淺談一種多線切割機的擺動機構

吳學賓　胡孝偉　陳平　謝耿勛

摘 要：簡要的介紹了多線切割機的種類和發展狀況以及太陽能行業的現狀，闡述了料擺動機構的結構設計和關鍵技術以及應用情況。

關鍵詞：擺動機構；多線切割機；太陽能

1 多線切割機的種類

隨著近幾年光伏行業的不斷發展，新的工藝、技術的不斷推出，多線切割機以其高效率、節省材料、片厚一致性好，TTV值低等優點基本已經取代內圓切片機、多刀切割等設備，于此同時在壓電晶體、半導體以及藍寶石切割等領域也在不斷地推廣。根據切割材料的不同，多線切割機分為使用游離磨料和固結磨料兩類，一般游離磨料切割即為多數硅片切割所應用的金屬線表面噴灑砂漿的切割方式；固結磨料切割即為直接采用金剛石線同時噴灑切削液的切割方式。根據其結構和切割形式的不同又可分為固定切割與擺動切割，如圖1為一種固定切割示意，使用游離磨料的固定切割形式的多線切割機廣泛應用于光伏和壓電晶體行業[1]。擺動形式切割又可分為線擺動和料擺動兩類，線擺動式切割即以幾個羅拉（一般為3個）中心為圓心，通過電機帶著轉動圓盤實現線的往復擺動，如圖2所示，這種擺動切割方式現被廣泛的應用到國內外的多種多線切割機中，如日本的高鳥、NTC，國內的湖南宇晶，蘭州瑞德等廠家都擁有這樣的設備；料擺動切割即在傳統固定模式下增加一套機構使得料在下降過程中自身往復的搖擺，目前只有瑞士的MEYER BURGER等少數廠家擁有這種切割方式的設備。

2 擺動機構在多線切割機的應用

自從去年起，美國和歐盟相繼出臺政策對中國的太陽能行業不斷地打壓，使得國內1/3光伏企業處于停產、半停產狀態，多家企業倒閉。以多晶硅為例，自2011年9月以來，國內80%企業已停產，影響波及整個行業超過500億元投資，造成失業人數超過5000人。而LED產品以其無公害且節能減排的特點終將成為照明光源的主角。藍寶石等LED基底材料硬度大、切割難度高，這樣帶擺動的金剛石多線切割機就成為了LED行業所不可缺少的設備。

目前，市場上有很多種應用金剛石線切割的多線切割機，只要在送料機構上再加上一套能夠精確、小角度的擺動機構即可實現硬脆材料的切割，本文就是介紹這種擺動機構的設計。

3 擺動機構介紹

本套機構主要的運動流程就是伺服電機帶動減速器，減速器輸出端用免鍵軸襯連接直齒圓柱形主動齒輪，主動齒輪帶動從動齒輪（此處為從動齒輪的一部分），從而實現擺動板的往復運動。在設計時要保證從動齒輪與圓弧形導軌的圓心同心，在裝配階段也要盡量保證。其工作原理如圖3：

在切割過程中，棒料的擺動精度直接影響切片質量，為保證擺動板的運動精度我們采用一對NHK公司的圓弧形導軌，此種導軌的運動精度可以達到4μm，完全滿足光伏行業和LED行業切片的要求。

在擺動過程中，由于運動需要不斷地換向，因為齒輪的加工精度問題和裝配問題所形成的齒間間隙就會使得在換向時出現震動。鑒于這種情況，我們專門設計了一種彈簧壓緊裝置，可以使齒輪在換向時也可以保持嚙合。如圖4所示，將減速器安裝在一個可以繞中心軸小角度轉動的板上，通過一組彈簧向下施加壓力，使得減速器固定板可以始終受到向下的壓力，從而使整個伺服電機、減速器和主動齒輪總是有有繞著中心軸向下運動的趨勢，這樣就使得主動齒輪始終緊密的壓在從動齒輪上，保證無論是由于加工、裝配或是擺動換向引起的齒間間隙都能消除，也就保證了切割精度。

同時如圖4所示，整個減速器固定板被3組彈簧固定在不動基板上，因為整個減速器固定板不受軸向力，所以能夠保證其只圍繞中心軸轉動而不產生軸向的跳動。

由于棒料所受阻力不會大于切割鋼線所能承受的拉斷力，根據這個原則選擇的齒輪材料和熱處理，以及減速器和伺服電機，同時也校核了齒輪的疲勞強度、壽命等，這里不做過多介紹。由于切割棒料都非常昂貴，為保證切割的安全性，我們在機構兩側加限位開關和硬性限位塊來保證棒料的安全切割。左右兩個限位開關也用來控制器啟動時通過左右各擺到限位一次來計算中心點，從而保證每次切割都能以中心線為初始點左右對稱擺動。

4 結束語

本文介紹了擺動機構的設計和應用，此機構擺動精確、平穩，筆者已將此機構成功應用到DXQ-601多線切割機中，實驗結果表明此機構能夠使原切割機切割硬脆材料，而且能夠大大的提高切割效率。今后還將不斷地通過研究和實驗完善各種材料的切割工藝。此外，此套機構除了用于多線切割機外還可用于其它需求精確小角度擺動的設備中，具有一定的參考價值。

參考文獻

[1]彭思奇，戴瑜興，蔣近.LED多線切割機同步控制系統研制[J].中國機械工程，2012.

[2]張寶玉.淺談擺動式多線切割機原理及應用[J].電子元器件資訊，2010.

作者簡介：吳學賓（1985-），男，助理工程師，畢業于天津大學，現從事多線切割機相關設備的研發和設計工作。