多線切割是目前先進的切片加工技術,其核心技術長期被瑞士,日本等國壟斷。傳統的哈爾濱高質量搖擺多線切割機一般采用砂漿切割工藝進行加工,但這種方法生產效率不高、能耗大,同時由于砂漿粘度高導致切屑分離困難,從而造成對環境的污染。為避免這些缺點,近年來出現了另外一種切割工藝----金剛線多線切割工藝。多軸同步控制是多線切割機設備需要攻克的關鍵問題。傳統的多線切割機控制系統一般通過模擬量或者脈沖的方式控制,這種方式接線復雜,靈活性差,容易受到電磁干擾。而基于現場總線的伺服系統能很好地提高設備的靈活性、快速性和精確性。EtherCAT是目前國際上領先的工業實時以太網技術,本文在研究EtherCAT技術的基礎上,設計了基于EtherCAT的金剛線多線切割機控制系統,主要開展了以下研究工作:針對本課題研究的高質量搖擺多線切割機,設計了基于EtherCAT的硬件系統方案,并對其硬件進行了配置。

分析了高質量搖擺多線切割機放線系統張力錘的速度調節和張力控制的機械結構原理;針對高速運行時數字PID控制系統存在的問題,提出了一種自適應逆隨動控制系統結構,該系統以主電機為參考模型,是由一個系統辨識環節和一個自適應控制器環節構成,引入虛擬模型自適應地調整控制器,使放線電機與主電機具有類似的動態特性;樣機的實驗結果證明了該系統的可行性;對跟隨誤差進行了全面的分析并提出了提高控制哈爾濱搖擺多線切割機精度的方法.

針對切割線張力控制線問題,探討高質量搖擺多線切割機走線過程中影響線張力的各種因素,提出一種機電一體化的張力控制策略,該方法用轉矩電動機代替張力錘施加張力,這種張力控制方法與傳統的控制方法相比能極大地降低線張力波動的強度。理論分析和實驗結果都表明:該方法張力控制精度高、易于實現,而且斷線故障率低、張力調整方便。機電一體化張力控制的實現為多線切割機走線系統的設計奠定了基礎。 針對多電機速度同步系統控制問題,采用機理建模方法,建立了張力電機的運動學數學模型。全面分析了引起搖擺多線切割機供應商走線系統穩定性各種不確定因素,指出多線切割機同步系統是一個非線性、時變、多輸出的復雜系統。

哈爾濱高質量搖擺多線切割機是光電信息產業中制備產品基片的重要設備,切片的質量直接影響后續進程的質量和成品率。多線切割是通過極細(70μm)切割線的高速往復運動將工件一次同時切割為數百或上千薄片的一種新型切割技術,相較于傳統的內圓和外圓切割,具有加工精度高、效率高和材料損耗少的優勢,已成為切片加工的主流設備。張力控制技術是多線切割得以進行的關鍵技術,張力的波動程度和變化頻率直接影響了切片質量。目前國內雖然有不少對多線切割機的研究,但是其中對于張力控制的研究較少,張力控制技術主要掌握在少數發達國家手中,所以從理論和實際兩方面考慮,對張力控制系統進行研究和應用很有必要。本文針對多線切割機的張力控制系統靜態超調大、穩態誤差大、加速度時張力波動大的問題,設計張力閉環控制系統,建立其數學模型,通過分析高質量搖擺多線切割機走線過程中的各張力干擾因素,提出一種基于模糊PID控制算法的張力閉環控制策略,并進行了 MATLAB仿真分析和上機試驗,實現了高精度的張力控制。