CN103538159B - 一种硬脆材料切割设备 - Google Patents

Abstract

<b>本发明公</b><b>开了</b><b>一种硬脆材料切割设备，</b><b>包括机座、沿竖直方向升降地设置在机座上的升降滑枕、设于机座上的切割机构，待切割件可绕自身轴心线旋转地设置在升降滑枕的下部，上述切割机构包括设于升降滑枕下方的罗拉座、可绕自身轴心线旋转地设置在罗拉座上的多个多线槽轮、按序绕设在多个多线槽轮上形成多条切割丝的切割用钢线，钢线的两端由设置在所述机座上的收放线机构收放，通过驱动其中一个多线槽轮旋转带动钢丝形成的多条切割丝往复运动对旋转着的待切割件进行切割加工，加工时待切割件与切割用钢丝之间的接触线较短，这对于切割大直径的超硬超脆材料更为容易，切割时切割设备的能耗大大降低，其功率也可大幅度的降低，切割效率也得到提升</b><b>。</b>

Description

一种硬脆材料切割设备

技术领域

本发明涉及一种硬脆材料切割设备，尤其涉及一种可对大尺寸硬脆材料进行切割的切割设备。

背景技术

对于如玻璃、陶瓷、水晶、硅料、磁性材料、蓝宝石等硬脆材料的切割，最早期是采用多刀机或内外圆机，这两种方式切割采用的刀片通常较厚，刀片厚度一般不小于0.3mm，原料浪费较多，尺寸相对较小，效率较低，基本不再采用。

随后有多线切割机的出现，即通过钢线的往复运动，带入磨粒将工件切割，工件同时作下降运动，即可将工件切割成片，其切割原理如附图1所示。该切割方式下，由于钢线直径较小（通常为0.09～0.3mm），故原材料浪费少，且同时可切割片数多，效率高能耗低，应用较为广泛。然而此类多线切割机在切割时，切割钢线与工件的接触线很长，切割玻璃、陶瓷、水晶、硅料时尚可，但切割如蓝宝石等超硬材料时则显得力不从心。

近年来又出现了工件小角度摆动的切割机，其切割原理是将带动钢线做往复运动的罗拉1’和罗拉2’装在回转台上，在切割过程中，两个罗拉带动钢线作往复运动，同时回转台以低速摆动、工件作下降运动，从而将工件切割，其切割原理图如附图2所示。这种切割方式的切割效果依然不甚理想，虽然能够切割蓝宝石，但最多也只能切割两英寸以下的蓝宝石，待切割工件直径要求小、同时可切片数少，无法对大直径的蓝宝石进行切割加工。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种硬脆材料切割设备，以满足硬脆材料工件的切割加工需求。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种硬脆材料切割设备，所述切割设备包括机座、沿竖直方向升降地设置在所述机座上的升降滑枕、用于驱动所述升降滑枕沿竖直方向升降的升降驱动机构，待切割件可绕自身轴心线旋转地设置在所述升降滑枕的下部，所述升降滑枕上设有用于驱动所述待切割件旋转的旋转驱动机构，所述机座上还设有切割机构，所述切割机构包括设于所述升降滑枕下方的罗拉座、可绕自身轴心线旋转地设置在所述罗拉座上的多个多线槽轮、按序绕设在多个所述多线槽轮上形成多条切割丝的切割用钢线，所述钢线的两端由设置在所述机座上的收放线机构收放，多条所述切割丝沿所述多线槽轮的轴向相间隔分布，所述机座上还设有用于驱动其中一个所述多线槽轮旋转带动多条所述切割丝往复运动从而沿所述待切割件的径向对所述待切割件进行切割的切割驱动机构。

优选地，所述升降滑枕的下部固定地设有用于安装所述待切割件的安装座，所述待切割件的一端面固定地粘结有料板，其另一端面固定地粘结有球型垫，所述安装座的底部设有可旋转的旋转轴、可沿轴向移动的球型顶针，所述旋转轴的轴心线与所述球型顶针的轴心线沿同一直线方向分布，所述旋转轴朝向所述球型顶针的端部上固定有吸盘，所述料板固定地吸合在所述料板上，所述球型顶针的顶针部沿轴向抵触在所述球型垫上。

优选地，所述升降滑枕的下部固定地设有用于安装所述待切割件的安装座，所述待切割件的一端面固定地粘结有料板，其另一端面固定地粘结有球型垫，所述安装座的底部设有可旋转的旋转轴、可沿轴向移动的球型顶针，所述旋转轴的轴心线与所述球型顶针的轴心线沿同一直线方向分布，所述旋转轴朝向所述球型顶针的端部上固定地设有用于夹紧所述料板的夹具，所述料板夹紧在所述夹具上，所述球型顶针的顶针部沿轴向抵触在所述球型垫上。

优选地，所述罗拉座上所述多线槽轮有三个，每个所述多线槽轮的周部上均开设有多个沿轴向间隔分布的线槽，所述钢线依次由第一个所述多线槽轮的一个线槽引出，然后进入第二个所述多线槽轮的一个线槽、进入第三个所述多线槽轮的一个线槽后，再进入第一个所述多线槽轮的下一个线槽，如此循环而张紧在三个所述多线槽轮的周部上形成多条所述切割丝。

进一步优选地，三个所述多线槽轮在所述罗拉座上成倒“品”字型分布。

更进一步优选地，所述罗拉座包括连接座、固定安装在所述连接座前部的前固定板、固定安装在所述连接座后部的后固定板，所述前固定板、所述后固定板上分别开设有三组用于安装三个所述多线槽轮的安装孔，三个所述多线槽轮分别沿前后方向安装在三组所述安装孔中，所述连接座上开设有开口朝上的凹槽，所述凹槽的开口位于上方两个所述多线槽轮之间，所述凹槽的底部固定地设有超声波发生器，所述后固定板上开设有沿前后方向贯穿的出液口，所述出液口与所述凹槽的槽腔相连通，所述超声波发生器的上表面沿竖直方向不低于所述出液口的最低点，所述连接座上位于所述凹槽左右侧壁的顶部分别设有喷嘴座，每个所述喷嘴座上分别设有多个喷液用喷嘴，左右两侧的所述喷嘴的喷液口相对设置。

作为一种具体实施方式，所述凹槽的横截面大致呈U字型。

优选地，所述收放线机构包括多个可绕自身轴心线旋转地设置在所述机座上的自密封导轮，每个所述自密封导轮均包括芯轴、安装在所述芯轴前端上的轮体、设于所述芯轴与所述轮体之间的轴承、固定设置在所述轮体前部的前盖，所述导轮还包括固定地设于所述轮体后部的密封罩，所述密封罩具有沿轴向贯穿的通孔，所述芯轴可旋转地穿设在所述通孔中，所述芯轴的外侧周部上设有沿其轴向间隔分布的多个环状凸起，所述通孔的内侧壁上开设有多个沿其轴向间隔分布的多个环状凹槽，或者所述芯轴的外侧周部开设有沿其轴向间隔分布的多个环状凹槽，所述通孔的内侧壁上设有沿其轴向间隔分布的多个环状凸起，至少有一个所述环状凸起嵌设在所述环状凹槽中。

进一步优选地，所述密封罩为至少两个弧形罩沿周向拼接而成。

进一步优选地，每两个所述弧形罩相拼接处设有密封用橡胶垫。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：切割加工时，待切割件与切割用钢丝之间的接触线较短，这对于切割大直径的超硬超脆材料更为容易，切割时切割设备的能耗大大降低，其功率也可大幅度的降低，保证了切割的持续有效进行，适用于多种大尺寸硬脆材料的切割加工。

附图说明

附图1为现有技术中传统方法的切割原理示意图；

附图2为现有技术中摆动式切割方法的原理示意图；

附图3为本发明的切割设备的整体结构示意图；

附图4为本发明的切割设备中切割部分的示意图；

附图5为本发明的切割设备中待切割件的安装示意图；

附图6为本发明的切割设备中切割部分的切割原理示意图；

附图7为本发明的切割设备中罗拉座的结构示意图；

附图8为本发明的切割设备的剖视结构示意图；

附图9为本发明的切割设备中收放线机构中自密封导轮的整体结构示意图；

附图10为附图9中自密封导轮的主视剖视示意图；

附图11为附图9中自密封导轮上密封罩的结构示意图。

其中：

1、机座；

2、升降滑枕；

3、待切割件；

4、安装座；41、旋转轴；42、球型顶针；43、球型垫；44、料板；45、电磁吸盘；

5、切割机构；51、罗拉座；511、前固定板；512、后固定板；513、连接座；514、喷嘴座；515、喷嘴；516、出液口；517、超声波发生器；52、53、54多线槽轮；55、钢线；

6、自密封导轮；61、芯轴；611、环状凸起；62、轮体；63、前盖；64、密封罩；641、642、弧形罩；643、环状凹槽；65、轴承。

具体实施方式

下面结合附图和本发明的较佳实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

以下关于方向的定义中均是按照正常使用该设备是操作的方向进行定义的，前向即操作该设备时操作者位于设备的方向，亦即图3中的观察者的视线方向，其中视线后方为前，视线前方为后，左右方向亦即观察者观察图3时的左右方向。

参见图3所示的切割设备，主要用于对硬脆材料进行切割加工。该切割设备包括机座1、沿竖直方向可升降地设置在机座1上的升降滑枕2、用于驱动升降滑枕2沿竖直方向升降的升降驱动机构（图中未示出），待切割件3通过旋转驱动机构（图中未示出）可绕自身轴心线旋转地设置在升降滑枕2的底部，本实施例中，待切割件3采用的是蓝宝石棒料。机座1上还设有切割机构5，该切割机构5包括设于升降滑枕2下方的罗拉座51、可绕自身轴心线旋转地设置在罗拉座51上的三个多线槽轮52、53、54、按序绕设在三个多线槽轮52、53、54上形成多条切割丝的切割用钢线55，钢线55的两端则由机座1上的收放线机构（图中未标示出）进行收放，多条切割丝沿多线槽轮的轴向相间隔分布，机座1上还设有用于驱动其中一个多线槽轮旋转的切割驱动机构，当切割驱动机构驱动多线槽轮旋转时，钢线55移动，收放线机构对钢线55两端收放线，钢线55形成的多条切割丝即往复移动而在接触到待切割件3时沿待切割件3的径向对其进行切割。

参见图4、图5所示，待切割件3是按照如下方式设置在升降滑枕2上的：升降滑枕2的底部固定地设有用于安装待切割件3的安装座4，待切割件3的一端面固定地粘结有料板44，其另一端面上固定地粘结有球型垫43。安装座4的底部设有可旋转的旋转轴41，旋转驱动机构即用于驱动旋转轴41的旋转，安装座4的底部还设有球型顶针42，球型顶针42可沿轴向移动地设置在安装座4上，球型顶针42与旋转轴41的轴心线沿同一直线方向分布，旋转轴41朝向球型顶针42的端部上固定有一电磁吸盘45，该电磁吸盘45通电时料板44能够固定地吸合在电磁吸盘45上，球型顶针42的顶针部则沿轴向抵触在球型垫43上。安装待切割件3时，首先将料板44和球型垫43粘结在其两端的端面上，然后使得电磁吸盘45通电使得电磁吸盘45与料板44吸合，然后再调整球型顶针42的位置，使其顶针部抵触在球型垫43上，这样便对待切割件3进行了定位，旋转轴41旋转时，待切割件3随之发生旋转。上述采用球型顶针42来固定待切割件3，在固定的过程中能够根据待切割件3的自身尺寸及精度以及切割角度等因素，对其径向角度自适应调整，而无需再人工调整，安装更为方便。上述安装中，电磁吸盘45也可更换为用于夹持料板44的夹具，通过夹具固定料板44的一端，但采用电磁吸盘45的固定方式更为方便。

参见图4所示，切割机构5上，钢线55是通过如下方式设置在三个多线槽轮上的，三个多线槽轮呈倒“品”字型排布，每个多线槽轮的周部上均开设有多个沿自身轴向间隔分布的线槽，钢线55先由下方的多线槽轮54的一个线槽引出后依次沿切向进入多线槽轮52的一个线槽、进入多线槽轮53的一个线槽，然后再沿切向进入多线槽轮54的下一个线槽，如此循环而张紧地绕设在三个多线槽轮的周部上形成多条切割丝，这多条切割丝沿多线槽轮的轴向间隔分布，这多条切割丝的位置分别对应待切割件3上的多个切割位置。钢丝55的两端则由收放线机构收放，机座1上还设有用于驱动多线槽轮54旋转从而使得切割丝往复运动进行切割的切割驱动机构（图中未示出）。通过切割驱动机构驱动多线槽轮6旋转，多条切割丝随之往复移动，当升降滑枕2沿竖直方向降下至待切割件3旋转地接触到切割丝时，切割丝沿待切割件3的径向对待切割件3进行切割。

参见图7、图8所示，罗拉座51包括连接座513、固定安装在连接座513前部的前固定板511、固定安装在连接座513后部的后固定板512，前固定板511和后固定板512上开设有三组安装孔，三个多线槽轮即分别通过这三组安装孔安装在罗拉座51上，三个多线槽轮的轴心线均沿前后方向分布，连接座513上开设有开口朝上的凹槽，该凹槽的横截面大致呈U字型且该凹槽位于上方的两组安装孔之间。该凹槽的底部固定地设有超声波发生器517，后固定板512上还开设有沿前后方向贯穿的出液口516，该出液口516与上述凹槽的槽腔相连通，超声波发生器7的上表面可设为由前向后逐渐下倾的斜面，且该斜面的后部沿竖直方向不低于出液口516的最低点，如此才可保证凹槽中的液体均能通过出液口516排出。

连接座513上位于上述凹槽左右侧壁的顶部分别设有喷嘴座514，喷嘴座514上分别设有多个喷液用喷嘴515，左右两侧的喷嘴515上的喷液口相对设置。喷嘴座514外接进水管，清洗液通过喷嘴座514进入各个喷嘴515中进行喷射冲洗。出液口516外接出水管从而在清洗完成后将凹槽中清洗后的废水排出。上述喷嘴51沿竖直方向应高于绕设在上方两个多线槽轮52、53之间的钢线55，这样，当钢线55绕设在多线槽轮上形成多条切割丝对待切割件3进行切割完成后，多线槽轮慢速旋转，切割丝慢速运行，待切割件3随升降滑枕2缓慢升降，同时，喷嘴515喷出的清洗液喷至待切割件3上对切片表面进行冲击清洗，切割丝运行时能够刮除切片表面上的污渍，超声波发生器517使积集在凹槽内的清洗液产生振动，从而使其对切片的表面清洗更为理想，清洗后的污水经出液口516排出。这样，切片表面大面积的污迹已被洗掉，稍有遗留，也只需在晶片拆卸后简单清洗即可。这样不但提高了清洗效率，也保证了切割加工的成品率。

参见图9、图10所示，收放线机构包括多个可绕自身轴心线旋转地设置在机座1上的自密封导轮6，该自密封导轮6包括芯轴61、安装在芯轴61前端的轮体62、设于芯轴61与轮体62之间的轴承65，通过轴承65轮体62可绕芯轴61的轴心线转动。轮体62的前部固定地设有前盖63，轮体62的后部固定地设有密封罩64，密封罩64具有沿轴向贯穿的通孔，芯轴61可旋转地穿设在上述通孔中，芯轴61的外侧周部上设有沿其轴向间隔分布的多个环状凸起611，密封罩64的通孔内侧壁上开设有沿其轴向间隔分布的多个环状凹槽643，芯轴61穿设在通孔中且至少有一个环状凸起611嵌设在环状凹槽643中，这样，密封罩64与芯轴61之间形成密封连接，同时密封罩64连同轮体62整体可绕芯轴61旋转，密封罩64与前盖63共同将轴承65密封起来。在导轮工作的过程中无需再辅以气流，减少了气流供应，节约了能源，工作时噪音也较小。当然，上述自密封导轮6的结构中，也可以在芯轴61的外侧周部上开设沿其轴向间隔分布的多个环状凹槽，在密封罩64的通孔内侧壁上开设沿其轴向间隔分布的多个环状凸起，该环状凹槽与该环状凸起的配合同样能达到芯轴61与密封罩64可旋转地密封连接的效果。在本实施例中，为了方便密封罩64与芯轴61的安装，密封罩64由两个呈半圆形的弧形罩641、642拼接而成，在两个弧形罩拼接处还设有密封用橡胶垫（图中未示出），从而保证密封罩64整体的密封性。

以下具体阐述本实施例的具体工作过程：

参见图3、图4、图6所示，该切割设备在对待切割件3进行切割时，待切割件3在旋转驱动机构的作用下旋转，同时在升降驱动机构的作用下沿竖直方向下降，在切割驱动机构的作用下，钢线55发生往复运动，钢线55的多条切割丝逐渐接触待切割件3的底部，在待切割件3与切割丝的接触线很短、切割力小，这对于切割大直径的超硬超脆材料更为容易，切割时切割设备的能耗大大降低，其功率也可大幅度的降低，保证了切割的持续有效进行，适用于多种大尺寸硬脆材料的切割加工，实验证明可对现有设备无法切割的6～8英寸大规格蓝宝石进行切片加工，甚至可以切割现有设备无法切割的超大尺寸（如8～12英寸）的晶圆。在切割加工过程中，由于钢线55与待切割件3的接触线短、切割力较小，钢线55的伸长量也较小，这在一定程度上提高了钢线55的使用寿命。同时，切片的表面质量有明显的改善，翘曲度大为降低，提高了产品的品质，降低了后续研磨、抛光等后道工序的难度，甚至可以取消这些后道工序。切割加工完成后，罗拉座51上的多个喷嘴515能够直接向待切割件3上对切片表面喷出清洗液从而对其切片表面进行冲击清洗，提高了切片的清洗效率。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种硬脆材料切割设备，其特征在于：所述切割设备包括机座（1）、沿竖直方向升降地设置在所述机座（1）上的升降滑枕（2）、用于驱动所述升降滑枕（2）沿竖直方向升降的升降驱动机构，待切割件（3）可绕自身轴心线旋转地设置在所述升降滑枕（2）的下部，所述升降滑枕（2）上设有用于驱动所述待切割件（3）旋转的旋转驱动机构，所述机座（1）上还设有切割机构（5），所述切割机构包括设于所述升降滑枕（2）下方的罗拉座（51）、可绕自身轴心线旋转地设置在所述罗拉座（51）上的多个多线槽轮（52,53,54）、按序绕设在多个所述多线槽轮（52,53,54）上形成多条切割丝的切割用钢线（55），所述钢线（55）的两端由设置在所述机座（1）上的收放线机构收放，多条所述切割丝沿所述多线槽轮（52,53,54）的轴向相间隔分布，所述机座（1）上还设有用于驱动其中一个所述多线槽轮旋转带动多条所述切割丝往复运动从而沿所述待切割件（3）的径向对所述待切割件（3）进行切割的切割驱动机构，所述升降滑枕（2）的下部固定地设有用于安装所述待切割件（3）的安装座（4），所述待切割件（3）的一端面固定地粘结有料板（44），其另一端面固定地粘结有球型垫（43），所述安装座（4）的底部设有可旋转的旋转轴（41）、可沿轴向移动的球型顶针（42），所述旋转轴（41）的轴心线与所述球型顶针（42）的轴心线沿同一直线方向分布，所述旋转轴（41）朝向所述球型顶针（42）的端部上固定有吸盘（45），所述料板（44）固定地吸合在所述吸盘（45）上，所述球型顶针（42）的顶针部沿轴向抵触在所述球型垫（43）上，在切割加工的过程中，所述切割丝与所述待切割件之间保持短线接触。

2.根据权利要求1所述的一种硬脆材料切割设备，其特征在于：所述罗拉座（51）上所述多线槽轮有三个，每个所述多线槽轮的周部上均开设有多个沿轴向间隔分布的线槽，所述钢线（55）依次由第一个所述多线槽轮（54）的一个线槽引出，然后进入第二个所述多线槽轮（52）的一个线槽、进入第三个所述多线槽轮（53）的一个线槽后，再进入第一个所述多线槽轮（54）的下一个线槽，如此循环而张紧在三个所述多线槽轮的周部上形成多条所述切割丝。

3.根据权利要求2所述的一种硬脆材料切割设备，其特征在于：三个所述多线槽轮（52，53，54）在所述罗拉座（51）上成倒“品”字型分布。

4.根据权利要求3所述的一种硬脆材料切割设备，其特征在于：所述罗拉座（51）包括连接座（513）、固定安装在所述连接座（513）前部的前固定板（511）、固定安装在所述连接座（513）后部的后固定板（512），所述前固定板（511）、所述后固定板（512）上分别开设有三组用于安装三个所述多线槽轮（52，53，54）的安装孔，三个所述多线槽轮（52，53，54）分别沿前后方向安装在三组所述安装孔中，所述连接座（513）上开设有开口朝上的凹槽，所述凹槽的开口位于上方两个所述多线槽轮之间，所述凹槽的底部固定地设有超声波发生器（517），所述后固定板（512）上开设有沿前后方向贯穿的出液口（516），所述出液口（516）与所述凹槽的槽腔相连通，所述超声波发生器（517）的上表面沿竖直方向不低于所述出液口的最低点，所述连接座（513）上位于所述凹槽左右侧壁的顶部分别设有喷嘴座（514），每个所述喷嘴座（514）上分别设有多个喷液用喷嘴（515），左右两侧的所述喷嘴（515）的喷液口相对设置。

5.根据权利要求4所述的一种硬脆材料切割设备，其特征在于：所述凹槽的横截面大致呈U字型。

6.根据权利要求1所述的一种硬脆材料切割设备，其特征在于：所述收放线机构包括多个可绕自身轴心线旋转地设置在所述机座（1）上的自密封导轮（6），每个所述自密封导轮（6）均包括芯轴（61）、安装在所述芯轴（61）前端上的轮体（62）、设于所述芯轴（61）与所述轮体（62）之间的轴承（65）、固定设置在所述轮体（62）前部的前盖（63），所述自密封导轮（6）还包括固定地设于所述轮体（62）后部的密封罩（64），所述密封罩（64）具有沿轴向贯穿的通孔，所述芯轴（61）可旋转地穿设在所述通孔中，所述芯轴（61）的外侧周部上设有沿其轴向间隔分布的多个环状凸起（611），所述通孔的内侧壁上开设有多个沿其轴向间隔分布的多个环状凹槽（643），或者所述芯轴（61）的外侧周部开设有沿其轴向间隔分布的多个环状凹槽，所述通孔的内侧壁上设有沿其轴向间隔分布的多个环状凸起，至少有一个所述环状凸起（611）嵌设在所述环状凹槽（643）中。

7.根据权利要求6所述的一种硬脆材料切割设备，其特征在于：所述密封罩（64）为至少两个弧形罩（641、642）沿周向拼接而成。

8.根据权利要求7所述的一种硬脆材料切割设备，其特征在于：每两个所述弧形罩（641、642）相拼接处设有密封用橡胶垫。