多線切方機線管理區的探討與分析

大連連城數控機器股份有限公司 ■ 劉淑華

一 前言

太陽電池的基礎材料是硅晶片，目前，硅晶片的獲得主要依靠多線切割機（如：多線切斷機、多線切方機、多線切塊機、多線切片機等）。多線切割機的工作原理是利用快速運行的鋼絲線，運行中噴涂大量研磨砂漿（或直接用金剛石線，不噴砂漿）對工件（單晶棒或多晶體）進行多線切割而獲得。

這種切割的特點為：被加工表面質量好不需要研磨；切口小，材料消耗少；效率高，多線同時切割；人機對話，操作方便；全防護，環境清潔。

多線切割機由多個區域組成，如：切割區、線管理區、電機房、漿液區等。其中線管理區是機器必備的重要部分，承擔多線切割中的多項功能，結構也相當復雜。

下面就QFA1250型多線切方機中的線管理區進行分析。

二 線管理區的功能

(1)擔負切割線的存儲和供給，即回收鋼線和放出鋼線。切割時，收、放線輥同時旋轉。放線輥旋轉，將鋼線送到切割區進行切割；收線輥旋轉，將切割區用過的鋼線有序的排列回收。

(2)切割過程中，切割線上張力的施加；張力的控制和調節。

(3)配置斷線和接地保護裝置使機器能安全運行。

三 布局特點

切方機線管理區布置圖如圖1所示，其布局特點為：

(1)線管理區設有立式隔板，所有機構都裝在隔板上，隔板前與切割區相通，切割區在切割過程中要噴涂大量砂漿，當鋼線進入線管理區后，會帶入砂漿；污物、砂漿會腐蝕電機等金屬元件，影響傳動件的精度和壽命。設置隔板將前后嚴格分開，在隔板前面裝置執行部分，如收線輥、放線輥、布線輪、張力輪；隔板后則是收、放線輥的驅動電機、滾珠絲杠、軸承等及調節張力的氣缸、角度傳感器等。

(2)為了保護環境不被污染，線管理區具有獨立的開合拉門，并設置觀察窗。

(3)所有繞線的輪子，如布線輪、張力輪、過輪等，全部設計成轉動靈活，嚴格密封的結構，選用耐腐蝕的聚氨酯材料。

(4)各種輪子、傳動軸都裝有氣密封(即輸入低壓氣體)阻止贓物侵入。

(5)由于收、放線是線管理區的主要功能，所以各獨立裝置也分別圍繞收、放線輥布置，如左邊是收線輥及其收線輥的布線輪、張力輪、插板裝置；右邊則是放線輥及相連的布線論、張力輪、插板裝置。

(6)鋼線運行的路徑是：收線：來自切割區的鋼線→張力輪→過輪→布線輪→收線；放線：放線輥上的鋼線→布線輪→過輪→張力輪→進入切割區。兩組鋼線互不干涉不能相碰。

四 結構特征

圖2給出了多線切割機線管理區收方線裝置。

圖2 線管理區收放線裝置圖

1 放線輥

擔負切割區鋼線供應，此件外購；本機采用TA100型標準線筒，當鋼線直徑為0.25mm時，存線能力為150km。線輥的驅動伺服電機為N=17.5kW。把在箱體上使重量卸荷在隔板上，電機通過聯軸器驅動支承軸轉動，又通過錐形套蝶形彈簧使放線輥緊固在支承軸上。

2 收線輥

與放線輥并排，驅動裝置與放線輥相同，裝在左邊，回收由切割區出來的鋼線。在設計中要考慮線輥的裝線量與放線輥的線量相當。收線輥的材料采用高強度鋁合金，線輥中間熱壓鋼套，強度高、重量輕，提高載線能力和啟動加速度。

收、放線輥采用錐形套定位形式，保證安裝時有良好的同心度，機器安裝后要檢查線輥的徑跳。根部≤0.01mm，300mm處≤0.025mm。

收、放線輥都要快速拆裝，在線輥的頭部伸出處加裝蝶簧用以增加鎖緊壓力，拆裝扳手的力矩為180N。

3 線輥的拆裝

在線輥上方裝有插板機構，當拆裝線輥時，首先，停機將插板機構中的插銷手動插入線輥的開口中，由接近開關控制，線輥不能轉動；此時，方可用力矩扳手擰動鎖緊背帽；此后，手動拉出插銷，機器啟動由接近開關控制發令。如此操作安全可靠。

4 線輥尺寸的控制

為了使切割線運行速度一致，對于新購的放線輥的內外徑、重量要認真核對；收線輥的內外直徑尺寸、重量準確記錄，并記入電控系統PLC，使計算機能準確控制線輥驅動電機和布線電機的轉速。經過計算，時時跟蹤才能確保線速度一致。

5 回收鋼線的處理

收線輥上回收的鋼線最后要取出廢棄。為了取線方便，線輥兩側留有槽口，可用切斷砂輪順利切斷鋼線。

五 布線裝置

多線切割機線管理區布線裝置如圖3所示，作用為實現鋼線在線輥上有序的纏繞和放出。本機器是設計成一個箱體結構，把在隔板后蓋有透明蓋板。小型伺服電機驅動滾珠絲杠，并轉化成布線桿的前后往復移動，布線桿由兩直線軸承支承；布線桿前端連接布線輪拖著剛線在線輥上，按節距有序布線。收線輥繞線節距一般為1.5mm，放線輥上的節距由生產廠家定。拉桿前端用彈性皮腔密封，防止腐蝕。收、放線輥布線裝置相同(布線輪除外)。

圖3 線管理區布線裝置圖

六 張力控制裝置

1 張力裝置的作用

在切割線上施加張力；調節鋼線上張力的大小。鋼線在切割中必須保持恒定的張力才能有效的切割。

2 結構情況

多線切割機線管理區張力調節裝置如圖4所示。

連接張力臂的轉軸垂直穿過隔板固定在隔板上，張力臂下端連接張力輪，轉軸通過杠桿連接兩氣缸，軸端聯有角度傳感器。

3 張力的形成

當設定好切割線上的張力值(一般為80N左右)時，機器的控制器PLC就向比例閥提供一個固定的電壓值，轉變為電信號發給比例閥中的電控閥，進一步給兩個執行氣缸供氣，氣缸移動，使張力臂擺動，并帶動張力輪壓在切割線上，即產生需要的張力。張力臂的擺動角度由兩個塑料柱限位。

4 張力的調節

切割中張力輪擺動，通過張力臂帶動角位移傳感器轉動，機器的PLC即可接到角位移傳感器發出的信號，并根據線導輪主電機的轉速，計算切割線目前的運行速度并對兩線輥的驅動電機發出加速或減速的調節信號，僅幾秒即可完成同步線速度的調節。機器出廠時，要對張力臂的機械位置及角位移傳感器的初始零位進行設定。

七 安全切割及鋼線多次使用

1 斷線接地報警

多線切割機的薄弱環節是易斷線，其原因是鋼線較細且同時切割的鋼線較多，另外在切割過程中，要噴入大量的研磨漿液形成砂漿簾，機器全防護，即使通過觀察窗也難看清。因此，設置斷線接地報警功能非常必要。

結構原理是：首先在整個線網上構成一個完整的導電切割回路，即在收、放線輥的轉軸上由電損檢測裝置通過電刷向兩軸注入低壓電源(5V)，并在軸上安裝集流環，通過軸傳到收、放線輥注入整體線網，形成一個導電回路。支承軸通過絕緣聯軸器與驅動電機(N=17.5kW)絕緣，又通過塑料套、塑料板等與箱體、隔板等絕緣，鋼線接觸的所有導輪過輪均由塑料制成，具有良好的絕緣性，為斷線和接地報警創造了良好的條件。在切割中若鋼絲斷掉，斷開的鋼絲與機器任何金屬接觸則使5V電壓接地，機器報警，停機，保證了機器的安全。

2 鋼線的重復使用

在切割中鋼線可多次使用，因鋼線沒有方向性，放線和收線可以互換。例如：一次切割放線100m，接著反向切割，放線變收線，收回90m，下次再放線100m，反向再收回90m，經過多次變換，放線輥上的線就全部繞到收線輥上，鋼線反復使用提高了利用率，使用戶增加了經濟效益。

八 結束語

線管理區功能多、結構復雜，在多線切割中起主導作用，合理設計對機器的切割效果影響很大。當前，各種多線切割機的線管理區結構形式各不相同，優缺點也不同。本機器的線管理區經過多次改動，使結構更趨于合理，性能更加可靠。