摘要：本文提出了六英寸內圓切割機的簡要發展趨勢。并通過我公司設計邏輯控制實現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設置和參數顯示。并進行簡要的計算,結果表明該設備設計的可實施性。填補國內大直徑切割機的空白。

關鍵詞：六英寸內圓切割機，邏輯控制，比例流量閥，線性編碼器

1.引言

在國內引進的六英寸內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展方向，TOKYO公司以滾動軸承和空氣軸承兩種形式發展。在國內內圓切割機研制中僅有信息產業部電子第四十五研究所。其內圓切片機機型在國內硅片切割行業應用的范圍涵蓋了從φ50mm到φ200mm硅片的切片加工。我公司生產的六英寸內圓切割機，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。生產出國內自主研創的大直徑內圓切割機。

2.六英寸內圓切割機步進電機的進給控制

我公司生產的六英寸內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的兩相混合式步進電機34HS300D，配有步進電機驅動器SH-2H090M控制。六英寸內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。采用細分數，消除電機的低頻震蕩。提高了電機的輸出轉矩，同時提高了電機的分辨率。其步進脈沖，步進方向分別由PLC的專用脈沖數出口Y0,Y1控制，輸出到步進電機驅動器的CP和DIR口。接口控制線路如下圖：

其步進距離計算過程如下：如設置切割片厚為D516（PLC數字單元）單位為mm，兩相步進電機的步距角為0.9°/1.8°è¨­å®šç´°åˆ†æ•¸ç‚º10，其細分后步距角為1.8°÷10=0.18°å‰‡æ­¥é€²é›»æ©Ÿæ—‹è½‰ä¸€åœˆæ‰€éœ€è¦çš„脈沖數為360°÷0.18°=2000脈沖，進給采用步進電機帶滾珠絲杠傳動。步進電機轉一圈，滾珠絲杠對應轉一圈，滾珠絲杠螺距為4mm，那么1mm對應的步進電機脈沖數為2000÷4=500，片厚D516為兩位帶小數值，所以D516對應用步進電機的脈沖數為D516*K5。

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

3.六英寸內圓切割機切割行程的控制

我公司生產的六英寸內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，通過專用高速計數器C235（x0口配置的專用高速計數器編號）進行計數。我公司選用的編碼器的脈沖精度為0.02mm/脈沖。通過設定的切割行程除以脈沖精度，即為高速計數器所需計數的值。當計數值到達后，進行下一個切割過程同時復位計數器C235即可。下一個行程重新起動高速計數器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。

4.六英寸內圓切割機切割速度的控制

我公司生產的六英寸內圓切割機切割速度，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，實現閉環控制。實時調節流量閥的流量大小。以達到與設定相同的速度。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16aå’Œ16c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16aå’Œ16c而言，16aå’Œ16c切勿和放大器的任何端子相連接。同時放大器面板上設有調整斜坡時間電位器。如果系統不需要延遲時間，可將電位器逆時針旋到底。當放大器開始運行后，設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定速度，則將可編程控制器的0~±10V電壓值升高。從而實現了，切割過程中的閉環控制。調試過程中，可根據經驗給定一個近似的電壓來找出設定所匹配的速度。減少摸索時間。這與工藝參數有密切的關系。電磁閥在調試過程中出現閥芯震動的現象。這是因為閥內的空氣造成的，這時起動液壓回路，打開放氣螺釘，使閥芯往復運動，直到把氣排凈工作正常為止。

5.六英寸內圓切割機觸摸屏控制

我公司生產的六英寸內圓切割機觸摸屏選取Eview公司的5.7英寸彩色系列產品，該產品使用壽命長，

而且安全可靠。其通過專用的RS232數據線同PLC進行數據傳輸。該觸摸屏顯示器主要設定顯示六英寸內圓切割機切割過程中參數。主要功能有以下幾個方面：

切割片厚值的設定、切割片數值的設定、切割各段速度值的設定、切割各段行程值的設定、切割總片

數值的顯示、剩余未切片數的顯示、各行程檢測開關狀態顯示等。

觸摸屏是使用者通過參數設定將工藝等參數寫入PLC。是人機交互的橋梁。這些需要設定、顯示的參數通過專門的軟件進行設計，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。

6.結束語

我們通過設計六英寸內圓切割機，生產并根據客戶的反映，使其填補了國內空白，替代了進口產品。我們還會繼續研究，根據工藝要求，提高機器的可靠性，通過設計六英寸內圓切割機為我公司開發生產大直徑晶體的內圓切割機積累了更多的經驗。