隨著晶片、磁性材料等新材料應(yīng)用的不斷發(fā)展，已經(jīng)廣泛用于太陽能電池、下一代照明光源、納米元器件等一系列高新技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)材料。針對這類新材料的切割與加工設(shè)備，目前主要依賴進(jìn)口，其中控制器作為其核心技術(shù)，不同于一般的數(shù)控系統(tǒng)，且多采用砂漿輔助切割需對砂漿回路流量壓力及溫度做精準(zhǔn)控制因而使得控制系統(tǒng)成本高昂。我們的合作客戶通用硅公司依仗多年來在多線切割生產(chǎn)工藝上累計的豐富經(jīng)驗，提出了電鍍金鋼石線切割系統(tǒng)（D9），該系統(tǒng)省掉了昂貴的砂漿控制回路只需要清水作為切割液，采用專利技術(shù)的單輥筒繞線技術(shù)，使得機(jī)構(gòu)簡化，降低電氣和機(jī)械成本，產(chǎn)能大大提高。D9系統(tǒng)采用臺達(dá)SV主機(jī)搭配CAN總線模塊及性能卓越的A2伺服利用其多功能速度，力矩控制、高速響應(yīng)等特點，在高速走絲線切割機(jī)上得到很好的應(yīng)用。
1 系統(tǒng)說明
線切割系統(tǒng)的磨削原理是使用自由研磨劑而非固定的研磨劑，因此往復(fù)式切削系統(tǒng)比傳統(tǒng)的單向切削系統(tǒng)具有一定的優(yōu)勢。對于同種材料來說，系統(tǒng)可以有更大的行程和線的移動速度，只有通過線的往復(fù)運(yùn)動，才能達(dá)到理想的研磨效果。連續(xù)的供線系統(tǒng)和舊線回收系統(tǒng)，可以避免線的破損，還可促使線的張緊以保證切削線的剛性，這有利于保持破方精度，同時，最大限度地利用切削線可以有效降低消耗。機(jī)械結(jié)構(gòu)模型如圖1所示，機(jī)械結(jié)構(gòu)實物如圖2所示。
圖1 機(jī)械結(jié)構(gòu)模型
圖2 機(jī)械結(jié)構(gòu)實物
整個系統(tǒng)用到7臺伺服馬達(dá)，存線系統(tǒng)即輥筒電機(jī)5.5kW一臺、機(jī)頭引導(dǎo)電機(jī)3kW兩臺、工作臺電機(jī)2kW一臺、力臂電機(jī)5.5kW兩臺，微調(diào)電機(jī)400W一臺。其中，力臂電機(jī)以扭矩方式給出系統(tǒng)初始張力。輥筒電機(jī)作為走線系統(tǒng)主動部分接收CAN總線速度指令，機(jī)頭引導(dǎo)電機(jī)跟隨輥筒電機(jī)同步運(yùn)行。工作臺作為獨立運(yùn)作部分接收CAN總線速度指令。微調(diào)電機(jī)調(diào)節(jié)在開始繞線給定初始張力后切割線長短變化。
2 系統(tǒng)要求
2.1 設(shè)計要求
切割速度0～12m/s，放線張力0～70N，工作臺進(jìn)給速度0.1mm～300mm/min。
2.2 鋼絲線在高速往復(fù)運(yùn)行中的張力控制，必須保持張力穩(wěn)定
張力抖動變化主要是因各電機(jī)線速度不能絕對一致引起的，這里采取張力開環(huán)，位置閉環(huán)方式，兩力臂電機(jī)以定值給出扭矩使系統(tǒng)達(dá)到預(yù)設(shè)張力值。實時采集力臂反饋位置變化量來實時調(diào)節(jié)輥筒電機(jī)及兩機(jī)頭引導(dǎo)電機(jī)的角速度，以使各電機(jī)線速度差趨近于零。
2.3 機(jī)頭引導(dǎo)電機(jī)之間的同步
兩牽引電機(jī)是實際運(yùn)行中能很好地跟隨輥筒給出的脈沖軌跡，但因電機(jī)間存在的物理差異及負(fù)載差異導(dǎo)致兩電機(jī)實際反饋脈沖會有一定差異，這里采用臺達(dá)A2伺服特有的龍門同動技術(shù)很好地改善了兩電機(jī)間的位置誤差滿足了設(shè)計要求。
2.4 CANopen總線及以太網(wǎng)通訊，通訊實時性好、通訊速率快、響應(yīng)性好。
3 系統(tǒng)配置
臺達(dá)機(jī)電的優(yōu)越的性能在整個系統(tǒng)那個得到了充分的證明，整個系統(tǒng)的配置：臺達(dá)A2-M系列伺服七套、HMI DOP-BE10E615、DVP28SV、DVPEN01、DVPCOMP、DVP04AD、DVP08SN、DVP08SM等等，控制結(jié)構(gòu)如圖3所示，接線圖如圖4所示。
圖3 控制系統(tǒng)圖
4 系統(tǒng)總結(jié)
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、優(yōu)越的伺服特性同步追隨特性好、安裝方便、總線控制省配線，整個系統(tǒng)工作效率高，性價比高。整個系統(tǒng)以總線控制為基石，編程方便，能夠很好地滿足客戶的需求，系統(tǒng)集成能力強(qiáng)。
圖4 系統(tǒng)接線圖
