多线切割机主系统性能分析与研究

摘要

随着光伏技术的飞速发展，单晶硅等半导体材料的应用越来越广泛,单晶硅的广泛应用促进了单晶硅片的切片技术向高效率、高表面质量、低成本、环境污染小等趋势发展，进而对切片加工设备的性能要求越来越高。本文针对现有金刚石线切割机在切割过程中因主系统振动引起的断线和硅片表面翘曲度、划痕等问题，进行了金刚石线切割机主系统结构参数优化，并且对金刚石线切割机加工过程中整体结构性能的稳定性进行了较为深入的研究。其主要研究内容如下： 首先，根据光伏硅片的加工要求，分析了金刚石多线切割机的加工工艺和设计参数的设定，确定金刚石多线切割机的组成和布局；并对多线切割机的进给系统、绕线系统、切割系统、电气系统以及冷却循环装置以及相关部附件进行详细的设计研究；通过对各子系统的设计研究，找出影响系统稳定性的主要因素，对装配精度进行详细分析，得出主系统装配尺寸误差的结构组成。 其次，为了减小装配精度带来的误差影响，保证硅片的切割质量，减小整体结构振动，需要分析金刚石线切割机的整体结构设计合理性，通过分析装配尺寸链计算方法，对进给系统与切割系统的垂直度误差进行计算分析。建立尺寸链图，列出计算公式，得出计算结果，通过对计算结果的分析，得到影响各部附件装配的尺寸误差。并与设计要求尺寸进行比较，优化设计尺寸。 再次，分析了金刚石线切割机进给系统的静力学特性对设备加工精度的影响，确定了金刚石线切割机进给系统的静力学性能分析在金刚石线切割机设计中占据重要地位。并借助有限元分析软件ANSYS仿真软件建立进给系统的有限元模型与静力学分析模型，对其进行静力学分析和模态分析，验证进给系统设计的合理性，从结构设计入手，对进给系统的整体结构进行优化，得出最优设计方案，并对数据进行分析验证，验证优化的合理性。 最后，对整个主系统进行模态分析和动力学分析，通过分析自身模态，得出固有频率各阶数值；利用ADAMS动力学分析软件，得出整个系统在运行过程中关键参数的频响曲线，并与模态数值相互对比，对设计优化提供数据支持。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究的目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 金刚石线切割机发展现状

1.2.2 金刚石线切割技术研究现状

1.2.3 结构设计及性能优化研究现状

1.3 金刚石线切割机国内外研究存在问题

1.4 本课题的研究内容

1.5 本章小结

第2章 金刚石多线切割机总体结构设计

2.1 多线切割机方案设计

2.1.1 加工需求

2.1.2 设备技术要求与参数

2.1.3 工作原理

2.1.4 总体布局

2.2 多线切割机结构设计

2.2.1 绕线室

2.2.2 切割室

2.2.3 进给系统

2.2.4 多线切割机主体结构

2.2.5 冷却系统

2.2.6电气控制系统

2.3 多线切割机切割性能关键影响因素研究

2.3.1 绕线室

2.3.2 进给系统

2.3.3 切割系统

2.3.4 多线切割机主体机构装配精度的影响因素研究

2.4 本章小结

第3章 多线切割机主系统尺寸精度研究

3.1 尺寸链及其分析方法

3.1.1 尺寸链及其类型

3.1.2 尺寸链计算方法

3.2 进给系统中心轴线与线网平面的垂直度误差分析

3.2.1 进给系统装配尺寸链模型及其分析

3.2.2 加工辊系统装配尺寸链分析

3.2.3 进给系统中心轴线与线网平面的垂直度误差分析

3.3 精度设计改进

3.3.1 调整后各尺寸链封闭环公差

3.3.2 计算最大偏移量以及偏转角

3.4 本章小结

第4章 金刚石线切割机进给机构仿真优化

4.1 线性静力分析理论

4.2 进给机构静力学分析

4.2.1 建立模型

4.2.2 施加载荷计算

4.3 进给机构的有限元模态分析

4.4 进给机构的结构优化设计

4.4.1 夹具支架优化

4.4.2 燕尾槽板优化

4.4.3 晶托优化

4.5 进给机构优化结果分析

4.6 优化后进给机构的仿真实验验证研究

4.7 本章小结

第5章 金刚石线切割机主系统振动研究

5.1 多线切割机主系统整体模态分析

5.1.1 建立主系统有限元模型

5.1.2 模态分析求解

5.2 多线切割机主系统振动分析

5.2.1 定义刚体与创建约束副

5.2.2 添加驱动和载荷

5.2.3 建立振动输入输出通道与求解

5.2.4 主系统动态分析

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位论文期间发表的学术论文