多線切割機是一種全新概念的新型切割設備

，簡稱“線鋸”
，通(tong)過(guo)金(jin)屬(shu)絲(si)的(de)高(gao)速(su)往(wang)複(fu)運(yun)動(dong)，把(ba)磨(mo)料(liao)帶(dai)入(ru)半(ban)導(dao)體(ti)加(jia)工(gong)區(qu)域(yu)進(jin)行(xing)研(yan)磨(mo)
，將(jiang)半(ban)導(dao)體(ti)等(deng)硬(ying)脆(cui)材(cai)料(liao)一(yi)次(ci)同(tong)時(shi)切(qie)割(ge)為(wei)數(shu)百(bai)片(pian)薄(bo)片(pian)。其(qi)以(yi)極(ji)高(gao)的(de)生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)和(he)出(chu)片(pian)率(lv)，在(zai)大(da)直(zhi)徑(jing)矽(gui)片(pian)加(jia)工(gong)領(ling)域(yu)
，逐(zhu)漸(jian)開(kai)始(shi)取(qu)代(dai)內(nei)圓(yuan)切(qie)割(ge)機(ji)的(de)趨(qu)勢(shi)。

    長久以來，台達機電產品都以高性價比、完(wan)善(shan)的(de)售(shou)後(hou)服(fu)務(wu)體(ti)係(xi)以(yi)及(ji)優(you)秀(xiu)的(de)技(ji)術(shu)贏(ying)得(de)了(le)廣(guang)大(da)客(ke)戶(hu)的(de)青(qing)眯(mi)。為(wei)此(ci)
，在(zai)多(duo)線(xian)切(qie)割(ge)機(ji)上(shang)
，台(tai)達(da)更(geng)是(shi)以(yi)最(zui)快(kuai)的(de)速(su)度(du)將(jiang)整(zheng)套(tao)係(xi)統(tong)開(kai)發(fa)成(cheng)功(gong)。本(ben)篇(pian)文(wen)章(zhang)將(jiang)主(zhu)要(yao)介(jie)紹(shao)台(tai)達(da)10MC與A2伺服在多線切割機上的應用。

 圖1為設備外形圖。

圖2為電控箱配置圖。

圖3為電機安裝位置圖。

圖4為加工產品圖。

（1）初(chu)次(ci)啟(qi)動(dong)的(de)時(shi)候(hou)，先(xian)設(she)定(ding)主(zhu)軸(zhou)的(de)尺(chi)寸(cun)
，計(ji)算(suan)出(chu)主(zhu)軸(zhou)脈(mai)衝(chong)頻(pin)率(lv)。慢(man)速(su)啟(qi)動(dong)主(zhu)軸(zhou)後(hou)收(shou)放(fang)線(xian)輪(lun)速(su)度(du)大(da)小(xiao)由(you)零(ling)開(kai)始(shi)啟(qi)動(dong)，然(ran)後(hou)根(gen)據(ju)張(zhang)力(li)輪(lun)的(de)角(jiao)度(du)，通(tong)過(guo)算(suan)法(fa)控(kong)製(zhi)和(he)主(zhu)軸(zhou)進(jin)行(xing)同(tong)步(bu)

，並(bing)把(ba)同(tong)步(bu)後(hou)得(de)到(dao)的(de)速(su)度(du)作(zuo)為(wei)實(shi)際(ji)的(de)同(tong)步(bu)速(su)度(du)基(ji)準(zhun)比(bi)例(li)
；

（2）啟動後根據設定主軸當前設定速度和慢速時的速度比比例放大找同步後的收放線速度並作為二者的基準速度；

（3）在線變更速度後根據變更前後速比關係立即調整速度頻率的給定，再根據張力輪的位置關係微調
；

（4）通過基準算法計算速度，通過定時器實時給定與修改收放線速度；

（5）通過脈衝個數計算出主軸的放線與收線長度，從而保持定長
；

（6）在(zai)正(zheng)常(chang)切(qie)割(ge)時(shi)
，通(tong)過(guo)控(kong)製(zhi)進(jin)給(gei)電(dian)機(ji)與(yu)橫(heng)向(xiang)進(jin)給(gei)電(dian)機(ji)的(de)加(jia)工(gong)原(yuan)點(dian)是(shi)否(fou)確(que)定(ding)
，在(zai)把(ba)加(jia)工(gong)原(yuan)點(dian)確(que)定(ding)標(biao)誌(zhi)位(wei)作(zuo)為(wei)自(zi)動(dong)運(yun)行(xing)啟(qi)動(dong)先(xian)決(jue)條(tiao)件(jian)，方(fang)可(ke)啟(qi)動(dong)主(zhu)軸(zhou)和(he)沙(sha)泵(beng)電(dian)機(ji)進(jin)行(xing)正(zheng)常(chang)切(qie)割(ge)；

（7）通過判斷主軸速度是否達到設定速度，確定進給電機是否進行進給切割；

（8）當進給電機進給量結束
，在啟動退刀延時程序，在通過退刀延時結束標誌位。此時停止主軸和沙泵電機，從而整個切割流程結束。

 

（1）要實時讀取主軸的脈衝頻率－由於10MC中定位功能塊無法實現實時速度修改與平滑加減速
，使用了速度功能塊和速度公式結合的方式對主軸進行速度控製；

（2）在收放線和主軸同步中使用自行編寫的增量型PID控製方法（PI控製）保證收放線在外徑發生變化的情況下始終能以最優的速度跟隨主軸；

（3）保證收放線的恒張力
，通過使用A2伺服扭矩模式與MC扭矩功能塊實現恒張力；

（4）PLC程序編寫算法公式和MC程序分為運動程序與邏輯；

組成（運動程序相當於定時中斷），PLC與MC的數據通過特D進行交換；

（5）屏與控製沙泵電機變頻器進行485通訊；

（6）進給電機與橫向進給電機進給量通過速度功能塊和定位功能塊進行定位控製，已達到走定長目的。

 

（1）收放線張力輪擺幅：-3線～＋3線。

（2）主軸線速度：400～500m/min。

（3）線輪存線量：137km。

（4）金屬線張力：20N～35N。

（5）進給精度：0.0001mm/s。

（6）排線間距:0.218mm ～0.180mm。

（7）切割精度：1um。

（8）主軸伺服轉速：1480轉左右。

 

   圖5為係統構造圖。

圖6為係統構成圖。

圖7為係統流程圖。

 

    在該案例中

，收放線的頻率均為數字量，所以需要使用離散化的PID算法來實現控製。另外考慮到係統對快速性的要求，所以要盡量減小內存的開銷以達到精減程序的目的
，因此采用離散化增量式的PID算法。該算法在運算過程中隻需要保留最近3次的誤差數據,就能夠推導出下一次的輸出量,節省了大量的數據空間,提高了運算速度。T
、Ti
、Td和Kp是PID公式的常量,不同的數值代表著PID係統的微分、積分、比例調節作用的強度和效果，在此係統中，Td=0，隻用了P、I控製。PID數學模型如圖8.

    根據PID算法模型，高速運行時，收線放線伺服輸出偏差正負5轉以及張力擺動扭矩正負1牛。同時監視主軸、張力、放線伺服的波形如下圖。其中，主軸波形圖如圖9所示。

   圖10為張力伺服的波形圖。

     圖11為放線伺服的波形圖。

    通tong過guo監jian視shi波bo形xing
，在zai張zhang力li輪lun的de角jiao度du發fa生sheng偏pian差cha後hou，收shou放fang線xian速su度du能neng夠gou快kuai速su地di進jin行xing改gai變bian，保bao持chi張zhang力li輪lun穩wen定ding在zai一yi個ge相xiang對dui固gu定ding的de位wei置zhi。由you此ci可ke知zhi
，離li散san增zeng量liang式shiPID算法在這種快速響應的控製係統中是可行的。

 

（1）背景：若收線輪的線排列不均勻
，在邊角處出現疊加，那麼當收線輪作為放線使用時很有可能導致放線不順利
，從而會導致斷線。

(2)說明：根據收線輪的寬度和線寬以及排線伺服的分辨率以及絲杆的導程可以計算出L和P的值，排線就能夠根據收線的旋轉方向和行進量在正確的放線進行均勻排線。

(3)PLC程序如圖13所示。

(4)MC的邏輯程序如圖14所示。

 

    使用此算法實現了排線的均勻分布、無層疊現象


，很好的滿足了係統的要求。

 

    由於算法需要實時給定收放線輪的速度
，但是MC運動指令均不支持該功能，因此需要編寫實時修改程序。如果不實時修改速度將會造成斷線，通過使用此算法實現了速度實時修改。MC程序如圖15。

 

    通過速度功能塊，定位功能塊進行定位控製進給的應用。PLC數據運算程序如圖16。

 

    使用通過速度功能塊，扭矩功能塊和使能功能塊進行定位控製進給很好的滿足了係統的要求。

 

    作為進軍高端控製領域的力作
，台達DVP-10MC是一款基於CANopen現場總線的多軸運動控製器
，其通訊速度高達1M。為快速實現精準控製
，DVP-10MC內部設計了兩大功能模塊：PLC模塊及運動控製模塊，兩部分分別獨立處理邏輯任務和運動控製任務。兩大功能模塊的並行運行大大提高了高端設備的運行效率。

 

此外，DVP-10MC的飛剪/追剪功能采用5階多項式凸輪曲線自動計算、工藝參數可運行中修改、同步切割區速度比例可調。而在使用電子凸輪功能時
，ANopenBuilder軟件提供AM編輯器
，用戶可以在CAM編輯器中規劃凸輪曲線，並能隨時動態更改電子凸輪曲線。G碼功能能夠滿足運動軌跡和進給速度的嚴格要求。借由這些出色的功能，DVP-10MC在加工
、包裝、食品、機床等各個行業中的應用正不斷深入。台達DVP-10MC能(neng)夠(gou)在(zai)眾(zhong)多(duo)新(xin)品(pin)種(zhong)脫(tuo)穎(ying)而(er)出(chu)，不(bu)僅(jin)是(shi)產(chan)品(pin)本(ben)身(shen)的(de)魅(mei)力(li)，也(ye)來(lai)自(zi)於(yu)用(yong)戶(hu)對(dui)於(yu)台(tai)達(da)產(chan)品(pin)的(de)認(ren)可(ke)和(he)激(ji)勵(li)。用(yong)戶(hu)的(de)需(xu)求(qiu)，就(jiu)是(shi)台(tai)達(da)發(fa)展(zhan)的(de)方(fang)向(xiang)和(he)動(dong)力(li)。

 

應院祥，男
，出生於1985年12yue
，biyeyujiangxixiandaixueyuandianziyuxinxijishuzhuanye，xianrenzhongdadiantonggufenyouxiangongsiyingyonggongchengshi。jinjinianlaiyizhicongshiyundongkongzhichanpindechengxukaifajiyingxiaotuiguangdenggongzuo

，juyou5年的多線切割機開發經驗以及各種機型工藝。