[发明专利]一种多线切割机

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体加工设备，具体是一种高速度、高精度、低损耗的多线切割机。

背景技术

多丝切割是一种通过金属丝的高速往复运动把磨料带入硅碇加工区域进行研磨，最终把硅碇切割成片薄片的一种新型加工方法；多丝切割机已逐渐取代了传统的内圆切割成为硅片切割加工的主要方式，主要用于切割磁性材料、水晶、陶瓷、化合物、氧化物、人造宝石、单晶硅等各种硬脆性材料。多线切割机床的研制是一个多学科交叉的研究领域，它主要以含有快速电机运动的执行机构为基础，结合控制理论与技术、数字信号处理技术、计算机技术、传感器技术、机械技术、总线技术、网络技术等进行全新的控制系统设计，以达到运动控制所要求的高速度、高精度的要求。多线切割机运行过程中，放线电机、收线电机的线速度要跟踪主电机的线速度，排线电机的线速度要跟踪收线电机角速度，而在走线运行过程中，机械参数如半径、转动惯量都会变化，所以这是一个非线性时变系统的控制问题，主要研究切割线的张力控制；收、放线电机的速度无轴传动跟踪控制；排线电机的非线性速度控制、主轴的温度和润滑控制等难题。

发明内容

针对现有技术，本发明目的旨在提供一种多线切割机，能够运用机电一体化方法，用伺服电机输出转矩来代替重物或气缸给切割线施加张力，并实现无轴传动跟踪控制；且进一步控制主轴的温度和润滑控制，使多线切割机具有张力切割精度高、走线速度快、切割损耗小、平均无故障运行时间长的优点。

本发明提供一种多线切割机中，包括切割线走线系统、工作台、控制系统、循环油冷却系统和油气润滑装置，其中所述切割线走线系统包括缠绕在放线辊上的金属丝和3个加工辊，所述金属丝通过导向轮缠绕到3个加工辊上，加工锟下端由缠绕的钢丝线组成了切割面，切割加工后再通过导向轮缠绕到收线辊，切割线走线系统还包括排线器，将来自放线轮的线均匀地绕到收线轮上；所述控制系统包括运动控制器、伺服单元、模拟量输入输出单元和通信单元；其中伺服单元包括7个伺服电机：主电机、收线电机、放线电机、工作台电机、两个张力电机和排线电机分别作为加工辊、放线辊、收线辊、工作台、收放线两侧的张力摆杆、排线器的执行机构，上述伺服电机均安装有测速传感器。

其中上述伺服电机中主电机、收线电机、放线电机、工作台电机的测速传感器选用17位增量型光电编码器，两个张力电机和排线电机选用17位绝对值光电编码器。

所述循环油冷却系统包括油泵、冷交换器、主轴冷却管道、油箱、液体冷却机。

所述控制系统还包括人机接口单元。

油气润滑装置由五部分组成：油量供应及分配单元；供气单元；油气混合单元；油气输送及分配单元；油气润滑控制单元。

所述通信单元模块采用通信接口卡JAPMC-CM2300，用MECHATROLINK电缆连接各个功能单元模块构成一个基于现场总线控制网络。

本发明的工作原理详细描述如下：切割线走线系统是其核心部分。切割线在走线过程中抖动幅度和频度直接决定了线切割加工的质量(切割面的平行度、切痕的最小宽度)。为了保证加工质量，多线切割机的开始运行时，所有金属丝全部缠绕在放线辊上，通过一系列导向轮缠绕到由主电机拖动的3个加工辊上，加工锟下端由缠绕的钢丝线组成了切割面，进行切割加工后再通过一系列导向轮缠绕到收线辊，放线锟和收线锟分别由放线电机和收线电机驱动；在走线过程中，需要设计一个排线器，将来自放线轮的线均匀地绕到收线轮上，排线器的作用是保证收线轮收线均匀。

下面分析逐个电机的控制思路。

(1)主电机：主电机的速度由程序设定控制，切割机运行时，采用程序设定的方式控制主电机按给定的速度驱动加工辊正反向交替运转，从而使金属线往复运行，且设定的正向运转时间要比反向运转时间长，所以金属丝就逐渐由放线辊转移到收线辊。主电机是多电机系统的核心，收、放线电机、排线电机、张力电机的速度都直接或间接地受其控制。

(2)放线和收线电机：切割钢丝线从放线轮出发，通过张力调节张力摆杆，走到主电机拖动的工作锟。为了控制张力恒定，要求放线速度必须跟随工作辊的线速度，所以放线电机的速度由主电机的速度和放线侧张力电机的速度共同控制，属于随动系统。同理，收线电机的速度由主电机的速度和收线侧张力电机的速度共同控制。