[發(fā)明專利]劃片機(jī)X軸用伺服系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310624878.8
• 申請日: 2013-11-26
• 公開（公告）號: CN103586760A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孟博
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B24B27/06
• 分類號: B24B27/06;B24B47/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種劃片機(jī)X軸用伺服系統(tǒng)的選用方法，劃片機(jī)在試運行和正常使用過程中，采用伺服系統(tǒng)驅(qū)動的X軸運行情況良好，工作臺定位精確，啟停平穩(wěn)，無振蕩且噪聲很小。高速、低速頻繁切換運行時無異常現(xiàn)象。性能與以往步進(jìn)電機(jī)相比有較大提升，大大提高了劃片機(jī)的切割精度和工作效率。本發(fā)明設(shè)計的X軸伺服電機(jī)選型和系統(tǒng)調(diào)試方法同樣適用于劃片機(jī)轉(zhuǎn)角伺服系統(tǒng)的選型和調(diào)試。

背景技術(shù)

精密劃片機(jī)是一種以極薄的金剛石砂輪刀片，通過主軸高速旋轉(zhuǎn)提供的切割線速度，將規(guī)定尺寸的芯片從整個工件上切分下來的精密設(shè)備。是半導(dǎo)體生產(chǎn)后道工序的專用設(shè)備之一。可以切割硅片、砷化鎵、鈮酸鋰、氧化鋁、陶瓷、玻璃、石英、藍(lán)寶石、磁鋼等硬脆材料。也可用于精密開槽。在半導(dǎo)體、醫(yī)療器械、太陽能電池、NTC，半導(dǎo)體制冷行業(yè)應(yīng)用廣泛。

劃片機(jī)采用工業(yè)控制計算機(jī)+運動控制器的電氣控制方式，滾珠絲杠+直線導(dǎo)軌的機(jī)械傳動方式。在伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動下，進(jìn)行X、Y、Z及θ方向的四軸精密運動。劃片機(jī)工作時，X向的傳動動精確，是一個很重要的定位指標(biāo)。如果這個指標(biāo)的誤差過大，就會影響切割的加工精度、加工質(zhì)量，還會增加制造成本和操作人員的勞動強度。為滿足高效切割的要求，劃片機(jī)X軸方向運動采用伺服系統(tǒng)驅(qū)動，達(dá)到調(diào)速范圍寬，運行平穩(wěn)的目的。

目前劃片機(jī)上采用步進(jìn)電機(jī)加同步帶的傳動裝置，通常是小步進(jìn)電機(jī)連接同步帶輪，使用同步帶連接另一端的帶輪，把工作臺連接同步帶來運行，這樣在運動過程中很容易造成工作臺的抖動，尤其是在低速運行過程中，由于步進(jìn)電機(jī)的固有頻率的影響，在切割過程中工作臺的抖動會使切割物的切口邊緣質(zhì)量下降，刀口變寬，使加工精度降低，加工質(zhì)量下降，結(jié)果是產(chǎn)品合格率下降，生產(chǎn)成本增加。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了提供一種運行平穩(wěn)、震動小、工作性能可靠的劃片機(jī)X軸用伺服系統(tǒng)，在切割過程中，由于所切割的工件材質(zhì)各異，切割速度也各不相同。伺服電機(jī)能夠根據(jù)負(fù)載的變化調(diào)整轉(zhuǎn)矩，在高速與低速之間頻繁切換，并且能夠保證各種速度情況下都能非常平穩(wěn)的運行。從根本上解決現(xiàn)有切割機(jī)上使用步進(jìn)電機(jī)加同步帶傳動機(jī)構(gòu)存在的易磨損、震動大、致使切割機(jī)傳動精度及加工精度低等問題，使切割機(jī)的傳動運行長期保持高精度，提高機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而提高了產(chǎn)品的合格率，降低了生產(chǎn)成本。

本發(fā)明的技術(shù)方案是劃片機(jī)在X軸方向上采用伺服系統(tǒng)控制，電機(jī)軸芯與滾珠絲杠直連，直接驅(qū)動承載芯片的工作臺。然后做容量選擇計算，是由機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成計算出必要的伺服電機(jī)容量。一般來說是不能直接測定系統(tǒng)慣性矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的，因此，計算過程得到的是系統(tǒng)慣性和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的近似值。伺服系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置與調(diào)試，切割機(jī)在X軸伺服系統(tǒng)采用的是位置控制模式。伺服放大器的參數(shù)設(shè)置主要依賴于X軸方向所帶的負(fù)載和運行要求。

本發(fā)明的優(yōu)點和所產(chǎn)生的積極的技術(shù)效果是：本發(fā)明專利是在劃片機(jī)過程中，由于所切割的工件材質(zhì)各異，切割速度也各不相同。有時甚至需要以0.1mm/s的超慢速切割，又要以400mm/s的高速返回。伺服電機(jī)能夠根據(jù)負(fù)載的變化調(diào)整轉(zhuǎn)矩，在高速與低速之間頻繁切換，并且能夠保證各種速度情況下都能非常平穩(wěn)的運行。切割機(jī)在X軸方向上采用了伺服系統(tǒng)控制，電機(jī)軸芯與滾珠絲杠直連，直接驅(qū)動承載芯片的工作臺。

附圖說明

附圖是：容量計算包括的項目有負(fù)載慣性矩(機(jī)械系統(tǒng)的慣性矩)、負(fù)載轉(zhuǎn)矩(驅(qū)動機(jī)械所需的轉(zhuǎn)矩)、極限加速/減速的時間和轉(zhuǎn)矩等。如果計算所得實際轉(zhuǎn)矩比所選電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩小，則可以在指定的運行模式和工況下運轉(zhuǎn)，容量選擇結(jié)束。

具體實施方式

伺服系統(tǒng)在劃片機(jī)X軸方向上是一種可變速電機(jī)直接驅(qū)動滾珠絲杠的應(yīng)用類型，需要距離較短的高精度定位。電機(jī)和滾珠絲杠只用連軸節(jié)連接，減速比為1/1。

容量計算包括的項目有：負(fù)載慣性矩(機(jī)械系統(tǒng)的慣性矩)、負(fù)載轉(zhuǎn)矩(驅(qū)動機(jī)械所需的轉(zhuǎn)矩)、極限加速/減速的時間和轉(zhuǎn)矩等。如果計算所得實際轉(zhuǎn)矩比所選電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩小，則可以在指定的運行模式和工況下運轉(zhuǎn)，容量選擇結(jié)束。