分，简化慢走丝线切割加工工艺。“放电跟踪”技术以现代化的电子技术为基础，快速和精确地采集电流传感器信号并进行数据实时处理。同时，在强大计算能力支持下，有效过滤噪音信号并进行决策。而且，检测时考虑工件材质、电极丝直径和类型因素；检测精度取决于脉冲电源的脉冲稳定性和放电回路的阻抗。 

脉冲电源电流（Itot）分为上机头放电回路的电流（Iupper）和下机头放电回路的电流（Ilower）。分别测量每次放电的这两个电流；用下面公式关联其差值与相应的放电部位：

Zli = Hwp/2 + k*(I上-I下)          （1）

其中，k为校准系数，Hwp为工件高度，和Zli为放电火花距离工件底平面的距离。其计算结果为放电火花到工件底平面的的距离。如果控制了各变量值，就能精确地确定放电火花的位置（小于0.3 mm）。

放电部位跟踪传感器工作原理示意图

将工件高度分为多个边界清晰的垂直区，以利于采集可用信息。其中的每一区对应于数据采集系统中的一个高速随机存储区。每个存储区分配一个放电计数器，因此计数器也对应于每个垂直区。

每次放电时，用下面的公式分析电流传感器数据（1）。然后，将放电数据对应于垂直区，也即相应的存储区，其计数器逐单位地增加。例如，如果工件高度为50 mm，存储区为50个，如果放电位置位于第4 mm处，对应于第4 mm位置的存储区增加一个单位。该图显示放电的实际位置分布和每个垂直区的放电量。

断丝保护

那么，“放电跟踪”技术如何提高线切割性能呢？

断丝的原因包括：

+ 放电密度

+ 电极丝热负荷

+ 放电导致的电极丝严重损耗

+ 气泡、电磁干扰和机械作用力导致的电极丝振动和短路

为避免放电密度过高，“放电跟踪”技术进行以下操作：

确定放电部位和放电量功能的明显优点是确保高速、不间断地加工，避免放电密度过高；因此，即使电极丝的放电量较大，也能避免断丝。要达到保护效果，需要设定一个或多个阈值。根据加工参数库的数据，设置初始加工的加工参数（包括脉冲电流、频率、电压等）。如果实际放电量超过设定的阈值，ISPS模块成比例地减少电极丝的放电量。因此，能实时保持加工工艺的可控性，同时考虑最大允许的放电量，提高线切割工艺的安全性、平滑性和工作效率。 

为避免电极丝热负荷过高，实时创建电极丝的温度模型。因此，工艺控制系统可以掌握电极丝的温度数据，确保线切割工艺工作在安全的工作设置范围内。

电极丝形状和损耗的实时模型能避免电极丝严重损耗。为避免气泡、电磁干扰和机械作用力导致电极丝振动和短路，不仅必须优化放电间隙的冲液操作，还必须优化电极丝机械张紧力和电磁作用力。这是其它算法的任务，其中部分基于DLT。

结论

GF加工方案的全新ISPS模块可以测量和分析放电数据。然后，以此为基础，实时调整机床参数，避免断丝，同时保持理想的线切割速度。自动和高效率地进行调整，尤其适用于难切割条件；因此，能避免由于断丝和人工调整脉冲电源参数造成的加工中断或停机难题。充分发挥数字IPG脉冲电源的工作潜力，缩短周期时间和最大限度提高生产力。确保高速和可靠地完成加工任务。