CN101612716B - 晶硅方坯磨削加工专用磨床 - Google Patents
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Abstract
晶硅方坯磨削加工专用磨床，包括底座，底座上设有导轨、工作台，第一侧面磨削动力头和第二侧面磨削动力头，第一倒角机构和第二倒角机构，搬运机械手和翻转台。本发明具有无需多次装夹，生产效率高，加工精度高，次品率低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及对硅电子材料进行机械加工的设备，特别涉及一种对晶硅方坯进行四侧面和倒角磨削加工的专用磨床。
背景技术
光伏发电是利用半导体材料光生伏打效应原理直接将太阳辐射能转换为电能的技术，随着全球矿物资源的迅速消耗，人们环保意识的不断增强，充分利用太阳的绿色能源被高度重视。晶硅太阳能电池作为主要应用占据着太阳电池绝大部分的市场，硅片制备工艺与技术在高速发展，对采用的加工装备的要求日益提高，尤其是设备的生产效率及加工精度方面的要求更为突出。在太阳电池硅片的生产中，在对晶硅切片前需进行晶硅方坯的侧面和倒角磨削加工，以达到方坯修整成形，防止晶硅方坯边缘破裂及晶格缺陷产生，保证切片后硅片的质量的目的。目前，由于缺乏高效的专用加工设备，常用的方法是先采用普通平面磨床对晶硅方坯的四个侧面逐个表面进行单面磨削加工，再换一台倒角机床用倒角砂轮对方坯的四个棱边逐个进行倒角磨削来完成，这种加工方式增加了工序、人员和设备，同时，在加工中每磨削一个面就需要装夹一次，整个加工过程需要进行多次装夹才能完成，由于晶硅材料加工的特性，多次装夹加工将严重影响了生产效率和加工精度，使次品率上升。同时由于晶硅方坯的规格变化较大，方坯的截面尺寸常见的有125×125mm～215×215mm多个不等规格尺寸，方坯的长度变化范围也较大，尺寸在150～350mm内不等，方坯的规格变化带来了对机床的频繁调整问题。
发明内容
为克服现有的加工晶硅方坯时采用单面砂轮磨削、需要进行多次装夹，工艺复杂，生产效率低，加工精度差，次品率高的缺点，本发明提供了一种无需多次装夹，生产效率高，加工精度高，次品率低的晶硅方坯磨削加工专用磨床。
晶硅方坯磨削加工专用磨床，其特征在于：包括底座，所述的底座上设有：
导轨和安放晶硅方坯的工作台，所述的工作台可滑动地安装在所述的导轨上，所述的工作台与固定在底座上的工作电机连动；
对称地设置在导轨两侧、对晶硅方坯两侧面进行磨削的第一侧面磨削动力头和第二侧面磨削动力头；
对称地设置在导轨两侧、对晶硅方坯的四个棱角进行倒角的第一倒角机构和第二倒角机构，所述的倒角机构包括倒角支架，所述的倒角支架上下对称地装有对晶硅方坯倒角的上倒角磨削动力头和下倒角磨削动力头，所述的倒角磨削动力头的安装面与水平面成45°夹角；
所述的底座上设有将晶硅方坯从所述的工作台装卸的搬运机械手和位于导轨一侧、将卸下的晶硅方坯翻转90°的翻转台；所述的搬运机械手包括搬运支架，所述的搬运支架上设有搬运电机和与所述的电机连动的叉形搬运爪；所述的工作台上设有允许所述的搬运爪插入、以便装卸晶硅方坯的凹槽；
所述的翻转台包括前后对称、可滑动地设置于所述的搬运爪两侧的前翻转机构和后翻转机构；所述的翻转机构包括正对所述的晶硅方坯侧面的夹持爪，所述的夹持爪与一可90°回转的摆动气缸连动。
进一步，所述的导轨两侧对称地设有获取晶硅方坯的待加工的侧面和棱角的位置信息的第一对中机构和第二对中机构，所述的对中机构包括对中支架，所述的对中支架上设有对准晶硅方坯的定位档块。
进一步，所述的对中支架上设有滑轨，所述的滑轨上可滑动地安装有对中滑台，所述的定位档块通过一水平轴与所述的对中滑台连接，所述的对中滑台通过对中进给机构与带动所述的对中滑台移动的电机连动，所述的第一对中机构的第一定位档块与所述第一水平轴铰接。
进一步，所述的对中机构设置于所述的侧面磨削动力头和所述的倒角机构之间，所述的搬运机械手设置于所述的对中机构和所述的倒角机构之间。
进一步，所述的翻转机构还包括底座，所述的底座上设有滑动轨道和可前后滑动地安装在所述的滑动轨道上的滑台，所述的夹持爪可转动地设置在所述的滑台上，所述的摆动气缸固定在所述的滑台上；所述的底座上固定有与所述的滑台连接、推动滑台前后移动的气缸。
进一步，所述的夹持爪包括夹持架和与所述的夹持架连接的上夹持片和下夹持片；所述的上夹持片上固定有上螺母，所述的下夹持片上固定有下螺母，所述的上螺母和所述的下螺母的螺纹旋向相反；所述的夹持架上固定有与所述的上、下螺母配合的螺杆，所述的螺杆的与所述的上螺母配合的上半部的螺纹旋向与所述的上螺母的螺纹旋向相同，所述的下半部的螺纹旋向与所述的下螺母的螺纹旋向相同；
所述的夹持架上固定有滑动导杆，所述的夹持片可滑动地穿设于所述的滑动导杆上。
进一步，所述的底座上设有机械手支架，所述的搬运支架架设在所述的机械手支架的两侧的轨道上，所述的搬运支架通过丝杆机构与固定在所述的机械手支架上的电机连动；
所述的搬运机械手的传动机构为螺母螺杆机构，所述的搬运支架上设有搬运滑轨，所述的搬运滑轨上穿设有搬运滑台，所述的搬运爪固定在所述的搬运滑台上。
进一步，所述的底座上设有磨削滑轨，所述的侧面磨削动力头通过磨削滑台可移动地安装在所述的磨削滑轨上，所述的磨削滑台通过磨削进给机构与固定在底座上、带动磨削滑台移动的进给电机连动；
所述的倒角磨削动力头的安装面为滑轨滑台组合，所述的滑轨固定在所述的倒角支架上，所述的滑台与所述的倒角磨削动力头连接，所述的滑台通过倒角进给机构与倒角进给电机连动。
进一步，所述的工作台上设有夹紧所述的晶硅方坯的夹紧机构，所述的夹紧机构包括固定在所述的工作台上的装夹工作台，所述的装夹工作台上设有将晶硅方坯夹紧的压紧块，所述的压紧块与一夹紧气缸连动；所述的允许搬运爪插入的凹槽设于所述的装夹工作台上。
所述的磨削动力头包括提供动力的电机、磨削砂轮和将电机的动力传递给砂轮的传动机构。
本发明的技术构思是：1、先将晶硅方坯(以下简称方坯)放在工作台上，通过夹紧机构将方坯夹紧。2、将工作台进给至对中机构，夹紧机构松开方坯，对中机构的定位档块向晶硅方坯进给，直到两个定位档块都同时与方坯的两个侧面可靠接触，实现工件的对中定位，夹紧装置重新夹紧方坯。3、将工作台贯穿通过侧面磨削动力头，进行方坯两侧面的磨削加工，其中，侧面磨削动力头的定位位置控制依据对中机构所测的方坯对称面准确位置数据由磨削动力头的进给机构的伺服电机控制。4、将工作台移动至搬运机械手工位，夹紧装置松开对方坯的夹紧。5、搬运机械手的叉形搬运爪插入装夹工作台的上的凹槽，由底部托起方坯并从装夹工作台上运出，送到翻转台；气缸推动翻转机构向方坯方向移动，使夹持爪到达夹持位置；两个夹持爪将方坯夹持；电机驱动丝杆机构工作，使搬运支架向远离方坯的方向移动，使搬运机械手让开位置以便翻转机构动作；回转气缸动作使夹持爪翻转90°，以实现方坯的90°翻转；搬运机械手向方坯运动，重新从底部托起方坯；夹持爪向远离方坯的方向移动复位；搬运机械手将方坯送到装夹工作台的表面上，夹紧装置对方坯进行夹紧。6、工作台再一次进给至对中机构；夹紧装置松开对方坯的夹紧；对中机构再次对方坯进行对中定位；夹紧装置对方坯进行夹紧。7、工作台进给贯穿通过侧面磨削动力头，进行方坯两侧面的磨削加工。8、工作台返回并直接反方向纵向进给，贯穿通过倒角机构，一次性完成方坯四个棱角的贯穿倒角磨削加工。9、工作台返移动到搬运机械兽，卸下已完成加工的方坯；装入新的方坯进行下一次同样的循环的加工。
本发明具有的有益效果主要表现在：(1)机床采用贯穿式侧面磨及倒角磨的布局形式，可在一台机床上连续完成晶硅方坯四侧面和四个棱角的倒角磨削加工，生产效率高。(2)对方坯的对中定位原理简单、可靠，对中定位准确，保证了侧面和倒角的加工余量均匀，磨后表面质量好。(3)贯穿式磨削的磨头砂轮间相对位置的调整采用伺服电机位置控制方式实现，能达到较高的方坯尺寸加工精度。(4)对中定位接触力和机械夹持力采用伺服电机力矩控制方式实现，力的大小控制精确，防止对加工后方坯表面的损伤。(5)整台机床加工过程在控制系统的程序控制下自动连续完成工作循环，具有较高的自动化水平，改善了操作者的操作条件。(6)可对切方后截面尺寸在125×125mm～215×215mm范围内、长度尺寸在150～350mm范围内的多种规格晶硅方坯的侧面和倒角采用金刚石砂轮进行高速磨削，机床加工范围广，适应性强。
附图说明
图1为本发明的示意图
图2为图1的俯视图
图3为图1的左视图
图4为图1的右视图
图5为对中机构的示意图
图6为夹紧机构的示意图
图7为搬运机械手的示意图
图8为翻转台的示意图
图9为翻转机构的示意图
具体实施方式
实施例一
参照图1-9
晶硅方坯磨削加工专用磨床，包括底座1，所述的底座1上设有：
导轨2和安放晶硅方坯的工作台3，所述的工作台3可滑动地安装在所述的导轨2上，所述的工作台3与固定在底座1上的工作电机35连动；
对称地设置在导轨2两侧、对晶硅方坯两侧面进行磨削的第一侧面磨削动力头41和第二侧面磨削动力头42；
对称地设置在导轨2两侧、对晶硅方坯的四个棱角进行倒角的第一倒角机构51和第二倒角机构52，所述的倒角机构包括固定在所述的底座1上的倒角支架511，所述的倒角支架511上下对称地装有对晶硅方坯倒角的上倒角磨削动力头512和下倒角磨削动力头513，所述的倒角磨削动力头512、513的安装面与水平面成45°夹角；
所述的底座1上设有将晶硅方坯从所述的工作台3装卸的搬运机械手6和位于导轨2一侧、将卸下的晶硅方坯翻转90°的翻转台7；所述的搬运机械手6包括与机械手支架11连接的搬运支架61，所述的搬运支架61上设有搬运电机62和通过螺母螺杆传动机构与所述的搬运电机62连动的叉形搬运爪63；所述的工作台3上设有允许所述的搬运爪63插入、以便装卸晶硅方坯的凹槽31；
所述的翻转台7包括前后对称、可滑动地设置于所述的搬运爪63两侧的前翻转机构71和后翻转机构72；所述的翻转机构71、72包括正对所述的晶硅方坯侧面的夹持爪711，所述的夹持爪711与一可90°回转的摆动气缸712连动。
所述的导轨2两侧对称地设有获取晶硅方坯的待加工的侧面和棱角的位置信息的第一对中机构81和第二对中机构82，所述的对中机构81、82包括与所述的底座1连接的对中支架811，所述的对中支架811上设有对准晶硅方坯的定位档块812。
实施例二
参照图1-5
本实施例与实施例一的区别之处在于：所述的底座1上设有对中滑轨813，所述的对中滑轨813上可滑动地安装有对中滑台814，所述的定位档块812通过一水平轴815与所述的对中滑台814连接，所述的对中滑台814通过对中进给机构与带动所述的对中滑台814移动的电机816连动，所述的对中进给机构为一丝杆机构；所述的第一对中机构81的第一定位档块812与所述第一水平轴815铰接。
所述的对中机构81、82设置于所述的侧面磨削动力头41、42和所述的倒角机构51、52之间，所述的搬运机械手6设置于所述的对中机构81、82和所述的倒角机构51、52之间。其余相同。
实施例三
参照图8、9
本实施例与实施例二的区别之处在于：所述的翻转机构还包括固定在底座1上的滑动轨道713和可前后滑动地安装在所述的滑动轨道713上的滑台714，所述的夹持爪711可转动地设置在所述的滑台714上，所述的摆动气缸712固定在所述的滑台714上；所述的底座1上固定有与所述的滑台714连接、推动滑台714前后移动的气缸715。
所述的夹持爪711包括夹持架7111和与所述的夹持架7111连接的上夹持片7112和下夹持片7113；所述的上夹持片7112上固定有上螺母，所述的下夹持片7112上固定有下螺母7114，所述的上螺母和所述的下螺母7114的螺纹旋向相反；所述的夹持架7111上固定有与所述的上、下螺母配合的螺杆7115，所述的螺杆7115的与所述的上螺母配合的上半部的螺纹旋向与所述的上螺母的螺纹旋向相同，所述的下半部的螺纹旋向与所述的下螺母7114的螺纹旋向相同。
所述的夹持架7111上固定有滑动导杆7116，所述的夹持片7112、7113可滑动地穿设于所述的滑动导杆7116上。其余相同。
实施例四
参照图1、7
本实施例与实施例二的区别之处在于：所述的底座1上设有机械手支架11，所述的搬运支架61架设在所述的机械手支架11的两侧的轨道111上，所述的搬运支架61通过丝杆机构64与固定在所述的机械手支架11上的电机连动；
所述的搬运机械手6的传动机构为螺母螺杆机构，所述的搬运支架61上设有搬运滑轨611，所述的搬运滑轨611上穿设有搬运滑台612，所述的搬运爪63固定在所述的搬运滑台612上。其余相同。
实施例五
参照图1-6
所述的底座1上设有磨削滑轨411，所述的侧面磨削动力头通过磨削滑台412可移动地安装在所述的磨削滑轨411上，所述的磨削滑台412通过磨削进给机构与固定在底座1上、带动磨削滑台412移动的进给电机413连动，所述的磨削进给机构为一丝杆机构；
所述的倒角磨削动力头的安装面为滑轨滑台组合，所述的滑轨514固定在所述的倒角支架511上，所述的滑台515与所述的倒角磨削动力头连接，所述的滑台515通过倒角进给机构与一倒角进给电机516连动，所述的倒角进给机构为一丝杆机构。
所述的工作台3上设有夹紧所述的晶硅方坯的夹紧机构，所述的夹紧机构包括固定在所述的工作台3上的装夹工作台32，所述的装夹工作台32上将晶硅方坯夹紧的压紧块33，所述的压紧块33与一夹紧气缸34连动；所述的允许搬运爪插入的凹槽31设于所述的装夹工作台32上；所述的工作台3通过工作进给机构及减速器36与所述的工作电机35连动，所述的工作进给机构为一丝杆机构。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (8)
1.晶硅方坯磨削加工专用磨床，其特征在于：包括底座，所述的底座上设有：
导轨和安放晶硅方坯的工作台，所述的工作台可滑动地安装在所述的导轨上，所述的工作台与固定在底座上的工作电机连动；
对称地设置在导轨两侧、对晶硅方坯两侧面进行磨削的第一侧面磨削动力头和第二侧面磨削动力头；
对称地设置在导轨两侧、对晶硅方坯的四个棱角进行倒角的第一倒角机构和第二倒角机构，所述的倒角机构包括倒角支架，所述的倒角支架上下对称地装有对晶硅方坯倒角的上倒角磨削动力头和下倒角磨削动力头，所述的倒角磨削动力头的安装面与水平面成45°夹角；
所述的底座上设有将晶硅方坯从所述的工作台装卸的搬运机械手和位于导轨一侧、将卸下的晶硅方坯翻转90°的翻转台；所述的搬运机械手包括搬运支架，所述的搬运支架上设有搬运电机和与所述的搬运电机连动的叉形搬运爪；所述的工作台上设有允许所述的搬运爪插入、以便装卸晶硅方坯的凹槽；
所述的翻转台包括前后对称、可滑动地设置于所述的搬运爪两侧的前翻转机构和后翻转机构；所述的翻转机构包括正对所述的晶硅方坯侧面的夹持爪，所述的夹持爪与一可90°回转的摆动气缸连动；
所述的翻转机构还包括底座，所述的翻转机构的底座上设有滑动轨道和可前后滑动地安装在所述的滑动轨道上的翻转机构的滑台，所述的夹持爪可转动地设置在所述的翻转机构的滑台上，所述的摆动气缸固定在所述的翻转机构的滑台上；所述的翻转机构的底座上固定有与所述的翻转机构的滑台连接、推动翻转机构的滑台前后移动的气缸。
2.如权利要求1所述的晶硅方坯磨削加工专用磨床，其特征在于：所述的导轨两侧对称地设有获取晶硅方坯的待加工的侧面和棱角的位置信息的第一对中机构和第二对中机构，所述的对中机构包括对中支架，所述的对中支架上设有对准晶硅方坯的定位档块。
3.如权利要求2所述的晶硅方坯磨削加工专用磨床，其特征在于：所述的对中支架上设有滑轨，所述的滑轨上可滑动地安装有对中滑台，所述的定位档块通过一水平轴与所述的对中滑台连接，所述的对中滑台通过对中进给机构与带动所述的对中滑台移动的电机连动，所述的第一对中机构的第一定位档块与第一水平轴铰接。
4.如权利要求3所述的晶硅方坯磨削加工专用磨床，其特征在于：所述的对中机构设置于所述的侧面磨削动力头和所述的倒角机构之间，所述的搬运机械手设置于所述的对中机构和所述的倒角机构之间。
5.如权利要求1-4之一所述的晶硅方坯磨削加工专用磨床，其特征在于：所述的夹持爪包括夹持架和与所述的夹持架连接的上夹持片和下夹持片；所述的上夹持片上固定有上螺母，所述的下夹持片上固定有下螺母，所述的上螺母和所述的下螺母的螺纹旋向相反；所述的夹持架上固定有与所述的上、下螺母配合的螺杆，所述的螺杆的与所述的上螺母配合的上半部的螺纹旋向与所述的上螺母的螺纹旋向相同，所述的螺杆的下半部的螺纹旋向与所述的下螺母的螺纹旋向相同；
所述的夹持架上固定有滑动导杆，所述的夹持片可滑动地穿设于所述的滑动导杆上。
6.如权利要求5所述的晶硅方坯磨削加工专用磨床，其特征在于：所述的底座上设有机械手支架，所述的搬运支架架设在所述的机械手支架的两侧的轨道上，所述的搬运支架通过丝杆机构与固定在所述的机械手支架上的电机连动；
所述的搬运机械手的传动机构为螺母螺杆机构，所述的搬运支架上设有搬运滑轨，所述的搬运滑轨上穿设有搬运滑台，所述的搬运爪固定在所述的搬运滑台上。
7.如权利要求6所述的晶硅方坯磨削加工专用磨床，其特征在于：所述的底座上设有磨削滑轨，所述的侧面磨削动力头通过磨削滑台可移动地安装在所述的磨削滑轨上，所述的磨削滑台通过磨削进给机构与固定在底座上、带动磨削滑台移动的进给电机连动；
所述的倒角磨削动力头的安装面为滑轨滑台组合，所述的安装面滑轨固定在所述的倒角支架上，所述的安装面滑台与所述的倒角磨削动力头连接，所述的安装面滑台通过倒角进给机构与倒角进给电机连动。
8.如权利要求7所述的晶硅方坯磨削加工专用磨床，其特征在于：所述的工作台上设有夹紧所述的晶硅方坯的夹紧机构，所述的夹紧机构包括固定在所述的工作台上的装夹工作台，所述的装夹工作台上将晶硅方坯夹紧的压紧块，所述的压紧块与一夹紧气缸连动；所述的允许搬运爪插入的凹槽设于所述的装夹工作台上。
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