本文重点介绍了正弦电气伺服控制系统方案在玉石单线切割设备、光伏硅片等多线切割设备中的应用实践，帮助客户实现了精细工艺控制。

　　文/深圳市正弦电气股份有限公司

　　1 正弦电气单线切割设备解决方案

　　蓝宝石、玉石、翡翠等石材，从开采、切割、加工最后到抛光，每一个步骤都充满了风险，从原石到成品，一般要经过选料、切割、设计、粗雕、精雕、抛光等工序，其中，切割是对原石最初的加工之一。单线切割设备是主要用于玉石翡翠及磁材等硬脆材料的开方加工，将带有金刚石颗粒的金刚砂线进行高速往复的运动，从而实现对加工区材料的切割，使得大料变为小料，方便后续加工生产。

　　为满足行业发展需求，正弦电气推出高速稳定、强劲精准的玉石单线切割设备解决方案，有效提高玉石切割控制系统的自动化水平，推动玉石切割工艺的迭代升级。

　　(1)方案构成

　　正弦电气玉石单线切割设备解决方案，选用正弦电气EA300E系列EtherCAT控制方案，由运动控制器、伺服系统，编码器等组成，可精准控制切割设备高速运转，使切割表面平整光滑的同时有效缩短切割时间，满足高速高精高效的需求，系统拓扑图如图1所示。

　　l 控制器：包含HMI和运动控制系统，是整套设备的核心，主要负责数据运算与处理、各状态的显示，参数的设定;

　　l 伺服系统：整个方案的重要组成部分。负责执行电子齿轮指令，快速精准地完成相应的动作，对响应性和稳定性能要求较高;

　　l 编码器：周期运算收放棍直径。

　　高效算法结合切割场景、切割工艺，自动精确地计算出各个位置的运行轨迹，实现精细工艺控制。

　　图1 正弦电气玉石单线切割方案系统拓扑图

　　图2 系统界面图

　　(2)主要工艺

　　正弦电气玉石单线切割主要工艺流程如图3所示：

　　l 采用伺服放线，根据自动计算出的放线卷径和设定的切割速度得出放线的指令速度;

　　l 两个升降伺服通过齿轮耦合虚轴，虚轴再向下走一个进给速度，再通过叠加指令实现上下摇摆功能;

　　l 摆杆轴通过扭矩控制，给线上施加恒定的张力;

　　l 采用伺服收线，根据自动计算出的收线卷径和PID得出收线的指令速度。

　　图3 正弦电气玉石单线切割工艺流程示意图

　　(3)方案优势

　　正弦电气玉石单线切割解决方案的应用优势包括：

　　l 双升降，平滑变速摇摆，保持切面平滑;

　　l 无需热机，上电即可开机高速运行切割;

　　l 无主轴张力控制，节约电气机构成本;

　　l 高速张力控制，张力15-60N，张力摆杆波动± 0.5;

　　l PID参数自整定。

　　正弦电气将持续紧跟市场需求，依托自动化平台及对行业工艺的深入了解，加大研发投入，为各行业提供更多的专业系统解决方案，助力客户实现生产效率、企业效益的全面提升!

　　2 正弦电气助力多线切割设备高效稳定运行

　　多线切割机是通过金属丝的高速往复运动，将半导体等硬脆材料切割成众多的薄片，可实现高精度、高速度、低损耗的切割。随着光伏行业的快速发展，关于硅片的切割主要采用多线切割技术。正弦电气多线切割机解决方案，可以满足高速、高精度、高性能等复杂机器要求，目前广泛应用在磁性材料、晶体材料、贵重金属、陶瓷及半导体材料等领域。

　　(1)方案构成

　　正弦电气多线切割机的伺服控制系统方案主要采用了正弦电气EA300E系列伺服系统，系统拓扑图如图4所示。

　　图4 正弦电气多线切割方案系统拓扑图

　　(2)设备传动流程

　　如图5所示，多线切割机的主动轴通过转矩反馈实现闭环同步控制;左右张力提供恒定的线网张力;收放卷通过收放金属线完成高速切割动作;升降台通过升降、横移完成产品的切割。

　　l 主轴上缠绕多达几百圈金属线用于切割产品;

　　l 张力摆杆提供恒定线网张力;

　　l 收放卷电机实现高速切割时金属线的收放动作;

　　l 排线机构实现金属线在收放卷上均匀排布及纠偏动作;

　　l 工作台升降进行产品切割，横移可切割。

　　图5 多线切割机传动流程示意图

　　(4)性能指标

　　正弦电气多线切割机的伺服控制系统的性能指标如图6所示。

　　图6 多线切割机的伺服控制系统的性能指标

　　(5)方案优势

　　采用正弦电气多线切割机的伺服控制系统方案具有以下应用优势：

　　l 切片数量大效率高，利用多线切割技术可一次成型几百片甚至上千片相同规格的瓦形薄片，或其它复杂曲面薄片;

　　l 产品精度高，损耗少;

　　l 摆杆输出扭矩恒定，金属线张力稳定，摆杆角度抖动小±1°以内;

　　l 排线运行稳定，能够实现自动纠偏和换向功能;

　　l 采用主轴直联机构，主轴之间实现闭环同步控制，无需机构链接，动态响应高。

　　基于自主研发的核心技术，正弦电气将持续推进多线切割技术在磁性材料、水晶、玻璃、太阳能硅片和硬质合金等硬脆性材料加工领域的产业化应用，为切割加工环节提供“切割装备+切割工艺”的系统切割解决方案，助力客户降低生产成本，提高生产效率，提升产品品质，让企业实现从“制造”到“智造”的转型升级。