多線切割機的繞線機構分析

大連連城數控機器股份有限公司 ■ 劉淑華 馬云鵬

一 引言

多線切割機是當前太陽電池所用晶體硅切割的主要設備，它是利用快速移動的鋼絲線對晶體硅原料進行研磨的過程。繞線輥機構是機器的主要部分，其成對出現，即收線輥和放線輥。

二 繞線輥的運行原理

繞線輥的轉動由伺服電機驅動，鋼絲線由布線輪拖動，按節距有序地從繞線輥上放出和回收；機器切割過程，鋼絲線由放線輥進入切割區，多次折繞并切割成若干個硅片，纏回到收線輥上；鋼絲線運行中必須保持恒定的線速度和張力，才使切割過程平穩，不斷線。所以，根據機器主導輪的線速度和不斷變化的繞線輥直徑，機器的電控系統PLC時刻監控，并不斷調節繞線輥驅動電機的轉速。

三 多線切割機的繞線機構

1 多線切方機

多線切方機繞線輥如圖1所示，繞線輥為直連式機構，即電機通過聯軸器、傳動軸直接驅動繞線輥轉動。這種結構中間環節少，傳動精度高。在電機性能的選擇上，考慮的因素為：切割線上張力保持在70N以上，線速度12m/min以上，另外由于頻繁啟動，啟動加速度較高，故電機的扭矩、轉速及轉動慣量都要合適。本機選擇電機為1PH7133（95N·m，1500 r/min，18.5kW）。

圖1 多線切方機

線輥機構的結構形式是：懸臂裝在立板上，立板前裝有線輥，立板后是電機及支撐箱體等。立板除承載線輥機構的重量外，隔斷砂漿的侵入。線輥依靠兩端的錐面與支撐軸定位，用鍵傳遞扭矩；支撐軸的伸出端裝入蝶簧，并用大螺釘緊固，擰緊力為180N。

線輥體很重，特別是繞滿線時(線長約150km)，所以線輥要求承載能力強且重量輕，本機采用了高強度的鍛鋁合金，內孔熱壓鋼套。另外，線輥要頻繁拆裝，因回收的鋼絲線要及時廢棄，為拆裝安全，本機設置了插板機構，即手動將插銷推入固定盤的開口中，此時，由接近開關控制不能開機，可安全拆裝，裝好后，手動拉出插銷，接近開關發出信號，可開機切割。

2 多線切斷機

圖2 多線切斷機

多線切斷機是用金剛石線切割，如圖2所示。金剛石線是在鋼絲線上鍍一層金剛石微粉，切割中不用噴涂砂漿，即沒有砂漿對金屬件的腐蝕，工作環境比較清潔，但切割中會有金剛石微粉脫落，會污染環境，但比砂漿對環境的污染要少得多。

繞線輥驅動電機選擇：金剛石線切割時在線輥上纏繞的層數不能多，因為金剛石線互相擠碰，使金剛石粉易脫落，所以線輥的直徑小，重量輕，在同樣的線張力情況下負載扭矩小，轉動慣量較小，因此，選擇線輥的驅動電機規格小，本機選擇1FK7083-5(3kW，10.5N·m，3000r/min)

繞線輥的結構及布線方式為：布線過程是繞線輥機構移動(包括驅動電機，支撐軸線輥等)，布線輪固定；繞線輥機構由滾珠絲杠傳動，在直線導軌上滑動，而直線導軌垂直安裝在立板上。這種布線方式，為機器線管理部分的布局設計帶來方便，即過輪容易布置。另一特點是：收、放線輥相同；根據工件需要的線長度，在專用的繞線機上繞線，繞線輥互換性好，精度易保證；線輥由支撐軸上的定位盤定位，用脹套緊固，結構簡單、拆裝方便。

三 結束語

由上述分析可見不同多線機繞線輥的結構及布線方式不同，合理設計將給機器的切割質量和效益帶來更多好處。