硅锭电火花线切割对称式张力控制研究

刘 鹏，罗福源，孙凌云

(南京航空航天大学机电学院，江苏 南京 210016)

0 引言

硅晶体材料的硬脆特性导致传统加工难以满足大尺寸、高精度、低损耗、绿色环保的切割要求[1-2]，而高速往复电火花线切割因其非接触加工方式正逐渐成为硅晶体的有效加工手段[3]。但是在切割加工过程中，电极丝由于受到诸多外界因素干扰，其张力值始终发生变化，这必然会影响电极丝形位的稳定性[4]，严重影响硅片表面的切割质量与加工的稳定性。因此对电极丝张力的控制已经成为半导体材料电火花加工中的一个关键问题。

为改善电极丝张力波动等问题，国内外学者进行了深入研究和探索。丁成才等[5]对不同电极丝恒张力控制装置进行了对比研究，发现弹簧式的张力恒定效果最明显，磁粉式对张力的恒定起效慢，但具有张力调节方便、快捷的优点；蒋近等[6]使用伺服电机代替重锤施加张力，通过伺服电机的编码器反馈实时位置，调整收放线电机速度，保证切割线张力稳定。张义兵等[7]使用转矩电动机来代替张力锤进行张力调节，运用自适应逆算法设计智能控制器来控制张力；Saha等[8]使用神经网络遗传算法研究电极丝恒张力的控制以及加工参数对TiC 加工时的影响；Yan 等[9]运用基于遗传算法的模糊逻辑控制器控制走丝系统，研究电极丝的恒张力控制。这些学者在控制方法上做出了较为深入的研究，但他们仅仅对一端电极丝张力进行控制，并没有分析走丝结构与控制方式对于加工区域电极丝张力的影响。……