四種多線切割機器的張力輪機構分析

大連連城數控機器股份有限公司 ■ 劉淑華 鄭家坤

一 引言

多線切割機器是利用連續快速移動的鋼絲線(切割中噴涂大量的研磨漿液)，對工件進行多線切割的機器。在切割中，執行切割任務的鋼線，要保持恒定的張力，才能有效切割。張力輪機構就是使鋼絲線上形成張力并加以控制和調節的機構，是多線切割中不可缺少的重要組成部分。目前，不同機器張力機構的布置形式、擺放位置、尺寸等各不相同。而施加張力的動力基本有用氣缸和伺服電機兩種。用氣缸，通過比例閥接通機器的PLC經過控制得到張力；而用伺服電機直接驅動，使張力輪擺動獲得張力。一般，伺服電機驅動精確度較高。

二 四種多線切割機介紹

1 QFA1250型多線切方機

(1)結構形式

QFA1250型多線切方機設有兩套張力機構，分別布置在收線輥和放線輥下面，如圖1所示。張力臂的轉軸垂直穿過立式隔板，并通過法蘭盤固定在隔板上，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。在轉軸的后端(即在隔板的后面)，裝有兩個同步氣缸，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。收線輥下面的張力輪接受來自切割區的鋼線，傳送到收線輥上進行纏繞。

圖1 QFA1250型切方機張力調節裝置

(2)張力的形成

當設定好切割線上的張力值后，機器的PLC控制器將提供一個固定的電壓值，并轉化為電信號，發給機器比例閥中的電控閥，進一步給兩個執行氣缸供氣，氣缸通過杠桿使轉軸旋轉，張力臂/張力輪擺動，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。張力臂擺角由兩個塑料柱限位。

(3)張力的控制

當線網上的張力發生變化時，張力輪、張力臂擺動，并帶動角度傳感器轉動，角度傳感器發出信號給機器控制器PLC。PLC將按機器線導輪主電機的轉速計算鋼線目前運行速度，并對線管理區的兩個線輥電機(N=17.5kW)發出加速或減速調節信號，僅幾秒鐘即可完成機器同步線速度的調節。

(4)零位定標

張力臂與角度傳感器的初始零位定標很重要，定標過程為：放開兩個聯動氣缸松開角度傳感器的緊固螺釘張力臂垂直向下狀態，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，當張力臂推到左右兩定位擋柱時傳感器的示值分別為?5.7V、5.7V，并反復校正。緊固好氣缸及角度傳感器螺釘。此時，張力輪便可準確施加及調整好鋼線上的張力。

2 QDB2320型切斷機

QDB2320型切斷機張力輪機構如圖2所示，這是一臺采用金剛石線進行多線切割晶硅棒的機器。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，具有諸多優點，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型切斷機張力調節圖

(1)結構特點

張力機構布置在立式隔板兩側，收放線各有一套，本機沒有采用角度傳感器，而是選用CEJL13-150L-J79L氣缸，這種氣缸具有內置直線傳感器，張力輪的移動不是通過張力臂的擺動實現，而是通過連接板使張力輪與氣缸連接，并在直線導軌上，同步直線移動。張力輪的直線移動，比由張力臂帶動實現的擺動更有優勢，即鋼線避免了由于擺動帶來的高度位置的變化，減少了鋼線的波動，也較易布置過輪。

(2)張力的調節

當鋼線上的張力發生變化時，張力輪沿直線導軌移動，同時也推動與其相連的氣缸移動，于是，氣缸內置的直線傳感器便發出信號給機器的PLC，PLC立即進行計算，并對管理區兩個線輥的驅動電機發出加減速的信號，瞬間即完成了與主電機同步速度的調節。

3 進口切片機

圖3為進口切片機張力控制圖，這是線管理區的一個獨立部分，另一部分結構相同，并列布置在左側(即收線與放線)。

圖3 進口切片機張力控制圖

(1)作用原理

伺服電機9轉動，驅動張力臂，張力輪擺動，而傳遞張力輪擺動信號的角度傳感器，安裝在過輪6上。放線過程是由布線輪帶鋼線有序放出，依次經過輪5、張力輪、過輪6，送到切割區。

(2)張力的形成

當設定張力值后，伺服機9轉動，直接驅動張力臂，張力輪擺動，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，張力臂長為300mm，伺服電機9的參數是N =5.5kW，扭矩30N·m。當切割線上的張力為40N時，此時，伺服電機付出扭矩為24N·m，在伺服電機最大扭矩(30N·m)范圍內。

(3)張力的調節

當切割線上的張力變化時，張力輪擺動，相鄰的過輪6同步擺動，其上的角度傳感器便有信號傳到機器的PLC。經過計算，并對伺服電機9、12的轉速及布線節距進行調節，張力輪重新回到平衡位置，確保切割線上有恒定的張力，使機器進行穩定有效的切割。

4 QP1654型多線切片機

QP1654型多線切片機張力控制圖如圖4所示。這是一臺在切割區有4個切割輥的晶硅切片機，有時4個輥要同時工作，鋼線的途徑較長，切割時，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，需要在切割輪的中間位置增加張力控制，如圖4中3張力輪機構（7、10、12）。張力輪的結構形式及控制過程與上述切方機類似。切割中，3個張力輪中任何一個位置發生變化，對應的角度傳感器都要發出信號給機器控制器，進行調節。

圖4 QP1654型多線切片機張力控制圖

三 結束語

通過以上對四種多線切割機張力的形成及調節的詳細介紹，可根據不同機器張力機構的布置形式、擺放位置、尺寸等合理地對硅片進行加工和設計，有利于硅片切割質量的提高。

[1] 張厥宗. 硅片加工技術[M]. 北京: 化學工業出版社, 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. 機械設計師手冊[M]. 北京: 機械工業出版社, 2004.