CN102166793A - 一种led专用多线切割机 - Google Patents

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戴瑜兴
彭思齐
张义兵
蒋近
汤睿
杨宇红
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Abstract

本发明公开一种LED专用多线切割机，为了解决蓝宝石、碳化硅硬度高，普通多线切割机切割困难的问题，该切割机包括工作台，设置在工作台一侧的摆动盘，由电机驱动的该摆动盘上设有多个加工辊，该多个加工辊上缠绕一根金属切割线，该金属切割线的一端缠绕在一收线轮上，其另一端经过多个导线轮的导向并缠绕在一放线轮上；所述收线轮与放线轮由一收放轮电机驱动。本发明控制精度高，断线率低，运行稳定可靠，尤其适用于蓝宝石、碳化硅等高硬度材料的切割。

Description

一种LED专用多线切割机
技术领域
本发明涉及一种LED专用多线切割机，具体说明超硬材料多线切割机的结构特点和控制方法。
背景技术
在全球节能低碳的大背景下，LED照明发展迅猛，蓝宝石、碳化硅切片是LED基片制造工艺流程中必不可少的工序。由于蓝宝石、碳化硅的莫氏硬度大于等于9，仅次于金刚石的硬度，因此目前市场上无论是切单(多)晶硅，还是切水晶的多线切割机都采用平面升降切割的方式，金属线和待切工件都是线接触，这会导致蓝宝石切割效率低下，甚至不能完成切割。
超硬材料多线切割机采用摆动升降方式切割，由于金属线和待切工件是弹性点接触，进一步增强切割力，可以在一定程度上提高工效。采用摆动切割方式后，蓝宝石多线切割机处于工作状态时，摇摆轴做摆动运动时会引起金属线时松时紧，观察张力摆杠会发现其剧烈抖动；放线轮的半径会逐渐变小，收线轮半径会逐渐变大，因此，蓝宝石多线切割机控制系统是非线性时变系统，控制难度很大。
发明内容
针对蓝宝石、碳化硅硬度高，难切割的特点，现有超硬材料多线切割机切割困难的缺陷，本发明旨在提供一种LED专用多线切割机，该切割机绕线速度快，控制精度高，断线率低。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：所述LED专用多线切割机包括工作台，其结构特点是，还包括设置在工作台一侧的摆动盘，由电机驱动的该摆动盘上设有多个加工辊，该多个加工辊上缠绕一根金属切割线，该金属切割线的一端缠绕在一收线轮上，其另一端经过多个导线轮的导向并缠绕在一放线轮上；所述收线轮与放线轮由一收放轮电机驱动。
在本发明提供的蓝宝石多线切割机中，主要由绕线系统，摆动装置，张力控制系统和工作台装置组成。其中绕线系统分成三个部分：收线部分、放线部分和摆动盘。金属线从放线轮开始首先绕过多个导线轮，多个导线轮的作用是根据放线轮出线位置来回运动，保证金属线和放线轮垂直。所述导线轮一侧设有一个调节金属切割线张力的张力摆杠，该张力摆杠一端设有张力电机，张力摆杠的作用在于保证整个绕线系统张力在允许范围内波动，金属线绕过张力摆杠后，然后通过多个导线轮，缠绕在摆动盘上的多个加工辊上，最后金属线缠到收线部分，收线部分是放线部分的逆过程，结构基本对称。
所述加工辊为三个，分别为两个主动轮和一个从动轮，三个加工辊呈正三角形安装在摆动盘上。摆动盘是蓝宝石多线切割机最具特色的结构，由三个加工辊呈正三角对称的安装在摆动盘上，摆动盘固定在轴承上，通过皮带连接减速机和电机。摆动装置实现的功能有两种：第一，在蓝宝石切割之前有自动绕线功能，摆动盘根据自身三个加工辊开槽的数目和加工件的长度决定旋转圈数，做单向圆周运动。第二，在蓝宝石切割状态时，摆动盘做±5°的往复摆动，使金属线和加工件接触面积减少，切割效率提高。
张力控制系统是蓝宝石切割状态的控制中的难点，因此在每个所述导线轮上均安装有张力传感器，一控制器根据设定张力值与该张力传感器传送的实际张力值的偏差来微调所述收放轮电机的转速。首先，在蓝宝石切割之前，根据金属切割线的线径设定一个张力值，张力设定值必须保证最少百分之二十的冗余量。其次，在切割状态时，通过安装在收线侧和放线侧导线轮上的两个张力传感器将实时张力值送到控制器，与张力设定值作比较。最后，根据比较的差值微调收放线轮的速度，使张力保持在允许范围内。
可切割最大工件尺寸为150毫米×150毫米×270毫米；所述金属切割线的直径为0.08-0.18毫米。
所述金属切割线运行速度最高为600米/分钟。
所述控制器的张力控制精度小于0.6牛顿。
该LED专用多线切割机还包括冷却润滑系统，用于在切割过程中冷却工件。
通过本发明所述的LED专用多线切割机切割的产品，其最小切片厚度为0.1毫米；单片平行度≤0.005毫米；切片的进给速度为0.1-999.9毫米/小时；
工作台的运动方式是自上而下，根据加工件的直径设定一次切割所需要的时间，然后再依据蓝宝石切片加工工艺要求，做几次变速直线运动。
与现有技术相比，本LED专用多线切割机绕线速度快，最高为600米/分钟；控制精度高，小于0.6牛顿，切割质量好；切片薄，最小切片厚度为0.1毫米；单片平行度≤0.005毫米；断线率低，运行稳定可靠。
附图说明
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
图1为本发明一种实施例的结构示意图；
图2为本发明所述张力控制系统的原理图。
在图中：
1-放线轮；         2-张力摆杠；       3-导线轮；
4-张力电机；       5-主动轮；         6-从动轮；
7-待切工件；       8-切割面；         9-工作台；
10-摆动轴；        11-控制器；        12-收放轮电机；
13-收放轮电机；    14-张力设定值；    15-实际张力值；
16-17位编码器；    17-金属线；        18-摆动盘；
19-收线轮。
具体实施方式
一种LED专用多线切割机，如图1所示，包括工作台9，设置在工作台9一侧的摆动盘18，由电机驱动的该摆动盘18上设有三个加工辊，该三个加工辊上缠绕一根金属切割线17，该金属切割线17的一端缠绕在一收线轮19上，其另一端经过四个导线轮3的导向并缠绕在一放线轮1上；所述导线轮3一侧设有一个调节金属切割线17张力的张力摆杠2，该张力摆杠2一端设有张力电机4，其中张力控制的要点在于保持整个绕线系统线速度恒定。所述收线轮19与放线轮1由一收放轮电机12驱动。每个所述导线轮3上均安装有张力传感器，一控制器11根据设定张力值14与该张力传感器传送的实际张力值15的偏差来微调所述收放轮电机12的转速。
为保证本发明的控制精度，控制器11选用日本YASKAWA公司的MP2300运动控制器，电机和伺服驱动均选用YASKAWA公司的∑V和∑III系列电机和伺服驱动器，张力传感器和变送器选用瑞士FMS公司的RMG2121A和H14+EMGZ306A导线轮式张力传感器。
整个蓝宝石多线切割机主要由绕线系统，摆动装置，张力控制系统和工作台装置组成。绕线系统中，镶嵌金刚石颗粒的金属切割线17从放线轮1出发，首先通过张力摆杠2，通过张力电机4调节张力摆杠2的运动快慢和位置，观察到张力变化情况；之后连接到装有张力传感器的导线轮3上，张力传感器将实时变化的实际张力值15传送给控制器11，控制器11再通过收放轮电机微调放线轮1的转速，使张力保持在允许的范围内。金属线17然后通过四个导线轮3绕在摆动盘18上的加工辊上，最后缠绕在收线轮19上。收线部分是放线部分的逆过程。
摆动盘上装有的三个加工辊分别为两个主动轮5和一个从动轮6，三个加工辊呈120。夹角均匀安装在摆动盘18上，由电机带动高速往返运动。摆动盘18上与三个加工辊成60°夹角的三个位置钻空以减轻摆动盘18的重量，摆动电机通过传动部分带动摆动盘18运动。在自动绕线功能中，控制器11根据三个加工辊自身开槽的数目和加工件的长度决定摆动盘18旋转圈数，做单向圆周运动。在蓝宝石切割状态时，摆动盘18做±50的往复运动，使金属线17和加工件7接触面积减少，切割效率提高。
张力控制系统主要由控制器11接受张力传感器传送的实际张力值15与设定张力值14的偏差来微调收放轮电机12的转速来实现。张力控制的要点在于保持整个绕线系统线速度恒定，由于开始的时候放线轮1是满线轮，直径大，收线轮19是空线轮，直径小，设定转速的时候放线轮1转速要慢，收线轮19要快；切割快结束时，情况正好相反。控制过程分成三个步骤：首先，在蓝宝石切割之前，根据金属切割线的线径设定一个张力值，张力设定值至少保持百分之二十的冗余量。其次，在切割状态时，通过安装在收线侧和放线侧导线轮3上的两个张力传感器将实时张力值送到控制器11与预先设定的张力设定值14作比较。最后，根据比较的差值微调收放轮电机12来调节收线轮19和放线轮1的速度，使张力保持在允许控制精度内。
工作台9的运动方式有快进，切割，退刀三种，根据加工件的直径设定一次切割所需要的时间，然后再依据蓝宝石切片加工工艺要求，做几次变速直线运动。

Claims (9)

1.一种LED专用多线切割机，包括工作台(9)，其特征是，还包括设置在工作台(9)一侧的摆动盘(18)，由电机驱动的该摆动盘(18)上设有多个加工辊，所述多个加工辊上缠绕一根金属切割线(17)，该金属切割线(17)的一端缠绕在一收线轮(19)上，其另一端经过多个导线轮(3)的导向并缠绕在一放线轮(1)上；所述收线轮(19)与放线轮(1)由一收放轮电机(12)驱动。
2.根据权利要求1所述的LED专用多线切割机，其特征是，所述导线轮(3)一侧设有一个调节金属切割线(17)张力的张力摆杠(2)，该张力摆杠(2)一端设有张力电机(4)。
3.根据权利要求1所述的LED专用多线切割机，其特征是，每个所述导线轮(3)上均安装有张力传感器，一控制器(11)根据设定张力值(14)与该张力传感器传送的实际张力值(15)的偏差来微调所述收放轮电机(12)的转速。
4.根据权利要求1所述的LED专用多线切割机，其特征是，所述加工辊为三个，分别为两个主动轮(5)和一个从动轮(6)，三个加工辊呈正三角形安装在摆动盘(18)上。
5.根据权利要求1或4所述的LED专用多线切割机，其特征是，所述摆动盘(18)在切割状态时做±5°的往复摆动。
6.根据权利要求1或2所述的LED专用多线切割机，其特征是，所述金属切割线(17)的直径为0.08-0.18毫米。
7.根据权利要求1或2所述的LED专用多线切割机，其特征是，所述金属切割线(17)运行速度最高为600米/分钟。
8.根据权利要求1或3所述的LED专用多线切割机，其特征是，所述控制器(11)的张力控制精度小于0.6牛顿。
9.根据权利要求1-4之一所述的LED专用多线切割机，其特征是，该LED专用多线切割机还包括冷却润滑系统。
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