對于線切割機(jī)來說，主軸伺服和收、放卷軸間同步控制以及金屬絲線間的張力控制總是此類機(jī)械的控制關(guān)鍵點(diǎn)。歐姆龍nj501型控制器，通過ethercat總線連接多套伺服，正是解決同步控制的*組合。
線數(shù)控切割機(jī)主要由機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)和高頻電源這三部分組成。數(shù)控系統(tǒng)由單片機(jī)、鍵盤、變頻檢測系統(tǒng)構(gòu)成，具有間隙補(bǔ)償、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、斷絲自動處理等主要功能。機(jī)床由床身、儲絲機(jī)構(gòu)、線架、xy工作臺、油箱等部件組成。繞在儲絲筒上的金屬絲經(jīng)過線架作高速往復(fù)運(yùn)動,加工工件固定在xy工作臺上,x、y兩方向的運(yùn)動各由一臺步進(jìn)電機(jī)控制。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個信號，步進(jìn)電機(jī)就走一步，并通過中間傳動機(jī)構(gòu)帶動兩方向的絲杠旋轉(zhuǎn)，分別使得x、y工作臺進(jìn)給。
多線切割技術(shù)是進(jìn)行脆硬材料(如硅錠等)切割的一種創(chuàng)新性工藝。它是一種通過金屬絲的高速往復(fù)運(yùn)動，把磨料帶入半導(dǎo)體加工區(qū)域進(jìn)行研磨，將半導(dǎo)體等硬脆材料一次同時切割為數(shù)百片薄片的一種新型切割加工方法。基于高精度高速低耗切割控制關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的高精度數(shù)控多線高速數(shù)控等離子切割機(jī)，可全面實(shí)現(xiàn)對半導(dǎo)體材料及各種硬脆材料的高精度、高速度、低損耗切割，目前已逐漸取代了傳統(tǒng)的內(nèi)圓切割，成為硅片切割加工的主要方式。
在本方案中，采用一臺sysmacnj機(jī)器控制器帶7軸伺服控制組成整個控制系統(tǒng)，一臺主伺服帶動羅拉旋轉(zhuǎn)切割硅塊，兩臺伺服交替用于正反向的收放線控制，一臺伺服用于首先端排線(單排線機(jī)型)，兩臺伺服控制收放線側(cè)張力并反饋擺桿位置偏差值，一臺伺服用于硅塊進(jìn)給，另外有包括溫度控制在內(nèi)的輔助控制。
系列機(jī)器控制器是歐姆龍推出的新一代機(jī)器自動化控制器，它的高速性與可靠性并重，集運(yùn)動、邏輯、視覺控制于一體，擁有直線、圓弧等的插補(bǔ)動作功能和電子齒輪、電子齒輪的同步動作功能，通過電子齒輪fb實(shí)現(xiàn)同步以及張力調(diào)整，可執(zhí)行zui小500μs的高速運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)4至64軸的運(yùn)動控制。尤其是內(nèi)置ethernet/ip與ethercat主站，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高速控制，sysmacstudio還有mc功能軸設(shè)定功能，使伺服軸設(shè)定非常簡單。而系統(tǒng)中采用的ethercat網(wǎng)絡(luò)型伺服，其憑借業(yè)界zui高等級的性能，可幫助用戶有效縮短生產(chǎn)節(jié)拍時間。
多線數(shù)控火焰切割機(jī)對于控制系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時性要求較高，為保證加工質(zhì)量，需要對切割過程中的鋼絲張力進(jìn)行控制。準(zhǔn)確控制張力值，減小張力的波動是多線切割機(jī)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，對于提高加工質(zhì)量及切割過程中不斷線以及提高設(shè)備的可靠性具有重要意義。在本項(xiàng)目中，采用歐姆龍nj501型控制器，通過ethercat總線連接多套伺服進(jìn)行同步控制，有效地減少了張力的波動。
1、主軸和收、放線軸之間的同步、張力控制
主旋轉(zhuǎn)軸設(shè)定為主軸，收、放線軸做從軸。首先建立從軸與主軸的基本電子齒輪比，使用mc_gearin指令建立連接，再使用mc_movevelocity啟動主軸，以后pid微調(diào)的mv輸出可通過改變基本電子齒輪比實(shí)現(xiàn)對主，從軸之間的同步，張力控制。
2、收線軸和排線軸之間的凸輪控制
在本系統(tǒng)中，歐姆龍nj501型控制器通過ethercat總線連接多套伺服，形成了解決同步控制的*組合。ethercat采用分布式時鐘機(jī)構(gòu)，以100μs的刷新時間和不超過1μs的時基誤差保證各軸之間的同步，當(dāng)仁不讓地成為市場上zui快的網(wǎng)絡(luò)。此外，nj501的編程軟件sysmacstudio,通過簡單的設(shè)定，即可完成對控制器、網(wǎng)絡(luò)、伺服以及其他現(xiàn)場設(shè)備的配置，通過內(nèi)部功能塊即可完成復(fù)雜的運(yùn)動控制，并可利用*的順序和運(yùn)動控制仿真功能在3d環(huán)境下預(yù)測試運(yùn)動軌跡，縮短了工程師在現(xiàn)場的反復(fù)調(diào)試時間，基于對變量的操作也大幅提高了生產(chǎn)性。
收線軸為主軸，排線軸為從軸建立凸輪控制，完成收線輪排線。通過sysmacstudio凸輪編輯器(見圖4)，能夠非常方便創(chuàng)建凸輪曲線，并且能非常方便的調(diào)節(jié)所創(chuàng)建凸輪點(diǎn)之間的距離，還可以選擇不同模式凸輪曲線類型來減少在運(yùn)動過程中的沖擊。并且主軸的方式有多種，可以是實(shí)軸，虛擬軸，編碼器軸，虛擬編碼器軸。滿足各種設(shè)備和應(yīng)用的需求。