CN103395130B - 一种完全平面式布线的金刚石线切割机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种完全平面式布线的金刚石线切割机。目的是提供的金刚石线切割机在保证正常切割功能的基础上，还应具有金刚石线寿命长、轮子不易磨损、布线简单、结构简单、体积小、成本低的特点。技术方案是：一种完全平面式布线的金刚石线切割机，包括床身以及安装在该床身上的储丝机构、运丝机构、升降平台，其特征在于：所述运丝机构包括一组走向导轮、张紧轮以及切割导轮，每个走向导轮、张紧轮以及切割导轮上均开设有至少两个沿着自身轴线方向按顺序排列的沟槽，所有走向导轮、张紧轮以及切割导轮上同一序号的沟槽为一组，形成一个金刚石线的运丝通道，并且同一组的所有沟槽的槽底位于同一平面内。

Description

一种完全平面式布线的金刚石线切割机

技术领域

本发明涉及线切割技术领域，具体是一种金刚石线切割机。

背景技术

在工业生产中，经常需要对晶体硅、陶瓷、蓝宝石等硬度高脆性大的材料进行切割，使用常规方法如激光切割、等离子切割、水切割、砂轮片切割、刀锯片切割等往往成本很高或者根本不适宜切割，而线切割对于硬脆材料则是一种非常适宜的切割工艺，其原理是：通过一根高速运动的丝线带动附着在丝线上的微小颗粒状的切割刃料（如碳化硅、金刚石）对硬脆材料不断进行摩擦，从而达到切割目的。切割刃料相对于丝线的运动状态分为2种：①切割刃料与丝线是分离的，切割刃料喷洒在高速运动的丝线上由其带动；②切割刃料是直接镶嵌在丝线上的，丝线运动则切割刃料随之一起运动。

金刚石线是金刚石切割线的简称，亦称钻石切割线或钻石线，即将微小颗粒状的金刚石直接镶嵌在丝线上。众所周知，金刚石是超硬的，是一种用途很广的切割、磨削材料。相对于切割刃料喷洒在高速运动的丝线上并由丝线带动的方式，金刚石线直接具有了由若干金刚石颗粒形成的微型锯齿，大大增加了丝线的切割能力，具有以下优点：①可大大提高切割速度，这是它最大的优势；②金刚石线切割时只需要水或水基冷却液就可以进行冷却，真正实现了环保生产，而切割刃料喷洒在丝线上的方式则需要使用专门的悬浮液与切割刃料混合，这种悬浮液是一种高污染的液体，对环境有破坏。

金刚石线具有诸多优点，从长远看，金刚石线对于线切割行业而言，是革命性的进步，人们普遍预计它将来能得到非常广泛的应用，但是目前金刚石线切割也还有很多的不足，主要是：①成本高，不仅金刚石线本身成本高，而且由于金刚石线带有锯齿，导轮的损耗也大大增加；②要稳定使用金刚石线，一般需要改造现有机台或者使用金刚石线切割的专门设备，改造或新购设备的成本均很高。

图7、图8所示为常规金刚石线切割机，在此类金刚石线切割机中，金刚石线E从一个储丝筒A1上引出后，经过若干相互穿插布置的走向导轮C、张紧轮B以及切割导轮D（走向导轮、张紧轮、切割导轮的布置顺序没有严格要求，且一种轮子也可以连续布置好多个），最后固定到另一个储丝筒A2上，这样可以在切割导轮的下方形成由若干段平行的金刚石线组成的切割网。当两个储丝筒转动时（一放一收），带动金刚石线高速运动，此时驱动工件F朝着金刚石线运动即可将工件逐渐切断。在切割过程中，金刚石线不仅会对工件进行切割，而且会对走向导轮、切割导轮以及张紧轮进行缓慢切割而导致其磨损。

当前的金刚石线切割机主要存在如下一些问题：

1．为保证金刚石线能稳定保持在各轮子的沟槽中的位置以及不使金刚石线对沟槽产生快速磨损，走向导轮和切割导轮之间需要有严格的相对位置；这个相对位置是：金刚石线在绷紧后要求自然地处于走向导轮和切割导轮沟槽底部的中间位置，而不被沟槽两侧顶到。当金刚石线确定放置于切割导轮上的某一个沟槽后，则完全符合这个要求的走向导轮的位置是只有1处的；因此切割导轮上的沟槽可以有多个，而走向导轮上的沟槽只能有1个，并且将金刚石线换到切割导轮上的其它沟槽后，走向导轮的位置也要调整；同理，张紧轮上的沟槽也只能有1个；由于走向导轮和张紧轮上的沟槽只能有一个，所以走向导轮和张紧轮的更换频率很高，致使物料成本和人工成本很高；

2．如第1点所述，当金刚石线确定放置于切割导轮上的某一个沟槽后，走向导轮理想的位置只有1处，由于零部件加工精度有限以及人工调整的不一致性，金刚石线在绷紧后不会完全处在理想状态，会被导轮沟槽两侧顶到；不仅加速沟槽的磨损，反过来沟槽磨损又会造成金刚石线的不稳定从而影响金刚石线的寿命，最终使得成本增加；

3．切割机体积大且金刚石线要在多个走向导轮和切割导轮之间穿来穿去，造成布线麻烦；

4．在将金刚石线从储丝筒牵引出来并经走向导轮、张紧轮、切割导轮等最终接到另一储丝筒的过程中，金刚石线会绕自身的中心轴旋转一定角度（如同麻花状但幅度没有这么大），即金刚石线被扭转了，这样金刚石线本身就受到一个扭转力了，这个扭转力对金刚石线寿命有很大的不良影响，会使得金刚石线在不断的往复运动过程中容易断线，加之现有的金刚石线切割机在布线过程中，金刚石线要多次改变走向，每两个轮子之间的金刚石线微观上都是有扭转的，经多次改变走向，扭转的幅度累积起来比较大，因此严重影响了金刚石线的寿命；

5．设备体积大，结构复杂，致使设备价格高，动辄几十万甚至上百万，尚待改进。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种金刚石线切割机，该金刚石线切割机在保证正常切割功能的基础上，还应具有金刚石线寿命长、轮子不易磨损、布线简单、结构简单、体积小、成本低的特点。

为实现以上目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种完全平面式布线的金刚石线切割机，包括床身以及安装在该床身上的储丝机构、运丝机构、升降平台，其特征在于：所述运丝机构包括一组走向导轮、张紧轮以及切割导轮，每个走向导轮、张紧轮以及切割导轮上均开设有至少两个沿着自身轴线方向按顺序排列的沟槽，所有走向导轮、张紧轮以及切割导轮上同一序号的沟槽为一组，形成一个金刚石线的运丝通道，并且同一组的所有沟槽的槽底位于同一平面内。

所述储丝机构包括两个平行安装在滑移平台上储丝筒，其中一个储丝筒由丝筒电机带动作为主动储丝筒，另一个储丝筒通过同步带或齿轮或链带与主动储丝筒连接以作为被动储丝筒，两个储丝筒的外表面上设计有若干个用于固定金刚石线的固定孔。

所述运丝机构在升降平台左右两侧的立板上各布置有至少一个走向导轮和至少一个切割导轮，其中至少有一侧的立板上还安装有一个所述张紧轮，该张紧轮两侧的金刚石线相互平行。

所述张紧轮由一安装在所述立板上的气缸或滚珠丝杠驱动，该立板上还设有能由此张紧轮触发引起动作的感应开关。

所述升降平台由滚珠丝杠副驱动，升降平台安装有若干个夹具以及至少一个切割缓冲轮。

所述走向导轮、张紧轮以及切割导轮上的沟槽数量相等。

所述沟槽为V形沟槽。

本发明的工作原理是：

1．将金刚石线的一端连接到主动储丝筒上，启动丝筒电机，在主动储丝筒旋转的同时，滑动平台会作轴向移动，这样金刚石线就螺旋式均匀地排列在主动储丝筒上了；等绕够需要的长度后，将金刚石线截断，再让金刚石线经过若干相互穿插布置的走向导轮、切割导轮、张紧轮（气缸的顶杆初始是缩回去的）上同一个序号的沟槽，最后连接到被动储丝筒上；启动气缸使顶杆伸出来，推动张紧轮移动，张紧轮就会压迫金刚石线从而让金刚石线产生张力，张力会随着张紧轮的移动而增大，最终会与气缸的推力达成平衡；再次启动丝筒电机，让主动储丝筒反方向旋转起来，因被动储丝筒与主动储丝筒连接，所以被动储丝筒亦会跟主动储丝筒一样反方向旋转，同时金刚石线经过的各个走向导轮、切割导轮、张紧轮也会转动起来；这样金刚石线就不断从主动储丝筒上释放出来，又螺旋式均匀地排列到被动储丝筒上；当主动储丝筒上的金刚石线释放规定的长度后，主动储丝筒旋转方向再次反过来，这样金刚石线又不断从被动储丝筒上释放出来，又螺旋式均匀地排列到主动储丝筒上，等被动储丝筒上的金刚石线释放规定的长度后（被动储丝筒正转时释放的金刚石线长度与主动储丝筒反转时释放的金刚石线长度可以一样，也可以不一样的），主动储丝筒的旋转方向再次反过来；如此反复，金刚石线就高速往复运动起来了；

2．启动升降平台，带着夹具及其上工件以一定的速度上升，待工件碰到两个切割导轮之间高速运动的金刚石线，金刚石线就会对工件开始进行切割；随着工件的不断上升，金刚石线会不断切割入工件内部，最后金刚石线就会把工件切断；切割完成后，停止储丝筒和升降平台，取走切割完成的工件，再将升降平台下降到初始位置，重新装上待切割的工件，进行下一次切割；

3．在切割过程中，一直有冷却液从喷液管中喷洒下来，以冷却金刚石线和带走工件切缝以及金刚石线上的粉末；

4．在切割过程中，金刚石线受到拉力会逐渐延长，而张紧轮会同步移动以持续压紧金刚石线，由于气缸的推力恒定，因此金刚石线上的张力也是基本保持不变的；

5．在切割过程中，金刚石线不仅对工件会切割，对走向导轮、切割导轮、张紧轮等同样会进行缓慢切割，当这些轮子上的同一组沟槽被磨损到一定程度后，需要将金刚石线绕到另一组沟槽上，直到所有沟槽都被磨损后才更换轮子，同一个轮子上设置多条沟槽的方法可以大大降低切割成本。

本发明的有益效果是：

1．所有的走向导轮、张紧轮、切割导轮上同一组沟槽（即序号相同的沟槽，比如全部都是中间位置的那个沟槽）的槽底是在同一个平面上的，因此走向导轮、张紧轮、切割导轮上的沟槽数量可以有多个，只有当所有的沟槽都被磨损后，才需要更换轮子，所以极大地降低了更换频率，物料成本和人工更换的时间成本大大降低；

2．所有的走向导轮、张紧轮、切割导轮上同一组沟槽（即序号相同的沟槽，比如全部都是中间位置的那个沟槽）的槽底是在同一个平面上的，零部件加工和装配简单，易控制设备精度，且后续更换沟槽位置时也不需要人工调整轮子的位置，因此金刚石线在绷紧后处在理想状态（即金刚石线绷紧后，金刚石线要求自然地就处于各个轮子沟槽底部的中间位置，而不被沟槽两侧顶到），这样各轮子磨损较慢，金刚石线运行稳定寿命长，进一步降低了切割成本；

3．所有的走向导轮、张紧轮、切割导轮上同一组沟槽（即序号相同的沟槽，比如全部都是中间位置的那个沟槽）的槽底是在同一个平面上的，相应的切割过程中金刚石线对各轮子的沟槽的压力方向是在同一个平面上的，这样即使沟槽磨损也是往原来金刚石线处在的平面磨损进去，金刚石线相对于工件切割的位置没有任何变化，所以即使金刚石线磨损了沟槽，金刚石线的稳定性不会受到破坏，轮子的更换频率和金刚石线寿命继续得到改善，成本继续降低；

4．设备体积小且金刚石线在布线过程中不需要在太多的轮子之间穿来穿去，极大地降低了布线时间；

5．金刚石线在布线时，可以将金刚石线的一端在其自然、无扭转的状态下夹住（金刚石线的另一端已在上线时就已经连接在主动储丝筒上了的），然后很方便地通过平面式的走线连接到被动储丝筒上（因为同组沟槽在同一平面，所以可以平面式的布线），在这个过程中，被夹住的一端一直是自然、无扭转的状态，因此最终布线完成后，金刚石线也是未被扭转的，这样金刚石线自身不再受扭转力，不容易断掉，可提高金刚石线的寿命；

5．两个储丝筒在同一个滑动平台上，且只要一个驱动电机，通过齿轮或同步带或链带保证两个储丝筒旋转的同步性，结构和控制都很简单，因此设备费用低，只需要现有设备几分之一或者不到10%的价格。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图。

图2-图4是本发明的立体结构示意图。

图5是本发明中床身和升降平台的装配结构立体图。

图6是本发明中走向导轮/张紧轮/切割导轮的放大示意图。

图7、图8是常规金刚石线切割机的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1-图5所示，本发明所述的一种完全平面式布线的金刚石线切割机，包括床身1以及安装在该床身上的储丝机构、运丝机构、升降平台14。

所述升降平台由滚珠丝杠副20驱动，升降平台安装有若干个夹具2以及至少一个切割缓冲轮19（在切割临近结束阶段对金刚石线进行缓冲），此部分结构与现有技术类似，当启动滚珠丝杆副的电机后，让丝杆旋转起来，升降平台就会带着夹具及其上工件以一定的速度上升或下降。

所述储丝机构包括两个平行安装在滑移平台上的储丝筒，两个储丝筒直径和长度均相同，其中一个储丝筒由丝筒电机16带动作为主动储丝筒17，另一个储丝筒通过同步带8或齿轮或链带与主动储丝筒连接以作为被动储丝筒18。该滑移平台包括横跨在所述升降平台上方的滑动底座13以及安装在滑动底座顶部的滑槽内的滑块7（两个储丝筒安装在该滑块上），所述滑块由滚珠丝杠机构驱动（省略不画），该滚珠丝杆机构与上述主动储丝筒的中心轴连接，从而与主动储丝筒联动，当主动储丝筒转动时，滑块7会以一定的速度平移，滑移平台的工作原理与现有技术类似，在此不作详细介绍。

显然，上述两个储丝筒还可以分别由不同电机进行独立驱动，或者仅仅采用一个储丝筒来进行收线和放线，还可以安装在不同的滑移平台上，此为现有常规技术，在此不作详细介绍。上述储丝筒也可以设置在床身的其它部位，图1-图4中储丝筒位于升降平台上方且在同一个滑动平台上主要是为减少设备占地面积。

升降平台的左侧和右侧各固定有一竖直布置的立板3（两块立板分别位于储丝机构的左侧、右侧）；所述运丝机构包括一组通过轮架21安装在上述两块立板上的走向导轮5、张紧轮10以及切割导轮4（这些轮子安装在两块立板同一侧的板面上），每块立板上的走向导轮、张紧轮以及切割导轮的数量根据需要确定。如图1-图4所示，升降平台左侧的立板上安装有2个走向导轮，1个切割导轮以及1个张紧轮，升降平台右侧的立板上安装有1个走向导轮和1个切割导轮，左侧立板和右侧立板的两个切割导轮的安装高度相同，在两个切割导轮之间的一段金刚石线6沿水平方向，这一段金刚石线用来切割工件15，并通过喷液管12喷出冷却液进行冷却。

上述张紧轮由一安装在所述立板上的气缸9或滚珠丝杠驱动，如图1所示，气缸的顶杆竖直朝下布置，在张紧轮的下方设有能由此张紧轮触发引起动作的感应开关11（外购获得），当金刚石线断线时，气缸顶杆失去金刚石线的张力作用而伸长，感应开关被触发使得升降平台和储丝筒停止转动。为使气缸在气压恒定的情况下金刚石线上的张力值也保持恒定，要求张紧轮两侧的金刚石线相互平行，即张紧轮两侧的金刚石线分别为该张紧轮的沟槽与其它两个走向导轮的沟槽之间的切线，这两条切线相互平行，从而当气缸顶杆在不同的位置时，张紧轮两侧的金刚石线是一直平行的，两侧的金刚石线上的张力一直为1/2的气缸推力，只要气缸推力恒定，金刚石线上的张力也是保持恒定的。

每个走向导轮、张紧轮以及切割导轮上均开设有至少两个沿着自身轴线方向按顺序排列的V形沟槽22（例如图6中有5条沟槽，可以依序编号为1号沟槽、2号沟槽……5号沟槽），所有走向导轮、张紧轮以及切割导轮上同一序号的沟槽为一组（比如每个走向导轮、张紧轮以及切割导轮的1号沟槽为一组），形成一个金刚石线的运丝通道，并且同一组的所有沟槽的槽底位于同一平面内（即同一组沟槽中，每一个沟槽的对称面A-A均位于同一平面内，该对称面经过沟槽的槽底且垂直于沟槽的轴线），待这组沟槽磨损不能使用后，金刚石线可以换到另一组沟槽上，只有等到所有沟槽都磨损后才需要更换轮子。为降低耗材成本和作业方便，三种轮子上具有相同数量、相同间距并且相互平行的沟槽。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种完全平面式布线的金刚石线切割机，包括床身(1)以及安装在该床身上的储丝机构、运丝机构、升降平台(14)，其特征在于：所述运丝机构包括一组走向导轮(5)、张紧轮(10)以及切割导轮(4)，每个走向导轮、张紧轮以及切割导轮上均开设有至少两个沿着自身轴线方向按顺序排列的沟槽(22)，所有走向导轮、张紧轮以及切割导轮上同一序号的沟槽为一组，形成一个金刚石线(6)的运丝通道，并且同一组的所有沟槽的槽底位于同一平面内；

所述储丝机构包括两个平行安装在滑移平台上储丝筒，其中一个储丝筒由丝筒电机(16)带动作为主动储丝筒(17)，另一个储丝筒通过同步带(8)或齿轮或链带与主动储丝筒连接以作为被动储丝筒(18)，两个储丝筒的外表面上设计有若干个用于固定金刚石线的固定孔。

2.根据权利要求1所述的一种完全平面式布线的金刚石线切割机，其特征在于：所述运丝机构在升降平台左右两侧的立板(3)上各布置有至少一个走向导轮和至少一个切割导轮，其中至少有一侧的立板上还安装有一个所述张紧轮，该张紧轮两侧的金刚石线相互平行。

3.根据权利要求2所述的一种完全平面式布线的金刚石线切割机，其特征在于：所述张紧轮由一安装在所述立板上的气缸(9)或滚珠丝杠驱动，该立板上还设有能由此张紧轮触发引起动作的感应开关(11)。

4.根据权利要求3所述的一种完全平面式布线的金刚石线切割机，其特征在于：所述升降平台由滚珠丝杠副(20)驱动，升降平台安装有若干个夹具(2)以及至少一个切割缓冲轮(19)。

5.根据权利要求4所述的一种完全平面式布线的金刚石线切割机，其特征在于：所述走向导轮、张紧轮以及切割导轮上的沟槽数量相等。

6.根据权利要求5所述的一种完全平面式布线的金刚石线切割机，其特征在于：所述沟槽为V形沟槽。