多線切割機擺動方式研究

周慶亞，付純鶴，陳學森，謝耿勛

（中國電子科技集團公司第四十五研究所，北京100176）

?

多線切割機擺動方式研究

周慶亞，付純鶴，陳學森，謝耿勛

（中國電子科技集團公司第四十五研究所，北京100176）

闡述了在多線切割機中較為常用的擺動切割的幾種方式，通過對幾種擺動切割方式線網切割軌跡的理論分析，對比了幾種切割方式的優缺點，最終并確定了在實際使用中最佳的切割方式。

多線切割機；擺動；切割；

傳統切割方式是用鋼線帶動砂漿對材料切割，此種方式存在切割效率低、環境污染大、硬脆材料切割難度大等缺點，為了改變這種現狀，提高碳化硅、藍寶石等硬脆材料的切割效率和減少環境污染，金剛線切割技術應運而生，其切割效率是傳統方式的數倍。為了達到最佳的切割效率，一般多線切割機都會在切割過程中采用擺動切割的方式進行切割。擺動方式一方面提高了切割效率，另一方面也提高了切割面的質量。

目前擺動方法上，市場上存在兩種方法，一是金剛線擺動切割方式，一種是被切割材料擺動的切割方式。線擺切割的設備廠商有日本的高鳥，其經典機型為MWS-612DD，料擺動切割的設備廠商有NTC SPI3000。本文就線網擺動和料擺動時，線網的切割軌跡加以研究分析，找出更加合適的切割方式。為了便于說明，本文中均默認被切割材料位于線的上方，且被切割材料不斷向下進給。

1　線網擺動切割方式

線擺切割按照擺動中心的不同分為兩種，一種是線擺動中心位于切割面的上方，一種為線擺中心位于切割面的下方。兩種擺動切割的切割示意圖如圖1所示。其中小圓代表擺動中心，大圓代表被切割材料，最下方直線代表線網。

圖1　線網擺動

上述兩種擺動方式在切割過程中的線運行軌跡不同，擺動中心位于切割面上方時，由于是線網擺動，通過放大，我們可以看出，由于其擺動中心處于切割面上方，其線網在擺動過程中形成的連續軌跡為一圓弧形，也就是線網對材料的接觸是平滑的。而當擺動中心位于切割面下方時，其形成的切割軌跡則為一折線。見圖2所示。

2　料擺動切割

采用料擺動切割時，從相對運動方面來講，料擺相當于線擺，但是，由于擺動機構和被切割料的進給是同步的，所以，當料擺動切割及進給時，擺動中心相對于線網的位置是不斷變化的，即不斷接近線網甚至穿越線網。從相對意義上來說，料擺動切割是一種擺動中心不斷變化的線擺動切割方式。料擺動切割按照擺動中心的位置來分也存在多種方式，即擺動中心位于材料上方、擺動中心位于材料內部、擺動中心位于材料下方，由于其在切割軌跡變化方面是相似的，本文僅拿擺動中心位于材料內部的方式詳細說明。

圖2　線網擺動軌跡

3　擺動中心位于材料內部

開始切割時，由于擺動中心距離線網有一定距離，其線形成切割軌跡的圓弧半徑較大，隨著材料的進給，擺動中心距離線網越來越近，線網的軌跡圓弧半徑則不斷減少，當擺動中心穿越線網后，線網的軌跡則變成折線型。

當擺動中心位于材料上方時，由于擺動中心不會穿越線網，因此只會出現圖3中（a）和（b）兩種情況。當擺動中心位于材料下方時，擺動中心同樣切割時也不會穿越線網，只會出現圖3中（c）所示的情況。

圖3　料擺動切割軌跡

4　各種切割方式分析

從對材料的切割來講，為了達到較好的切割質量，我們希望在整個切割過程中，線網和材料的接觸長度、線網和材料的包角、接觸壓力及二者的相對速度最好是保持不變，這樣才能產生一致的切割效果。

從上面的介紹中，我們可以看出，選擇料擺動切割方式并且當擺動中心位于材料內部或者材料上部時，由于擺動中心和線網的距離不斷變化，造成了線網軌跡圓弧的半徑不斷變化，從而使切割過程中線網與材料的包角發生變化，并引起接觸長度和接觸壓力等因素發生變化，因此，如果參數設置不當，容易產生切割不均的問題。

當擺動中心位于材料下方時，由于線網的切割軌跡為一折線，因此在切割過程中，當線網位于兩側極限時，線網與材料的接觸范圍很長，當位于其他位置時，其理論上只和材料中心處有接觸，因此線網與材料的接觸長度和接觸壓力不斷變化。在某些情況下，有可能會出現在擺動的某個范圍內線網和材料的接觸不是很充分，甚至二者沒有接觸上的現象，造成了線網與材料的接觸壓力發生變化，因此，此種方式也容易產生切割不均的問題。

而選擇線網擺動方式中，當擺動中心位于線網下方時，其線網切割軌跡和料擺動切割并且擺動中心位于材料下方的線網軌跡相同，基于同樣的原因，此種切割方式同樣存在切割不平滑點，也容易產生不均。

當線網擺動且擺動中心位于線網上方時，線網的切割軌跡為圓弧形，線網與被切割材料能夠實現平滑接觸，因此切割過程中的接觸長度和接觸壓力等較為均等，再配合上合理的參數，容易實現較高質量的切割方式。

5　結束語

從上面的對比分析中，我們可以看出，采用擺動中心位于線網上方的線網擺動切割方式是最佳的切割方式。雖然在實際切割過程中，由于存在線弓、線網和材料的接觸多少會有一定的長度，不會出現絕對的點接觸，但是，采用中心位于上方的線網擺動切割方式能夠最大限度的讓線弓的變化保持平滑、穩定，因此其切割方式也是最佳的。

Research on Swing Cut by Mult-Wire-Saw

ZHOU Qingya，Fu Chunhe，CHEN Xuesen，XIE Gengxun
（The 45thResearch Institute of CETC，Beijing 100176，China）

This document introduces some methods on MWS swing cut.by theoretically analysis，we can get the cutting trochoidfrom all methods.and compare their strongpoints and disadvantages. Finally，it makes sure the best cut method which can be used.

Multi-wire-saw；Swing；Cut；

TN305

B

1004-4507（2016）09-0022-03

周慶亞（1978-），男，高級工程師，學士學位，現從事人工晶體材料加工設備研究及設備運動控制研究。

2016-06-29