《开方机原理及保养知识》课件

1、2020/6/29,1,开方机原理及保养知识,讲师：宋荣辉,2,1.机器的用途,本机器是借助连续快速移动的钢丝线，在上面大量喷洒配制好的砂浆，对工件进行高效的多线切割加工。加工对象为硬的、脆性的材料，如硅晶体、石英、玻璃、水晶、兰宝石等等特硬脆材料。,3,加工示意图,单晶硅,钢线,钢线,多晶硅,4,机床外观,控制面板,切割区,单晶棒,紧急停止按钮,收/放线室,磁台工作车,电器柜,5,2.机器主要功能部件简述,机器的主要功能部件包括线切割系统、线管理系统、供浆系统、冷却水系统、气路系统、送料系统和电气系统。,6,垂直进给滑台,底座,切割导轮,十字滑台,磁盘,工件,立柱,气密封分配器,线网,切割头

2、,切割系统由垂直进给滑台、切割头、立柱、底座、十字滑台、线网、砂浆喷头、气密封系统、切割轮组及驱动装置、钢线导向轮、跳槽及断线报警装置构成。,2.1切割系统,7,2.1.1十字滑台,X轴方向,Y轴方向,皮带,有以下功能： 使被加工件与磁盘准确定位，并与切割头的线网准确对应。 当切割头上导线轮的沟槽磨损后，要更换新槽位时，它会自动做出X、Y坐标的自动补偿移位。,8,2.1.2立柱及垂直进给滑台,立柱上有垂直进给滑台，上下行程为650mm。在滑台上带有方形切割头。通过切割头上四组切割导轮构成线网，对工件进行自上而下的切割。 在立柱后面有一气缸式可调速度控制器，它对垂直进给滑台起到平衡安全保护作用。

3、,丝杆,切割头,切割头进给电机,气缸式可调速度控制器,9,2.1.2立柱及垂直进给滑台,切割头进给电机,丝杆,立柱,垂直进给滑台,滑轨,气缸式可调速度控制器,10,2.1.3切割头及钢丝网,在切割头框架的四边上都安装切割轮组。切割轮组每个切割轮上方装有相应的支架和导向轮。每个切割轮组由伺服电机驱动， 以10-15米/秒的线速度运行。 每个切割导轮表面涂有耐磨的聚氨酯，在聚氨酯涂层上开有十个沟槽，两个轮之间的开槽间距根据用户所要求的工件切割尺寸和所采用的工艺来决定。四个导轮组由四台伺服电机驱动，与整个线网运行速度保持同步。,11,导向轮,钢丝线网,拐角支架,切割头,切割导轮,2.1.3切割头及钢

4、丝网,砂浆喷嘴接头,盖板,12,切割导轮电机,轴承箱,气管,皮带,张力调节螺丝,气管接头,皮带轮,13,2.1.4砂浆喷头,中央喷头,喷浆管,在切割轮组内侧有四根喷浆管,对运行钢丝线进行喷浆，中央喷头41个喷点,切6”棒采用均匀分布的25个喷头, 切8” 采用均匀分布的16个喷头，对准硅棒进行喷浆。,钢线,14,2.1.5旋转轴件密封,为保护切割头上各主要旋转轴件，如导向滑轮、定支承、动支承及切割头上每个旋转点都要提供清洁的压缩空气，使砂浆和碎钢线等杂物不能进入，从而提高各旋转轴轴承的使用寿命。压缩空气的气压一般为1.5左右，可在1.4-1.8之间适当调节。,15,2.1.5旋转轴件密封,导向

5、滑轮,支架,支架档板,切割导轮,气密封分配器,气管,滑轮轴承,16,2.1.6接地与跳槽报警,在切割轮组上方设有接地与跳槽报警板。切割过程中，钢线在跳槽报警板上 3 毫米宽的窄槽中运行。一旦跳槽或断线，钢线接触到跳槽报警板或机体，机器就会发出报警，同时停止工作。,跳槽报警板,3毫米窄槽,切割导轮,17,2.1.7切割区防护,切割区的门上装有安全门锁，在机器运行前只有关好防护门，才能启动机器。,安全门锁,18,2.2线管理系统,线管理系统由收放线机构、排线机构、张力控制机构组成。 本机器采用TA100型放线辊，收线辊采用硬铝合金加工而成。收放线辊均采用锥面连接，采用碟形弹簧以一定力矩紧固。收放线

6、轴承座采用硬质合金精密加工，刚性强，精度高，振动小。 2.2.1收/放线的排线机构 排线机构由排线轮伺服电机驱动，在线运动过程当中，保证钢丝在收/放线轮上以一定的间距均匀而有序排列。,19,2.2线管理系统,定位销,张力臂,排/布线轮,收线轮,放线轮,张力轮,放线辊,20,2.2.1收/放线的排线机构,气缸,排线轮电机,收线轮电机,收线轮电机,排线轮电机,丝杆,排/布线装置,数字压力表,21,2.2.2张力控制机构,张力控制系统由张力臂、滑轮、气缸、角度传感器和气动比例调节阀组成，加在钢线上的张力是通过气动比例调节阀按设定的气缸压力实现的，在钢线切割过程中，张力臂要一直控制在垂直位置，以保证线

7、网张力恒定，由于负载变化和正反向切割，线网张力会发生变化，张力臂的气缸会被压缩或拉伸，这时气缸内压力会发生变化，当气缸被压缩压力增大时，气动比例调节阀会放出压缩空气，当气缸被拉伸压力减小，气动比例调节阀会增加压缩空气，这样比例阀通过闭环控制保证气缸内压力恒定，同时与张力臂同轴连接的角度传感器检测张力臂摆动的角度，将角度信号传送到伺服控制器内，伺服控制器通过调整线辊转速，使张力臂回到垂直位置。,22,2.2.2张力控制机构,张力臂滑轮,气缸,角度传感器,活塞,摆动杆,连接轴,张力臂,张力臂,23,2.3供浆系统,供浆系统由砂浆缸、热交换器、质量流量计、砂浆分配器、砂浆喷管及喷头、回浆过滤网组成。

8、 本机器在切割过程中可对砂浆温度和流量进行精确的自动控制，温度控制精度可达0.5，流量控制精度可达0.5%。,24,2.3供浆系统,热交换器,液位计,液位计,砂浆缸,回流缸,流量计,砂浆循环泵,切割室,阀门,25,2.3.2砂浆缸,砂浆循环泵,砂浆出口,过滤网,搅拌电机,齿轮箱,砂浆缸容量300升，砂浆泵电机7.5Kw由变频器控制供浆量，流量范围160-220 kg/min，砂浆箱内安装有搅拌器和电子液位计。,26,2.3.2热交换器 切割过程时砂浆温度需要控制在25左右，在切割过程中升温的砂浆需通过高效的热交换器换热,以保持切割工艺的稳定性。 2.3.3质量流量计 本机器采用进口质量流量计，

9、用于在切割过程中监控砂浆的流量、密度和温度。,27,本机器装有可控流量的冷却水系统，通入热交换器和切割头内的伺服电机，对砂浆和伺服电机进行冷却。 水系统由进水温度传感器、电磁阀、压力表、减压阀、电磁流量计、流量调节阀及管路构成。,2.4供水系统,28,冷却水分配装置,进水,出水,29,2.5气路系统,本机器供气系统用于下述三个方面： 对切割区域和线管理区域旋转部件进行气密封保护，以防止浆液等污物的入侵造成机械零部件的损害。 用于张力臂的气动控制。 用于送料机构中电磁吸盘及工件的升起与降落。 本机器采用日本SMC气动元件和管路，特别设置增压与储能装置，保证气路系统的稳定与可靠。,30,2.6电气

10、系统,本机器控制系统采用西门子工控机和基于PC的控制器，通过开放式的Profibus（现场总线 ）总线通讯控制西门子的伺服运动控制系统，对线网的运动和张力进行控制，对砂浆的流量、温度进行控制，对砂浆的密度的监测，同时根据砂浆的温度，对冷却水的流量进行控制，及对送料系统的气源压力进行控制。 采用友好的人机界面，对机器的启动实现简易操作，对机器的各种运行数据进行适时监控、记录和数据存储，对各种故障进行显示和记录。机器设有安全门锁装置和急停保护装置，保护操作者的人身安全和机器安全。全程实现自动化，人性化。 本机控制系统灵活，各项工艺参数可以由用户根据需要灵活设置及调整，方便用户调整工艺，以最佳效率和

11、成本进行生产。,31,2.6电气系统,PC,PLC,变频器,流量计,其它设备,传感器,限位开关,热电偶,电动机,其它仪表,Profibus,视频线,32,3.单晶棒的安装,在磁盘上吸附着25(或16)个圆座，单晶棒用热胶粘接在圆座上。而圆座通过定位铝板保持着与磁盘的定位关系。在定位铝板下面又加入若干小铁块，以增加铝板的定位吸附性。在单晶棒安装之前可在磁盘表面上盖上一层薄的塑料薄膜，以保护磁盘和工作台面的清洁。 单晶棒全部安装好后，即可把磁盘电线接头插上，启动按钮，接通磁盘电路，进行充磁。充好磁后，切断电源，磁盘保磁。待单晶棒加工完成之后，再充电退磁，卸下单晶棒。,33,3.单晶棒在磁盘上安装示

12、意图,定位铝板,磁盘,圆座,单晶棒,34,4.操作系统,返回上一级,返回主界面,白底黑字：可以修改的数值,灰底黑字：不能修改的数值,兰底黄字：显示实际值,灰底兰字：显示希望设定的值,35,在机器运行过程中，主画面可以监控机器运行的各项主要参数，包括：切削位置、进给位置、进给速度、钢线速度、砂浆流量、砂浆泵的转速；需要钢线和剩余钢线量；热机时间、进给剩余时间等。,4.1主画面,36,4.2切割条件画面,只有当操作者对所有条件进行一一确认后，才可以启动机器，能完全避免操作失误。 机器的启动条件包括：急停按钮处于复位状态、压缩空气压力满足密封压力达到设定值,张力臂压力达到设定值、安全开关处于复位状态

13、，防护门关闭、左右张力臂建立张力并且设定在大张力状态并达到设定值、放线辊储线量大于本次切割所需线量、没有接地和断线报警等等。,37,4.2切割条件画面,38,4.3冷却系统画面,冷却系统显示冷却水温度及电器柜温度。 按画面右侧的“冷却回路”按钮，画面切换到冷却回路画面；按画面右侧的“冷却参数”按钮，画面切换到冷却参数画面。,39,4.3.1冷却回路画面,此画面显示主电机和砂浆温度设定值、实际值和希望设定值；并且可以通过ON/OFF开关打开或关闭主电机冷却水。,40,此画面可以设定砂浆系统的冷却回路设定值。,4.3.2冷却参数画面,41,本画面显示供浆系统电机转速参数、砂浆缸液位、砂浆密度、砂浆

14、温度、砂浆流量设定值和实际值；同时可以开关砂浆泵和搅拌电机，并且可以切换砂浆系统工作方式：速度控制或流量控制；按画面右侧的“砂浆参数”按钮，画面切换到砂浆参数设定画面。,4.4砂浆系统画面,42,此画面可以设定流量低限、流量高限，热机时密度低限、密度高限，切割时密度低限、密度高限等，同时具有液位上/下限报警及超过设定值自动停机功能。,4.4.1砂浆参数设定画面,43,4.5 进给参数画面,进给系统参数画面显示进给高度、切削头实际位置（相对于极限开关），设定线弓恢复时间、切割完成后蜂鸣器报警次数；设定手动进给高/低速度、最大速度及切割结束位置。当断电后，重新上电时，需要点击“回参考点”按钮使切割

15、头返回参考点。,44,钢线参数画面设定钢线的大小张力，建网速度、建网扭矩，转移线长度、速度，四个切割轮直径，钢线上限、下限。点击“张力回路”按钮，切换到张力画面 ；点击“排线参数”按钮，切换到排线画面,4.6 钢线参数画面,45,此画面显示左/右张力臂角度传感器电压值，左右线轮自适应参数，设定左右张力臂摆动到左右极限位置时的电压值等。,4.6.1张力画面,46,此画面显示左/右排线轮实际位置，设定原位位置、前极限、后极限，设定钢线线径、排线步长等。,4.6.2排线画面,47,画面显示XY工作台切割位置、卸载位置，操作工作台托板上升、下降等。当机器断电重新上电后，工作台需要回参考点。 第一次工作前，还要用激光校准仪对工作台校准。,4.7 XY工作台参数画面,48,此画面设定主要工作参数，包括线速度、前进距离、后退