浅谈一种多线切割机的摆动机构

吴学宾　胡孝伟　陈平　谢耿勋

摘 要：简要的介绍了多线切割机的种类和发展状况以及太阳能行业的现状，阐述了料摆动机构的结构设计和关键技术以及应用情况。

关键词：摆动机构；多线切割机；太阳能

1 多线切割机的种类

随着近几年光伏行业的不断发展，新的工艺、技术的不断推出，多线切割机以其高效率、节省材料、片厚一致性好，TTV值低等优点基本已经取代内圆切片机、多刀切割等设备，于此同时在压电晶体、半导体以及蓝宝石切割等领域也在不断地推广。根据切割材料的不同，多线切割机分为使用游离磨料和固结磨料两类，一般游离磨料切割即为多数硅片切割所应用的金属线表面喷洒砂浆的切割方式；固结磨料切割即为直接采用金刚石线同时喷洒切削液的切割方式。根据其结构和切割形式的不同又可分为固定切割与摆动切割，如图1为一种固定切割示意，使用游离磨料的固定切割形式的多线切割机广泛应用于光伏和压电晶体行业[1]。摆动形式切割又可分为线摆动和料摆动两类，线摆动式切割即以几个罗拉（一般为3个）中心为圆心，通过电机带着转动圆盘实现线的往复摆动，如图2所示，这种摆动切割方式现被广泛的应用到国内外的多种多线切割机中，如日本的高鸟、NTC，国内的湖南宇晶，兰州瑞德等厂家都拥有这样的设备；料摆动切割即在传统固定模式下增加一套机构使得料在下降过程中自身往复的摇摆，目前只有瑞士的MEYER BURGER等少数厂家拥有这种切割方式的设备。

2 摆动机构在多线切割机的应用

自从去年起，美国和欧盟相继出台政策对中国的太阳能行业不断地打压，使得国内1/3光伏企业处于停产、半停产状态，多家企业倒闭。以多晶硅为例，自2011年9月以来，国内80%企业已停产，影响波及整个行业超过500亿元投资，造成失业人数超过5000人。而LED产品以其无公害且节能减排的特点终将成为照明光源的主角。蓝宝石等LED基底材料硬度大、切割难度高，这样带摆动的金刚石多线切割机就成为了LED行业所不可缺少的设备。

目前，市场上有很多种应用金刚石线切割的多线切割机，只要在送料机构上再加上一套能够精确、小角度的摆动机构即可实现硬脆材料的切割，本文就是介绍这种摆动机构的设计。

3 摆动机构介绍

本套机构主要的运动流程就是伺服电机带动减速器，减速器输出端用免键轴衬连接直齿圆柱形主动齿轮，主动齿轮带动从动齿轮（此处为从动齿轮的一部分），从而实现摆动板的往复运动。在设计时要保证从动齿轮与圆弧形导轨的圆心同心，在装配阶段也要尽量保证。其工作原理如图3：

在切割过程中，棒料的摆动精度直接影响切片质量，为保证摆动板的运动精度我们采用一对NHK公司的圆弧形导轨，此种导轨的运动精度可以达到4μm，完全满足光伏行业和LED行业切片的要求。

在摆动过程中，由于运动需要不断地换向，因为齿轮的加工精度问题和装配问题所形成的齿间间隙就会使得在换向时出现震动。鉴于这种情况，我们专门设计了一种弹簧压紧装置，可以使齿轮在换向时也可以保持啮合。如图4所示，将减速器安装在一个可以绕中心轴小角度转动的板上，通过一组弹簧向下施加压力，使得减速器固定板可以始终受到向下的压力，从而使整个伺服电机、减速器和主动齿轮总是有有绕着中心轴向下运动的趋势，这样就使得主动齿轮始终紧密的压在从动齿轮上，保证无论是由于加工、装配或是摆动换向引起的齿间间隙都能消除，也就保证了切割精度。

同时如图4所示，整个减速器固定板被3组弹簧固定在不动基板上，因为整个减速器固定板不受轴向力，所以能够保证其只围绕中心轴转动而不产生轴向的跳动。

由于棒料所受阻力不会大于切割钢线所能承受的拉断力，根据这个原则选择的齿轮材料和热处理，以及减速器和伺服电机，同时也校核了齿轮的疲劳强度、寿命等，这里不做过多介绍。由于切割棒料都非常昂贵，为保证切割的安全性，我们在机构两侧加限位开关和硬性限位块来保证棒料的安全切割。左右两个限位开关也用来控制器启动时通过左右各摆到限位一次来计算中心点，从而保证每次切割都能以中心线为初始点左右对称摆动。

4 结束语

本文介绍了摆动机构的设计和应用，此机构摆动精确、平稳，笔者已将此机构成功应用到DXQ-601多线切割机中，实验结果表明此机构能够使原切割机切割硬脆材料，而且能够大大的提高切割效率。今后还将不断地通过研究和实验完善各种材料的切割工艺。此外，此套机构除了用于多线切割机外还可用于其它需求精确小角度摆动的设备中，具有一定的参考价值。

参考文献

[1]彭思奇，戴瑜兴，蒋近.LED多线切割机同步控制系统研制[J].中国机械工程，2012.

[2]张宝玉.浅谈摆动式多线切割机原理及应用[J].电子元器件资讯，2010.

作者简介：吴学宾（1985-），男，助理工程师，毕业于天津大学，现从事多线切割机相关设备的研发和设计工作。