摘要：本文提出了六英寸內(nèi)圓切割機的簡要發(fā)展趨勢。并通過我公司設(shè)計邏輯控制實現(xiàn)該機中步進電機進給定位、液壓比例閥控制油缸切割速度、線性編碼器控制切割行程等,通過觸摸屏進行參數(shù)設(shè)置和參數(shù)顯示。并進行簡要的計算,結(jié)果表明該設(shè)備設(shè)計的可實施性。填補國內(nèi)大直徑切割機的空白。

關(guān)鍵詞：六英寸內(nèi)圓切割機，邏輯控制，比例流量閥，線性編碼器

1.引言

在國內(nèi)引進的六英寸內(nèi)圓切割機中主要有瑞士的M&B公司和日本東京精密株式會社(TOKYO)兩公

司的內(nèi)圓切割機機型。M&B公司以臥式機型為主，TOKYO公司以立式機型為主。在切片機主軸支撐方式上，M&B 公司以空氣軸承為發(fā)展方向，TOKYO公司以滾動軸承和空氣軸承兩種形式發(fā)展。在國內(nèi)內(nèi)圓切割機研制中僅有信息產(chǎn)業(yè)部電子第四十五研究所。其內(nèi)圓切片機機型在國內(nèi)硅片切割行業(yè)應(yīng)用的范圍涵蓋了從φ50mm到φ200mm硅片的切片加工。我公司生產(chǎn)的六英寸內(nèi)圓切割機，仿制國外機型，采用立式機型，并采用空氣軸承。加上我們的改進。生產(chǎn)出國內(nèi)自主研創(chuàng)的大直徑內(nèi)圓切割機。

2.六英寸內(nèi)圓切割機步進電機的進給控制

我公司生產(chǎn)的六英寸內(nèi)圓切割機中央處理器選用三菱FX2n-64MT-001晶體管輸出型系列PLC。控制

步進電機帶動滾珠絲杠的進給。步進電機采用北京斯達特公司生產(chǎn)的兩相混合式步進電機34HS300D，配有步進電機驅(qū)動器SH-2H090M控制。六英寸內(nèi)圓切割機的切割工藝中要求，片厚的要求很高，平行度、一致度要求很高，這就要求走片厚時精確度很高，采用兩相混合式步進電機，其成本低，運行平穩(wěn)。采用細分數(shù)，消除電機的低頻震蕩。提高了電機的輸出轉(zhuǎn)矩，同時提高了電機的分辨率。其步進脈沖，步進方向分別由PLC的專用脈沖數(shù)出口Y0,Y1控制，輸出到步進電機驅(qū)動器的CP和DIR口。接口控制線路如下圖：

其步進距離計算過程如下：如設(shè)置切割片厚為D516（PLC數(shù)字單元）單位為mm，兩相步進電機的步距角為0.9°/1.8°設(shè)定細分數(shù)為10，其細分后步距角為1.8°÷10=0.18°則步進電機旋轉(zhuǎn)一圈所需要的脈沖數(shù)為360°÷0.18°=2000脈沖，進給采用步進電機帶滾珠絲杠傳動。步進電機轉(zhuǎn)一圈，滾珠絲杠對應(yīng)轉(zhuǎn)一圈，滾珠絲杠螺距為4mm，那么1mm對應(yīng)的步進電機脈沖數(shù)為2000÷4=500，片厚D516為兩位帶小數(shù)值，所以D516對應(yīng)用步進電機的脈沖數(shù)為D516*K5。

其步進速度計算過程如下：設(shè)置速度為D520（PLC數(shù)字單元）單位為mm/min，D520÷K60換算為單位mm/s。步進電機1mm對應(yīng)的脈沖數(shù)為500，對應(yīng)D520速度下一秒鐘步進電機所需的脈沖數(shù)為D522*K500。那么脈沖周期T=1/d522*K500。則脈沖頻率F=1/T=D522*K500。

3.六英寸內(nèi)圓切割機切割行程的控制

我公司生產(chǎn)的六英寸內(nèi)圓切割機切割過程分為幾個部分，一是空切的行程，二是入口段的行程，三是切割中間段的行程，四是切割出口段的行程。因為切割過程中，每一段切割過程中，晶體的切割面積不同，所以晶體切割過程中受力大小是實時變化的。所以根據(jù)切割工藝每個切割行程所用的速度是不定的。通過線性編碼器的檢測監(jiān)控，來確定每一段的行程所需要的速度。將直線編碼器的兩相分別接入PLC的X00，X01口，通過專用高速計數(shù)器C235（x0口配置的專用高速計數(shù)器編號）進行計數(shù)。我公司選用的編碼器的脈沖精度為0.02mm/脈沖。通過設(shè)定的切割行程除以脈沖精度，即為高速計數(shù)器所需計數(shù)的值。當(dāng)計數(shù)值到達后，進行下一個切割過程同時復(fù)位計數(shù)器C235即可。下一個行程重新起動高速計數(shù)器C235。從此控制每一段行程，為整個切割過程的使用不同速度提供信號。

4.六英寸內(nèi)圓切割機切割速度的控制

我公司生產(chǎn)的六英寸內(nèi)圓切割機切割速度，是由兩位比例流量閥配以比例放大器，控制切割的速度。同時線性編碼器檢測速度，實現(xiàn)閉環(huán)控制。實時調(diào)節(jié)流量閥的流量大小。以達到與設(shè)定相同的速度。具體的配線圖如下圖

通過PLC模擬量模塊FX2n-4DA，將0~±10V差動電壓信號，從16a和16c兩端輸入，即可控制電磁鐵A或B。比例放大器為直流24V供電。正電壓控制電磁鐵B，負電壓控制電磁鐵A。在這里特別注意的是：0~±10V差動電壓信號是相對16a和16c而言，16a和16c切勿和放大器的任何端子相連接。同時放大器面板上設(shè)有調(diào)整斜坡時間電位器。如果系統(tǒng)不需要延遲時間，可將電位器逆時針旋到底。當(dāng)放大器開始運行后，設(shè)定的速度與線性編碼器（通過可編程控制器SPD脈沖密度指令），檢測出單位時間的脈沖量，計算出油缸的實際速度。若實際速度入大于設(shè)定速度，則將可編程控制器的0~±10V電壓值降低。若實際速度入小于設(shè)定速度，則將可編程控制器的0~±10V電壓值升高。從而實現(xiàn)了，切割過程中的閉環(huán)控制。調(diào)試過程中，可根據(jù)經(jīng)驗給定一個近似的電壓來找出設(shè)定所匹配的速度。減少摸索時間。這與工藝參數(shù)有密切的關(guān)系。電磁閥在調(diào)試過程中出現(xiàn)閥芯震動的現(xiàn)象。這是因為閥內(nèi)的空氣造成的，這時起動液壓回路，打開放氣螺釘，使閥芯往復(fù)運動，直到把氣排凈工作正常為止。

5.六英寸內(nèi)圓切割機觸摸屏控制

我公司生產(chǎn)的六英寸內(nèi)圓切割機觸摸屏選取Eview公司的5.7英寸彩色系列產(chǎn)品，該產(chǎn)品使用壽命長，

而且安全可靠。其通過專用的RS232數(shù)據(jù)線同PLC進行數(shù)據(jù)傳輸。該觸摸屏顯示器主要設(shè)定顯示六英寸內(nèi)圓切割機切割過程中參數(shù)。主要功能有以下幾個方面：

切割片厚值的設(shè)定、切割片數(shù)值的設(shè)定、切割各段速度值的設(shè)定、切割各段行程值的設(shè)定、切割總片

數(shù)值的顯示、剩余未切片數(shù)的顯示、各行程檢測開關(guān)狀態(tài)顯示等。

觸摸屏是使用者通過參數(shù)設(shè)定將工藝等參數(shù)寫入PLC。是人機交互的橋梁。這些需要設(shè)定、顯示的參數(shù)通過專門的軟件進行設(shè)計，軟件組織好后，下載到觸摸屏中，進入運行模式后即可進行運行狀態(tài)。

6.結(jié)束語

我們通過設(shè)計六英寸內(nèi)圓切割機，生產(chǎn)并根據(jù)客戶的反映，使其填補了國內(nèi)空白，替代了進口產(chǎn)品。我們還會繼續(xù)研究，根據(jù)工藝要求，提高機器的可靠性，通過設(shè)計六英寸內(nèi)圓切割機為我公司開發(fā)生產(chǎn)大直徑晶體的內(nèi)圓切割機積累了更多的經(jīng)驗。