CN202137860U - 一种往复式线锯切割硬脆材料的自适应系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种往复式线锯切割硬脆材料的自适应系统，包括线锯滚筒、张紧轮、过轮、线锯、滚筒电机、进给工作台、进给电机，进给工作台上安装有测力仪，滚筒电机上连接有滚筒电机解码器，进给电机上连接有进给电机解码器，还包括控制装置，控制装置包括TargetxPC模块、PCI6602数据采集卡、PCI6711模拟输出卡、以及PCI6040E数据采集卡，PCI6602数据采集卡与滚筒电机解码器和进给电机解码器相连接，PCI6711模拟输出卡与滚筒电机和进给电机相连接，PCI6040E数据采集卡与测力计和张紧轮相连接。本实用新型解决了切割过程中容易出现切片崩碎，材料去除率低，以及切割效率低的问题。

Description

一种往复式线锯切割硬脆材料的自适应系统

技术领域

本实用新型属于机械加工技术领域，具体涉及一种往复式线锯切割硬脆材料的自适应系统。

背景技术

硬脆材料指具有高硬度、高脆性（摩尔硬度大于6，天然金刚石的摩尔硬度为10）的非导电体或半导体，工业领域常用的有各种石材、光学玻璃、硬质合金、陶瓷等。伴随着硬脆材料应用领域的日益扩展，硬脆材料的加工技术也不断发展，尤其是切割加工占有重要地位。例如，建筑装饰板材和岩石材质精密零部件的加工中，锯切作为机械加工的第一道工序，其加工成本占整个加工成本的50%以上。在半导体照明领域，SiC单晶体是最好的衬底材料之一，其摩尔硬度达到9.2～9.5，切割成为加工的最大难题。

现有技术常用的是WXD170型往复金刚石线旋转点切割机，该设备往复式线锯运动采用简单的控制装置仅能调节线锯的速度，工件的进给和旋转采用独立的控制装置，可以改变工件的横向和纵向运动以及工件的旋转速度，切割工艺参数恒定，控制装置之间没有进行协调，这样导致的问题是：在切割过程中随着工件的切割直径的不断减少和线锯换向动作的周期进行，线锯与工件之间的接触弧长发生动态变化，因而导致切割力成为动态变化。使得切割过程稳定性差，经常出现切片崩碎、材料去除率低，切割效率低的问题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种往复式线锯切割硬脆材料的自适应系统，解决了现有技术在切割过程中容易出现切片崩碎，材料去除率低，以及切割效率低的问题。 

本实用新型所采用的技术方案是，一种往复式线锯切割硬脆材料的自适应系统，包括线锯滚筒、张紧轮以及过轮，环绕线锯滚筒、张紧轮以及过轮缠绕有线锯，线锯滚筒上通过联轴器连接有滚筒电机，张紧轮和过轮之间还设置有用于安装工件的进给工作台，进给工作台上安装有进给电机，其特征在于，进给工作台上安装有用于采集工件所受切割力的测力仪，滚筒电机上连接有滚筒电机解码器，进给电机上连接有进给电机解码器，

还包括控制装置，控制装置包括Target xPC模块，Target xPC模块上连接用于获得滚筒电机实时转速和进给电机实时转速的PCI6602数据采集卡、有用于控制滚筒电机转速和进给电机转速的PCI6711模拟输出卡、以及用于获得测力计数据以及调节张紧轮的位置的PCI6040E数据采集卡，PCI6602数据采集卡与滚筒电机解码器和进给电机解码器相连接， PCI6711模拟输出卡与滚筒电机和进给电机相连接，PCI6040E数据采集卡与测力计和张紧轮相连接。

张紧轮和过轮之间、且分别位于进给工作台的两侧设置有小滚轮，两个小滚轮与线锯相接触。

本实用新型的有益效果是，通过设计相应的控制结构和控制系统，使得线锯运动系统与工件进给系统协调运动。在切割过程中，线锯的切割与工件的进给系统相协调，当线锯运动切割时，工件系统进给；当线锯换向时，工件停止进给。同时通过在线监控切割力和切割参数的变化，控制系统实时调整工件的进给量，使得切割力与模型获得的参考切割力保持一致。本实用新型能提高切割效率，加工过程稳定，切割过程可靠，生产效率高且节约贵重材料，特别适合SiC单晶体以及宝石等贵重材料的切割，解决了现有技术中存在的问题。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

其中，1. Target xPC模块，2. PCI6602数据采集卡，3. PCI6711模拟输出卡，4. 滚筒电机解码器，5. 线锯滚筒，6. 线锯，7. 张紧轮，8. 小滚轮，9. 测力仪，10. 工件，11. 进给工作台，12. 进给电机解码器，13. 过轮，14. PCI6040E数据采集卡。

具体实施方式

  下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，一种往复式线锯切割硬脆材料的自适应系统，包括线锯滚筒5、张紧轮7以及过轮13，环绕线锯滚筒5、张紧轮7以及过轮13缠绕有线锯6，线锯滚筒5上通过联轴器连接有滚筒电机，张紧轮7和过轮13之间还设置有用于安装工件10的进给工作台11，张紧轮7和过轮13之间、且分别位于进给工作台11的两侧设置有小滚轮8，两个小滚轮8与线锯6相接触。

进给工作台11上安装有进给电机，进给工作台上安装有测力仪9，测力仪9用于采集工件10在切割过程中所受的切割力，滚筒电机上连接有滚筒电机解码器4，进给电机上连接有进给电机解码器12。

还包括控制装置，控制装置包括Target xPC模块1， Target xPC模块1上连接有PCI6602数据采集卡2、PCI6711模拟输出卡3、以及PCI6040E数据采集卡14，其中，PCI6602数据采集卡2用于获得滚筒电机实时转速和进给电机实时转速，PCI6711模拟输出卡3用于控制滚筒电机转速和进给电机转速，PCI6040E数据采集卡14用于获得测力计9数据以及调节张紧轮7的位置，PCI6602数据采集卡2与滚筒电机解码器4以及进给电机解码器12相连接，PCI6711模拟输出卡3与滚筒电机以及进给电机相连接， PCI6040E数据采集卡14与测力计9以及张紧轮7相连接。

本实用新型的工作过程是：调整张紧轮7，使得线锯6获得一定的张紧力，线锯滚筒5在滚筒电机驱动下旋转，实现线锯6以速度在一个方向上运动，工件10旋转，进给工作台11按照一定的进给速度为0.02mm/min到0.1mm/min进给，测力仪9获取实时的切割过程的三向力，PCI6711模拟输出卡3控制滚筒电机转速和进给电机转速，PCI6602数据采集卡2获得滚筒电机实时转速和进给电机实时转速，PCI6040E数据采集卡14获得切割过程的动态力，并可实时调节张紧轮7的位置而改变线锯6的张力。当线锯6减速至0并进行换向时，根据PCI6602数据采集卡2获得的信号，PCI6711输出卡3控制工件进给电机11的的电压，当线锯6换向（根据从线锯滚筒5获得的电压信号）停止进给。随着切割过程的进行，工件10直径的不断减少，线锯6的磨损等，切割力也不断减少，可根据PCI6040E数据采集卡14获得的实时力信号，调整工件进给电机11的进给量，从而使得切割力保持稳定值，实现自适应切割过程。

本实用新型通过采用线锯滚筒驱动的直流电机解码器，精确获取滚筒的转角位置，对于工件的进给电机采用相同的解码，获取工件进给的位置。当线锯进行运动时，根据通过动态测力仪获得的工件所承受的动态切割力，以及工件进给系统电机的转速获得工件的进给量，与模型的参考力相比较。如果测得的切割力比模型输出的参考力小，则提高工件进给系统的电机转速，进而增大进给量，提高动态切割力。当线锯换向时，根据测量得到的线锯滚筒电机转速的变化，控制系统发送指令给工件进给电机停止进给，保持切割力在模型输出的一致。循环上述步骤，直至整个切割过程完成。

Claims (2)

1.一种往复式线锯切割硬脆材料的自适应系统，包括线锯滚筒（5）、张紧轮（7）以及过轮（13），环绕所述线锯滚筒（5）、张紧轮（7）以及过轮（13）缠绕有线锯（6），所述线锯滚筒（5）上通过联轴器连接有滚筒电机，所述张紧轮（7）和过轮（13）之间还设置有用于安装工件（10）的进给工作台（11），所述进给工作台（11）上安装有进给电机，其特征在于，所述进给工作台上安装有用于采集工件（10）所受切割力的测力仪（9），所述滚筒电机上连接有滚筒电机解码器（4），所述进给电机上连接有进给电机解码器（12），

还包括控制装置，所述控制装置包括Target xPC模块（1），所述Target xPC模块（1）上连接用于获得所述滚筒电机实时转速和所述进给电机实时转速的PCI6602数据采集卡（2）、有用于控制所述滚筒电机转速和所述进给电机转速的PCI6711模拟输出卡（3）、以及用于获得所述测力计（9）数据以及调节张紧轮（7）的位置的PCI6040E数据采集卡（14），所述PCI6602数据采集卡（2）与滚筒电机解码器（4）和进给电机解码器（12）相连接，所述PCI6711模拟输出卡（3）与滚筒电机和进给电机相连接，所述PCI6040E数据采集卡（14）与测力计（9）和张紧轮（7）相连接。

2.按照权利要求1所述的往复式线锯切割硬脆材料的自适应系统，其特征在于，所述张紧轮（7）和过轮（13）之间、且分别位于进给工作台（11）的两侧设置有小滚轮（8），所述两个小滚轮（8）与所述线锯（6）相接触。

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