CN101301734B - 微机控制多线切割机 - Google Patents
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Abstract
一种微机控制多线切割机，它包括机架、工作台、金属线、研磨液供给机构，其控制部分采用主基板编程控制CPU模块其参数通过触摸显示屏设置，并通过光纤控制伺服放大器，伺服放大器控制伺服电机，机架内至少装有六台伺服放大器和六台伺服电机，分别控制工作台升降、三个旋转罗拉、放线轮、放线张力传感器、收线轮、收线张力传感器，研磨液供给机构引出金刚砂液喷管其出口在三个旋转罗拉所呈等腰三角形的中间，金属线从放线轮出来经过放线张力传感器，在三个旋转罗拉上平行绕几百圈形成切割面，利用主基板编程控制CPU模块控制伺服电机的转速/方向，从而使旋转罗拉及收线轮、放线轮作往复回转。它切割精度和工作效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种线切割机，尤其是一种微机控制多线切割机。
技术背景
石英晶体谐振器是电子信息产品的关键器件，普遍应用于电子、通讯、航空、航天、工业设备、仪器仪表、家用电器等多个领域。目前，将石英晶体切割成石英晶片普遍使用的是多刀切割机，如中国专利公开的一种“石英晶体多刀切割机床”(ZL 97206157.6，公告日1998.11.25)，它包括床架，工作台升降定位恒定装置，机械传动切割装置，加砂装置，润滑装置及控制装置组成，特点是，所述工作台升降定位恒定装置的定位导柱为三根，一根为主导柱，另两根为副导柱，它们分别与直线轴承为动配合，主副导柱分别经下压盖，升降支架连为一体。这种多刀切割机，由于切割精度低，晶片的角度差(角度秒)没有达到要求，原材料损耗大，且效率低，切48根晶棒(每扳)需要48小时。本申请人曾设计了一种“微机控制晶体线切割机”(ZL 03203217.X，公告日2004.01.07)，它包括机架、绕丝滚筒组、工作台、减速箱及差动往返变向机构、钢丝线、夹具、搅拌轮、送砂泵，其控制部分采用计算机，其特征在于绕丝滚筒组包括一个主动滚筒和两个被动滚筒，在机架正面设置绕丝滚筒组和工作台、背面设置偏摆臂和张力补偿轮，左侧面设置放线轮和收线轮，若干走线导向轮将钢丝线由放线轮送出经由绕丝滚筒组返回收线轮形成一钢丝线通路。它操作直观、简便、稳定可靠，动作协调，钢丝线安装、工件安装方便，适用于切割硅单晶体、石英晶体、陶瓷、宝石以及各种硬质材料，可广泛地应用于无线电及电子元件行业。它虽然切割精度有了很大的提高，但由于采用机械减速箱主传动，工作效率也不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微机控制多线切割机，它切割精度和工作效率高。
为达到上述目的，本发明采取的解决方案是：一种微机控制多线切割机，它包括机架、工作台、金属线、研磨液供给机构，其控制部分采用主基板编程控制CPU模块，主基板编程控制CPU模块参数通过触摸显示屏设置，主基板编程控制CPU模块通过光纤控制伺服放大器，伺服放大器控制伺服电机，机架内至少装有六台伺服放大器和六台伺服电机即伺服放大器一、伺服放大器二、伺服放大器三、伺服放大器四、伺服放大器五、伺服放大器六和伺服电机一、伺服电机二、伺服电机三、伺服电机四、伺服电机五、伺服电机六，工作台设置在机架内其升降由伺服电机三控制，在工作台上方设置三个旋转罗拉，该三个旋转罗拉呈等腰三角形布局且由伺服电机四控制，安装在机架内的研磨液供给机构引出金刚砂液喷管，金刚砂液喷管的出口在三个旋转罗拉所呈等腰三角形的中间，放线轮安装在机架中并由伺服电机一控制，放线张力传感器安装在机架中处于放线轮之后并由伺服电机二控制，收线轮安装在机架中并由伺服电机六控制，收线张力传感器安装在机架中处于收线轮之前并由伺服电机五控制，金属线从放线轮出来经过放线张力传感器，在三个呈等腰三角形布局的旋转罗拉上平行绕几百圈，在等腰三角形体的底面形成一个几百根平行金属线组成的切割面，金属线经过收线轮再至放线轮，主基板编程控制CPU模块通过伺服放大器控制伺服电机的转速与方向，使旋转罗拉及放线轮、收线轮作往复回转，从而使几百根金属线作往复运动，并由放线张力传感器和收线张力传感器将金属线的张力反馈到伺服放大器，保持金属线张力的恒定，同时工作台在伺服电机三控制下以设定速度上升使工件与切割面接触，并保持一定的压力；所述的机架中安装若干固定轮，其中两个固定轮作为排线轮，伺服电机七通过排线丝杆与两个排线轮中一个连接，排线丝杆上安装三个排线传感器，两个排线轮、伺服电机七、排线丝杆和三个排线传感器组成排线机构。
该微机控制多线切割机采用主基板编程控制CPU模块通过光纤控制伺服放大器，直接读取定位数据进行操作，利用主基板编程控制CPU模块的数据控制伺服电机的转速/方向和高精度定位，从而使旋转罗拉及收线轮、放线轮作往复回转，使几百根金属线作高速(350-450米/分钟)往复运动，并由放线张力传感器和收线张力传感器将金属线的张力反馈到伺服放大器，进行高速运算控制，保持金属线张力的恒定，同时工作台在伺服放大器三及伺服电机三控制下以设定速度上升使工件(晶体)与切割面接触，并保持一定的压力。由于金刚砂液喷管的出口在三个旋转罗拉所呈等腰三角形的中间，在切割面上均布喷射金刚砂液，从而达到工件被切割的目的。它切割精度和工作效率高。由于收线轮收线时排线整齐一致非常重要，因为金属线是来回往复运动，如排线不整齐一致，将造成金属线重叠卡死，翻转放线时就会断线，对该排线机构的要求不同于一般的绕线轮排线系统，除金属线24排绕带收线轮时需要改变排线方向外，金属线往复运动翻转时也要改变排线方向，鉴于排线的高精度控制，增设了该排线机构，通过主基板编程控制CPU模块进行了整齐一致性的均匀排线。
附图说明
图1是微机控制多线切割机工作原理图。
图2是微机控制多线切割机主视结构示意图。
图3是微机控制多线切割机侧视结构示意图。
图4是排线机构示意图。
图中：1、触摸显示屏，2、主基板编程控制CPU模块，3、伺服放大器一，4、伺服电机一，5、放线轮，6、伺服放大器二，7、伺服电机二，8、放线张力传感器，9、伺服放大器三，10、伺服电机三，11、工作台，12、伺服放大器四，13、伺服电机四，14、旋转罗拉，15、伺服放大器五，16、伺服电机五，17、收线张力传感器，18、伺服放大器六，19、伺服电机六，20、收线轮，21、伺服放大器七，22、伺服电机七，23、排线轮，24、金属线，25、机架，26、金刚砂液喷管，27、排线丝杆，28、排线传感器。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图对本发明再作描述。
参见图1-图3，一种微机控制多线切割机，它包括机架25、工作台11、金属线24、研磨液供给机构，其控制部分采用主基板编程控制CPU模块2，主基板编程控制CPU模块2参数通过触摸显示屏1设置，主基板编程控制CPU模块2通过光纤控制伺服放大器，伺服放大器控制伺服电机，机架25内至少装有六台伺服放大器和六台伺服电机即伺服放大器一3、伺服放大器二6、伺服放大器三9、伺服放大器四12、伺服放大器五15、伺服放大器六18和伺服电机一4、伺服电机二7、伺服电机三10、伺服电机四13、伺服电机五16、伺服电机六19，工作台11设置在机架25内其升降由伺服电机三10控制，在工作台11上方设置三个旋转罗拉14，该三个旋转罗拉14呈等腰三角形布局且由伺服电机四13控制，安装在机架25内的研磨液供给机构引出金刚砂液喷管26，金刚砂液喷管26的出口在三个旋转罗拉14所呈等腰三角形的中间，放线轮5安装在机架25中并由伺服电机一4控制，放线张力传感器8安装在机架25中处于放线轮5之后并由伺服电机二7控制，收线轮20安装在机架25中并由伺服电机六19控制，收线张力传感器17安装在机架25中处于收线轮20之前并由伺服电机五16控制，金属线24从放线轮5出来经过放线张力传感器8，在三个呈等腰三角形布局的旋转罗拉14上平行绕几百圈，在等腰三角形体的底面形成一个几百根平行金属线24组成的切割面，金属线24经过收线轮20再至放线轮5，主基板编程控制CPU模块2通过伺服放大器控制伺服电机的转速与方向，使旋转罗拉14及放线轮5、收线轮20作往复回转，从而使几百根金属线24作往复运动，并由放线张力传感器8和收线张力传感器17将金属线24的张力反馈到伺服放大器，保持金属线24张力的恒定，同时工作台11在伺服电机三10控制下以设定速度上升使工件与切割面接触，并保持一定的压力；所述的机架25中安装若干固定轮，其中两个固定轮作为排线轮23，伺服电机七22通过排线丝杆27与两个排线轮23中一个连接，排线丝杆27上安装三个排线传感器28，两个排线轮23、伺服电机七22、排线丝杆27和三个排线传感器28组成排线机构。
参见图2和图3，所述的三个旋转罗拉14都刻有几百个间隔相同的同心圈，它们由既耐磨又韧性的非金属材料制成。几百个间隔相同的同心圈即几百条线槽，金属线24绕在这些线槽上，带着金刚砂液喷管26喷出的金刚砂液往复回转。如果旋转罗拉14是金属的，则金属线24很快被磨断。现在，三个旋转罗拉14和金属线24之间既不产生滑动，又不易被金属线24切入，保持金属线24在固定的线槽内运动。非金属材料一般上用塑料比较好。
参见图2和图3，所述的三个旋转罗拉14配置三主轴传动机构，三主轴传动机构轴承润滑部位设置了蒸汽压缩式制冷系统双闭路循环机构。这样可在不同环境温度下，保持主轴温度在一定范围内任意可调，防止主轴因温度过高而影响机床精度，并可有效延长机床的使用寿命。
参见图2和图3，所述的三个旋转罗拉14配置的三主轴传动机构径向跳动在0.005mm范围内，三个旋转罗拉14平行度≤0.03mm，三个旋转罗拉14与工作台11纵横向平行度≤0.02mm。
参见图2和图3，所述的金属线24细度为0.16mm-0.18mm。
本实施例采用的光纤为MELSER V0-J3系列伺服电机光纤。
参见图1-图3，金属线24在高速往复运转切割中，张力控制不好，金属线24很容易蹦断，或松垮。这是由于：(1)金属线24在切割瞬间往复运动的过程中，不断由放线轮5送出，在参与切割后由收线轮20收集，因此放线轮5的线圈直径不断减少，收线轮20线圈的直径不断增加，造成金属线24在放线轮5、收线轮20处线速产生变化；(2)金属线24运动接触部位摩擦力的随机变化；(3)金属线24瞬间往复运动时，旋转罗拉14、放线轮5、收线轮20回转惯性。针对以上各种不确定的因素，由于采用了主基板编程控制CPU模块2、光纤网络和伺服技术，通过张力传感器8和收线张力传感器17将金属线24张力转换为负载进行控制，并将信息反馈到伺服放大器进行运算给予相应的摆臂角度，达到金属线24张力波动得以恒定的目的。
本实施例的切割速率是传统多刀机的6-8倍，其主要技术参数如下表：
| 项目名称 | 单位 | 技术参数 |
| 旋转罗拉外径×卷槽宽×轴数 | mm | ￠120×200×3轴 |
| 最大切割产品尺寸(宽×高×长) | mm | 250×140×200 |
| 旋转罗拉轴间距离 | mm | 350 |
| 工作台升降行程 | mm | 200 |
| 工作台升降设定速度 | mm/h | 01-999.9 |
| 使用金属线线径 | mm | ￠0.12-￠0.18 |
| 金属线往复周期 | 次/mm | 9次可变 |
| 金属线行走速度 | m/min | 400 |
| 金属线送出量 | m/min | 0-100 |
| 收放线轮贮线量 | kg | 15 |
| 旋转罗拉正逆转用伺服电机 | kw | ACServomot or 5.5 |
| 收、放线轮驱动伺服电机(左/右) | kw | ACServomotor 3.5/3.5 |
| 电源 | 3phase\220V\50A | |
| 机床尺寸(宽×高×长) | mm | 1750×1850×2150 |
| 重量 | kg | 2500 |
Claims (6)
1.一种微机控制多线切割机，它包括机架(25)、工作台(11)、金属线(24)、研磨液供给机构，其控制部分采用主基板编程控制CPU模块(2)，主基板编程控制CPU模块(2)参数通过触摸显示屏(1)设置，主基板编程控制CPU模块(2)通过光纤控制伺服放大器，伺服放大器控制伺服电机，机架(25)内至少装有六台伺服放大器和六台伺服电机即伺服放大器一(3)、伺服放大器二(6)、伺服放大器三(9)、伺服放大器四(12)、伺服放大器五(15)、伺服放大器六(18)和伺服电机一(4)、伺服电机二(7)、伺服电机三(10)、伺服电机四(13)、伺服电机五(16)、伺服电机六(19)，工作台(11)设置在机架(25)内其升降由伺服电机三(10)控制，在工作台(11)上方设置三个旋转罗拉(14)，该三个旋转罗拉(14)呈等腰三角形布局且由伺服电机四(13)控制，安装在机架(25)内的研磨液供给机构引出金刚砂液喷管(26)，金刚砂液喷管(26)的出口在三个旋转罗拉(14)所呈等腰三角形的中间，放线轮(5)安装在机架(25)中并由伺服电机一(4)控制，放线张力传感器(8)安装在机架(25)中处于放线轮(5)之后并由伺服电机二(7)控制，收线轮(20)安装在机架(25)中并由伺服电机六(19)控制，收线张力传感器(17)安装在机架(25)中处于收线轮(20)之前并由伺服电机五(16)控制，金属线(24)从放线轮(5)出来经过放线张力传感器(8)，在三个呈等腰三角形布局的旋转罗拉(14)上平行绕几百圈，在等腰三角形体的底面形成一个几百根平行金属线(24)组成的切割面，金属线(24)经过收线轮(20)再至放线轮(5)，主基板编程控制CPU模块(2)通过伺服放大器控制伺服电机的转速与方向，使旋转罗拉(14)及放线轮(5)、收线轮(20)作往复回转，从而使几百根金属线(24)作往复运动，并由放线张力传感器(8)和收线张力传感器(17)将金属线(24)的张力反馈到伺服放大器，保持金属线(24)张力的恒定，同时工作台(11)在伺服电机三(10)控制下以设定速度上升使工件与切割面接触，并保持一定的压力，其特征在于：所述的机架(25)中安装若干固定轮，其中两个固定轮作为排线轮(23)，伺服电机七(22)通过排线丝杆(27)与两个排线轮(23)中一个连接，排线丝杆(27)上安装三个排线传感器(28)，两个排线轮(23)、伺服电机七(22)、排线丝杆(27)和三个排线传感器(28)组成排线机构。
2.根据权利要求1所述的微机控制多线切割机，其特征在于：所述的三个旋转罗拉(14)都刻有几百个间隔相同的同心圈，它们由既耐磨又韧性的非金属材料制成，几百个间隔相同的同心圈即几百条线槽，金属线(24)绕在这些线槽上，带着金刚砂液喷管(26)喷出的金刚砂液往复回转。
3.根据权利要求1所述的微机控制多线切割机，其特征在于：所述的三个旋转罗拉(14)配置三主轴传动机构，三主轴传动机构轴承润滑部位设置了蒸汽压缩式制冷系统双闭路循环机构。
4.根据权利要求1或3所述的微机控制多线切割机，其特征在于：所述的三个旋转罗拉(14)配置的三主轴传动机构径向跳动在0.005mm范围内，三个旋转罗拉(14)平行度≤0.03mm，三个旋转罗拉(14)与工作台(11)纵横向平行度≤0.02mm。
5.根据权利要求1所述的微机控制多线切割机，其特征在于：所述的金属线(24)细度为0.16mm-0.18mm。
6.根据权利要求1所述的微机控制多线切割机，其特征在于：所述的光纤为MELSER V0-J3系列伺服电机光纤。
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