多线切割机恒张力控制系统的制作方法[0002]随着现代工业的发展，多线切割逐渐占有主要的零件加工地位，主要是因为线切割加工方便成本小，并且加工的零件尺寸可以很小，是一般机床不能做到的。多线切割机系统设计涉及机械技术、控制技术、数字信号处理技术、材料科学等多学科交义的研究领域，主要由放线锟、加工锟、收放线锟、张力控制装置、排线装置等几个部分构成，各部分过导线辊相连接。然而张力控制装置是很核心重要的部分，因为张力控制精确可以保证多线机切割晶片的弯曲度(BOW)小，翅曲度(Warp)小，平行度(Tarp)好，总厚度公差(TTV)小，片间切割损耗少，加工晶片表面损伤层浅，粗糙度小，切片加工出片率高，生产效率高，投资回报率高。所以这是现代工人一直追求的目标。[0003]传统的方法有重力锤控制方案和液压缸控制方案，其中重力锤控制方案设计虽然很简单，但是张力波动的原因是由重力锤的m决定，如果单纯减小m来降低张力波动，则金属丝张力也随之减小，显然这种方法是不可行的；而加速度受跟随系统控制精度的制约，现有技术条件下其值降低极为有限，所以这种张力控制机械结构成为张力控制精度提高的瓶颈。另外一种液压缸控制方案虽然摆脱了m带来的因素但是同时带来了不能精确设置张力，控制精度低，并且带有滞后现象的问题。[0004]为了解决上述传统方法带来的问题，无论是市场上还是专利中都有所考虑，展现了各种各样的恒张力控制系统，比如伺服闭环控制系统就很好的解决了这样的问题，但是由于昂贵的价格也没有能够广泛的应用于中小企业。
[0005]本发明专利的目的在于针对已有技术的缺陷，提供一种改进的多线切割机恒张力控制系统，可以根据应变片测得的应力改变的大小和方向及时的向比较器提供信息，然后比较器与预先设定的张力大小进行比较，最后驱动器根据比较器提供的信息对步进电机进行控制操作，这样金属丝的张力就由于拉紧或放松来控制张力了。结构简单，精度高，反应快。[0006]为了达到上述目的，本发明的构思是:初始状态下调节可调电阻P设置一个阻值，这个阻值就会对应一个B2点的电压值。应变片在没有拉力状态下是满足R1=R2=R3=R4的，由于应变片在初始状态下也是有应变的，那么就可以根据全差动电桥原理计算出B1、B2两点之间的电压差U0，同时比较器两端的电压也是U0。金属丝产生的张力在线切割运行的过程中是不断变换的，就会有三种情况产生:1B1、B2两点的电压之差>0，那么这时候比较器的输出端的电平为1，步进电机驱动器收到I电平就会控制步进电机正转带动连杆2和动线辊2来放松金属丝从而减小金属丝的张力；2B1、B2两点的电压之差=0，这种情况很少会出现，因为每时每刻切削的状况不同，就会造成切削产生的力不同，那么张力就会时时刻刻的在变化并不会保持在某一个水平不变化；3B1、B2两点的电压之差〈0，那么这时候比较器的输出端的电平为0，步进电机驱动器收到O电平就会控制步进电机反转带动连杆2和动线辊2来拉紧金属丝从而增大金属丝的张力。[0007]架体部分的张力检测主要是金属丝张力的变化带动动线辊I的波动反映到弹簧1、2拉力的变化，应变片底座由于拉力的变化应变片产生应变，应变片阻值发生变化，全差动电桥失去平衡，从输出端获得1、0电压信号，从而指令步进电机的正反转带动连杆2和动线辊2的上下移动，金属丝拉长或收短，从而控制了张力的恒定。构成张力控制的闭环系统，这种控制方式成功地解决了张力扰动问题。如果想改变张力的大小，再次设置可调电阻P值即可。
[0008]根据上述发明构思，本发明采用下述方案是:
一种多线切割机恒张力控制系统，包括架体，起到支架作用固定所有的零件，六个线辊，起到传送金属丝的功能，其中包括4个定线辊、一个动线辊I和一个动线辊2，一根连杆
1、一个弹簧1、一根导线、一个比较模块、一个驱动器模块、一块应变片、一个应变片底座、一个弹簧2和一根步进电机轴、一根连杆2、一根轴1、一个步进电机和一根轴2 ;其特征在于:所述架体安装在机床上；6个线辊以图中的送线方式并排送线；金属丝依次绕过第一个定线辊、动线辊2、第二个和第三个定线辊、动线辊I和第4个定线辊至输出端，连杆I 一端连接定线辊另一端连接动线辊1，在连杆I的中间部位连接有弹簧1，并且弹簧I的另一端连接应变片底座，应变片底座的另一端连接弹簧2，弹簧2连接架体；应变片安装在应变片底座上并通过导线连接到比较模块和驱动器模块，然后通过导线连接到步进电机；连杆2 —端连接步进电机轴另一端连接动线棍2。
[0009]上述6个线辊都是可围绕自身轴转动的，动线辊I不仅可围绕轴I自转也可与连杆I一起围绕定线辊所在定轴公转。同样动线辊2不仅可围绕轴2自转也可与连杆2 —起围绕步进电机轴公转。动线辊1、动线辊都是悬空的，定线辊都是固定到架体之上的。连杆I成片状，连杆2成Y形状。
[0010]上述应变片贴在应变片底座之上，其中R2、R3是一组横贴在应变片底座之上，RUR4是一组竖贴在应变片底座之上。应变片按照A接口对应A1/A2接口，B接口对应B1/B2接口连接，应变片底座是通过弹簧I和弹簧2的拉力悬浮在空中的，并且这时的金属丝是张紧的。无拉力状态下应变片中的阻值满足:R1=R2=R3=R4。由于应变片是同时贴到应变片底座之上的，消除了温度带来的误差。
[0011]上述比较模块包括LM339芯片、芯片包括比较器，与此同时与比较器功能相同的部件还有比较器1/2/3，驱动器模块包括步进电机驱动器、电源。步进电机驱动器的型号为:YK3605MA。滑头露出比较模块并且可在可调电阻P上滑动改变阻值。电源规格为DC24-48V，步进电机的型号为DM31112，三相电线分别于步进电机驱动器接口 U/V/W连接，电源连接步进电机驱动器的接口 +V/-V，比较模块的接口 TO+/DR+/EN+分别对应于步进电机驱动器的接口 PU+/DR+/EN+连接；LM339芯片包含有14个引脚，并包括比较器1/2/3/4，其中比较器4 输入端与LM339芯片引脚11连接，“ + ”输入端与LM339芯片引脚10连接，输出端与LM339芯片引脚13连接。比较模块PU+接口连接LM339芯片引脚13，比较模块GND接口连接A2点，比较模块VCC接口连接Al点；LM339芯片引脚10连接BI点，LM339芯片引脚11连接B2点。
[0012]上述可调电阻P—端连接步进电机驱动器的接口 VCC，另一端接地，滑头连接B2点。
[0013]本发明专利与现有技术相比，具有以下显而易见的突出实质性特点和显著优点:本发明专利有比较器时刻检测应变片测量的应变值并根据差值关系即刻对步进电机进行控制，步进电机直接控制连杆没有中间过程减少了中间误差，控制更加精确，反应速度更快。



[0014]图1是根据本发明专利构思的多线切割机恒张力控制系统整体图。
[0015]图2是零件连杆2的结构示意图。
[0016]图3是零件连杆I的结构示意图。
[0017]图4是应变片在应变片底座上的张贴示意图。 [0018]图5是全差动电桥应变片的连线图。
[0019]图6是步进电机类型示意图。
[0020]图7是步进电机驱动器、比较模块、电源、步进电机、应变片连接示意图。
[0021]图8是可调电阻P、比较器、LM339芯片连接示意图。

[0022]本发明专利的优选实施例结合

如下:
实施例一:
参见图f图3，本发明专利包括一个架体(2)——起到支架作用固定所有的零件、六个线棍一起到传送金属丝(I)的功能一其中包括4个定线辊(3) —个动线辊I (5)和一个动线辊2 (15)、一根连杆I (4)、一个弹簧I (6)、一根导线(7)、一个比较模块(8)、一个驱动器模块(9 )、一块应变片(10 )、一个应变片底座(11)、一个弹簧2(12) —根步进电机轴(13)、一根连杆2 (14)、一根轴I (30)、一个步进电机(31)和一根轴2 (32);其特征在于:所述架体(2)安装在机床上；6个线辊(3、5、15)以送线方式并排送线；金属丝(I)从输入端依次绕过第一个定线辊(3)、动线辊2 (15)、第二个和第三个定线辊(3)、动线辊I (5)和第4个定线棍(3)到输出端；连杆I (4) 一端连接定线棍(3)另一端连接动线棍I (5),在连杆I (4)的中间部位连接弹簧I (6)的一端，而弹簧I (6)的另一端连接应变片底座
(11)，应变片底座(11)的另一端连接弹簧2 (12)，而弹簧2 (12)的另一端连接架体(2);应变片(10)安装在应变片底座(11)上并通过导线(7)连接到比较模块(8)和驱动器模块(9)，然后通过导线连接到步进电机(31);连杆2 (14)—端连接步进电机轴(13)另一端连接动线辊2 (15)。
[0023]实施例二:
参见图4-图8，本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于:上述6个线辊(3、5、15)都是可围绕自身轴转动的，其中动线辊I (5)不仅可围绕轴I (30)自转也可与连杆I (4)一起围绕定线辊(3)所在定轴公转；同样动线辊2 (15)不仅可围绕轴2 (32)自转，也可与连杆2 (14)—起围绕步进电机轴(13)公转；动线辊I (5)、动线辊2 (15)都是悬空的，四个定线辊(3)都是固定到架体(2)之上的；连杆I (4)成片状，连杆2 (14)成Y形状。
[0024]上述应变片(10)贴在应变片底座(11)之上，其中R2、R3是一组横贴在应变片底座(11)之上，Rl、R4是一组竖贴在应变片底座(11)之上；应变片(10)按照A接口对应Al/A2接口，B接口对应B1/B2接口连接；应变片底座(11)是通过弹簧I (6)和弹簧2 (12)的拉力悬浮在空中的，并且这时的金属丝(I)是张紧的；无拉力状态下应变片(10)中的阻值满足:R1=R2=R3=R4 ;由于应变片(10)是同时贴到应变片底座(11)之上的，消除了温度带来的误差。
上述比较模块(8)包括LM339芯片(21)、芯片(21)包括四个比较器(28)，驱动器模块
(9)包括步进电机驱动器(23)、电源(26);步进电机驱动器(23)的型号为:YK3605MA ;有一个滑头(22)露出比较模块(8)并且可在可调电阻P上滑动改变阻值；电源(26)规格为DC24-48V，步进电机(30)的型号为DM31112，三相电线分别于步进电机驱动器(23)接口 U/V/W连接，电源(26)连接步进电机驱动器(23)的接口 +V/-V，比较模块(8)的接口 PU+/DR+/EN+分别对应于步进电机驱动器(23)的接口 PU+/DR+/EN+连接；LM339芯片(21)包含有14个引脚，并包括4个比较器(28)，其中比较器4 (28) 输入端与LM339芯片(21)引脚11连接，“ + ”输入端与LM339芯片(21)引脚10连接，输出端与LM339芯片(21)引脚13连接；比较模块(8)?肝接口连接11039芯片(21)弓丨脚13，比较模块(8) GND接口连接A2点，比较模块(8) VCC接口连接Al点；LM339芯片(21)引脚10连接BI点，LM339芯片(21)引脚11连接B2点。 [0025]上述可调电阻P —端连接步进电机驱动器(23)的接口 VCC，另一端接地，滑头连接B2点。
[0026]实施例三:
参见图4~图5采用的全差动电桥电路原理，当金属丝拉力较大时，应变片底座拉长，应变片Rl、R4拉长，应变片R2、R3拉宽，其变化大小如下图所示ATPp Δ7?2, Λ7?3、ATP4为对应应变片阻值变化大小。