多线切割机控制系统的设计与研究.pdf

摘要 为了提高硅材料的加工效率，传统的单线加工技术已被现在的多线加工技术完 全取代。多线加工技术的原理是通过多根钢线高速往复的运动将研磨材料带入待切 割材料的加工区域，将待加工材料(如晶体硅、人造水晶、人造蓝宝石、光学玻璃 等硬脆材料)一次性切成数百片甚至数千片的技术。多线切割机控制系统复杂，对 控制精度要求比较高，所以生产成本比较高。目前国内厂家还没有完全掌握多线切 割机的控制技术，高档多线切割机市场主要还是依赖进口。要提高国产多线切割机 的工作性能，必须对其现存的问题进行深入研究，找到解决问题的方法。本文针对 现有国产多线切割机常见的问题进行了理论分析和实验研究，为国产多线切割机的 性能改进奠定了坚实的基础。 针对国产多线切割机常出现的断线问题，分析了钢线张力发生波动的原因，从 数学角度论证了原有张力控制系统的局限性，据此提出了一种机电一体化的新型多 线切割机张力控制方案。仿真结果和实验都验证了此种张力控制策略具有精度高， 断线率低，易于实现等特点。 针对多线切割机走线系统的同步协调问题，采用了对张力电机机理建模的方式， 分析多线切割机的速度调节机理，提出了一种基于积分分离式PID的多电机系统速 度同步算法，实验证明，此算法能提高系统的稳定性和精确性。 针对多线切割机传统排线方式的局限性，提出了一种基于电子凸轮的新型排线 方式，通过软件方式虚拟出一个电子凸轮对排线电机进行伺服控制。实验证明，这 种排线方式具有机械结构简单，排线均匀等优点。 在上述分析的基础上，设计出了多线切割机的硬件系统，其中包括走线系统、 主轴系统、供砂系统、工作台系统和热交换系统。并完成了多线切割机的控制程序 和人机接口界面程序开发。 本课题的软件和硬件已在多线切割机生产实践中得到检验，性能指标完全达到 设计要求。 关键词：多线切割机；张力控制；电子凸轮 万方数据 IIII I I IlU I I I IIIi l II Y2735932 ABSTRACT Inorderto the ofsilicon 1improveprocessingefficiency materia’Is，the traditional hasnowbeen a single-wirecuttingtechnology completelyreplacedby lmulti-line multi-linemethodcouldcutthemachined cuttingtechnology．Thecutting intohundredsoforeven part thousandsof abrasive piecesbyintroducing as materials，suchcrystalline silicon，syntheticquartz，syntheticsapphire，optical andtheotherbridle the materials，into glass