半导体材料电火花线切割新型弯丝检测方法研究

电火花线切割半导体材料时,由于材料体电阻较大且存在接触势垒,即使在与电极丝发生接触构成电路短路的情况下,也能继续加工。由于放电间隙狭窄及工作液干扰严重,难以安装常规的传感器进行弯丝检测,而目前常用的电流脉冲概率检测法与往复渐进运动控制法并不能判断电路是否短路,无法真正避免电极丝弯丝故障。为此,提出了一种新型弯丝检测方法,其原理是在电极丝后侧增加一根与其平行的金属丝构成弯丝检测电路,同时设计专用的双平面定位机构进行检测丝的装夹与定位。据此原理试制了弯丝检测原型装置并进行了硅锭切割实验,结果表明:该方法可快速、准确、可靠地判断弯丝状态,减小电极丝断丝概率,提高加工效率。     

微细电极丝的最优张力控制

针对微细电极丝强度低、易断丝的特点,研制了采用主从结构的微细电极丝最优张力控制系统.在线切割加工过程中,上位机根据监测到的放电能量实时对电极丝张力进行优化,下位机则以优化后的张力为目标值对微细电极丝的张力进行跟踪控制.应用该系统进行了实验加工,在确保不断丝的前提下实现了高精度加工.     

浮动式电极丝限位器

电极丝振动对加工精度的影响 ,已有较深入的研讨。这里主要分析电极丝位置变化对加工精度的影响。在切割加工中 ,电极丝受到放电力、冲液力、张力等若干力的作用 ,当这些力不能平衡时 ,电极丝在加工区的位置会发生变化 ,在工件上导致几何误差。例如 ,加工一个八边形 ,图 1表示电极丝在加工区的位置变化 ,图 1中的小圆圈表明丝的振动区域 ,可以看出 :第一 ,在切割中电极丝的位置并不是不变的 ,而是随时在变 ,丝的实际路径与理论切割路径是不同的 ;第二 ,电极丝位置的变化与加工轨迹有关 ;第三 ,电极丝位置的变化与导轮Ｖ型槽半敞开式定位有关 ,电极丝位置变化值在走Ｌ3 时最大 ,走Ｌ2 、Ｌ4 时次之 ,走Ｌ1时最小。图 2是加上电极丝限位器后电极丝在加工区的位置变化 ,可以看出 :第一 ,图 2中的小圆圈即丝的振动区域明显减小 ;第二 ,由于有了限位器定位 ,电极丝位置变化与导轮Ｖ型槽无关 ,在Ｌ1、Ｌ2 、Ｌ3 、Ｌ4 各个方向上电极丝位置变化基本相同。很明显 ,电极丝限位器减小了电极丝的振动 ,减小了电极丝位置的变化 ,对提高加工精度、实现多次切割是很有必要的。图 1　电极丝在加工区的位置变化图 2　加上电极丝...     

线切割机断丝停机保护及电极丝恒张力控制机构的设计

一台旧的线切割机已改用微机控制器，但没有断丝停机保护装置。在机床运行过程中发生断丝时，贮丝筒电机不停转，贮丝筒上的钢丝被绕得很乱，难以理顺；特别是当操作人员不在时出现断丝，极易损坏绕丝机构。该机床由于没有配备电极丝恒张力控制机构，因而在加工过程中电极丝由于热伸长和放电损耗，丝径变细，电极丝张力下降得不到及时的调整，松了的电极丝偏离理想的切割位置，使加工过程不稳定，加工速度明显下降，加工质量变坏；特别是加工锥度时，由于切割方向的变化，使丝忽松忽紧，严重影响切割锥度。由于以上原因，设计断丝停机保护装…     

一种高速走丝切割加工间隙状态的检测方法

加工间隙放电状态的检测是电火花加工控制系统的一个关键环节，本文针对高速走丝电火花线切割加工，对放电间隙电压量的变化特性进行了理论分析和试验研究，提出了一种“变阈值电压法”的检测方法，经试验证明该方法可较好地对高速走丝电火花切割加工中间隙状态进行检测。     

大厚度工件电火花线切割加工多次切割腰鼓度成因研究

为研究往复走丝电火花线切割加工在大厚度工件多次切割时形成腰鼓度的成因,对厚度为185 mm的工件进行了多次切割实验,通过改变工作液电导率、电极丝走丝速度、修刀补偿量和电极丝直径等条件,对加工形成的腰鼓度进行了测试及分析。结果表明:大厚度切割过程中,两极之间的脉冲放电爆炸力是产生腰鼓度的主要原因,通过增加电极丝直径以提高电极丝截面惯矩,可减小因放电爆炸力对电极丝形成的挠度,从而减小腰鼓度误差值。     

电火花线切割拐角加工精度的实时预测

提出了一种电火花线切割加工拐角加工精度的实时预测方法,并为此建立了实时预测系统.系统根据实时采集的放电能量等加工参数,通过电极丝振动解析及数控轨迹与电极丝位置关系的分析,可得出电极丝形变量与加工误差,从而可将拐角加工形状实时地再现于计算机上,实现了拐角加工精度的实时预测.     

往复走丝线切割加工电极丝振动的模糊控制研究

往复走丝线切割加工过程中电极丝的横向振动是影响加工质量的重要因素,制约了其进一步应用发展。基于此,对电极丝振动的产生原因和影响因素进行深入分析,设计了一种智能张力控制系统,通过检测间隙放电过程中的间隙电压和间隙电流,应用模糊算法识别采样周期内的间隙放电状态,然后对间隙放电状态中火花率的占比情况二次应用模糊算法得出紧丝机构所需要的进给量。经实验验证,这种方法可以通过张力控制来减少电极丝的振动,使工件的表面粗糙度和尺寸误差分别减低13.4%和9.5%,有效地提高了往复走丝线切割的加工质量。     

电极丝随动放电切槽技术试验研究

微细电火花线切割加工时电极丝存在难以避免的振动,且振动幅度随着切割工件厚度的增加而变大,这导致加工出现腰鼓形误差,工件加工效率与加工质量也受影响.针对电极丝的振动问题提出一种电极丝随动放电切槽技术,通过顶丝头的导丝孔和导丝槽抑制电极丝振动,利用电极丝放电蚀除工件完成了长度70 mm、直径0.1 mm的半圆截面长通道的加...     

往复走丝电火花线切割加工“单边松丝”成因研究

对往复走丝电火花线切割加工技术自发明以来就存在的”单边松丝”问题进行了分析研究,认为该问题是由于电极丝正反向走丝所带入的工作液量不同,使电极丝所受放电爆炸力不同,从而导致电极丝阻力不一致．形成电极丝正反向走丝时伸长量不一致。所引起的两个方向张力不一致而产生的。分析了与”单边松丝”相关的因素,并设计了一种新型往复异速走丝电火花线切割加工模式。实验证明,在相同切割条件下,相对于传统等速走丝模式,该新型模式下的加工精度、表面质量、切割速度都有显著提高,尤其电极丝寿命延长3倍以上。     

Thermo-mechanical analysis and optimal tension control of micro wire electrode

The tension control of the micro wire electrode is a key technology for the micro wire electro-discharge machining (WEDM). Based on the coupled thermo-mechanical analysis, both the three-dimensional temperature and the stress distribution in the micro wire are determined. As a result, the tension of the micro wire electrode during the WEDM process can be optimized in accordance with the discharge energy, which is sampled and fed back to the tension control system in real time. Then the development of an optimal tension control system characterized by the form of master–slaver structure makes it possible to keep the wire tension optimal in the process of WEDM. The results of the machining experiments show that the optimal wire tension control is effective on the improvement of the machining accuracy with the prevention of wire breakage for the micro WEDM.     

稳定电极丝空间形位的一种有效方法

高速走丝电火花线切割加工时电极丝的形位变化较大，严重影响线切割加工的稳定性和加工精度。如何稳定电极丝的空间形位，是高速走丝线切割加工亟待解决的课题。作者在大量试验研究的基础上，开发了一种高耐磨性的导向装置，能有效地稳定电极丝的空间形位，提高线切割加工稳定性和加工精度。     

线切割断丝保护方法研究与改进

针对高速走丝电火花线切割机床的断丝问题,在总结分析信号反馈式、机械触发式、电流通断式等断丝保护方法的工作原理与优缺点的基础上,提出了一种新颖的双导轮式断丝保护方法,设计了相应的断丝保护装置与控制电路,并采用ANSYS对悬臂梁上的电极丝进行振动仿真分析,确定断丝保护装置的最优安装位置。仿真与实验证明:设计的断丝保护装置能有效降低电极丝的磨损,使其受力均衡,振动减弱,运动更加平稳;设计的控制电路具有断丝误判率低、可靠性高的优点。     

Monitoring and self-learning fuzzy control for wire rupture prevention in wire electrical discharge machining

Wire breaking is a serious problem in the application of wire electrical discharge machining (WEDM). A WEDM sparking frequency monitoring and control system based on the characteristics of the voltage waveform of WEDM is developed. A new self-learning fuzzy controller is proposed to control the sparking frequency at a safe level by regulating the pulse off-time in real time for avoiding wire rupture and maintaining a state of high metal removal rate. The developed control strategy is tested under the conditions of cutting a workpiece with continuous sharp angles, a change in workpiece height during machining process, and machining with a high feed-rate. Experimental results show that this monitoring and control system can control the sparking frequency at a predetermined level without the risk of wire rupture.     

单向走丝电火花线切割电极丝的分类及发展

正确选用单向走丝电火花线切割的电极丝,对高速切割和高精度加工起着至关重要的作用,对提高工艺稳定性和降低加工成本也有重要的影响。通过叙述单向走丝电火花线切割电极丝从紫铜丝到镀锌丝的发展过程,以及电极丝的性能、种类及优缺点等,进一步分析了电极丝的发展趋势,有助于加工时对各类电极丝的正确选用。     

掺钴镁新型线切割钼丝的制备

介绍了一种掺钴镁新型线切割钼丝的制备方法。在二氧化钼粉中加入钴、镁元素,经粉末冶金和机械加工制作出用于电火花线切割加工的钼合金电极丝。不仅改善了线切割用钼丝的高温性能、抗拉强度、放电效率和抗损性能,而且提高了其应用价值。     

电火花线切割伺服控制系统特性实验研究

为探究电火花线切割加工的伺服控制系统特性,在门槛电压阈值控制方法的基础上,基于中走丝线切割机床,搭建电火花线切割伺服控制系统平台。将放电时采集到的频率信号通过FPGA芯片进行分析处理,并根据处理后的信号进行伺服运动。探索了电火花线切割加工效率与伺服控制系统特性之间的关系,得出阈值和检测周期对加工效率的影响;通过验证实验以及分析放电状态占比,探索最优的阈值。结果表明:当检测周期为0.5 s时,加工效率较高;当加速区占15%、匀速区占62%时,加工效率较高。     

High efficiency slicing of low resistance silicon ingot by wire electrolytic-spark hybrid machining

As the semiconductor industry requires the cutting of silicon ingots into wafers, the slicing of large, ultra thin wafers is one of the main technologies to prevent wastage. Recently, apart from conventional inner diameter (ID) blade and multi-wire saw methods, wire electrical discharge machining (WEDM), which has no cutting force, has been introduced to this area and low resistance silicon may be sliced by WEDM. In this paper, a novel approach, based on wire electrolytic-spark slicing strategy using hybrid oil/aqueous electrolyte, combining electric discharge and anodic etching into a single process, is investigated experimentally. Some improvements, such as a new wire winding system, hybrid electrolyte and high efficiency pulse generator, have been adopted in a kind of high speed (HS)-WEDM machine. Experiments have been conducted to evaluate the machining rate, surface quality and wafer thickness of low resistance (0.5–3 Ω cm) mono-crystalline silicon. It has been demonstrated that with properly selected electrical parameters and electrolyte, a maximum machining rate of 600 mm²/min can be obtained and with a wafer thickness less than 120 μm. Furthermore, in comparison with WEDM, heat affected zone and harmful metal residues are considerably diminished, which provides significant theoretical and experimental support for future applications.     

中走丝线切割机床智能远程监控系统设计

中走丝线切割机床是一种精密的特种加工机床,加工精度高,能加工各种特殊硬质材料,但是比常规加工方式耗时,因而对其进行实时的状态监控就很有必要。针对现有国内主流的中走丝数控系统,提出2种集成监控方式,并结合嵌入式技术、人工智能、网络及移动终端编程和数据库技术研究了中走丝机床智能远程监控系统。首先,对智能远程监控系统的总体框架进行了阐述;其次,对智能远程监控系统的核心功能及其关键技术进行了详细的说明;最后,对中走丝的2种集成监控方式进行了重点说明,特别是基于人工智能技术的图像识别方法。所研究的中走丝线切割机床智能远程监控系统不仅能为机床加工人员提供方便,也能为机床维护人员解决机床故障提供支撑。     

微细丝数控电火花线切割加工机床的设计

以加工微小复杂零件为目标,对采用直径0.02 mm的微细电极丝进行数控电火花微精线切割加工技术及工艺研究,开发出了由微细丝走丝系统、细丝导向器和微精加工电源等构成的微细电火花线切割加工系统,研制了具有无电阻防电解电源、高效、高精度、高表面质量的微细丝数控单向走丝电火花线切割机床。