多线切割机的绕线机构分析

大连连城数控机器股份有限公司 ■ 刘淑华 马云鹏

一 引言

多线切割机是当前太阳电池所用晶体硅切割的主要设备，它是利用快速移动的钢丝线对晶体硅原料进行研磨的过程。绕线辊机构是机器的主要部分，其成对出现，即收线辊和放线辊。

二 绕线辊的运行原理

绕线辊的转动由伺服电机驱动，钢丝线由布线轮拖动，按节距有序地从绕线辊上放出和回收；机器切割过程，钢丝线由放线辊进入切割区，多次折绕并切割成若干个硅片，缠回到收线辊上；钢丝线运行中必须保持恒定的线速度和张力，才使切割过程平稳，不断线。所以，根据机器主导轮的线速度和不断变化的绕线辊直径，机器的电控系统PLC时刻监控，并不断调节绕线辊驱动电机的转速。

三 多线切割机的绕线机构

1 多线切方机

多线切方机绕线辊如图1所示，绕线辊为直连式机构，即电机通过联轴器、传动轴直接驱动绕线辊转动。这种结构中间环节少，传动精度高。在电机性能的选择上，考虑的因素为：切割线上张力保持在70N以上，线速度12m/min以上，另外由于频繁启动，启动加速度较高，故电机的扭矩、转速及转动惯量都要合适。本机选择电机为1PH7133（95N·m，1500 r/min，18.5kW）。

图1 多线切方机

线辊机构的结构形式是：悬臂装在立板上，立板前装有线辊，立板后是电机及支撑箱体等。立板除承载线辊机构的重量外，隔断砂浆的侵入。线辊依靠两端的锥面与支撑轴定位，用键传递扭矩；支撑轴的伸出端装入蝶簧，并用大螺钉紧固，拧紧力为180N。

线辊体很重，特别是绕满线时(线长约150km)，所以线辊要求承载能力强且重量轻，本机采用了高强度的锻铝合金，内孔热压钢套。另外，线辊要频繁拆装，因回收的钢丝线要及时废弃，为拆装安全，本机设置了插板机构，即手动将插销推入固定盘的开口中，此时，由接近开关控制不能开机，可安全拆装，装好后，手动拉出插销，接近开关发出信号，可开机切割。

2 多线切断机

图2 多线切断机

多线切断机是用金刚石线切割，如图2所示。金刚石线是在钢丝线上镀一层金刚石微粉，切割中不用喷涂砂浆，即没有砂浆对金属件的腐蚀，工作环境比较清洁，但切割中会有金刚石微粉脱落，会污染环境，但比砂浆对环境的污染要少得多。

绕线辊驱动电机选择：金刚石线切割时在线辊上缠绕的层数不能多，因为金刚石线互相挤碰，使金刚石粉易脱落，所以线辊的直径小，重量轻，在同样的线张力情况下负载扭矩小，转动惯量较小，因此，选择线辊的驱动电机规格小，本机选择1FK7083-5(3kW，10.5N·m，3000r/min)

绕线辊的结构及布线方式为：布线过程是绕线辊机构移动(包括驱动电机，支撑轴线辊等)，布线轮固定；绕线辊机构由滚珠丝杠传动，在直线导轨上滑动，而直线导轨垂直安装在立板上。这种布线方式，为机器线管理部分的布局设计带来方便，即过轮容易布置。另一特点是：收、放线辊相同；根据工件需要的线长度，在专用的绕线机上绕线，绕线辊互换性好，精度易保证；线辊由支撑轴上的定位盘定位，用胀套紧固，结构简单、拆装方便。

三 结束语

由上述分析可见不同多线机绕线辊的结构及布线方式不同，合理设计将给机器的切割质量和效益带来更多好处。