QP160内圆切片机系统设计和实现
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摘要
本文以京仪公司应客户预订开发的新产品为原形，介绍了QP160内圆切片机的工作原理、工艺要求以及相关数控系统的特点与关键技术。
通过对QP160内圆切片机系统被控对象及执行机构的研究与分析，并根据数控机床的相关知识和有关数据，建立了被控对象和执行机构的数学模型；并对该模型进行了动态、稳态分析。在此基础上率先在国内提出在内圆切片机上采用CNC单轴控制器来实现进料系统精密控制，并做出了由交流伺服电机及驱动器、高精度滚珠丝杠、精密齿轮系组成高精度传动系统的设计方案，在设计思路上体现了高精度、高速度、操作简单化、高可靠性等理念，针对设计方案作者详细的给出了设计计算过程及核定验算；
最后，文中介绍了样机制造后在企业内部进行的调试和切削运行实验，对在车间温度20℃—25℃的环境中切削的200片6寸硅单晶片进行了检测，实现了单片定位精度、晶片切削精度达到国际水平(单片TTV≤10μm，多片TTV≤15μm，弯曲度BOW≤15μm)。用户验收通过，表明作者设计开发的设备精度完全实现了原设计预想，达到了企业开发具有国际竞争力新产品的目的。
In this paper, we introduced the QP160 I.D. slicing machine, the working principle, the technical requirement, the specility of CNC and key skill.
Mathematic of the controlled target and the executing machine are derived, basing on mechanical and digital control principle. CNC uniaxial controller is introduced to the slicing machine to obtain precise orientation, which has never been used by others in china. The transmission system, including AC servo-motor, drivers, screw rod, and gear systems, is accurately designed. The design ideology is based on high precision, high velocity, easy manipulating, and lasting reliability.
In the end, The machine is actually built and used. Cutting 6' silicon in the temperature of 20～25 degree of the factory, through checking-up, The precision level approaches the best in the world. Which is TTV≤10μm for single chip, TTV≤15μm for mutable chips, and BOW≤10μm. The machine reached the expect and had the compete to the market of the world.
通过对QP160内圆切片机系统被控对象及执行机构的研究与分析，并根据数控机床的相关知识和有关数据，建立了被控对象和执行机构的数学模型；并对该模型进行了动态、稳态分析。在此基础上率先在国内提出在内圆切片机上采用CNC单轴控制器来实现进料系统精密控制，并做出了由交流伺服电机及驱动器、高精度滚珠丝杠、精密齿轮系组成高精度传动系统的设计方案，在设计思路上体现了高精度、高速度、操作简单化、高可靠性等理念，针对设计方案作者详细的给出了设计计算过程及核定验算；
最后，文中介绍了样机制造后在企业内部进行的调试和切削运行实验，对在车间温度20℃—25℃的环境中切削的200片6寸硅单晶片进行了检测，实现了单片定位精度、晶片切削精度达到国际水平(单片TTV≤10μm，多片TTV≤15μm，弯曲度BOW≤15μm)。用户验收通过，表明作者设计开发的设备精度完全实现了原设计预想，达到了企业开发具有国际竞争力新产品的目的。
In this paper, we introduced the QP160 I.D. slicing machine, the working principle, the technical requirement, the specility of CNC and key skill.
Mathematic of the controlled target and the executing machine are derived, basing on mechanical and digital control principle. CNC uniaxial controller is introduced to the slicing machine to obtain precise orientation, which has never been used by others in china. The transmission system, including AC servo-motor, drivers, screw rod, and gear systems, is accurately designed. The design ideology is based on high precision, high velocity, easy manipulating, and lasting reliability.
In the end, The machine is actually built and used. Cutting 6' silicon in the temperature of 20～25 degree of the factory, through checking-up, The precision level approaches the best in the world. Which is TTV≤10μm for single chip, TTV≤15μm for mutable chips, and BOW≤10μm. The machine reached the expect and had the compete to the market of the world.
引文
【1】王明权，郭强生，黄克飞．QP-509型自动内圆切片机．电子工业专用设备1994，23(3)：12-15
【2】陶利权．WQ-502A型自动外圆切割机．电子工业专用设备[J]．2001，30(2)：49～51，59
【3】郭辉，林本付．半导体晶体的定向切割．半导体情报[M]，1997(5)：13～15
【4】T. Iida, N. Machida, N. Takase. Development of crystal supporting system for diameter of 400mm silicon crystal growth[J]. Journal of Crystal Growth, 2001, 229: 31～34
【5】康善存．硬脆材料的精密切割与发展趋势．浙江大学．1997(5)：25～26
【6】Kao. V. Prasad, M. Bhagavat. Wafer slicing and wiresaw manufacturing technology
【7】Y. Shiraishi, K. Takano, J. Matsubara. Growth of silicon crystal with a diameter of 400mm and weight of 400 kg[J]. Journal of Crystal Growth. 2001, 229: 17～21
【8】Zhongwei Jianga, Shusuke Fujiwarab. Development of ID-blade slicer monitoring system for cutting 12-inch silicon ingot[J]. International Journal of Applied Electro magnetics and Mechanics, 2001/2002, 15: 67-72
【9】硅国际公司．《内圆切片机招投标技术规格偏离表》．2004
【10】]张柱银，等．数控原理与数控机床[M]．北京化学工业出版社，2003．
【11】王爱玲，等．现代数控原理及控制系统[M]．北京国防工业出版社，2001．
【12】尹彦平．V2—2000B数控机床改造．西北工业大学
【13】罗怀民．微型PLC在切片机中的应用．电子工业专用设备．2005(126)：61～63
【14】过庆明，常雪梅，林海．如何在数控机床进给系统中选择交流伺服电机．防爆电机．2004(02)：30～32
【15】王德斌．交流伺服进给系统及其数学模型的研究．机械制造与自动化2006：86～88
【16】胡秋．数控机床伺服进给系统的设计．机床与液压．2004(06)：202～3
【17】数控机床进给伺服系统特性影响加工精度的分析．兰州工业大学学报．2004年6月
【18】张荆桥．数控机床的数字化全闭环控制[J]．江西煤炭科技．2004(3)：36-38
【19】孙建仁．数控机床进给伺服系统特性对轮廓误差的影响．制造技术与机床．2004(10)
【20】舒志兵，刘峻泉，林锦国，赵英凯闭环伺服系统的数学模型研究．系统仿真学报．2002(12)：10～13
【21】舒志兵：蒲晨岚．闭环伺服系统的动态性能分析．工矿自动化．2003(6)：20～21
【22】杨波，谭春晖．数控机床全闭环振荡消除及提高位置精度方法的研究．制造技术与机床2003(2)：10～14
【23】任仲贵主编．现代制造工程[M]．上海：中国纺织大学出版社，19991
【24】舒志兵，李明．闭环伺服系统的稳态性能分析．南京工业大学学报．2002(7)：84～86
【25】R. E. Steere, Jr. Boonton. Blade. track control system[P]. United States Patent Patent No.5, 351，4444； 1992
【26】王义学，乐光学．数控机床进给伺服系统特性对加工精度影响的研究．株洲工业学报．2001(1)：49～50
【27】Kohei Toyama, Fukushima. Method of using an ID saw slicing machine for slicing a singlecrystal ingot and an apparatus for carrying out the method[P]. United States Patent, Patent No.5, 226, 403; 1991
【29】G. S. Kachajian, F. Lakes. Precision tensioning device for ID-saw blade[P]. United States Patent, Patent No.4, 498, 449; 1985
【30】张玮琪．切片机电气故障的检修与维护．电子工业专用设备．2004(8)：69～71
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