正弦電氣伺服系統在線材切割設備中的應用介紹
文：正弦電氣2023年第六期
本文重點介紹了正弦電氣伺服控制系統方案在玉石單線切割設備、光伏硅片等多線切割設備中的應用實踐，幫助客戶實現了精細工藝控制。
文/深圳市正弦電氣股份有限公司
1 正弦電氣單線切割設備解決方案
藍寶石、玉石、翡翠等石材，從開采、切割、加工最后到拋光，每一個步驟都充滿了風險，從原石到成品，一般要經過選料、切割、設計、粗雕、精雕、拋光等工序，其中，切割是對原石最初的加工之一。單線切割設備是主要用于玉石翡翠及磁材等硬脆材料的開方加工，將帶有金剛石顆粒的金剛砂線進行高速往復的運動，從而實現對加工區材料的切割，使得大料變為小料，方便后續加工生產。
為滿足行業發展需求，正弦電氣推出高速穩定、強勁精準的玉石單線切割設備解決方案，有效提高玉石切割控制系統的自動化水平，推動玉石切割工藝的迭代升級。
(1)方案構成
正弦電氣玉石單線切割設備解決方案，選用正弦電氣EA300E系列EtherCAT控制方案，由運動控制器、伺服系統，編碼器等組成，可精準控制切割設備高速運轉，使切割表面平整光滑的同時有效縮短切割時間，滿足高速高精高效的需求，系統拓撲圖如圖1所示。
l 控制器：包含HMI和運動控制系統，是整套設備的核心，主要負責數據運算與處理、各狀態的顯示，參數的設定;
l 伺服系統：整個方案的重要組成部分。負責執行電子齒輪指令，快速精準地完成相應的動作，對響應性和穩定性能要求較高;
l 編碼器：周期運算收放棍直徑。
高效算法結合切割場景、切割工藝，自動精確地計算出各個位置的運行軌跡，實現精細工藝控制。
圖1 正弦電氣玉石單線切割方案系統拓撲圖
圖2 系統界面圖
(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，根據自動計算出的放線卷徑和設定的切割速度得出放線的指令速度;
l 兩個升降伺服通過齒輪耦合虛軸，虛軸再向下走一個進給速度，再通過疊加指令實現上下搖擺功能;
l 擺桿軸通過扭矩控制，給線上施加恒定的張力;
l 采用伺服收線，根據自動計算出的收線卷徑和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)方案優勢
正弦電氣玉石單線切割解決方案的應用優勢包括：
l 雙升降，平滑變速搖擺，保持切面平滑;
l 無需熱機，上電即可開機高速運行切割;
l 無主軸張力控制，節約電氣機構成本;
l 高速張力控制，張力15-60N，張力擺桿波動± 0.5;
l PID參數自整定。
正弦電氣將持續緊跟市場需求，依托自動化平臺及對行業工藝的深入了解，加大研發投入，為各行業提供更多的專業系統解決方案，助力客戶實現生產效率、企業效益的全面提升!
2 正弦電氣助力多線切割設備高效穩定運行
多線切割機是通過金屬絲的高速往復運動，將半導體等硬脆材料切割成眾多的薄片，可實現高精度、高速度、低損耗的切割。隨著光伏行業的快速發展，關于硅片的切割主要采用多線切割技術。正弦電氣多線切割機解決方案，可以滿足高速、高精度、高性能等復雜機器要求，目前廣泛應用在磁性材料、晶體材料、貴重金屬、陶瓷及半導體材料等領域。
(1)方案構成
正弦電氣多線切割機的伺服控制系統方案主要采用了正弦電氣EA300E系列伺服系統，系統拓撲圖如圖4所示。
圖4 正弦電氣多線切割方案系統拓撲圖
(2)設備傳動流程
如圖5所示，多線切割機的主動軸通過轉矩反饋實現閉環同步控制;左右張力提供恒定的線網張力;收放卷通過收放金屬線完成高速切割動作;升降臺通過升降、橫移完成產品的切割。
l 主軸上纏繞多達幾百圈金屬線用于切割產品;
l 張力擺桿提供恒定線網張力;
l 收放卷電機實現高速切割時金屬線的收放動作;
l 排線機構實現金屬線在收放卷上均勻排布及糾偏動作;
l 工作臺升降進行產品切割，橫移可切割。
圖5 多線切割機傳動流程示意圖
(4)性能指標
正弦電氣多線切割機的伺服控制系統的性能指標如圖6所示。
圖6 多線切割機的伺服控制系統的性能指標
(5)方案優勢
采用正弦電氣多線切割機的伺服控制系統方案具有以下應用優勢：
l 切片數量大效率高，利用多線切割技術可一次成型幾百片甚至上千片相同規格的瓦形薄片，或其它復雜曲面薄片;
l 產品精度高，損耗少;
l 擺桿輸出扭矩恒定，金屬線張力穩定，擺桿角度抖動小±1°以內;
l 排線運行穩定，能夠實現自動糾偏和換向功能;
l 采用主軸直聯機構，主軸之間實現閉環同步控制，無需機構鏈接，動態響應高。
基于自主研發的核心技術，正弦電氣將持續推進多線切割技術在磁性材料、水晶、玻璃、太陽能硅片和硬質合金等硬脆性材料加工領域的產業化應用，為切割加工環節提供“切割裝備+切割工藝”的系統切割解決方案，助力客戶降低生產成本，提高生產效率，提升產品品質，讓企業實現從“制造”到“智造”的轉型升級。
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