大連連城數(shù)控機(jī)器股份有限公司 ■ 劉淑華 鄭家坤

一 引言

多線切割機(jī)器是利用連續(xù)快速移動(dòng)的鋼絲線(切割中噴涂大量的研磨漿液)，對(duì)工件進(jìn)行多線切割的機(jī)器。在切割中，執(zhí)行切割任務(wù)的鋼線，要保持恒定的張力，才能有效切割。張力輪機(jī)構(gòu)就是使鋼絲線上形成張力并加以控制和調(diào)節(jié)的機(jī)構(gòu)，是多線切割中不可缺少的重要組成部分。目前，不同機(jī)器張力機(jī)構(gòu)的布置形式、擺放位置、尺寸等各不相同。而施加張力的動(dòng)力基本有用氣缸和伺服電機(jī)兩種。用氣缸，通過(guò)比例閥接通機(jī)器的PLC經(jīng)過(guò)控制得到張力；而用伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，使張力輪擺動(dòng)獲得張力。一般，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)精確度較高。

二 四種多線切割機(jī)介紹

1 QFA1250型多線切方機(jī)

(1)結(jié)構(gòu)形式

QFA1250型多線切方機(jī)設(shè)有兩套張力機(jī)構(gòu)，分別布置在收線輥和放線輥下面，如圖1所示。張力臂的轉(zhuǎn)軸垂直穿過(guò)立式隔板，并通過(guò)法蘭盤(pán)固定在隔板上，張力臂裝在隔板的前面，下端裝有張力輪。張力輪上纏繞鋼線，能將砂漿帶入切割區(qū)。在轉(zhuǎn)軸的后端(即在隔板的后面)，裝有兩個(gè)同步氣缸，軸末端裝有角度傳感器。放線輥下面的張力輪將放線輥上的鋼線傳出到切割區(qū)。收線輥下面的張力輪接受來(lái)自切割區(qū)的鋼線，傳送到收線輥上進(jìn)行纏繞。

圖1 QFA1250型切方機(jī)張力調(diào)節(jié)裝置

(2)張力的形成

當(dāng)設(shè)定好切割線上的張力值后，機(jī)器的PLC控制器將提供一個(gè)固定的電壓值，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，發(fā)給機(jī)器比例閥中的電控閥，進(jìn)一步給兩個(gè)執(zhí)行氣缸供氣，氣缸通過(guò)杠桿使轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，張力臂/張力輪擺動(dòng)，張力輪壓在鋼線上，則在鋼線上形成張力。張力的下限值10N，上限值80N。張力臂擺角由兩個(gè)塑料柱限位。

(3)張力的控制

當(dāng)線網(wǎng)上的張力發(fā)生變化時(shí)，張力輪、張力臂擺動(dòng)，并帶動(dòng)角度傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)，角度傳感器發(fā)出信號(hào)給機(jī)器控制器PLC。PLC將按機(jī)器線導(dǎo)輪主電機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算鋼線目前運(yùn)行速度，并對(duì)線管理區(qū)的兩個(gè)線輥電機(jī)(N=17.5kW)發(fā)出加速或減速調(diào)節(jié)信號(hào)，僅幾秒鐘即可完成機(jī)器同步線速度的調(diào)節(jié)。

(4)零位定標(biāo)

張力臂與角度傳感器的初始零位定標(biāo)很重要，定標(biāo)過(guò)程為：放開(kāi)兩個(gè)聯(lián)動(dòng)氣缸松開(kāi)角度傳感器的緊固螺釘張力臂垂直向下?tīng)顟B(tài)，使兩氣缸保持在行程的中間位置上，角度傳感器示值為0V位置，當(dāng)張力臂推到左右兩定位擋柱時(shí)傳感器的示值分別為?5.7V、5.7V，并反復(fù)校正。緊固好氣缸及角度傳感器螺釘。此時(shí)，張力輪便可準(zhǔn)確施加及調(diào)整好鋼線上的張力。

2 QDB2320型切斷機(jī)

QDB2320型切斷機(jī)張力輪機(jī)構(gòu)如圖2所示，這是一臺(tái)采用金剛石線進(jìn)行多線切割晶硅棒的機(jī)器。金剛石線就是在鋼絲線上鍍一層金剛石微粉(代替噴涂的砂漿)，這是一種新的切割方式，具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如省去了切割砂漿液、切割速度增加、被切割表面損傷層淺等。

圖2 QDB2320型切斷機(jī)張力調(diào)節(jié)圖

(1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

張力機(jī)構(gòu)布置在立式隔板兩側(cè)，收放線各有一套，本機(jī)沒(méi)有采用角度傳感器，而是選用CEJL13-150L-J79L氣缸，這種氣缸具有內(nèi)置直線傳感器，張力輪的移動(dòng)不是通過(guò)張力臂的擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)，而是通過(guò)連接板使張力輪與氣缸連接，并在直線導(dǎo)軌上，同步直線移動(dòng)。張力輪的直線移動(dòng)，比由張力臂帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)的擺動(dòng)更有優(yōu)勢(shì)，即鋼線避免了由于擺動(dòng)帶來(lái)的高度位置的變化，減少了鋼線的波動(dòng)，也較易布置過(guò)輪。

(2)張力的調(diào)節(jié)

當(dāng)鋼線上的張力發(fā)生變化時(shí)，張力輪沿直線導(dǎo)軌移動(dòng)，同時(shí)也推動(dòng)與其相連的氣缸移動(dòng)，于是，氣缸內(nèi)置的直線傳感器便發(fā)出信號(hào)給機(jī)器的PLC，PLC立即進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)管理區(qū)兩個(gè)線輥的驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)出加減速的信號(hào)，瞬間即完成了與主電機(jī)同步速度的調(diào)節(jié)。

3 進(jìn)口切片機(jī)

圖3為進(jìn)口切片機(jī)張力控制圖，這是線管理區(qū)的一個(gè)獨(dú)立部分，另一部分結(jié)構(gòu)相同，并列布置在左側(cè)(即收線與放線)。

圖3 進(jìn)口切片機(jī)張力控制圖

(1)作用原理

伺服電機(jī)9轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)張力臂，張力輪擺動(dòng)，而傳遞張力輪擺動(dòng)信號(hào)的角度傳感器，安裝在過(guò)輪6上。放線過(guò)程是由布線輪帶鋼線有序放出，依次經(jīng)過(guò)輪5、張力輪、過(guò)輪6，送到切割區(qū)。

(2)張力的形成

當(dāng)設(shè)定張力值后，伺服機(jī)9轉(zhuǎn)動(dòng)，直接驅(qū)動(dòng)張力臂，張力輪擺動(dòng)，在切割線上施加壓力，即可獲得要求的張力。張力的范圍為10～40N，張力臂長(zhǎng)為300mm，伺服電機(jī)9的參數(shù)是N =5.5kW，扭矩30N·m。當(dāng)切割線上的張力為40N時(shí)，此時(shí)，伺服電機(jī)付出扭矩為24N·m，在伺服電機(jī)最大扭矩(30N·m)范圍內(nèi)。

(3)張力的調(diào)節(jié)

當(dāng)切割線上的張力變化時(shí)，張力輪擺動(dòng)，相鄰的過(guò)輪6同步擺動(dòng)，其上的角度傳感器便有信號(hào)傳到機(jī)器的PLC。經(jīng)過(guò)計(jì)算，并對(duì)伺服電機(jī)9、12的轉(zhuǎn)速及布線節(jié)距進(jìn)行調(diào)節(jié)，張力輪重新回到平衡位置，確保切割線上有恒定的張力，使機(jī)器進(jìn)行穩(wěn)定有效的切割。

4 QP1654型多線切片機(jī)

QP1654型多線切片機(jī)張力控制圖如圖4所示。這是一臺(tái)在切割區(qū)有4個(gè)切割輥的晶硅切片機(jī)，有時(shí)4個(gè)輥要同時(shí)工作，鋼線的途徑較長(zhǎng)，切割時(shí)，1→2切割輥互相繞線，3→4切割輥互相繞線，而兩組繞線輥中間是單線連接，且這段線張力易變化，影響整機(jī)的切割張力，所以，只在鋼線的入口(收線處)及出口(放線處)控制張力不足時(shí)，需要在切割輪的中間位置增加張力控制，如圖4中3張力輪機(jī)構(gòu)（7、10、12）。張力輪的結(jié)構(gòu)形式及控制過(guò)程與上述切方機(jī)類(lèi)似。切割中，3個(gè)張力輪中任何一個(gè)位置發(fā)生變化，對(duì)應(yīng)的角度傳感器都要發(fā)出信號(hào)給機(jī)器控制器，進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖4 QP1654型多線切片機(jī)張力控制圖

三 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上對(duì)四種多線切割機(jī)張力的形成及調(diào)節(jié)的詳細(xì)介紹，可根據(jù)不同機(jī)器張力機(jī)構(gòu)的布置形式、擺放位置、尺寸等合理地對(duì)硅片進(jìn)行加工和設(shè)計(jì)，有利于硅片切割質(zhì)量的提高。

[1] 張厥宗. 硅片加工技術(shù)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2009.

[2] Sugawara J, Hara H, Mizoguchi A. Development of fixedabrasive-grain wire saw with less cutting loss [J]. SEI Technical Review, 2004, 58: 7－11.

[3] 吳宗澤. 機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2004.