數(shù)控多線研磨切片系統(tǒng)控制機(jī)理研究及應(yīng)用.pdf

1、多線切割技術(shù)是太陽能光伏發(fā)電、大規(guī)模集成電路等電子產(chǎn)業(yè)中基片加工的創(chuàng)新性的核心工藝和主流技術(shù)，可大幅提高出片率、切片質(zhì)量和生產(chǎn)效率。多線切割機(jī)是電子器件制造產(chǎn)業(yè)鏈中的關(guān)鍵裝備，廣泛應(yīng)用于單晶硅、多晶硅、人造藍(lán)寶石、人造水晶、光學(xué)玻璃、磁性材料、壓電陶瓷等貴重硬脆材料的切片加工領(lǐng)域。多線切割機(jī)床控制系統(tǒng)復(fù)雜，制造技術(shù)難度大，其核心技術(shù)被瑞士、日本等國家的幾家公司壟斷，嚴(yán)重制約了我國電子產(chǎn)業(yè)鏈的形成和發(fā)展，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的多線切割技術(shù)

2、及系列多線切割機(jī)床，是突破國外技術(shù)壟斷和解決產(chǎn)業(yè)鏈瓶頸的迫切需求和關(guān)鍵舉措。本課題正是針對此問題，深入系統(tǒng)地研究磁性材料切片專用多線切割機(jī)系統(tǒng)控制機(jī)理和技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑。
　　 (1)論述了多線切割技術(shù)的課題研究背景及意義，總結(jié)了多線切割技術(shù)、多線切割機(jī)設(shè)備的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，研究了多線研磨切片系統(tǒng)控制的理論和技術(shù)基礎(chǔ)，闡述了課題研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)以及論文的主要研究內(nèi)容。
　　 (2)研究了多線切割機(jī)切片系統(tǒng)的張力控制

3、、多電機(jī)同步、工作臺結(jié)構(gòu)并進(jìn)行了仿真，對多線切割機(jī)切片系統(tǒng)在走線過程中出現(xiàn)的時變情況及由此出現(xiàn)的張力波動、同步誤差進(jìn)行了量化分析。通過仿真和分析指出：切割線張力控制精度和多電機(jī)系統(tǒng)的同步控制精度直接決定著多線切割機(jī)的切片加工精度和質(zhì)量。
　　 (3)闡述了多線切割機(jī)切片系統(tǒng)的張力控制機(jī)理。建立了以交流伺服為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的張力控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，提出了PID、單純形尋優(yōu)和模糊控制的張力控制系統(tǒng)方案，通過仿真對三種張力控制方法的可行性和控

4、制效果進(jìn)行了對比分析。重點(diǎn)研究了基于模糊控制的張力控制方案設(shè)計及實(shí)現(xiàn)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：基于模糊控制的多線切割機(jī)張力控制系統(tǒng)，具有良好的控制精度和魯棒性，其張力控制精度可達(dá)±1N。
　　 (4)針對多線切割機(jī)切片系統(tǒng)的速度同步控制問題，創(chuàng)建了一種以伺服電機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的無軸傳動速度同步系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。提出了三種走線系統(tǒng)速度同步控制方法，通過仿真對比，驗(yàn)證了基于最近鄰聚類在線辨識的單神經(jīng)元PID模型參考自適應(yīng)控制方法具有良好的動、靜

5、態(tài)特性和抗干擾能力。將控制方法成功應(yīng)用于XQ300B磁性材料數(shù)控多線切割機(jī)的速度同步控制系統(tǒng)，確保了高速走線系統(tǒng)的同步速度達(dá)到600m/min。
　　 (5)針對多線切割機(jī)切片系統(tǒng)的切片工藝過程問題，對切割線和被切割材料進(jìn)行了受力分析與研究，根據(jù)切割線的彎曲受力和切割材料去除率的數(shù)學(xué)關(guān)系，提出了一種多線切割機(jī)切片過程中切割面形變的仿真分析方法。通過調(diào)整切割線張力和切割線運(yùn)行速度參數(shù)仿真對比分析發(fā)現(xiàn)，提高切割線張力將減小切割線的受

6、力彎曲程度，從而獲得更佳平坦的切割率；提高切割線的走線速度，將提高多線切割的切割效率，切割時間的縮短與切割線走線速度的提高成正比。
　　 (6)設(shè)計開發(fā)了一款磁性材料切片專用數(shù)控多線切割機(jī)新產(chǎn)品--XQ300B型多線切割機(jī)，并以該樣機(jī)為實(shí)驗(yàn)測試平臺，進(jìn)行了切片運(yùn)行狀況和切片加工質(zhì)量的實(shí)測，測試結(jié)果表明：XQ300B多線切割機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，張力控制效果好，同步控制精度高，整機(jī)技術(shù)性能指標(biāo)和切片合格率達(dá)到預(yù)期設(shè)計要求。
　　 本