摘要：本文提出了六英寸內(nèi)圓切割機(jī)的簡(jiǎn)要發(fā)展趨勢(shì)。并通過(guò)我公司設(shè)計(jì)邏輯控制實(shí)現(xiàn)該機(jī)中步進(jìn)電機(jī)進(jìn)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(guò)觸摸屏進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和參數(shù)顯示。并進(jìn)行簡(jiǎn)要的計(jì)算,結(jié)果表明該設(shè)備設(shè)計(jì)的可實(shí)施性。填補(bǔ)國(guó)內(nèi)大直徑切割機(jī)的空白。

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

1.引言

在國(guó)內(nèi)引進(jìn)的六英寸內(nèi)圓切割機(jī)中主要有瑞士的M&B公司和日本東京精密株式會(huì)社(TOKYO)兩公

司的內(nèi)圓切割機(jī)機(jī)型。M&B公司以臥式機(jī)型為主，TOKYO公司以立式機(jī)型為主。在切片機(jī)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(dòng)軸承和空氣軸承兩種形式發(fā)展。在國(guó)內(nèi)內(nèi)圓切割機(jī)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(jī)機(jī)型在國(guó)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(jī)，仿制國(guó)外機(jī)型，采用立式機(jī)型，并采用空氣軸承。加上我們的改進(jìn)。生產(chǎn)出國(guó)內(nèi)自主研創(chuàng)的大直徑內(nèi)圓切割機(jī)。

2.六英寸內(nèi)圓切割機(jī)步進(jìn)電機(jī)的進(jìn)給控制

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

步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠的進(jìn)給。步進(jìn)電機(jī)采用北京斯達(dá)特公司生產(chǎn)的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)34HS300D，配有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器SH-2H090M控制。六英寸內(nèi)圓切割機(jī)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(shí)精確度很高，采用兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，其成本低，運(yùn)行平穩(wěn)。采用細(xì)分?jǐn)?shù)，消除電機(jī)的低頻震蕩。提高了電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)提高了電機(jī)的分辨率。其步進(jìn)脈沖，步進(jìn)方向分別由PLC的專(zhuān)用脈沖數(shù)出口Y0,Y1控制，輸出到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的CP和DIR口。接口控制線路如下圖：

其步進(jìn)距離計(jì)算過(guò)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(jìn)電機(jī)的步距角為0.9°/1.8°設(shè)定細(xì)分?jǐn)?shù)為10，其細(xì)分后步距角為1.8°÷10=0.18°則步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈所需要的脈沖數(shù)為360°÷0.18°=2000脈沖，進(jìn)給采用步進(jìn)電機(jī)帶滾珠絲杠傳動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，滾珠絲杠對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)一圈，滾珠絲杠螺距為4mm，那么1mm對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)脈沖數(shù)為2000÷4=500，片厚D516為兩位帶小數(shù)值，所以D516對(duì)應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)為D516*K5。

其步進(jìn)速度計(jì)算過(guò)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(jìn)電機(jī)1mm對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)為500，對(duì)應(yīng)D520速度下一秒鐘步進(jìn)電機(jī)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(jī)切割行程的控制

我公司生產(chǎn)的六英寸內(nèi)圓切割機(jī)切割過(guò)程分為幾個(gè)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?yàn)榍懈钸^(guò)程中，每一段切割過(guò)程中，晶體的切割面積不同，所以晶體切割過(guò)程中受力大小是實(shí)時(shí)變化的。所以根據(jù)切割工藝每個(gè)切割行程所用的速度是不定的。通過(guò)線性編碼器的檢測(cè)監(jiān)控，來(lái)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(guò)專(zhuān)用高速計(jì)數(shù)器C235（x0口配置的專(zhuān)用高速計(jì)數(shù)器編號(hào)）進(jìn)行計(jì)數(shù)。我公司選用的編碼器的脈沖精度為0.02mm/脈沖。通過(guò)設(shè)定的切割行程除以脈沖精度，即為高速計(jì)數(shù)器所需計(jì)數(shù)的值。當(dāng)計(jì)數(shù)值到達(dá)后，進(jìn)行下一個(gè)切割過(guò)程同時(shí)復(fù)位計(jì)數(shù)器C235即可。下一個(gè)行程重新起動(dòng)高速計(jì)數(shù)器C235。從此控制每一段行程，為整個(gè)切割過(guò)程的使用不同速度提供信號(hào)。

4.六英寸內(nèi)圓切割機(jī)切割速度的控制

我公司生產(chǎn)的六英寸內(nèi)圓切割機(jī)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(shí)線性編碼器檢測(cè)速度，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)流量閥的流量大小。以達(dá)到與設(shè)定相同的速度。具體的配線圖如下圖

通過(guò)PLC模擬量模塊FX2n-4DA，將0~±10V差動(dòng)電壓信號(hào)，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(fù)電壓控制電磁鐵A。在這里特別注意的是：0~±10V差動(dòng)電壓信號(hào)是相對(duì)16a和16c而言，16a和16c切勿和放大器的任何端子相連接。同時(shí)放大器面板上設(shè)有調(diào)整斜坡時(shí)間電位器。如果系統(tǒng)不需要延遲時(shí)間，可將電位器逆時(shí)針旋到底。當(dāng)放大器開(kāi)始運(yùn)行后，設(shè)定的速度與線性編碼器（通過(guò)可編程控制器SPD脈沖密度指令），檢測(cè)出單位時(shí)間的脈沖量，計(jì)算出油缸的實(shí)際速度。若實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)了，切割過(guò)程中的閉環(huán)控制。調(diào)試過(guò)程中，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)給定一個(gè)近似的電壓來(lái)找出設(shè)定所匹配的速度。減少摸索時(shí)間。這與工藝參數(shù)有密切的關(guān)系。電磁閥在調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)閥芯震動(dòng)的現(xiàn)象。這是因?yàn)殚y內(nèi)的空氣造成的，這時(shí)起動(dòng)液壓回路，打開(kāi)放氣螺釘，使閥芯往復(fù)運(yùn)動(dòng)，直到把氣排凈工作正常為止。

5.六英寸內(nèi)圓切割機(jī)觸摸屏控制

我公司生產(chǎn)的六英寸內(nèi)圓切割機(jī)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(zhǎng)，

而且安全可靠。其通過(guò)專(zhuān)用的RS232數(shù)據(jù)線同PLC進(jìn)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(jī)切割過(guò)程中參數(shù)。主要功能有以下幾個(gè)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(cè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)顯示等。

觸摸屏是使用者通過(guò)參數(shù)設(shè)定將工藝等參數(shù)寫(xiě)入PLC。是人機(jī)交互的橋梁。這些需要設(shè)定、顯示的參數(shù)通過(guò)專(zhuān)門(mén)的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，軟件組織好后，下載到觸摸屏中，進(jìn)入運(yùn)行模式后即可進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)。

6.結(jié)束語(yǔ)

我們通過(guò)設(shè)計(jì)六英寸內(nèi)圓切割機(jī)，生產(chǎn)并根據(jù)客戶的反映，使其填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，替代了進(jìn)口產(chǎn)品。我們還會(huì)繼續(xù)研究，根據(jù)工藝要求，提高機(jī)器的可靠性，通過(guò)設(shè)計(jì)六英寸內(nèi)圓切割機(jī)為我公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)大直徑晶體的內(nèi)圓切割機(jī)積累了更多的經(jīng)驗(yàn)。