本文重點(diǎn)介紹了正弦電氣伺服控制系統(tǒng)方案在玉石單線切割設(shè)備、光伏硅片等多線切割設(shè)備中的應(yīng)用實(shí)踐，幫助客戶實(shí)現(xiàn)了精細(xì)工藝控制。

　　文/深圳市正弦電氣股份有限公司

　　1 正弦電氣單線切割設(shè)備解決方案

　　藍(lán)寶石、玉石、翡翠等石材，從開(kāi)采、切割、加工最后到拋光，每一個(gè)步驟都充滿了風(fēng)險(xiǎn)，從原石到成品，一般要經(jīng)過(guò)選料、切割、設(shè)計(jì)、粗雕、精雕、拋光等工序，其中，切割是對(duì)原石最初的加工之一。單線切割設(shè)備是主要用于玉石翡翠及磁材等硬脆材料的開(kāi)方加工，將帶有金剛石顆粒的金剛砂線進(jìn)行高速往復(fù)的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)加工區(qū)材料的切割，使得大料變?yōu)樾×?，方便后續(xù)加工生產(chǎn)。

　　為滿足行業(yè)發(fā)展需求，正弦電氣推出高速穩(wěn)定、強(qiáng)勁精準(zhǔn)的玉石單線切割設(shè)備解決方案，有效提高玉石切割控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，推動(dòng)玉石切割工藝的迭代升級(jí)。

　　(1)方案構(gòu)成

　　正弦電氣玉石單線切割設(shè)備解決方案，選用正弦電氣EA300E系列EtherCAT控制方案，由運(yùn)動(dòng)控制器、伺服系統(tǒng)，編碼器等組成，可精準(zhǔn)控制切割設(shè)備高速運(yùn)轉(zhuǎn)，使切割表面平整光滑的同時(shí)有效縮短切割時(shí)間，滿足高速高精高效的需求，系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示。

　　l 控制器：包含HMI和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，是整套設(shè)備的核心，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理、各狀態(tài)的顯示，參數(shù)的設(shè)定;

　　l 伺服系統(tǒng)：整個(gè)方案的重要組成部分。負(fù)責(zé)執(zhí)行電子齒輪指令，快速精準(zhǔn)地完成相應(yīng)的動(dòng)作，對(duì)響應(yīng)性和穩(wěn)定性能要求較高;

　　l 編碼器：周期運(yùn)算收放棍直徑。

　　高效算法結(jié)合切割場(chǎng)景、切割工藝，自動(dòng)精確地計(jì)算出各個(gè)位置的運(yùn)行軌跡，實(shí)現(xiàn)精細(xì)工藝控制。

　　圖1 正弦電氣玉石單線切割方案系統(tǒng)拓?fù)鋱D

　　圖2 系統(tǒng)界面圖

　　(2)主要工藝

　　正弦電氣玉石單線切割主要工藝流程如圖3所示：

　　l 采用伺服放線，根據(jù)自動(dòng)計(jì)算出的放線卷徑和設(shè)定的切割速度得出放線的指令速度;

　　l 兩個(gè)升降伺服通過(guò)齒輪耦合虛軸，虛軸再向下走一個(gè)進(jìn)給速度，再通過(guò)疊加指令實(shí)現(xiàn)上下?lián)u擺功能;

　　l 擺桿軸通過(guò)扭矩控制，給線上施加恒定的張力;

　　l 采用伺服收線，根據(jù)自動(dòng)計(jì)算出的收線卷徑和PID得出收線的指令速度。

　　圖3 正弦電氣玉石單線切割工藝流程示意圖

　　(3)方案優(yōu)勢(shì)

　　正弦電氣玉石單線切割解決方案的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)包括：

　　l 雙升降，平滑變速搖擺，保持切面平滑;

　　l 無(wú)需熱機(jī)，上電即可開(kāi)機(jī)高速運(yùn)行切割;

　　l 無(wú)主軸張力控制，節(jié)約電氣機(jī)構(gòu)成本;

　　l 高速?gòu)埩刂?，張?5-60N，張力擺桿波動(dòng)± 0.5;

　　l PID參數(shù)自整定。

　　正弦電氣將持續(xù)緊跟市場(chǎng)需求，依托自動(dòng)化平臺(tái)及對(duì)行業(yè)工藝的深入了解，加大研發(fā)投入，為各行業(yè)提供更多的專業(yè)系統(tǒng)解決方案，助力客戶實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率、企業(yè)效益的全面提升!

　　2 正弦電氣助力多線切割設(shè)備高效穩(wěn)定運(yùn)行

　　多線切割機(jī)是通過(guò)金屬絲的高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將半導(dǎo)體等硬脆材料切割成眾多的薄片，可實(shí)現(xiàn)高精度、高速度、低損耗的切割。隨著光伏行業(yè)的快速發(fā)展，關(guān)于硅片的切割主要采用多線切割技術(shù)。正弦電氣多線切割機(jī)解決方案，可以滿足高速、高精度、高性能等復(fù)雜機(jī)器要求，目前廣泛應(yīng)用在磁性材料、晶體材料、貴重金屬、陶瓷及半導(dǎo)體材料等領(lǐng)域。

　　(1)方案構(gòu)成

　　正弦電氣多線切割機(jī)的伺服控制系統(tǒng)方案主要采用了正弦電氣EA300E系列伺服系統(tǒng)，系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖4所示。

　　圖4 正弦電氣多線切割方案系統(tǒng)拓?fù)鋱D

　　(2)設(shè)備傳動(dòng)流程

　　如圖5所示，多線切割機(jī)的主動(dòng)軸通過(guò)轉(zhuǎn)矩反饋實(shí)現(xiàn)閉環(huán)同步控制;左右張力提供恒定的線網(wǎng)張力;收放卷通過(guò)收放金屬線完成高速切割動(dòng)作;升降臺(tái)通過(guò)升降、橫移完成產(chǎn)品的切割。

　　l 主軸上纏繞多達(dá)幾百圈金屬線用于切割產(chǎn)品;

　　l 張力擺桿提供恒定線網(wǎng)張力;

　　l 收放卷電機(jī)實(shí)現(xiàn)高速切割時(shí)金屬線的收放動(dòng)作;

　　l 排線機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)金屬線在收放卷上均勻排布及糾偏動(dòng)作;

　　l 工作臺(tái)升降進(jìn)行產(chǎn)品切割，橫移可切割。

　　圖5 多線切割機(jī)傳動(dòng)流程示意圖

　　(4)性能指標(biāo)

　　正弦電氣多線切割機(jī)的伺服控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)如圖6所示。

　　圖6 多線切割機(jī)的伺服控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)

　　(5)方案優(yōu)勢(shì)

　　采用正弦電氣多線切割機(jī)的伺服控制系統(tǒng)方案具有以下應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：

　　l 切片數(shù)量大效率高，利用多線切割技術(shù)可一次成型幾百片甚至上千片相同規(guī)格的瓦形薄片，或其它復(fù)雜曲面薄片;

　　l 產(chǎn)品精度高，損耗少;

　　l 擺桿輸出扭矩恒定，金屬線張力穩(wěn)定，擺桿角度抖動(dòng)小±1°以內(nèi);

　　l 排線運(yùn)行穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)糾偏和換向功能;

　　l 采用主軸直聯(lián)機(jī)構(gòu)，主軸之間實(shí)現(xiàn)閉環(huán)同步控制，無(wú)需機(jī)構(gòu)鏈接，動(dòng)態(tài)響應(yīng)高。

　　基于自主研發(fā)的核心技術(shù)，正弦電氣將持續(xù)推進(jìn)多線切割技術(shù)在磁性材料、水晶、玻璃、太陽(yáng)能硅片和硬質(zhì)合金等硬脆性材料加工領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，為切割加工環(huán)節(jié)提供“切割裝備+切割工藝”的系統(tǒng)切割解決方案，助力客戶降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品品質(zhì)，讓企業(yè)實(shí)現(xiàn)從“制造”到“智造”的轉(zhuǎn)型升級(jí)。