CN103072209B - 一种掏料设备 - Google Patents

Abstract

一种掏料设备，涉及掏料装置，超声振动旋转掏料机的外套筒(20)固定在固定底板(29)上，固定底板连接机架(36)上部一侧立柱(31)上设置的滚动直线导轨副(38)，在滚动直线导轨副上下两端的立柱上分别设有上限位(32)、下限位(35)，所述固定底板(29)上部通过链条连接立柱上另一侧的配重(30)，所述链条中部套在主轴升降传动链装置(33)上，超声振动旋转掏料机上部的动力轮(27)外接动力机构(3)，超声波发生器及操控箱(34)设置在机架上，在超声振动旋转掏料机下端的掏料钻(10)下部机架上设有对应的工作台；本发明利用超声振动原理结合辅助工作台，使得在工作台上掏出的硅棒或蓝宝石棒精度高。

Description

一种掏料设备

【技术领域】

本发明涉及一种加工件的掏料装置，具体地说本发明涉及一种通过超声振动和旋转的多晶硅、单晶硅、蓝宝石的棍状料的掏料设备。

【背景技术】

已知的，光伏市场中有约60％的多晶硅太阳能电池是以多晶硅硅片作为基底的，因此，多晶硅硅片的使用量极其巨大，可谓是光伏产业的核心主力；但要想制造出合格的硅片，尤其是圆形硅片，大多需要通过圆形硅棒经过线切割，然后形成符合规定要求的硅片，现有的方法是将大块的硅锭通过击打形成碎片，然后利用坩埚融化，使用引导晶体的仔晶拉制出接近要求的硅棒，经过对外径处理，获取要求圆度和直径尺寸的硅棒；另一种方法是区融法，拉制出接近要求的硅棒；上述两种方法获取的硅棒均需要二次处理，由于多晶硅具有室温下质脆，切割时易碎裂；加热至800℃以上即有延性，1300℃时显出明显变形，密度在每立方厘米2.32～2.34。熔点1410℃。沸点2355℃。所以对于硬度较高且易碎的多晶硅来说，常规方法很难一次获取符合要求直径的硅棒。

蓝宝石(Sapphire)是一种氧化铝(α-Al2O3)的单晶(又称为刚玉)，蓝宝石不仅具有极好的热导性、电气绝缘性、透光性、化学稳定性，而且蓝宝石具有的耐高温(可在接近2000℃高温的恶劣条件下工作)、高强度、高硬度等一系列优良的特性，使得蓝宝石被广泛应用于红外装置、导弹、潜艇、卫星空间技术、探测和高功率强激光等的窗口材料学科当中，蓝宝石尤其适用于优质光学材料、耐磨轴承材料和衬底材料等技术领域。

其中蓝宝石在作为衬底材料(即LED)应用于半导体照明产业时，使得LED具备发光效率相对于传统灯具提高接近10倍，且寿命相对传统灯具提高20倍以上，鉴于上述可知蓝宝石应用于LED便兼具节能、环保等优点，同时LED作为新一代光源，被公认为是21世纪最具发展前景的高技术领域，所以世界各国在LED照明的推广、普及中，政策性扶持的力度都非常之大，白炽灯的淘汰已在进行，白炽灯禁用法律已经在全球逐步开始实行，那么也就意味着宝石的市场需求量也在不断的增大。

蓝宝石的棒体获取与多晶硅存在很多类似问题，也是常规方法很难一次获取符合要求直径的蓝宝石棒。

【发明内容】

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种掏料设备，本发明利用超声振动原理结合辅助工作台，使得在工作台上掏出的硅棒或蓝宝石棒精度高，并且加工成本相对于现有技术低等优点。

为了实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种掏料设备，包括超声振动旋转掏料机、固定底板、配重、立柱、上限位、主轴升降传动链装置、超声波发生器及操控箱、下限位、机架、工作台和滚动直线导轨副，超声振动旋转掏料机的外套筒固定在固定底板上，固定底板连接机架上部一侧立柱上设置的滚动直线导轨副，在滚动直线导轨副上下两端的立柱上分别设有上限位、下限位，所述固定底板上部通过链条连接立柱上另一侧的配重，所述链条中部套在主轴升降传动链装置上，超声振动旋转掏料机上部的动力轮外接动力机构，超声波发生器及操控箱设置在机架上，在超声振动旋转掏料机下端的掏料钻下部机架上设有对应的工作台。

所述的掏料设备，所述超声振动旋转掏料机包括传动轴、动力轮、上盖、集电环、超声波发生装置、内旋转套筒、换能器、外套筒、变幅杆和掏料钻，所述传动轴中部固定套接集电环，所述集电环滑动连接固定在外套筒上的碳刷，碳刷外接超声波发生装置，动力轮固定在传动轴的上部，动力轮外接动力机构，上盖的中孔活动套接在集电环和动力轮之间的传动轴上；所述传动轴下端设置有外扩的法兰盘，内旋转套筒的上端与所述法兰盘外缘的下部面固定连接，变幅杆上端固定在所述内旋转套筒的下端，变幅杆的下端设有管状掏料钻，所述管状掏料钻下端面以及下端的内外管壁上分别设有金刚石研磨层，掏料钻下部设有冷却水喷射机构，换能器设置在内旋转套筒中，所述换能器中部设置的陶瓷片通过电极、导线连接集电环，在外套筒与内旋转套筒之间设有至少两个轴承。

所述的掏料设备，动力机构为电机，所述电机通过连接座设置在超声振动旋转掏料机上端；或动力机构为外设电机，所述外设电机连接动力轮。

所述的掏料设备，掏料钻下部设置的冷却水喷射机构，旋转接头设置在传动轴的上端，旋转接头的冷却水进口、旋转接头内的介质通路连通传动轴、冷却水管、换能器、变幅杆以及掏料钻中部相互连通的介质通路，所述介质通路形成掏料钻下部的冷却水喷射机构。

所述的掏料设备，掏料钻下部设置的冷却水喷射机构另一替换结构，在掏料钻下部至少一侧设置冷却水管，由冷却水管形成掏料钻下部的冷却水喷射另一替换机构。

所述的掏料设备，所述上盖的中孔连接轴承C的外圈，轴承C的内圈与集电环和动力轮之间的传动轴固定连接；在上盖的中孔与传动轴之间设有密封圈。

所述的掏料设备，所述内旋转套筒的上下两端外缘分别与轴承B、轴承A的内圈固定连接，轴承B、轴承A的外圈分别连接在外套筒的内面中部和内面下端，在外套筒的下端面设有下盖，所述变幅杆上端的连接盘与下盖内孔间隙配合。

所述的掏料设备，在外套筒、内旋转套筒对应换能器上的陶瓷片处分别设有至少一个穿孔，在外套筒的所述穿孔处设有风冷机构。

所述的掏料设备，所述上盖外缘面外部设有延伸板，所述延伸板固定在机架上。

所述的掏料设备，所述管状掏料钻的内管壁直径为50～300mm，所述管状掏料钻的高度为50～500mm。

通过上述公开内容，本发明的有益效果是：

本发明所述掏料设备，利用机架、工作台将超声振动旋转掏料机进行整合，由超声振动旋转掏料机的内径尺寸匹配的管状掏料钻，通过传动轴产生的旋转加上轴向的超声高频振动，可实现在硅锭或蓝宝石锭上快速掏取适合的硅棒的目的；本发明相对于目前的硅棒获取方法，具有硅棒一次成型，成型的硅棒精度高，加工成本低等优点。

【附图说明】

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的超声振动旋转掏料机结构示意图；

在图中：1、冷却水进口；2、碳刷；3、动力机构；4、导线；5、超声波发生装置；6、风冷机构；7、电极；8、陶瓷片；9、变幅杆；10、掏料钻；11、被加工物体；12、金刚石研磨层；13、冷却介质；14、下盖；15、轴承A；16、换能器；17、内旋转套筒；18、冷却水管；19、轴承B；20、外套筒；21、传动轴；22、集电环；23、介质通路；24、上盖；25、轴承C；26、密封圈；27、动力轮；28、旋转接头；29、固定底板；30、配重；31、立柱；32、上限位；33、主轴升降传动链装置；34、超声波发生器及操控箱；35、下限位；36、机架；37、工作台；38、滚动直线导轨副；39、连接座；40、电机；41、旋转接头。

【具体实施方式】

下面结合实施例对本发明进行进一步的说明；下面的实施例并不是对于本发明的限定，仅作为支持实现本发明的方式，在本发明所公开的技术框架内的任意等同结构替换，均为本发明的保护范围；

结合附图1或2中掏料设备，包括超声振动旋转掏料机、固定底板29、配重30、立柱31、上限位32、主轴升降传动链装置33、超声波发生器及操控箱34、下限位35、机架36、工作台37和滚动直线导轨副38，超声振动旋转掏料机的外套筒20固定在固定底板29上，固定底板29连接机架36上部一侧立柱31上设置的滚动直线导轨副38，在滚动直线导轨副38上下两端的立柱31上分别设有上限位32、下限位35，所述固定底板29上部通过链条连接立柱31上另一侧的配重30，所述链条中部套在主轴升降传动链装置33上，超声振动旋转掏料机上部的动力轮27外接动力机构3，超声波发生器及操控箱34设置在机架36上，在超声振动旋转掏料机下端的掏料钻10下部机架36上设有对应的工作台37。

进一步，超声振动旋转掏料机包括传动轴21、动力轮27、上盖24、集电环22、超声波发生装置5、内旋转套筒17、换能器16、外套筒20、变幅杆9和掏料钻10，所述传动轴21中部固定套接集电环22，所述集电环22滑动连接固定在外套筒20上的碳刷2，碳刷2外接超声波发生装置5，动力轮27固定在传动轴21的上部，动力轮27外接动力机构3，所述动力机构3为电机40，所述电机40通过连接座39设置在超声振动旋转掏料机上端；或动力机构3为外设电机，所述外设电机连接动力轮27，上盖24的中孔活动套接在集电环22和动力轮27之间的传动轴21上，也就是所述上盖24的中孔连接轴承C25的外圈，轴承C25的内圈与集电环22和动力轮27之间的传动轴21固定连接，在上盖24的中孔与传动轴21之间还设有防尘的密封圈26；所述传动轴21下端设置有外扩的法兰盘，内旋转套筒17的上端与所述法兰盘外缘的下部面固定连接，变幅杆9上端固定在所述内旋转套筒17的下端，变幅杆9的下端设有管状掏料钻10，所述管状掏料钻10下端面以及下端的内外管壁上分别设有金刚石研磨层12；为了使掏料钻10工作时有效降温，在掏料钻10下部设置有冷却水喷射机构，旋转接头28设置在传动轴21的上端，旋转接头28的冷却水进口1、旋转接头28内的介质通路23连通传动轴21、冷却水管18、换能器16、变幅杆9以及掏料钻10中部相互连通的介质通路23，所述介质通路23形成掏料钻10下部的冷却水喷射机构；或利用掏料钻10下部至少一侧设置冷却水管，由冷却水管形成掏料钻10下部的冷却水喷射另一替换机构；换能器16设置在内旋转套筒17中，所述换能器16中部设置的陶瓷片8通过电极7、导线4连接集电环22，所述内旋转套筒17的上下两端外缘分别与轴承B19、轴承A15的内圈固定连接，轴承B19、轴承A15的外圈分别连接在外套筒20的内面中部和内面下端，在外套筒20的下端面设有下盖14，所述变幅杆9上端的连接盘与下盖14内孔间隙配合。

进一步，为了控制换能器16部位温度过高，在外套筒20、内旋转套筒17对应换能器16上的陶瓷片8处分别设有至少一个穿孔，在外套筒20的所述穿孔处设有风冷机构6，所述风冷机构6为风扇或鼓风机。

进一步，所述上盖24外缘面外部设有延伸板，所述延伸板固定在机架上。

进一步，所述管状掏料钻10的内管壁直径“内径”为50～300mm，所述管状掏料钻10的高度为50～500mm左右，也可根据实际需要增加或减少所述掏料钻10内管壁的直径尺寸，同理所述管状掏料钻10的高度也可根据实际需要增加或减少。

实施本发明所述的掏料设备，将上盖24固定在机架36的立柱上，被加工物体11“硅锭或蓝宝石锭”在工作台37进行固定，本发明所述掏料钻10对应被加工物体11的合适位置，开启动力机构3带动动力轮27旋转，所述传动轴21、内旋转套筒17、换能器16和掏料钻10同步旋转，同时启动超声波发生装置5，由超声波发生装置5通过换能器16将高频电振荡转换成机械振动，变幅杆9再将换能器16输入的机械振动的质点位移或速度放大，最终使掏料钻10在被加工物体11上实现旋转加上轴向的超声高频振动，掏出符合要求的硅棒或蓝宝石棒；本发明考虑到掏料钻10在硅锭或蓝宝石锭上工作时需要降温处理，所以利用设置在传动轴21上端的旋转接头28的冷却水进口1外接冷却水路，冷却水经由旋转接头28内的介质通路23连通传动轴21、冷却水管18、换能器16、变幅杆9以及掏料钻10中部管孔，使冷却介质13顺利到达掏料钻10下端的被加工物体11上；当然为了节省成本，也可以采用另一种较为简便的方式，即直接引一根或多跟水管对掏料钻10下端的被加工物体11进行降温处理；其中换能器16上的电极7、陶瓷片8在工作时温度较高，本发明也给出了两种可选方式，一种是利用风冷机构6将冷风吹至电极7、陶瓷片8处降温，另一种是利用换能器16内的介质通路23降温；本发明通过旋转超声加工的复合加工机理，大大地提高了生产效率，尤其适合在硅锭或蓝宝石锭上加工，特别适用于深孔掏料，本发明采用超声旋转钻削加工，超声振动的作用使掏料钻10与被加工物体11的摩擦阻力减弱，使切屑的排出流畅，不需要掏料钻10退出排屑，易实现自动化。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (9)

1.一种掏料设备，包括超声振动旋转掏料机、固定底板(29)、配重(30)、立柱(31)、上限位(32)、主轴升降传动链装置(33)、超声波发生器及操控箱(34)、下限位(35)、机架(36)、工作台(37)和滚动直线导轨副(38)，其特征是：所述超声振动旋转掏料机包括传动轴(21)、动力轮(27)、上盖(24)、集电环(22)、超声波发生装置(5)、内旋转套筒(17)、换能器(16)、外套筒(20)、变幅杆(9)和掏料钻(10)，所述传动轴(21)中部固定套接集电环(22)，所述集电环(22)滑动连接于固定在外套筒(20)上的碳刷(2)上，碳刷(2)外接超声波发生装置(5)，动力轮(27)固定在传动轴(21)的上部，动力轮(27)外接动力机构(3)，上盖(24)的中孔活动套接在集电环(22)和动力轮(27)之间的传动轴(21)上；所述传动轴(21)下端设置有外扩的法兰盘，内旋转套筒(17)的上端与所述法兰盘外缘的下部面固定连接，变幅杆(9)上端固定在所述内旋转套筒(17)的下端，变幅杆(9)的下端设有掏料钻(10)，所述掏料钻(10)下端面以及下端的内外管壁上分别设有金刚石研磨层(12)，掏料钻(10)下部设有冷却水喷射机构，换能器(16)设置在内旋转套筒(17)中，所述换能器(16)中部设置的陶瓷片(8)通过电极(7)、导线(4)连接集电环(22)，在外套筒(20)与内旋转套筒(17)之间设有至少两个轴承，超声振动旋转掏料机的外套筒(20)固定在固定底板(29)上，固定底板(29)连接机架(36)上部一侧立柱(31)上设置的滚动直线导轨副(38)，在滚动直线导轨副(38)上下两端的立柱(31)上分别设有上限位(32)、下限位(35)，所述固定底板(29)上部通过链条连接立柱(31)上另一侧的配重(30)，所述链条中部套在主轴升降传动链装置(33)上，超声振动旋转掏料机上部的动力轮(27)外接动力机构(3)，超声波发生器及操控箱(34)设置在机架(36)上，在超声振动旋转掏料机下端的掏料钻(10)下部机架(36)上设有对应的工作台(37)。

2.根据权利要求1所述的掏料设备，其特征是：动力机构(3)为电机(40)，所述电机(40)通过连接座(39)设置在超声振动旋转掏料机上端；或动力机构(3)为外设电机，所述外设电机连接动力轮(27)。

3.根据权利要求1所述的掏料设备，其特征是：掏料钻(10)下部设置的冷却水喷射机构，旋转接头(28)设置在传动轴(21)的上端，旋转接头(28)的冷却水进口(1)、旋转接头(28)内的介质通路(23)连通传动轴(21)、冷却水管(18)、换能器(16)、变幅杆(9)以及掏料钻(10)中部相互连通的介质通路(23)，由相互连通的介质通路(23)形成掏料钻(10)下部的冷却水喷射机构。

4.根据权利要求3所述的掏料设备，其特征是：掏料钻(10)下部设置的冷却水喷射机构另一替换结构，在掏料钻(10)下部至少一侧设置冷却水管，由冷却水管形成掏料钻(10)下部的冷却水喷射另一替换机构。

5.根据权利要求1所述的掏料设备，其特征是：所述上盖(24)的中孔连接轴承C(25)的外圈，轴承C(25)的内圈与集电环(22)和动力轮(27)之间的传动轴(21)固定连接；在上盖(24)的中孔与传动轴(21)之间设有密封圈(26)。

6.根据权利要求1所述的掏料设备，其特征是：所述内旋转套筒(17)的上下两端外缘分别与轴承B(19)、轴承A(15)的内圈固定连接，轴承B(19)、轴承A(15)的外圈分别连接在外套筒(20)的内面中部和内面下端，在外套筒(20)的下端面设有下盖(14)，所述变幅杆(9)上端的连接盘与下盖(14)内孔间隙配合。

7.根据权利要求1所述的掏料设备，其特征是：在外套筒(20)、内旋转套筒(17)对应换能器(16)上的陶瓷片(8)处分别设有至少一个穿孔，在外套筒(20)的所述穿孔处设有风冷机构(6)。

8.根据权利要求1所述的掏料设备，其特征是：所述上盖(24)外缘面外部设有延伸板，所述延伸板固定在机架(36)上。

9.根据权利要求1所述的掏料设备，其特征是：所述掏料钻(10)的内管壁直径为50～300mm，所述掏料钻(10)的高度为50～500mm。