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摘要：本文以多线切割机的整体结构和工作原理为切入点，介绍了多线切割机速度同步控制的重要意义，进而探讨了速度同步控制的PID控制方法，此方法稳定性较好、收敛速度特别快、同步性非常高，可以解决速度同步控制方面的问题，达到控制系统所要求地精度标准。
关键词：多线切割机；速度同步控制；PID控制方法
1引言
在现代社会生产中，水晶、硅片、陶瓷、磁性材料、人造宝石、氧化物、化合物等各种硬脆性材料的应用极其广泛，这些硬脆性材料在品格的完整性、表面机械损伤层等方面要求严格，传统的加工工艺已经无法满足现代生产的需求。随着集成电路产业和电子工业的发展，社会生产对半导体材料的需求量越来越大，致使传统的加工设备无论在数量还是质量上都无法跟上发展的脚步。多线切割作为一种新型方法，借助金属丝的高速往复运动，把磨料带入半导体加工区域进行研磨，将半导体等硬脆性材料一次同时切割成数百片薄片，它凭借自身其极高的生产效率和出片率，在大直径硅片加工领域具有很强的优势，目前已经取代了传统的内圆切片机成为主要的半导体材料加工设备。
2多线切割机的总体结构和工作原理
图1多线切割机的总体结构示意图
多线切割机的总体结构如图1所示，它的左半部分是布线和加工系统，右半部分是放线和收线系统。金属切割丝线由放线辊释放，经过导线轮系走到放线端的张力重锤，然后再经过导线轮系导入加工辊组；切割线进入加工辊组后均匀地缠绕在3个加工辊上；布好线后，切割线又由导线轮系导出加工辊组，走过收线端张力重锤，最后再经过导线轮系进入收线辊。两个张力重锤主要是起到张紧切割线的作用，从而保证金属切割丝线在运动中具有一定的张紧力。同时为了充分利用金属切割丝线，切割线在向前运动了一段较长的距离后，各轴反转，使得切割线向后运动一段较短的距离，保证每次都有新丝进入加工辊组的同时又能多次使用旧丝，大大提高了切割线的利用率。由于该控制系统中的电机在加工过程中会频繁地高速换向。同时，放线辊的半径在工作中是在不断变化的，虽然放线辊的半径总体呈现减小的趋势，但由于切割线在放线辊上绕线的径向跳动，因此放线辊在每一时刻的半径也是不确定的。加上加工过程中控制系统中的各种摩擦及干扰，导致整个控制系统的模型无法用简单的数学模型来表示，因此也就无法简单地得到放线辊与加工辊之间的速度关系。这就需要寻找一种方法来实现放线辊与加工辊的速度同步跟随控制。
3 控制系统运动学与动力学模型
由于切割线走线控制系统的收线端与放线端的机构和工作原理类似，因此选取放线端控制系统为研究对象。图2为走线控制系统放线端结构简图。
仿真结果表明：控制系统的张力重锤角位移控制在±0.05rad内，约为±3之内，满足控制精度的要求；同时，切割线上的张力波动控制在±0.5N内，也满足控制精度的要求。
6 结束语
选用PID控制器，使收放线辊电机能够很好地跟随加工辊电机，从而把系统的速度跟随误差控制在允许的很小的范围内；加入张力反馈控制后达到闭环控制，提高了控制精度，为多线切割机的电机跟随控制奠定了基础。
参考文献
[1] 汪世益，刘艳艳．多线切割金属丝张力控制技术的研究现状［J］.机械设计制造，2012（7）：179-182．
[2] 蒋近，戴瑜兴，郜克存.多线切割机的速度同步控制[J].控制理论个与应用，2011，2.
论文作者:何忠明
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年7期
论文发表时间:2019/7/17
标签：加工论文; 速度论文; 控制系统论文; 线切割机论文; 导线论文; 脆性论文; 金属丝论文; 《建筑学研究前沿》2019年7期论文;